激光技术及应用VIP免费

光电信息技术通信工程学院王天枢WANG.T.SWANG.T.S1激光技术及应用WANG.T.SWANG.T.SLASER（LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation）----受激辐射的光放大激光是20世纪的四项重大的发明之一。1960年，美国物理学家梅曼（Maiman）在实验室中做成了第一台红宝石（Al2O3:Cr）激光器，我国于1961年研制出第一台激光器。从此以后，激光技术得到了迅速发展，引起了科学技术领域的巨大变化。40多年来，激光技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域，如光电技术，激光医疗与光子生物学，激光加工技术，激光检测与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析技术，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子光学，激光雷达，激光制导，激光分离同位素，激光可控核聚变，激光武器等。这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。2.1激光技术概述WANG.T.SWANG.T.S激光器的发明1954年，美国物理学家汤斯研制成功波长为1.25厘米的氨分子振荡器——受激辐射微波放大器（MicrowaveAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation）肖洛提出创造性设想——光腔代替微波共振腔1960年，梅曼发明激光器WANG.T.SWANG.T.S物质由原子组成。原子的中心是原子核，由质子和中子组成。质子带有正电荷，中子则不带电。原子的外围布满着带负电的电子，绕着原子核运动。2.1.1激光的产生WANG.T.SWANG.T.SWANG.T.SWANG.T.S吸收：电子透过吸收光子从低能级跃迁到高能级自发辐射：电子自发地透过释放光子从高能级跃迁到较低能级受激辐射：光子射入物质诱发电子从高能级跃迁到低能级，并释放光子。入射光子与释放的光子有相同的波长和相位，此波长对应于两个能级的能量差。一个光子诱发一个原子发射一个光子，最后就变成两个相同的光子WANG.T.SWANG.T.S入射光受激辐射光原子受激辐射示意图WANG.T.SWANG.T.S产生激光的必要条件1.实现粒子数反转２.使原子被激发３.要实现光放大——工作物质——光学谐振腔——激励能源部分反射镜激励能源全反射镜激光输出工作物质光学谐振腔LWANG.T.SWANG.T.S向各个方向自发辐射的光子沿中心轴方向的辐射被受激放大光在工作物质中反复传播被放大激光器的组成：工作物质、泵浦源、谐振腔工作物质聚光腔+M光谐振腔MMWANG.T.SWANG.T.S高方向性高强度，高亮度相干性强，颜色极纯-单色性强2.1.2激光的特性WANG.T.SWANG.T.S光束发散角=2α探照灯：35毫弧度≈1度激光：10-2毫弧度αsr激光的高方向性WANG.T.SWANG.T.S激光的高强度和高亮度一台普通的红宝石激光器发出激光亮度，比太阳亮度高8个数量级（几千万倍）。强激光甚至可产生上亿度的高温。地球上任何一种已知材料，无论其熔点多高，在强激光照射下1秒钟之内即可开始气化；任何一种金属或钻石，不管其硬度多大，激光均可轻而易举地对它打孔。WANG.T.SWANG.T.S相干性强，颜色极纯-单色性强因为它的频率很单纯，从激光器发出的光就可以步调一致地向同一方向传播，可以用透镜把它们会聚到一点上，把能量高度集中起来激光的颜色极纯——单色性强WANG.T.SWANG.T.S具有单一频率的光波称为单色光。任何光源所发出的光波都有一定的频率（或波长范围，在此范围内，各种频率（或波长）所对应的强度是不同的。波长所对应的波长范围越窄，光的单色性越好。2220I0I谱线宽度：通常用强度下降到20I的两点之间的波长范围：谱线宽度是标志谱线单色性好坏的物理量单色光WANG.T.SWANG.T.S激光器的分类：工作物质---气体、固体、半导体、液体、化学、自由电子激光器工作方式---连续（CW,continuouswavelasers）和脉冲（Pulsedlasers）激光技术---调Q激光器（Q-switchedlasers）、锁模激光器（Modelockedlasers）、倍频激光器（Frequencydoublinglasers）、可调谐激光器（Tunablelasers）、单模和多模激光器（Single-modeandMulti-modelasers）等2.2激光的分类WANG.T.SWANG.T.S（1）固体激光器工作物质-各种激光晶体和玻璃一般小而坚固，脉冲辐射功率较高，应用范围较广泛。Nd:YAG激光器。Nd（钕）是一种稀土族元素，YAG代表钇铝石榴石，晶体结构与红宝石相似。掺钕钇铝石榴石Nd:YAG...