《光源与激光器》课件.pptVIP

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*****************目录课程主题概览本课程将全面介绍光源和激光器的基础知识,包括热辐射光源、发光二极管、激光器原理和分类等内容。详细大纲从绪论开始,逐步深入探讨光源的特性、激光器的工作原理,以及各类型激光器的应用领域。学习目标学习本课程的目标是掌握光源和激光器的基本概念,理解其工作机理,并了解激光技术在各领域的广泛应用。绪论光学作为一门古老而又新兴的学科,自古以来就是人类了解自然现象的重要工具之一。作为光学技术的发展和应用,光源技术及激光技术一直是光学的核心内容。光源的基本概念1光源的定义光源是能够自发发出可见光或红外光的物质或设备。它是一种能量转换设备,将其他形式的能量转化为电磁辐射能量。2光源的特性光源的主要特性包括光通量、发光效率、光谱分布、指向性、时间特性和稳定性等。这些特性决定了光源的应用领域。3光源的分类光源可以分为热辐射光源、发光二极管(LED)、激发光源和激光器等。每种光源都有自己的工作原理和特点。热辐射光源热辐射光源是最基本的光源之一,通过物体温度而产生的电磁辐射被称为热辐射。这种光源可以通过加热物体来产生光,例如白炽灯、日光灯等。热辐射光源的特点是发光效率较低,但成本较低且稳定性好。热辐射光源的发光原理是基于普朗克黑体辐射定律,物体内部电子能量的无序振动会激发光子的释放,从而产生光辐射。不同温度的物体发出的光波长和光谱也不同。发光二极管(LED)发光二极管(LED)是一种新型的固态光源,它利用半导体材料的特性产生光。与传统的白炽灯相比,LED具有体积小、重量轻、能耗低、寿命长、散热好等优点,在照明、显示、信号灯等领域有广泛的应用。LED的发光原理是当正向偏置加到PN结上时,少数载流子从P区注入到N区,与多数载流子发生复合并释放光子,从而产生光。LED可以发出单色光或全彩光,并能制成各种尺寸和形状。激发光源白炽灯白炽灯通过电流加热钨丝产生光辐射,是最常见的热辐射光源。其亮度可调,但光谱分布较宽。荧光灯荧光灯利用电流激发灯管内的荧光粉发光,光谱较窄,光效高。但需要电子镇流器驱动。金属卤化物灯金属卤化物灯通过电弧放电激发金属蒸汽发光,具有高光效和明亮白光,常用于室内外照明。激光器的基本原理1能量吸收原子/分子通过吸收外部辐射吸收能量,进入激发态2受激发射激发态原子/分子受到外部辐射的刺激,会发出与入射光相同的光子3光放大大量受激发射的光子会形成光放大效应,产生更强的单色光4光反馈在光放大过程中,通过特殊的反馈机制,实现激光输出激光器的工作原理可概括为:吸收能量-受激发射-光放大-光反馈。其中关键在于利用大量原子/分子的受激发射效应,通过反馈机制放大并输出高度单色、定向、强度高的激光光束。增益和反馈增益激光器需要足够的增益来克服各种损耗,使得光波可以在谐振腔内进行持续放大。增益是由受激辐射过程产生的。反馈反馈机制通过谐振腔设计来控制光波在腔内的传播,确保激光辐射满足所需条件。适当的反馈可以提高激光器的稳定性和输出功率。激光谐振腔光学谐振器由两面高反射镜组成的光学谐振器为激光束提供正反馈。增益介质激光介质在谐振腔内提供光子放大,产生受激发射。光束输出耦合一面镜子部分透射,将激光光束从谐振腔内输出。激光输出特性输出功率激光器的输出功率可根据需求进行调整,从毫瓦级到兆瓦级不等,满足广泛应用需求。单一频率激光器可发射单一特定波长的光,有利于精密光学应用和高分辨率测量。高度单聚焦激光束聚焦后可产生极高的光强,非常适用于激光加工和激光武器等领域。高时间/空间相干性激光光束的高度相干性允许在远距离进行精确的光学干涉和相干成像。激光器的分类气体激光器基于气体作为激光介质的激光器,如氦-氖激光器和二氧化碳激光器。输出波长从可见光到远红外范围。固体激光器以晶体或玻璃为激光介质的激光器,如红宝石激光器和钕:YAG激光器。可高功率输出,适用于加工和医疗。半导体激光器由PN结构成的固体激光器,体积小、效率高、可集成性强。广泛应用于光通信、光存储等领域。染料激光器以有机染料溶液作为激光介质的激光器,可连续可调谐。常用于光谱分析和激光显示等领域。气体激光器工作原理气体激光器利用电子与气体分子激发和辐射的过程产生激光光束。通过电极放电,将气体分子提升至较高的能量状态,再通过辐射跃迁释放光子,产生激光输出。代表机型常见的气体激光器包括氦-氖激光器、氩离子激光器和二氧化碳激光器等,应用广泛于测量、加工和医疗等领域。优缺点气体激光器具有光束质量好、辐射波长可调等优点,但体积较大、效率较低、维护成本高等缺点。固体激光器结构

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