《激光原理与技术》课件.pptVIP

*******************《激光原理与技术》本课件将深入探讨激光原理与技术，涵盖激光发射原理、激光器种类、激光应用等方面，帮助你了解激光技术的前沿发展趋势和未来应用前景。激光发射原理原子能级跃迁原子核外电子处于不同的能级，吸收能量跃迁到高能级，再跃迁回低能级时会释放光子。受激发射当原子处于激发态时，受到光子的激发，会发射与激发光子相同频率、相位和方向的光子。原子能级跃迁1基态2激发态3更高能级原子核外电子处于不同的能级，吸收能量跃迁到高能级，再跃迁回低能级时会释放光子。光辐射的特性频率光的频率决定了光的颜色，例如红色光频率较低，蓝色光频率较高。相位光波的相位决定了光的干涉现象，例如两束相位相同的波干涉后会增强，相位相反的波干涉后会减弱。偏振光的偏振方向决定了光的偏振特性，例如线偏振光的电场方向固定在一个方向上。受激发射光子激发光子与原子发生碰撞，将能量传递给原子。原子跃迁原子从激发态跃迁回基态，释放与激发光子相同频率、相位和方向的光子。激光产生多个光子相互激发，形成高强度、单色性、方向性强的激光。光谐振器1反射镜反射镜将激光束反射回谐振腔，增强激光强度。2增益介质增益介质提供能量，使光子在谐振腔内不断被激发。3输出耦合器输出耦合器将部分激光束输出，形成激光束。激光增益增益系数增益系数表示激光束在增益介质中被放大的倍数。增益谱增益谱是激光增益随频率变化的曲线，决定了激光的频率范围。激光器的构成泵浦源提供能量，将工作物质激发到高能级。谐振腔由两个反射镜构成，使激光束在腔内多次反射，增强激光强度。工作物质能级跃迁产生激光，例如固体、气体、半导体、染料等。激光束的特性单色性激光束的光波频率高度集中，颜色单一。方向性激光束的光波传播方向高度一致，发散角很小。相干性激光束的光波具有相同的相位和频率，能够产生干涉现象。高能量密度激光束能量集中，单位面积上的能量很高。激光束模式1TEM00模式基模，光束能量集中在中心，具有最佳的方向性和聚焦性。2高阶模式光束能量分布不均匀，方向性和聚焦性较差。激光器的调制1幅度调制改变激光束的强度。2频率调制改变激光束的频率。3相位调制改变激光束的相位。激光器的调频固体激光器红宝石激光器工作物质为红宝石晶体，发射红色激光。Nd:YAG激光器工作物质为掺钕钇铝石榴石，发射近红外激光。半导体激光器结构紧凑体积小、重量轻，便于集成。效率高电光转换效率高，耗电量低。应用广泛广泛应用于光纤通信、激光扫描、激光显示等领域。气体激光器氦氖激光器工作物质为氦氖混合气体，发射红色激光。二氧化碳激光器工作物质为二氧化碳气体，发射红外激光。染料激光器可调谐性通过改变染料的种类和浓度，可以改变激光器的输出波长。高能量密度能够产生高能量密度的激光束，适用于科学研究和工业应用。飞秒激光器超短脉冲脉冲宽度小于10-15秒，具有极高的峰值功率。精细加工用于微纳加工、材料改性、生物医学等领域。激光的非线性效应1光学倍频2光参量振荡3自调制效应4自聚焦效应光学倍频频率翻倍将入射光的频率加倍，例如将基频光转换为倍频光。应用范围广泛应用于光学显微镜、激光测量、光谱分析等领域。光参量振荡原理利用非线性介质将泵浦光转换为信号光和闲频光。应用可实现激光波长转换，用于光谱测量、生物医学等领域。自调制效应1现象激光束在非线性介质中传播时，其强度会发生周期性变化。2应用可用于光信号处理、超快光学器件等领域。自聚焦效应现象激光束在非线性介质中传播时，会由于自身强度变化而发生聚焦。应用可用于激光微加工、激光焊接等领域。激光束可操控性偏转通过光学元件改变激光束的传播方向。聚焦使用透镜将激光束聚焦到一个小的区域。整形通过光学元件改变激光束的形状，例如形成矩形、圆形或其他形状。激光在加工中的应用1激光切割用于金属、非金属材料的精确切割。2激光焊接用于金属、塑料等材料的焊接，焊接质量高，速度快。3激光表面处理用于金属表面硬化、表面镀膜等。激光在测量中的应用激光测距用于精确测量距离，广泛应用于建筑、工程、军事等领域。激光干涉测量用于高精度测量长度、位移、速度等，广泛应用于精密制造、科学研究等领域。激光在通信中的应用光纤通信利用激光作为光源，通过光纤传输信息，具有带宽大、传输速度快、抗干扰性强等优点。激光雷达利用激光测距和测速，用于导航、测绘、气象监测等领域。激光在医疗中的应用激光手术用于眼科手术、