《现代光学基础教学课件》激光原理课件

激光基本原理独过应产线激光是一种特的光源,通量子力学效生高度集中、相干性强的光了现术础解激光的基本原理是掌握代光学技的基激光概述光的特性过辐产单激光是一种通电磁射生的特殊光源,具有高度的相干性、色性和定向性等特点放大过程过辐过来现产激光通特殊的原子或分子的受激射程实光的放大,生高度集中的光束精确控制频数应激光器可以精确地控制光的振幅、相位、偏振和率等参,在科学研究和工业用中有广泛用途光的粒子性光的粒子属性光电效应康普顿效应论释应现当质时观根据量子理,光是由光子构成的粒子流,每光的粒子性可以解光电效象,即光光子与物粒子发生碰撞,可以察到光带观时释这现称为顿个光子都携能量和动量,具有微粒子的照射到金属表面,会使金属表面放出电子的动量发生改变,种象被康普频这频关应进证观质特性光子的能量和动量与光波的率和波子,种电子的动能与光子的率有效,一步实了光子具有微粒子性长成正比激发和受激发射原子的激发1当时击原子吸收外部能量（如光子或电子撞），会使电子跃迁级这过到更高能,就是原子的激发程受激发射2当级态时释过处于高能的电子自发地跌落回基,会放出与激发程这过相同的光子,就是受激发射程诱导辐射3级过击诱导如果高能的电子受到与激发程相同的光子撞,它会被态释这跌落回基,并放出与入射光子相干的新光子,就是受激发诱导辐射或射布居汉决态分布态热级数计布居汉决分布描述了在平衡情况下,每种量子能上粒子的统分布它现观状态计规为论础体了微粒子在能量间的统律,理解激光工作原理提供了理基转数级级种群反粒子在高能大于低能满态这产即不足布居汉决分布是激光生的必要条件反演种群反转布居汉决态分布反转种群差没过在有外部能量输入的情况下,原通外部能量的注入,可以使激发态远态数过态子或分子处于基的概率要高的原子或分子量超基,实态现须现谓转为荡于激发要实激光增益,必所的反种群差,激光振这态础打破种自然的布居汉决分布奠定基光学泵浦过态常用的方法是光学泵浦,即通光能量激发原子或分子从基跃迁到更高的态产转激发,从而生所需的反种群差光学谐振器谐镜组为光学振器是激光器的核心部件,它由两个高反射成,一个部镜谐内传分透明,用于输出激光激光在振腔往复播,经受多次增益终谐计与反射,最形成受激发射、相干放大的光束光学振器的设现关键直接影响激光器的输出特性,是实高功率、高指向性激光的所在激光增益能量庫存反演種群12激光增益依賴於激勵介質中的達到反轉種群所需的能量輸入擁有較高能量狀態的原子或電是激光工作的關鍵條件之一子的數量光學增益增益飽和34激光增益決定了激光光束的強隨著光強增加,激光增益會逐漸度和功率，是影響激光性能的飽和直到達到平衡重要參數激光条件种群反转光学谐振器正反馈循环临界条件现质谐内产馈环当过馈刚实激光放大需要在激光介激光需要在一个光学振腔激光的生要求正反循,放大程中的正反好补产转态产连续谐内来偿损时中生反布居汉特分布,生的光波放大,形成强光波在振腔回反射并不所有耗,激光才能够持级数单频断续稳即上能的种群密度大于下度足够的一率光束放大定地工作级能激光器工作原理能量泵浦闪质红利用能量泵浦，如光灯或电流，向激光介如宝石、氖、二氧化碳等提供能量种群反转质较级这转在激光介中，被泵浦的原子electrons被提升到高的能量种反态种群造就了光放大的条件光学谐振器谐镜组为线终光学振器由两面成,光提供反复反射和增益的机会,最放大成激光受激辐射较状态处于高能量的原子在光子刺激下发射一个与刺激光子完全相同的光子,产从而生激光激光器结构组谐质谐激光器的基本成包括光学振腔、增益介、抽运源和输出耦合装置光学负责内馈质为质振腔形成光波在器件的反,增益介提供光学放大,抽运源增益介提则质这关键组证供所需的能量,而输出耦合装置控制输出光束的性些件共同保了激光器的正常工作单模激光器高度单一高光谱纯度单产单单产谱模激光器可以生高度一的模激光器能够生极窄的光频荡线宽狭激光光束,其光率和振模式都,光子能量分布集中和窄,光稳匀谱纯非常定,保持均的光强分布度极高高度相干性单时模激光器发射的光波具有极高的间和空间相干性,非常适用于干涉、全应息等用多模激光器多种模式时产较为多模激光器能够同支持多种光子激振模式,生的光束不整洁功率高较单相于模激光器,多模激光器可输出更高的功率输出广泛应用领多模激光器适用于工业加工、激光打印、激光照明等域连续激光器工作原理广泛应用典型代表连续过续断维连续疗诊疗氩连续激光器通持不的光子发射持激激光器在工业加工、医、光通信离子激光器是一种典型的激光器,它产稳连续领应们稳氩为质产光输出,生定的波激光其利用固等域广泛用,它高效定的特性使其利用离子作激光介,可以生波长在导为质过领为选蓝绿区连续体、气体和半体材料作激光介,通在很多域成首的激光源光的激光输出续来驱过持的外部能量注入动激光程脉冲激光器高功率输出时间分辨特性时内产对态过进脉冲激光器能在短间生高脉冲激光可用于瞬程行时测时能量的激光脉冲,输出功率可达间分辨量,间分辨能力可级级别兆瓦达皮秒或飞秒宽频带特性可调性宽频带产过调节谐脉冲激光具有特性,能通激光泵浦能量或振腔数现频生超短脉冲,适用于超快光电子参,可以实脉冲激光器的谱领宽数调学、光学等域率、脉等参可红宝石激光器红础红为宝石激光器是最早并且最基的激光器之一它使用合成宝石晶体作增益质过现连续红简单介,通电子跃迁实高功率的波激光输出宝石激光器具有易用疗领应、成本低廉等优点,在工业、医和科研域都有广泛用红为纳红频现宝石激光器的波长

694.3米,处于光段它可以实精密加工、切割钻疗领诸应红、孔等功能,在医美容域也有如祛斑、除毛等用此外,宝石激光器还谱测可用于光分析、干涉量等科学研究中氩离子激光器氩连续蓝绿离子激光器是一种常见的波激光器,工作在光波段,输出数质为氩场功率可达瓦其活性介离子,在电或电弧放电下发生激产发,从而生输出光束这显领种激光器常用于激光打印机、激光示、科学研究等域,以其稳质称疗应定性和光束量而著其在医用中也有着广泛用途,如眼术肤科手、皮美容等半导体激光器基本结构工作原理广泛应用导结当过时结导半体激光器由p-n构成,电流通会电流注入反向偏置的PN中,使电子和空穴半体激光器小型化、高效、可靠性强,在产产结简单时产过谐储显领应生光子放出,从而生激光其构复合生光子,通光学振器反复放大,光通信、光存、光示等域有广泛用紧凑,易于集成制造形成激光输出钕激光器YAG钕钇铝YAG激光器是一种固体激光器,采用石榴石Y3Al5O12晶体为质钕为红作增益介,引入三价离子Nd3+作激活离子它以外光为数疗领应工作波长,输出功率可达百瓦,在医、工业加工等域广泛用钕稳与其他激光器相比,YAG激光器具有高效率、功率密度大、定应性好等优点,是目前用最广泛的固体激光器之一二氧化碳激光器二氧化碳激光器是一种常见的工业激光器,具有高效率和高输出功率的特点它为质产数连续利用二氧化碳气体作工作介,可以生输出功率高达千瓦的波激光应钻领二氧化碳激光器广泛用于金属切割、焊接、孔等工业加工域,以及激光雷遥领环转换为当达、感等科学研究域其无害境、能源效率高等优点使其成今工业激光器的主流之一激光的应用领域医疗领域工业制造科学研究军事国防疗领应领础应导测测激光在医域广泛用,如激光工艺在工业域扮演重要激光在基研究中有广泛用激光在精密制武器、距术肤谱对军领挥精密手、皮美容、牙科治角色,如金属切割、焊接、打,如光分析、激光雷达、激速、抗系统等事域发疗创伤标产产测为等,凭借其精确、无的等,可提高生效率和品光干涉量等,科学探索提重要作用,增强了国防实力现势质特点展出强大的优量供强大工具激光在医疗领域的应用外科手术肿瘤治疗术组杀灭肿激光手能够精准切割和凝固强大的激光能量可精准瘤细应恶织,减少出血并加快愈合在眼科胞,用于肝癌、肺癌等多种肤领应肿疗、皮科和骨科等域广泛用性瘤的治美容修复物理治疗肤细谢激光能够有效消除皮瑕疵、提低功率激光可刺激胞代,用于肤质皱缓关节伤升肌感,在去痣、祛斑、除解炎、口愈合等物理治疗应疗等美容治中得到广泛用激光在工业领域的应用切割和雕刻焊接现质激光切割机可以精准高效地切割金属激光焊接能够实高精度和高量的应、塑料等各种材料激光雕刻可以制焊接,广泛用于汽车制造、航空航天杂图结作复的案和构等行业表面处理测量测扫术应激光表面改性可以增强材料的耐磨性激光距、描等技广泛用于工蚀为产维领、耐腐性等,工业品提供更好的厂自动化、三成像等工业域性能激光在科学研究领域的应用光谱分析高精度测量12测质谱识别质状现纳级测激光可用于精确量物的光特性,从而物成分和激光干涉仪可实米分辨率的高精度尺寸量,在物理学态应研究中广泛用激光显微镜激光冷却和俘获34单显将绝对为利用激光的高度色性和定向性,可构建出分辨率极高的微利用激光可以原子和分子冷却至接近零度,量子力学镜验础,用于生物医学研究实提供基激光在国防领域的应用精确打击武器防御红外夜视精密测距标术术进红测术应激光武器可精准瞄准目,发利用激光技可研发出高能激激光技支撑了先的外夜激光距技广泛用于武器挥领拦敌导军隐导军卓越的破坏力,在国防域光防御系统,有效截方视设备,提高事行动的蔽瞄准、制和跟踪,提升了弹扮演重要角色和飞机性和效率事装备的精确性激光安全眼睛防护皮肤防护环境保护安全管理辐损烧伤肤损围验应严激光射可能会害眼睛视网高功率激光可能会皮,激光可能会坏周的设备和实室制定格的安全操作专镜时须时应规训员膜,因此佩戴用的防护眼因此工作必穿戴防护服材料使用激光注意控制程,培工作人,并配备必须镜时应尽检维非常重要必确保眼能够使用激光量减少裸露的光束,避免意外泄露或反射造要的防护设备定期查护挡辐肤积损应预关键完全遮所有波长的激光射皮面成害和事故急案也很激光器分类固体激光器气体激光器半导体激光器染料激光器质过导导固体激光器使用晶体或玻璃作气体激光器使用气体介,通半体激光器采用半体材料染料激光器使用有机染料溶液为质结简单应产为质积为质产调谐增益介,构可靠,广泛电子碰撞或者化学反生激作增益介,体小、功耗低作增益介,能生可的应疗领氩讯储用于医、工业加工等域光代表性如离子激光器、、价格便宜,在通、光存等可见光和紫外光激光在一些红钕领应蓝领应常见如宝石激光器、二氧化碳激光器能输出高功域广泛用如紫激光二科学研究域有广泛用红导YAG激光器等率、高效率的激光极管、外半体激光器等激光器参数激光器器件组成激光源光学谐振器泵浦源冷却系统组产镜组产为维激光器的核心成部件,用于由两个高反射成,能够生激光源提供足够的能量,使其用于持激光器的工作温度,避现辐过辐转级热应对生光子并实受激射程受激射并形成激光束反射达到反种群所需的能常免效输出性能的影响镜常见有气体激光源、固体激光之间的距离决定了光子的共见的泵浦方式有电泵浦、光泵水冷、风冷等是常见的冷却方导频源和半体激光源等振率浦和化学泵浦等式未来激光技术发展趋势微纳米激光1超小型化激光器的研发可调谐激光2现频调术实激光率可的新技高功率激光3极端高功率激光器的突破智能激光4激光器自动化控制系统的发展来术趋势纳调谐这术将领应未激光技的发展包括微米激光器、可激光器、高功率激光器和智能激光控制系统等些技的突破推动激光在更多域的用,为带来人类社会发展新的可能本课件小结激光基础知识全面讲解不同种类激光器介绍课课详细绍单本件从激光概述、光的粒子性件介了模激光器、多础识连续、激发和受激发射等基知出模激光器、激光器、脉冲激讲应发,深入解了激光原理的各个重光器等各类激光器的特点和用环节要激光技术广泛应用激光安全知识介绍课还阐术疗调件述了激光技在医、最后重点强了激光安全的重要领应为工业、科研等域的广泛用,以性,学生掌握使用激光器的安全来术趋势识础及未激光技的发展知奠定基。