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大学物理课件10激光

目录

激光基本概念与原理

激光器种类与工作原理

激光束性质与传播规律

激光技术应用实例分析

激光安全防护措施及法规要求

实验：观察和分析激光现象

01

激光基本概念与原理

Chapter

激光是一种特殊的光，它具有极好的单色性、方向性、相干性和高亮度等特点。

激光与普通光相比，具有更好的方向性，即光束发散角小；更好的单色性，即光谱线宽度窄；更好的相干性，即光波之间相位关系稳定。

特点

定义

产生激光的工作物质，如气体、液体、固体等，其中含有可实现粒子数反转的能级结构。

增益介质

激励源

光学谐振腔

为增益介质提供能量，使其实现粒子数反转的外部能源，如光泵、电泵、化学泵等。

由两块反射镜组成，使光在其中来回反射，不断得到放大，最终形成激光输出。

03

02

01

激光自20世纪60年代诞生以来，经历了从气体激光到固体激光、从连续激光到脉冲激光、从低功率到高功率等多个发展阶段。

目前，激光技术已广泛应用于工业、医疗、通信、军事等领域，成为现代社会不可或缺的重要技术之一。同时，随着科技的不断发展，新型激光器和激光技术不断涌现，为激光应用提供了更广阔的空间。

发展历程

现状

应用领域

激光在工业领域可用于切割、焊接、打孔、打标等；在医疗领域可用于手术、治疗、诊断等；在通信领域可用于光纤通信、激光雷达等；在军事领域可用于制导、测距、干扰等。

前景展望

随着科技的不断发展，激光技术将在更多领域得到应用，同时激光器的性能也将不断提高，为人类社会带来更多的便利和进步。例如，超快激光、超强激光等新型激光器的出现，有望在材料科学、生命科学等领域开辟新的应用前景。

02

激光器种类与工作原理

Chapter

固体激光器的工作物质通常为掺杂有稀土或过渡金属离子的晶体或玻璃。

工作物质

固体激光器常采用光泵浦方式，通过外部光源激发工作物质中的电子。

泵浦方式

固体激光器具有结构紧凑、输出功率大、光束质量好等优点，广泛应用于工业、医疗、科研等领域。

特点

气体激光器的工作物质为气体，如氦氖激光器、二氧化碳激光器等。

工作物质

气体激光器常采用电泵浦方式，通过电极间的放电激发工作物质。

泵浦方式

气体激光器具有光束均匀、单色性好、方向性强等优点，适用于精密测量、光谱分析等领域。

特点

工作物质

液体激光器的工作物质为某些有机染料溶液或无机盐溶液。

泵浦方式

液体激光器常采用光泵浦或化学泵浦方式，通过外部光源或化学反应激发工作物质。

特点

液体激光器具有调谐范围宽、输出功率大、光束质量好等优点，但稳定性和寿命相对较差。

泵浦方式

半导体激光器采用电注入方式，通过向PN结注入电流激发工作物质。

工作物质

半导体激光器的工作物质为半导体材料，如砷化镓、磷化铟等。

特点

半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等优点，广泛应用于光通信、光存储、光电子等领域。

03

激光束性质与传播规律

Chapter

03

发散角

激光束在传播过程中会发生发散，发散角是描述激光束发散程度的重要参数。

01

光强分布

激光束的光强分布通常呈高斯分布，中心光强最大，沿径向逐渐减小。

02

束腰与束宽

激光束的最窄处称为束腰，其光斑半径称为束宽，是描述激光束空间分布的重要参数。

激光束以脉冲形式发射，具有高峰值功率和短持续时间的特点。

脉冲激光

激光束以连续波形式发射，功率稳定且持续时间较长。

连续激光

激光束的功率、频率等参数可以通过外部信号进行调制，实现特定的输出特性。

调制激光

激光束是电磁波的一种形式，与物质相互作用时会产生电磁感应、光电效应等电磁现象。

激光束的能量足够高时，可以激发物质发生化学反应，如光解、光合成等。

激光束照射物质时，会使物质吸收光能并转化为热能，导致物质温度升高。

激光束照射物质时，会产生辐射压力、光致伸缩等力学效应，对物质产生机械作用。

光化作用

热作用

力学作用

电磁作用

04

激光技术应用实例分析

Chapter

利用高能激光束对材料进行快速、精确的切割，广泛应用于金属、非金属材料的加工领域。

激光切割

通过激光束将两个或多个材料连接在一起，具有高精度、高效率、低变形等优点。

激光焊接

利用激光束在材料上打出微小孔洞，应用于微电子、航空航天等领域。

激光打孔

1

2

3

利用激光束测量目标距离，具有高精度、快速、非接触式等优点，广泛应用于地形测量、军事侦察等领域。

激光测距

通过测量激光束反射回来的时间差来计算物体速度，应用于车辆测速、流体测速等领域。

激光测速

利用激光束对物体进行快速扫描，获取物体表面形状、尺寸等信息，应用于三维建模、质量检测等领域。

激光扫描

激光治疗

利用激光束对生物组织进行照射，产生热效应、光化效应等，达到治疗疾病的目的，如激光治疗近视、皮肤病等。

05

激光安全防护措施及法规要求

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