chapter14 激光
Chapter_14
mv m ma mv ma (1 ) ma (1 ) ma
a m
Mass flow rate of dry air,
Based on the volume flow rate of mixture at a given state, the mass flow rate of dry air is
375 325 275 225
T [C]
175 125 75
1.491 kPa
TDP
25 -25 0 2 4 6 8 10 12
5
s [kJ/kg-K]
Relative Humidity, ϕ
Mass of vapor in air m v Mass of in saturated air mg
10
Example 14-2 If the atmospheric air in the last example is conditioned to 20oC, 40 percent relative humidity, what mass of water is added or removed per unit mass of dry air? At 20oC, Pg = 2.339 kP0% Pg 4.247 kPa
9
2.548 kPa kgv 0.622 0.01626 (100 2.548) kPa kga
h ha hv C p , a T (25013 . 182 . T) kJ kgv kJ o o 1005 . (30 C ) 0.01626 (25013 . 182 . (30 C )) o kga C kga kgv kJ 7171 . kga
2024年度激光原理及应用PPT课件
激光的相干性比普通光 强很多，可用于精密测 量和全息照相等领域。
激光器组成及工作原理
激光器组成
激光器一般由工作物质、激励源和光学谐振腔三部分组成。
2024/3/24
工作原理
在激励源的作用下，工作物质中的电子被激发到高能级，形 成粒子数反转分布。当这些电子从高能级跃迁到低能级时， 会辐射出与激励源频率相同的光子，并在光学谐振腔内得到 放大和反馈，最终形成稳定的激光输出。
激光雷达
测距、成像、识别等多元化应 用
激光显示
高清晰度、大色域、节能环保
激光制造
高精度、高效率、无接触加工
2024/3/24
10
激光器类型及其特
03
点分析
2024/3/24
11
固体激光器
01
02
03
工作原理
通过激励固体增益介质（ 如晶体、玻璃等）中的粒 子，实现粒子数反转并产 生激光。
2024/3/24
根据实际需要，还可选择佩戴耳塞、手套 等个人防护装备，以降低激光对其他部位 的危害。
2024/3/24
24
未来发展趋势预测
06
与挑战分析
2024/3/24
25
新型激光器研发方向探讨
2024/3/24
新型材料激光器
探索新型增益介质，如量子点、二维材料等，提高激光器的性能 。
微型化与集成化
发展微型激光器，实现与其他光电器件的集成，推动光电子集成技 术的发展。
1960年，美国物理学家 梅曼制造出第一台红宝 石激光器
现代激光技术突破与创新
光纤激光器
高功率、高效率、光束质量好
量子级联激光器
覆盖中红外到太赫兹波段
2024/3/24
第十四章激光光谱的新进展教材
发射光子过程（相对于吸收，反冲能量符号不同） 吸收和发射能量光子能量差
吸收和发射频率差主要来自与反冲能量
二、光子反冲能量测量
将样品放入多次反射的驻波场中(k可以取不同方向) 假设红失谐
基态共振速度 激发态共振速度
基态 粒子数
对于速度为0的原子
基态 激发态
vzi vzk 0
激光吸收正比与粒子数差 吸收上出现两Lamb dips.
线偏振光下光频移不同要求 J g 1/ 2
例如分析 J g 1 Je 2
CG系数
z=o处，以 y 为量子轴方向，有三本征态
g1
,
y
g0
,
y
g1
g1
y
g0
y
g0
y
g1
y
几率 (1/ 2)2 (1/ 2)2 1/ 4 几率 ( 2 / 3)2 ( 1/ 6)2 1/ 9
kBT
1 (2 / )2 4 2 /
V 2 1 (2 / )2 4M 2 /
23Na 87Rb 133Cs 7Li 4He
TDoppler 240 144 125 140 23
(uK)
偏振梯度冷却
1，线偏振光和线偏振光相向传播
驻波场
Ez,t zexp iLt c.c
g1 y
一级围绕近似下,本征态布局数不变
y
g0 st
g0
y
9 17
y
g1 st
g1
y
y
g1 st
g1
y
4 17
Jz在 gm y 本征态下的本征值
y
Байду номын сангаас
激光的作用及功能主治
激光的作用及功能主治激光技术简介激光（Laser）是一种特殊的光，具有高度集中的能量和一定的相干性。
激光技术是通过激光器产生的一束高度聚焦的激光光束来实现各种应用。
激光技术在医疗、工业、军事、通信等领域有着广泛的应用。
激光的基本原理激光是通过受激辐射产生的，利用激活物质的能级跃迁，原子与分子在外部光射线的作用下产生辐射，从而产生一束具有准单色性、准平直性、准相干性的光。
激光的作用激光在许多领域都有着重要的作用，下面是一些常见的激光应用：激光切割和焊接激光切割和焊接是激光在工业生产中最常见的应用之一。
激光切割利用激光的高能量和聚焦性，能够将各种材料，如金属、塑料、纸张等进行切割。
激光焊接可以精确控制激光的位置和热量，使得焊接效果更加精准和可靠。
激光打印激光打印技术利用激光在光敏感介质上进行扫描和照射，从而形成图像或文字。
激光打印具有打印速度快、清晰度高、耐久性好等特点，广泛应用于办公、制图、排版、出版等领域。
激光医学激光在医学领域有着广泛的应用。
以下是一些常见的激光医学应用：•激光手术：激光可用于皮肤整形、眼科手术、口腔手术等，具有创伤小、恢复快的特点。
•激光治疗：激光可用于治疗皮肤疾病、静脉曲张、近视等多种疾病，通过激光的光能促进组织修复和治疗效果。
•激光激活：激光可用于激活光敏剂，从而对癌细胞、病毒等进行治疗。
激光测距和测速激光测距和测速是激光技术在测量领域的重要应用。
通过测量激光的返回时间和光强变化，可以实现精确的距离和速度测量，用于地面测绘、无人机导航、雷达测距等。
激光通信激光通信是一种通过激光光束进行数据传输的技术。
激光通信具有大带宽、抗干扰能力强的特点，常用于卫星通信、无线通信和数据中心等领域。
激光的功能主治激光在医疗领域应用广泛，下面是一些常见的激光医疗功能主治：美容护肤激光可以用于改善皮肤问题，如色斑、痤疮、皮肤衰老等。
通过激光对皮肤进行刺激和促进，可以达到去除色素、收紧皮肤、促进胶原蛋白生成等效果。
激光工作原理
激光工作原理激光（Laser）是指一种具有高单色性、高亮度的光，其产生的过程是通过激发原子、分子或固体晶体中的电子能级跃迁而实现的。
激光在现代科技应用中具有广泛的用途，例如激光切割、激光雕刻、激光治疗等。
本文将为您详细介绍激光工作的基本原理。
一、激光的产生过程激光的产生过程主要包括三个步骤：激发、增强和产生。
1. 激发阶段：在激光器中，通过能量输入（如电能、光能等）使得介质处于激发态。
能量的输入可以通过电磁场激发，或者通过光束与物质相互作用实现。
激发态能级的能量高于基态，电子处于非稳定状态。
2. 增强阶段：在激发态的电子中，由于受到外部的刺激，电子会跃迁到更高的激发态。
这些电子在激发态之间的跃迁中释放出更多的能量，从而形成了一种能量逐渐积累的过程。
这个阶段又被称为能量积累阶段。
3. 产生阶段：当能量积累达到一定程度时，激发态的电子跃迁到基态会产生一束特定波长的光子。
这个光子与入射的光子频率或介质中的其他光子频率相同，达到了相干和放大的效果，从而形成了激光。
二、激光的基本原理激光的产生基于基本的量子物理原理，主要包括受激辐射、光学谐振腔和增益介质。
1. 受激辐射：受激辐射是激光产生的基本物理现象。
当一个激发态的原子或分子遇到一个与自身激发态频率相同的光子时，会从高能级跃迁到低能级，并产生与原始光子具有相同频率和相位的新光子。
2. 光学谐振腔：光学谐振腔是激光器中的重要组成部分，用于放大和反射光。
光学谐振腔包括两个镜片，一个是激光输出镜，另一个是高反射镜。
激光光线在两个镜片之间多次反射并逐渐增强。
当增强光线达到一定强度时，激光输出镜会允许一部分光线通过，形成激光束的输出。
3. 增益介质：增益介质是能够提供激光放大过程所需能量的物质。
常见的增益介质包括激光二极管、气体（如二氧化碳）、固体（如Nd:YAG晶体）和液体等。
在这些介质中，通过激发能级跃迁和相应的补偿机制，能量得以积累并产生激光。
三、激光的特性激光具有一些独特的特性，使其在科学研究和工程应用中得到广泛应用。
激光ppt课件
激光雷达
利用激光的反射和散射特性对大气进行探测和研究，用于气象预报、 气候变化等领域。
激光冷却和囚禁原子技术
利用激光的相干性和偏振特性实现对原子的精确控制和囚禁，用于研 究量子力学和量子计算等领域。
激光操控和微纳加工技术
利用激光的强光束和高能量密度对微小颗粒和纳米材料进行精确操控 和加工，用于制造微型机械、传感器、集成电路等领域。
信、卫星还原度等特点，未来将逐渐取代传 统的显示技术，成为主流的显示方 式之一。
医疗领域
激光技术在医疗领域的应用将更加 广泛和深入，如激光手术、激光治 疗等，为医疗领域的发展提供更加 先进和安全的技术手段。
04
CATALOGUE
激光的安全与防护
激光的危害
激光辐射对眼睛的危害
01
高强度激光辐射直接照射眼睛，可能导致视网膜损伤、黄斑病
变等严重眼病。
激光辐射对皮肤的危害
02
激光辐射长时间照射皮肤，可能导致皮肤灼伤、色素沉着、皮
肤老化等问题。
激光辐射对其他生物体的危害
03
激光辐射可能对其他生物体产生影响，如影响植物的光合作用
、影响动物的视觉和行为等。
激光的安全标准
激光焊接
通过激光束的高能量密度实现 材料的快速、高效焊接，提高 焊接质量和效率。
激光打标
利用激光的高能量密度在各种 材料表面进行永久性标记，广 泛应用于产品追溯、防伪鉴别 等领域。
激光清洗
利用激光的强光束和高温去除 各种材料表面的污垢和杂质， 具有环保、高效、无损等优点
。
医疗美容
01
02
03
04
《激光》 讲义
《激光》讲义一、激光的定义与原理激光，这个在现代科技中频繁出现的词汇，对于很多人来说或许既熟悉又神秘。
那么，究竟什么是激光呢？简单来说，激光（Laser）是“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”的缩写，意思是“通过受激辐射实现光放大”。
其工作原理基于量子力学的概念。
在普通光源中，比如灯泡，光是由大量原子或分子自发地发射出来的，这些光子的发射方向、频率和相位都是随机的，这就导致了光的分散和不集中。
而激光的产生则是一个受控的、高度有序的过程。
首先，有一个增益介质，比如气体（如氦氖气体）、固体（如红宝石、钕玻璃）或半导体。
在增益介质中，存在着大量处于不同能级的原子或分子。
当外界提供能量（例如通过电流、光照射等方式）时，一些原子或分子会被激发到较高的能级，形成所谓的“粒子数反转”状态。
处于这种状态下的原子或分子，当受到一个特定频率和相位的光子激发时，会产生一个与激发光子完全相同的光子，这就是受激辐射过程。
这两个光子不仅频率、相位相同，而且方向也完全一致。
通过在增益介质两端放置反射镜，形成一个光学谐振腔，使得受激辐射产生的光子在腔内来回反射，不断激发更多的原子或分子产生受激辐射，从而实现光的放大。
最终，当光强达到一定程度时，从其中一个反射镜部分透射出去，形成一束高强度、高方向性、高单色性和高相干性的激光束。
二、激光的特点激光具有许多独特的特点，使其在众多领域得到了广泛的应用。
1、高方向性激光束的发散角非常小，可以近似看作是平行光。
这使得激光能够在长距离传输后仍然保持较小的光斑尺寸，从而实现精确的能量传递和信息传输。
例如，在激光测距中，激光可以照射到很远的目标，并通过测量光的往返时间来精确计算距离。
2、高单色性激光的波长非常单一，即颜色非常纯。
这使得激光在光谱分析、医学诊断和通信等领域具有重要的应用价值。
比如在医学领域，特定波长的激光可以被血红蛋白吸收，从而用于治疗血管病变。
Chapter_14_Sound
The sensation of loudness is logarithmic in the human hear β is the intensity level or the decibel level of the sound I 10 log Io
Io is the threshold of hearing
This area is called a rarefaction
Using a Tuning Fork, final
பைடு நூலகம்
As the tuning fork continues to vibrate, a succession of compressions and rarefactions spread out from the fork A sinusoidal curve can be used to represent the longitudinal wave
Ultrasonic ranging unit for cameras
Speed of Sound in a Liquid
In a liquid, the speed depends on the liquid’s compressibility and inertia
v
B
B is the Bulk Modulus of the liquid ρ is the density of the liquid Compares with the equation for a transverse wave on a string
Multiplying a given intensity by 10 adds 10 dB to the intensity level
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1
激光又名莱塞(Laser)
全名是（Light amplification by stimulated
emission of radiation ）
“辐射的受激发射光放大”
世界上第一台激光器诞生于1960年1954年制成了受激发射的微波放大器——梅塞（Maser ）
它们的基本原理都是基于1916年爱因斯坦提出的受激辐射理论§5 激光（自学）
6
B 12----吸收系数
W 12=Ｂ12 ρ(ν、T )
W 12 ---单个原子在单位时间内发生
吸收过程的概率
则有附近单位频率间隔内外来辐射的能量密度设ρ(ν,T )是温度为T 时频率ν= (E 2-E 1) / h
3. 受激辐射
爱因斯坦在研究黑体辐射时
发现辐射场和原子交换能量时
只靠自发辐射和吸收
是不能达到热平衡的
还必须存在另一种辐射方式
----受激辐射
7
•受激辐射
若入射光子的能量hν等于原子高、低
能级的能量差E
2 −E
1
且高能级上有原子存在时
入射光子的电磁场就会诱发原子
从高能级跃迁到低能级同时
放出一个与入射光子完全相同的光子
8
E n N
N
N
E
2. 实现粒子数反转的必备条件
1)依靠泵浦源激发原子
粒子数反转态是非热平衡态
为了促使粒子数反转的出现
必须用一定的手段去激发原子体系
这称为“泵浦”或“抽运”
激发的方式可以有光激发
和原子碰撞激发等
14
2)合适能级分布的激活物质
•有三能级或三能级以上的能级系统
•上能级应为“亚稳态”
（自发辐射系数小）
•下能级不应是基态
而且对下下能级的自发辐射要大
15
例：He —Ne
气体激光器的粒子数反转
He是辅助物质Ne是激活物质
He与Ne之比为5∶1 ∼10∶1
16
碰撞转移
电
子
碰
撞
跃
迁
与管壁碰撞发生
“无辐射跃迁”
ν
)
(0νI )(0νI 2
)
(0νI νν0
Δν
2
0I I I
0通过缩短腔长和控制反射镜膜厚等手段可使输出纵模个数
I
2
0I I I 0
如上述He—Ne激光器L 从1m缩短到0.1m 要增大到10倍
则Δν
k
在Δν区间中可能存在的纵模个数Ｎ仅为1 从而获得了线宽极窄的0.6328 μm激光
极大地提高了单色性（但损失了光强）
也可以在腔内插入F─P标准具选频
26
27
基模
高阶横模
轴对称分布旋转对称分布
中心对称
旋转对称
基横模光束质量高高阶横模输出功率大
没有特殊要求通常都选择基横模输出
基横模输出的特点：
•亮度高
•发散角小
•光束横截面上径向光强分布较均匀
•横截面上各点的相位相同
空间相干性最好
28
小结: 激光器的三个主要组成部分
1.激活介质：
有合适的能级结构能实现粒子数反转2.激励能源：
使原子激发维持粒子数反转
3.光学谐振腔：
保证光放大使激光有良好的方向性和
单色性
29
30
四. 激光的特点•空间相干性好激光波面上各个点可以
1.相干性极好•时间相干性好
2.方向性极好投射到月球（38万公里）光斑直径仅约相干长度可达几十公里做到都是相干的（如基横摸）
发散角可小到∼
10 -4red （∼0.1′）
2公里测地—月距离精度达几厘米
32五.应用
•利用激光高强度良好的聚焦性（平行性）刻制光栅等
绘制集成电路图如芯片电路的准确分割切割(连续打孔)：
调节精密电阻
迅速非接触可在空气中进行
焊接(烧熔)：可加工硬质合金钻石等钻孔(烧穿)：★加工：
效率高激光的应用已遍及科技、工农业、医疗、军事、生活等各个领域，这里只列举几个方面：
★测量：准直、测距等
★医疗：激光手术刀血管内窥镜治癌等
★军事：激光制导激光炮等
★核技术：激光分离同位素
（还利用了频率准确的特点）
激光核聚变
（107─109K, 氘─氚小弹丸）等
33
•利用激光极好的相干性：
★测量：精密测长、测角，测流速(10-5—104m/s)准确测定光速c（定义1m=c/299752458）
定向(激光陀螺)测电流电压（磁光效应）激光雷达（分辨率高，可测云雾）等
★全息技术：全息存储全息测量全息电影
全息摄影等
34
35
抗干扰性强
★探测：微电子器件表面探测（激光─原子力
显微镜可测25个原子厚度的起伏变化)
单原子探测（利用光谱分析能测出10
20个原子中的一个原子）★激光光纤通讯：载波频率高（1011─1015Hz ）
信息容量大清晰功耗小
分子雷达
（可探测活细胞内的新陈代谢过程）
激光焊接
高能激光（能产生约5500 o C的高温）
把大块硬质材料焊接在一起
37
38
用激光使脱落的视网膜再复位
（目前已是常规的医学手术）
臂动脉
主动脉
冠状动脉内窥镜
附属通道有源纤维套环
纤维镜
照明束
阻止血流或使血流流通
40用脉冲的染料激光（波长585nm ）处理皮肤色素沉着
处理前处理后。