激光技术及应用教程文件.ppt

光电信息技术;1 激光技术及应用 ; LASER （Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation） ----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。;激光器的发明;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。 ;;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;入射光;向各个方向自发辐射的光子;高方向性 高强度，高亮度 相干性强，颜色极纯-单色性强;光束发散角=2 α;激光的高强度和高亮度;相干性强，颜色极纯-单色性强 ;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。;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, continuous wave lasers）和脉冲（Pulsed lasers） 激光技术---调Q激光器（Q-switched lasers）、锁模激光器（Mode locked lasers）、倍频激光器（Frequency doubling lasers）、可调谐激光器（Tunable lasers）、单模和多模激光器???Single-mode and Multi-mode lasers）等;;;;;;;;生物微腔激光器 ;纳米激光器 据2001年美国《科学》杂志报道，美国加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员在仅有头发丝千分之一的纳米导线上制造出世界上最小的激光器——纳米激光器。研究人员希望用电流来激活纳米激光器，这样就可用于电路。最终有可能被用于鉴别化学物质，提高计算机磁盘和光子计算机的信息储存量。;集成电路制造中利用光学- 化学反应原理和化学、物理刻蚀方法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术。 随着半导体技术的发展，光刻技术传递图形的尺寸限度缩小了2～3个数量级（从毫米级到亚微米级），已从常规光学技术发展到应用电子束、 X射线、微离子束、激光等新技术；使用波长已从4000埃扩展到 0.1埃数量级范围。 光刻技术成为一种精密的微细加工技术。 ;;;激光技术的应用涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科，主要分为以下几类： 激光加工系统包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。激光加工工艺包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等。 焊接：汽车车身厚薄板及零件、锂电池、心脏起搏器、密封继电器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。目前使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半导体泵浦激光器。;;;;;激光在医学上的应用分为两大类：激光诊断与激光治疗，前者是以激光作为信息载体，后者则以激光作为能量载体。激光技术解决了医学中的许多难题，为医学的发展做出了贡献。现在，在基础研究、新技术开发以及新设备研制和生产等诸多方面都保持持续的、强劲的发展势头。 60年代，激光开始被应用于医学。 70年代，Strong和Jaka应用CO2 激光治疗重的喉部疾患。 1973年，Strong等经支气管镜应用CO2 激光治疗支气管内病变。 1975年，LaForet等应用CO2 激光治疗气管内恶性肿瘤。 1982年，Toty等应用Nd：YAG（掺钕钇铝石榴石）激光治疗气道内病变。;;;;;超快和超慢现象的研究 超快现象：在微观世界很多现象是在极短的时间内发生的。如，热原子与分子的碰撞时间仅为皮秒，甚至更短。固体，液体中的能量转移；液体中的分子的快速化学反应；生物的光合作用；DNA能量转移;超高速光通信的光电转移等。