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激光原理及应用 普通光源 普通光源是光的自发辐射。 特点：多波长、任意方向、不相干。 普通光源向四面八方辐射,光线分散到4p球面度的立体角内. 激 光 激光：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation （Laser）。 激光是光的受激辐射。 激光的特点：单色性好,方向性好；相干性好；亮度高. 基本沿某一条直线传播,通常发散角限制在10-6球面度量级的立体角内. 激 光 辐射跃迁： 受激吸收； 自发辐射； 受激辐射 激 光 粒子数反转 激光技术发展简史之一 理论基础： 爱因斯坦的光子学说(1905)； 波粒二象性(1909) 辐射理论(1917)：提出了受激辐射的概念，预测到光可以产生受激辐射放大。 激光技术发展简史之一 理论基础： R.C.Tolman指出：具有粒子数反转的介质具有光学增益（产生激光的基本条件之一）（1924）。 激光技术发展简史之一 实验基础： Prokhorov和H.Townes分别独立报导了第一个微波受激辐射放大器(Maser)（1953） 激光技术发展简史之一 1958年Townes和Schawlow抛弃了尺度必须和波长可比拟的封闭式谐振腔的老思路，提出利用尺度远大于波长的开放式光谐振腔实现Laser的新想。 激光技术发展简史之一 美国休斯公司实验室一位从事红宝石荧光研究的年轻人梅曼在1960.5.16利用红宝石棒首次观察到激光； 梅曼在7月7日正式演示了世界第一台红宝石固态激光器； 他在Nature(8月16日)发表了一个简短的通知。 激光技术发展简史之一 Maiman的第一台激光器 中国第一台激光器（1961） 激光技术发展简史之二 各种激光器的开发: 工作物质：固体，气体，染料，化学，离子，原子，半导体，X射线 输出功率：大功率，低功率 工作方式：短脉冲，脉冲，超短脉冲，连续 输出稳定性：稳频率，稳功率，稳方向 我国激光器研究情况 激光技术发展简史之三 激光应用技术 信息技术方面的应用：光通讯，光存储，光放大，光计算，光隔离器 检测技术方面的应用：测长，测距，测速，测角，测三维形状 激光加工：焊接，打孔，切割，热处理，快速成型 医学应用：外科手术，激光幅照（皮肤科、妇产科），眼科手术，激光血照仪，视光学测量 科学研究方面的应用：激光核聚变，重力场测量，激光光谱，激光对生物组织的作用，激光制冷，激光诱导化学过程等等 光盘存储器原理—激光刻蚀与读出 偏振光显微镜 激光全息防伪人民币（建国50周年纪念币） 激光控制核聚变 天文台（激光导航星） 激光测距与激光雷达 激光切割 长度测量 生物和医学应用 激光技术涉及的学科 物理（光学） 精密加工（光学谐振腔的制作） 光学加工（光学镀膜、光学装调） 电子技术（激光电源、控制电路） 应用技术基础（数学方法、误差理论） * 激光原理就是要研究光的受激辐射是如何在激光器内产生并占主导地位而抑制自发辐射！ Einstein Tolman Townes Prokhorov Schawlow Maiman 邓锡铭、王之江 1961年11月 红宝石激光器（我国第一台) CO2分子激光器 GaAs同质结半导体激光器 掺钕玻璃激光器 He-Ne激光器 激光器的第一台 王润文等 1965年9月 王守武 1963年12月 干福熹 1963年6月 邓锡铭等 1963年7月 研 制 人 研制成功时间 来自纳层的反射光（高度约100km) 最大高度约35km 来自空气分子的Rayleigh光 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 表示“受激辐射的光放大” 二、激光器的三要素 Laser 1964年10月，物理学家钱学森建议称之为-----激光 工作物质 ：实现粒子数反转 激励源：使原子被激发 谐振腔：光放大作用 三、激光的特性 方向性好：激光器发出的激光发射角很小，接近于一毫弧度，只有一般探照灯发射角的一百万分之一。即使将其发射到几千米以外，光束的直径也不过增加几厘米。因此输出的能量集中在很小的范围里。 单色性好：激光具有很好的单色性，是普通光源完全达不到的。在激光出现之前，以同位素86Kr灯的单色性最好，谱线宽度为10-4nm的量级，而最普通的氦氖激光器所输出的红色激光(632.8纳米)的谱线宽度达到10-8nm的数量级。现代技术的应用可以使谱线宽度缩到更小的范围。 相干性好：就氦氖激光而言，其相干长度可达400km。 能量密度大：激光的亮度是普通光源的上百万倍。与太阳光比，一支功率仅为1毫瓦的氦氖激光器的亮度要比太阳光强100倍；而一台巨型脉冲固体