激光原理及应用组长：陈佳成员：周正琴、周聪、周成旭、王帅、周秀晴教材选用•《激光原理及应用》电子工业出版社•《激光原理与技术》高等教育出版社•《激光原理》浙江大学出版社•《激光原理与激光技术》北京工业大学出版社课程内容•激光介绍•激光的历史•激光的基本原理•激光的特性•激光的发展与未来•激光的简单应用激光的简介•激光：激光的最初的中文名叫做”镭射”、”莱塞”，是由受激发射的光放大产生的辐射的光。英文名：LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation简称：Laser，表示“辐射的受激发射的光放大”。激光的历史•1958年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经典论文，奠定了激光发展的基础。•1960年，美国加利福尼亚州修斯航空公司实验室的研究员梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器。•1965年，第一台可生产大功率激光的器件---二氧化碳激光器诞生。•1967年，第一台X射线激光器研制成功。•1997年，美国麻省理工学院的研究人员研制出第一台原子激光器。•因对激光及其应用的创造性贡献而先后获诺贝尔物理学奖的科学家共有10位。激光的产生产生激光需要三个条件：一要具有适当能级结构、能产生受激辐射光放大的工作物质(激光物质)；二要使激活物质发出激光的能源(激励能源)；三要有一个维持光振荡的谐振腔(光学谐振荡)。•1.粒子数反转受激辐射是产生激光的基础。但是当能量为hv=En-Em的光子在物质中传播时，通常有两种过程，一方面可能引起受激辐射，形成光放大过程；另一方面，由于存在光吸收，处于低能级Em上的原子可能吸收光子跃迁到高能级En上去，从而使物质中传播的光子因吸收而减少。光放大和光吸收这两个过程在物质中是同时发生的，光放大会使光子数增加，光吸收会使光子数减少，这两个过程究竟哪个占优势，取决于处于高能级En的原子数和处于低能级Em的原子数。若处于En的原子数多，则受激辐射的光放大占优势；反之，则光吸收占优势。因此，要形成激光，必须使受激辐射占优势。通常，在具有一定温度的物质中，处于高能级En的原子数目恒少于处在低能级Em的原子数目，此时光吸收将占优势。为了实现光放大，只有通过外界能源(如采用气体放电或光辐射)的诱发，将低能级上的原子激发到高能级上去，使某个高能级上的原子数多于低能级上的原子数，这种状态叫粒子数反转，因此粒子数反转是实现光放大的必要条件。为了使工作物质实现粒子数反转，除了要通过外界激励，还必须选取能够实现粒子数反转的激光物质。它们可以是气体、液体或固体。但并不是所有物质都可以实现粒子数反转的。我们知道，原子可以长时间处于基态，而处于激发态的时间一般是很短的，约为10(-8)s，所以激发态是不稳定的。除基态和激发态以外，某些物质还具有亚稳态，具有亚稳态的工作物质就能实现粒子数反转。•2.光学谐振腔使激光物质处于粒子数反转分布，只能产生光放大，还不能获得激光，因为光放大后的受激辐射从整体上看也是随机的，并不能获得频率、位相、传播方向和振动方向都完全相同的激光束。要获得激光，还必须有一个光学谐振腔。在激光物质的两端安置上两个相互平行的反射镜，就组成了光学谐振腔。它能从各种各样可能的光信号中选取一种特定的信号消除。所以光学谐振腔对激光的形成和激光束的特性有着重要的影响。谐振腔的形状和构造有很多类型。•如图所示，两反射镜除要求严格平行外，其中一个是全反射镜R1，另一个是部分透光反射镜R2。谐振腔的主要作用是使那些沿管轴方向传播的光子能够在反射镜之间实现多次来回反射，且不断激发处于粒子数反转状态上的工作物质，而得到光放大增强。其中一部分从R2输出。凡是偏离管轴方向的光子，经过若干次反射，就会溢出管外而被淘汰掉。所以谐振腔对光束具有选向作用，它使受激辐射集中于特定的方向输出，使激光光束具有方向性好的特点。此外谐振腔还具有稳定输出强度的作用，且有选频作用，故能提高输出光束单色性等优点。激光的特性•1.方向性好激光几乎是一束平行光。如把激光束射到距地球38万千米的月球上，光束扩散的直径还不到二千米。而对于普通光源，即使是具有抛物形聚焦反射面的探照灯，它的光束在...
