第一章作业(激光技术--蓝信钜,66页).
军事高技术-激光(1)
红
波长范围（Ǻ）
6470-7600
谱宽（Ǻ）
1130
橙
黄
5880-6470
5500-5880
590
380
绿
青 蓝 紫 氦氖激光
4920-5500
4550-4920 4300-4550 3800-4300 6328
580
370 250 500 0005
10-7
暂态
E
加热
亚稳态 激 发 激 发
激励源 （手段）
光照 电场
化学能
稳态
激励：实现粒子数反转的过程。
粒子数反转：产生激光的必要条件
激光工作物质受激吸收后会发生粒子数反转。 粒子数反转是其受激辐射光放大的必要条件。
E E3 E2 E1 E E2
E0
E1
粒子数正常分布△
粒子数反转分布▽
3、要有一个光学谐振腔
1、物质结构和能级
高轨/高能级
低轨/低能级
（氢）原子能级图
2、受激吸收与 自发辐射
高轨 高轨
电子
多能级的跃迁和自发辐射
电子
能量刺激 低轨 低轨
光子
激发态
E=h· v 光子
⊕
E1 E1 E=E1-E0=hv 自发辐射过程 光子
受激吸收过程
⊕
⊕
E0 E0
基态
图 5-31 图 5-32 受激吸收 自发辐射 E0+h=E1 E1-h=E0 (h为普朗克常数）
1、苏联起步较早，但隐而不露； 2、美国三军竟相研究。 3、1964年，钱学森院士提议意译为“激光”
激光技术
激光基础知识
激光在军事上的应用
什么是激光
光怎样产生
激光光谱学课件 第一章
第 二 节
激光的模式：激光的光场分布，分为纵模和横模。
C.纵模：光场的纵向分布，它由振荡频率决定。
q
q
c
2L
,
q 1,2,3......
q
c
2L
激 光
特点：在腔的横截面内场是均匀分布的，沿腔 的轴线方向形成驻波，驻波的波节数由q决定。 通常把由整数q所表征的腔内纵向的稳定场分 布称为激光的纵模（或轴模），q称为纵模的 序数（即驻波系统在腔的轴线上零场强度的数 目）。不同的纵模相应于不同的q值，对应不 同的频率。
其中Z为配分函数, 为归一化因子：n 为总数目
每个模的平均能量
第 二 节
W
1 n
P(q)qh
q0
h
eh / kT
1
黑体辐射的能量密度(普朗克公式)
(v)
g(v)
W
8 v2
c3
hv ehv/kT 1
8 hv3
c3
1 ehv / kT
1
(v) g(v) n hv
激 光
其中, g(v)为模密度，n 表示每个模式所具有的平 均光子数，即光源的光子简并度
1.3×104~2.5×104
紫外光
7.5×1014~1016 380~30nm 2.5×104~3.3×105
X射线
1016~1019 30.0~0.03nm 3.3×105~3.3×108
射线
≥ 1019 ≤0.03nm ≥3.3×108
第
电磁波谱
一
节
光 谱 学
第 二 节
激 光
2.1 激光简介
k kz
激 光
激光技术--蓝信巨讲解
第一章作业（激光技术--蓝信鉅，66页）答案2．在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个1／4波片，（1）它的轴向应如何设置为佳?（2）若旋转1／4波片，它所提供的直流偏置有何变化?答：（1）. 其快、慢轴与晶体主轴x轴成450角（即快、慢轴分别与x’、y’轴平行）。
此时，它所提供的直流偏置相当于在电光晶体上附加了一个V1/4的固定偏压(Ex’和Ey’的附加位相差为900)；使得调制器在透过率T=50%的工作点上。
（2）. 若旋转1／4波片，会导致Ex’和Ey’的附加位相差不再是900；因而它所提供的直流偏置也不再是V1/4。
当然调制器的工作点也偏离了透过率T=50%的位置。
3.为了降低电光调制器的半波电压，采用4块z切割的KDP晶体连接(光路串联、电路并联)成纵向串联式结构。
试问：(1)为了使4块晶体的电光效应逐块叠加，各晶体的x和y轴取向应如何? (2) 若λ=0.628μm，n。
＝1.51，γ63＝23.6×10—12m／V，计算其半波电压，并与单块晶体调制器比较之。
解：(1) 为了使晶体对入射的偏振光的两个分量的相位延迟皆有相同的符号，则把晶体x和y轴逐块旋转90安置，z轴方向一致（如下图）， x x z zx x z z y y y y(2).四块晶体叠加后，每块晶体的电压为：11λ10.628⨯10-6Vλ=Vλ=⨯3=⨯=966 v 3-124242n0γ6342⨯1.51⨯23.6⨯102'而单块晶体得半波电压为：λ0.628⨯10-6Vλ=3==3864 v 3-122n0γ632⨯1.51⨯23.6⨯102与前者相差4倍。
4．试设计一种实验装置，如何检验出入射光的偏振态(线偏光、椭圆偏光和自然光)，并指出是根据什么现象? 如果一个纵向电光调制器没有起偏器，入射的自然光能否得到光强调制?为什么？解：（1）实验装置：偏振片和白色屏幕。
a. 在光路上放置偏振片和白色屏幕，转动偏振片一周，假如有两次消光现象，则为线偏振光。
激光原理_第一章
梅曼和他的红宝石激光器
3. 1961年 年 ⑴ 2月（A.Javan）研制成了 月 ） He—Ne混合气体激光器。 混合气体激光器。 混合气体激光器 有人提出了Q调制技术 调制技术， ⑵ 有人提出了 调制技术， 并制成第一台调Q激光器 并制成第一台调 激光器。 激光器 制成了钕玻璃脉冲激光器。 ⑶ 制成了钕玻璃脉冲激光器。
激 光 原 理 及 技 术
陈
俊
学
Email:cjxuelaser@
西南科技大学理学院
第一部分
何为激光（ 何为激光（laser）? ）
Light Amplification by StimuIated Emission of Radiation 受激辐射光放大 辐射光 镭射：LASER的音译 镭射： 的音译 高方向性 与普通光源相比 激光束的特点 高亮度 高单色性和相干性
第一章 激光的物理基础
§1-1 光的电磁波理论 §1-2 光波的模式和光子的量子状态 §1-3 光的相干性和相干体积 §1-4 光子简并度 §1-5 黑体辐射 §1-6 光的自发辐射、受激吸收和受激辐射 光的自发辐射、 §1-7 激光的产生 §1-8 激光器和激光的特性
§1-1 光的电磁理论
光辐射场的性质描述： 光辐射场的性质描述： 光辐射场是各种不同频率电磁场的集合（波动观点） 光辐射场是各种不同频率电磁场的集合（波动观点） 光辐射场是数目不固定的光子（粒子的观点） 光辐射场是数目不固定的光子（粒子的观点）
2.医学： 2.医学： 医学
激光诊断：辨别人呼出气体的成分及各种成分的浓度。 激光诊断：辨别人呼出气体的成分及各种成分的浓度。 眼科手术：视网膜焊接、近视治疗。 眼科手术：视网膜焊接、近视治疗。 激光美容： 激光美容脉冲激光轰击氘靶引起热核反应； 用高强度短脉冲激光轰击氘靶引起热核反应； 非线性光学研究上的应用，如倍频效应等； 非线性光学研究上的应用，如倍频效应等； 拉曼散射的应用，可作测量。 拉曼散射的应用，可作测量。
激光技术--蓝信巨答案
激光技术--蓝信巨答案
激光技术是指利用激光器产生的激光，通过光学设备进行精确控制和操作的技术。
激光技术具有相干性强、聚束度高、能量密度大等特点，被广泛应用于制造业、医疗、通信、安全等领域。
1. 制造业：激光加工技术可以实现精密切割、打孔、焊接等加工操作，应用于电子、汽车、航空等行业。
同时，激光打标技术也成为商品防伪的重要手段。
2. 医疗领域：激光手术技术可以实现非侵入式手术，减少手术对患者的创伤和痛苦，应用于皮肤、眼科、牙科等多个医学领域。
3. 通信领域：激光通信技术可以实现高速、大容量的信息传输，应用于卫星通信、城市通信等领域。
4. 安全领域：激光雷达技术可以实现精准探测，应用于交通、安防等领域。
综上所述，激光技术在众多领域拥有广泛的应用前景，是一项高新技术的代表。
激光科学技术讲解
自发辐射
——高能级到低能级放出能量
与经典力学中的观点类似，处于高能态的原子是不稳定 的。它们在激发态停留的时间非常短（数量级约为10-8s）， 之后，会自发地返回基态去，同时放出一个光子。这种自发 地从激发态跃迁至较低的能态而放出光子的过程，叫做自发 辐射。原子在激发态的平均停留时间称之为激发态的寿命。
基态
受激吸收
——低能级到高能级吸收能量
如图1-1所示，有一个原子开始时处于基态E1，若不存在任 何外来影响，它将保持状态不变。如果有一个外来光子，能量 为hv，与该原子发生相互作用。且hv E2 E1 ，其中：E2为原 子的某一较高的能量状态——激发态。则原子就有可能吸收这 一光子，而被激发到高能态去。这一过程被称之为受激吸收。 值得注意的是，只有外来光子的能量hv恰好等于原子的某两能 级之差时，光子 才能被吸收。 E3 E3 E2 E2 hv
第四节 激光的应用及发展
２．激光在通信中的应用
激光是一种频率更高的电磁波，它具有很好相干性， 因而象以往电磁波（收音机、电视等）一样可以用来作为 传递信息的载波。由激光“携带”的信息 ( 包括语言、文 字、图像、符号等 ) 通过一定的传输通道 ( 大气、光纤等 ) 送到接收器，再由光接收器鉴别并还原成原来的信息。
激光的产生
１．激光产生的物理过程：受激辐射而得到的加强光 ２．产生激光的困难：吸收大于辐射 ３．产生激光的办法 ：粒子数反转
无辐射跃迁
亚稳态
Light or laser
激光的特性
1 2 3 4
好的相干性
高亮度
光源亮度是指光源单位发光表面在单位时间内沿单位 立体角所发射的能量，普通光源的亮度相当低，例如，太 阳表面的亮度比蜡烛大30万倍，比白炽灯大几百倍。而一 台普通的激光器的输出亮度，比太阳表面的亮度大10亿倍。 激光器的输出功率并不一定很高，但由于光束很细，光脉 冲窄，光功率密度却非常大。由于激光光源使光能量在时 间和空间上高度集中，因此，能在直径极小的区域内(10-3 毫米)产生几百万度的高温。 高亮度激光束经聚焦后，可产生几百万个单位的高温 高压。千分之一秒内使任何金属汽化。
北京理工大学博士学位研究生入学考试业务课参考书目考试
3003
高等波动光学
《物理光学教程》北京理工大学出版社谢敬辉，赵达尊，闫吉祥
2005
3005
导航系统
《导航系统》航空工业出版社袁信、俞济祥、陈哲
1993
3005
导航系统
《捷联惯导系统原理》宇航出版社陈哲
1986
3006
光电子学
《激光原理》国防工业出版社周炳琨等
2009
3006
光电子学
《光纤技术—理论基础及应用》北京理工大学出版社孙雨南等
电磁理论电子科技大学出版社楼仁海等
2023
电子学基础
半导体器件物理电子工业出版社施敏
2023
电子学基础
现代电路理论高等教育出版社邱关源
2023
电子学基础
数字信号处理北京理工大学出版社王世一
2024
材料科学与工程
《材料科学基础教程》哈尔滨工业大学出版社赵品、谢辅洲、孙振国
2002
2025
配位化学
《配位化学》（双语版）化学工业出版社李晖
1992
3015
微波技术
本学科硕士用参考书均可，内容包括微波技术、微波网络、微波天线、微波测量
3016
微光与红外成像技术
《光电成像原理与技术》北京理工大学出版社白廷柱，金伟其
2006
3016
微光与红外成像技术
《微光与红外成像技术》北京理工大学出版社张敬贤、李玉丹等
1995
3017
系统辨识
《过程辨识》清华大学出版社方崇智、萧德云
3001
有机化学Ⅰ
《基础有机化学》第二版（上、下册）高等教育出版社邢其毅等
2003
3002
半导体集成电路原理与设计
第一章 激光光束 激光物理(研究生)
定律有 电 2 Cr1 D1 Dr2 r1 2 子 B 1 科 L( r , r ) L Ar 2 Dr 2 2r r 1 2 0 1 2 1 2 (1.2.17) 2B 技 大 若参考平面RP1及RP2处的折射率分别为n1和 学 n2，则(1.2.17)修改为
一、自由空间传播L距离
θ2
电 θ1 r2 2 1 子 r1 科 z L 技 大 近轴光线，θ1很小，有tgθ1＝θ1 。故有 学
写成矩阵表 达形式为
r2 1 L r1 0 1 1 2
r2 r1 L tg1 1
1960-5-17，Ted Maiman 发明第一台激光器
电 子 科 技 大 学
第一台红宝石激光器的拆卸图 电 子 科 技 大 学
Laser 突破了非相干光源单色亮度低、在介质
中中传播时因吸收而不断减弱的缺陷,当泵浦光
电 子 科 技 大 学
通过激光介质并有适当的谐振腔时,发生受激发 射,形成出射光强远大于人射光强、相位整齐、 亮度高、方向性好、强度高的相干光,为信息处 理提供了稳定的载息媒介。
r2 Ar1 B1
r2 Ar1 1 B
1 2 2 L( r1 , r2 ) L0 An1r1 Dn2 r2 2n1r1r2 2B (1.2.18)
假设RP1上场分布A1(r1)，RP2上场分布A2(r2)， 根据菲涅耳衍射积分，有
电 子 二维场，有 2 i 科 A x , y i A x , y e L x ,y ,x ,y dx dy 1 1 1 2 2 2 1 1 B 技 0 (1.2.20) 式中 大 L( x1 , y1, x2 , y 2 ) L0 学
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第一章作业(激光技术--蓝信鉅,66页
2.在电光调制器中,为了得到线性调制,在调制器中插入一个1/4波片,它的轴向应如何设置为佳? 若旋转1/4波片,它所提供的直流偏置有何变化?
3,为了降低电光调制器的半波电压,采用4块z切割的KDP晶体连接(光路串联、电路并联成纵向串联式结构。
试问:(1为了使4块晶体的电光效应逐块叠加,各晶体的x和y轴取向应如何? (2若λ=0.628μm,n。
=1.51,γ63= 23.6×10—12m/V,计算其半波电压,并与单块晶体调制器比较之。
4.试设计一种实验装置,如何检验出入射光的偏振态(线偏光、椭圆偏光和自然光,并指出是根据什么现象? 如果一个纵向电光调制器没有起偏器,入射的自然光能否得到光强调制? 为什么?
第一章补充作业:何谓a. 电光调制、b. 声光调制、c. 磁光调制、d. 直接调制、
e.空间光调制器?
第2章作业(激光技术--蓝信鉅,103页,带*号的研究生可以试做
1.说明利用调Q技术获得高峰值功率巨脉冲的原理,并简单说明调Q脉冲形成过程中各参量随时间的变化。
3.有一带偏振棱镜的电光调Q YAG激光器,试回答或计算下列问题:
(1画出调Q激光器的结构示意图,并标出偏振镜的偏振轴和电光晶体各主轴的相对方向。
(2怎样调整偏振棱镜的起偏方向和晶体的相对位置才能得到理想的开关效果?
(3计算l/4波长电压Vλ/4 (l=25mm,n0=n e=1.05, γ63=23.6×10-12‘’m/V。
5.当频率f s=40MHz 的超声波在熔凝石英声光介质(n=1.54中建立起超声场(v s=5.96×105cm/s时,试计算波长为λ=1.06μm的入射光满足布拉格条件
的入射角θ。
6*.一个声光调Q器件(L=50mm,H=5mm是用熔融石英材料做成,用于连续YAG 激光器调Q。
已知激光器的单程增益为0.3,声光器件的电声转换效率为40%,求
(1声光器件的驱动功率P S应为多大?
(2声光器件要工作于布拉格衍射区,其声场频率应为多少?
第3章作业(激光技术--蓝信鉅,142页
3.有一多纵模激光器纵模数是1千个,激光器的腔长1.5m,输出的平均功率为1w,认为各纵模振幅相等。
(1 试求在锁模情况下,光脉冲的周期、宽度和峰值功率各是多少?
(2 采用声光损耗调制元件锁模时,调制器上加电压V(t=V m cos(ωm t,试问电压的频率是多大?
4.有一掺钕钇铝石榴石激光器,振荡线宽(荧光谱线中能产生激光振荡的范围
△υosc=12×1010Hz,腔长L=0.5m,试计算激光器的参量;(1纵模频率间隔, (2 △υosc内可容纳纵模的数目;(3假设各纵模振幅相等,求锁模后脉冲的宽度和周期,(4锁模脉冲及脉冲间隔占有的空间距离。
6.在谐振腔中部L/2处放置一损耗调制器,要获得锁模光脉冲,调制器的损耙周
期T应为多大? 每个脉冲的能量与调制器放在紧靠端镜处的情况有何差别?
第4章作业(激光技术--蓝信鉅,169页
1.比较激光荡器和放大器的异同点。
3.为什么放大器可以压窄脉冲宽度? 它与锁模压窄脉宽有什么区别?
5.一个YAG激光放大器,△N0=6×1017cm-3, 12=5×10-23m2,对一矩形光脉
冲放大,已知光束截面是0.5cm2,光子能量hυ=1.86×10-19J,脉宽为10ns,能量为50mJ,若要求放大到200mJ,试求放大介质的长度应为多少?
第5章作业(激光技术--蓝信鉅,193页
2.分析利用衍射损耗的不同选基模(TEM00的原理。
4.钕玻璃激光工作物质,其荧光线宽△λD=24.0nm,折射率n=1.50,若用短腔法选纵模,腔长应为多少?
7.为了抑制高阶横模,在一共焦腔的反射镜处放置一个小孔光阑,若腔长L为1m,激光波长λ为632.8nm。
为了只让TEM00模振荡,小孔的大小应为多少?(一般小孔直径等于镜面上基模光斑尺寸的3—4倍。
思考题:能否同时获得超短脉冲和单色性非常好的激光?为什么?
第6章作业(激光技术--蓝信鉅,217页
1.比较兰姆凹陷稳频与反兰姆凹陷稳频的异同点。
2.分析稳频伺服电路中相敏检波器的工作原理及其作用。
3.在He—Ne激光器中,Ne原子的谱线宽度△υD=1.5×109Hz,其谱线中心频率
υ0=
4.7×1014Hz,如不采用稳频措施,这种激光器的频率稳定度为多少?
4.一台稳频CO2激光器,腔长采用环状压电陶瓷(PZT调节,其长度L为1m,灵敏度m=2.5×10-4 μm/(V·cm,经测定压电陶瓷的最大变化(即腔长的最大调节范围△L 为0.1μm 。
为了使稳频系统能正常工作,需将误差信号放大到多少伏? [提示:m=△L/
(V.L]。