激光器及其应用介绍.pdf

激光原理简介 激光的发展历史 激光器的基本原理 激光器的应用及前景 LASER ( Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ) ——辐射的受激发射的光放大 激光是20 世纪的四 项重大的 发明之一 2018/3/26 2 激光的发展历史 从历史来看 ，任何科学发明或科学发现 ，都不外是两条道 路：一是自然界业已存在 ，当人们自觉或不自觉地发现以后 再产生理论 ，并加以证明和利用 ，如万有引力、氧气、电磁 等 ，这种情况称为 “科学发现” ；二是自然界（至少地球上 的自然界 ）并不存在的事物 ，但人们先从理论上推导、预测 ， 然后再通过努力加以证明和实现 ，如相对论、核衰变、核聚 变等 ，这种情况称为 “科学发明”。而后者则更有科学理论 性和挑战性 ，激光的诞生过程就是属于后者。 激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导 体之后，人类的又一重大发明。 2018/3/26 3 激光发明的理论基础可以追溯到1917年，著名的 物理学家爱因斯坦在研究光辐射与原子相互作用的时 候发现，除了受激吸收和自发辐射跃迁过程外，还存 在受激辐射跃迁过程。 20世纪50年代初，电子学和微波技术的应用提出 了将无线电技术从微波推向光波的要求。  1952年，美国马里兰大学的韦伯开始应用以上理论 去放大电磁波。  从微波振荡器到光波振荡器  微波振荡器的实现原理： 一个尺度和波长可比拟的封闭的谐振腔； 利用自由电子与电磁场的相互作用实现电磁波的放大和振荡。 2018/3/26 4  1954年 ，美国的汤斯(Charles H.Towns)、苏联的巴索夫 (Nikolai G.Basov)和普洛霍洛夫(Aleksander M.Prokhorov) 第一次实现了氨分子微波量子振荡器(Maser), 抛弃了 利用 自由电子与电磁场的相互作用实现电磁波的放大和振荡 ， 利用原子或分子中的束缚电子与电磁场的相互作用来放大 电磁波。  1958年 ，汤斯和肖洛(Arthur L.Schawlow)抛弃了一个尺度 和波长可比拟的封闭的谐振腔 ，提出了利用尺度远大于波 长的开放式光谐振腔 ，实现了激光器的新思想。 布隆伯根 (Nicolaas Bloembergen) 提出了利用光泵浦三能级原子系统 实现原子数反转分布的新构想。 汤斯和肖洛在Physis Revies 上发表论文 ，指出了实现 受激辐射为主的可能性 ，并给出了实现这个愿望需要满足 的条件。 2018/3/26 5 C.H.Townes A.M.Prokhorov N.G.Basov The Nobel Prize in Physics 1964 汤斯1954年在量子电子学研究中实现了氨分子的粒子数反 转 ，研制了微波激射器和激光器；普罗霍洛夫和巴索夫1958年 几乎同时在量子电子学的基础研究中 ，根据微波激射器和激光 2018/3/26 6 器原理研制了振荡器和放大器。以上工作导致了激光器的发明。  1960年7月，世界第一台红宝石固态激光器问世， 标志了激光技术的诞生。  美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员