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激光原理与技术PPT(很全面)
contents
目录
激光基本原理
激光器类型及技术
激光束特性及控制技术
激光与物质相互作用
激光测量与检测技术
激光通信与信息处理技术
激光安全与防护技术
01
激光基本原理
光放大
当外来光信号通过激光工作物质时，受激辐射产生的光子与入射光子具有相同的频率、相位、传播方向和偏振状态，从而实现光信号的放大。
粒子数反转
在激光工作物质中，高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数，形成粒子数反转分布。
实现方法
通过泵浦源提供能量，使激光工作物质中的粒子被激发到高能级，形成粒子数反转分布。
实现粒子数反转分布；满足阈值条件，即增益大于损耗。
产生条件
特性
应用领域
方向性好，亮度高，单色性好，相干性好。
激光加工、激光测距、激光雷达、激光通信、激光治疗等。
03
02
01
02
激光器类型及技术
使用掺杂稀土元素的晶体作为增益介质，如Nd:YAG激光器。
晶体激光器
以玻璃作为基质材料，通过掺杂稀土元素实现激光输出，如磷酸盐玻璃激光器。
玻璃激光器
利用掺杂稀土元素的光纤作为增益介质，具有高效率、紧凑性和良好的光束质量等优点。
光纤激光器
利用CO2分子的振动-转动能级间的跃迁产生激光，主要用于工业切割和焊接。
CO2激光器
以氦气和氖气作为工作气体，产生红色可见光激光，常用于精密测量和准直。
He-Ne激光器
以氩气作为工作气体，产生多波长激光输出，用于彩色显示和光谱分析等领域。
Ar+激光器
使用有机染料作为增益介质，通过泵浦光激发染料分子产生激光，具有宽调谐范围和短脉冲输出能力。
染料激光器
利用高功率激光束照射含有氘、氚等聚变燃料的靶丸，实现核聚变反应，是惯性约束聚变研究的重要手段。
液体激光核聚变
电流注入半导体PN结，电子与空穴复合释放能量形成激光输出，具有体积小、效率高、寿命长等优点。
采用垂直腔面发射结构，具有低阈值电流、圆形光束和易于集成等特点，适用于光通信和光互连等领域。
面发射半导体激光器
边发射半导体激光器
03
激光束特性及控制技术
03
激光束的聚焦技术
探讨实现激光束高质量聚焦的方法和技术，如自适应光学、波前控制等。
01
激光束的传输特性
阐述激光束在自由空间、光纤等传输介质中的传输特性，包括衍射、散射、吸收等现象。
02
激光束的聚焦原理
介绍透镜、反射镜等光学元件对激光束的聚焦作用，以及高斯光束、平顶光束等不同类型激光束的聚焦特性。
介绍评价激光束质量的常用参数，如光束直径、发散角、光强分布等。
激光束质量评价参数
阐述实验测量和数值模拟等方法在激光束质量评价中的应用。
激光束质量评价方法
分析激光束质量对激光加工、光通信、激光雷达等应用的影响。
激光束质量对应用的影响
04
激光与物质相互作用
激光束在物质中的传播
包括反射、折射、吸收和散射等现象。
1
2
3
通过高能激光束对材料进行加热、熔化、汽化或达到其他物理或化学变化，以实现加工目的。
激光加工的基本原理
包括切割、焊接、打孔、打标、表面处理等。
激光加工的应用领域
如高精度、高效率、无接触加工等。
激光加工的优势
利用激光的高能量密度和生物效应，对生物组织进行照射，以达到治疗疾病的目的。
激光治疗
激光诊断
激光手术
生物医学成像
利用激光的高灵敏度和特异性，对人体组织进行无损检测和分析，以辅助医学诊断。
利用激光的高精度和可控性，进行微创手术操作，如眼科手术、皮肤科手术等。
利用激光的高亮度和方向性，对人体内部组织进行光学成像，以辅助医学诊断和治疗。
05
激光测量与检测技术
利用激光的相干性，通过干涉条纹的变化来测量物理量，如长度、角度、折射率等。
干涉原理
干涉测量技术具有极高的测量精度，可达到纳米级别。
测量精度
广泛应用于光学表面反射相移测量、光学表面反射相移测量等领域。
应用领域
不同物质具有不同的光谱特征，通过测量物质的光谱信息可以分析其成分和性质。
光谱原理
包括激光拉曼光谱分析、激光荧光光谱分析等，可用于物质的定性、定量分析。
分析方法
广泛应用于化学、生物、医学、环境等领域，如药物分析、环境监测等。
应用领域
06
激光通信与信息处理技术
大气传输特性
01
研究大气对激光传输的影响，包括大气吸收、散射、折射等效应。
调制与解调技术
02
探讨激光大气通信中的调制方式，如振幅调制、频率调制和相位调制等，以及相应的解调方法。
信道编码与差错控制
03
分析信道编码在激光大气通信中的作用，研究差错控制编码的原理和方法。
光纤传输原理
介绍光纤通信系统的基本组成，包括光源、光检测器、光纤和光放大器等。
光纤通信系统组成
光纤通信新技术
探讨光纤通信领域的新技术，如波分复用、光时分复用和光码分多址等。
阐述光纤传输的基本原理，包括光的全反射、光纤的数值孔径和传输模式等。
分析激光在
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