激光原理(1)

Laser Category
根据工作物质 固体激光器 ：红宝石，Nd:YAG，钕玻璃 气体激光器 ：He—Ne，CO2，离子激光器 液体激光器 ：染料激光器 半导体激光器 根据工作方式： 连续 脉冲
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Laser Category
实物照片
A helium-neon laser demonstration. The glowing ray in the middle is an electric discharge producing light in much the same way as a neon light. It is the gain medium through which the laser passes, not the laser beam itself, which is visible there. The laser beam crosses the air and marks a red point on the screen to the right. 南京邮电大学 光电工程学院 万洪丹
Nicolay G. Basov, Aleksandr M. Prokhorov 南京邮电大学 光电工程学院 万洪丹
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Laser History 【激光器的发明】 1960年：梅曼制成世界上第一台红宝石激光器
增益介质：红宝石晶体 泵浦源：脉冲激光
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Laser History 【中国第一台激光器】 1961年8月，中国科学院长春光学精密机械研究所， 王之江院士（中国激光之父）、邓锡铭、汤星里
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Laser Application——Laser manufacture
南京邮电大学 光电工程学院 万洪丹 机器人激光焊接技术
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Laser Application——Laser radar
反射回来的不同光谱成分预测污 染物分布情况 激光测试大气污染
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中国军方100kW 脉冲舰载激光武器 激光武器只要能维持供电，便等于拥有无限子弹
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Laser Application
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Laser Application——Laser weapon
激光制导
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Laser Application——Laser weapon
“外科手术刀(Scalpel)” 超小型制导航空炸弹效果 图 取代导弹，搭载到坦克、 战舰和战机上使用。
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Laser Application——Laser weapon
反卫星激光武器
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Laser History 增益介质类型
光纤通信重要光源
20年间时间，出现基于各种增益介质的激光器，包括气体激光体，掺铷元素激光器，砷化镓半 36 导体激光器，二氧化碳激光器，掺铷镱铝石榴石激光器，氩离子激光器，化学激光器（波长达 南京邮电大学 光电工程学院 万洪丹 3um），染料激光器，准分子激光器，钛宝石激光器
南京邮电大学 光电工程学院 万洪丹 Charles K. Kao
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Laser History 【爱因斯坦的理论贡献】 1917年：爱因斯坦在《关于辐射的量子力学»一文预言了 原子受激辐射发光的可能性，即存在激光的可能性; 【激光器理论】 1954年：发明微波振荡器（Maser） Maser：Microwave amplification by stimulated emission of radiation 1958年：汤斯和肖洛的光激射器理论，提出激光器方案；
激光用于：石质材料、文物的清洗、修复
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Laser Application——Hologram Holograms 激光全息：利用激光的干涉和衍射原理记 录并再现物体真实的三维图像。 全息防伪：加密技术
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Laser Application——3D laser hologram
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Laser Application——Laser cooling
Bose-Einstein Condensation 利用光子冷却原子 激光冷却俘获钠原子的过程
当原子与反向前进的光子相遇时,会吸收光子并使原子的速度发生改变, 23 然后再释放光子并继续前进 .这一现象会使原子的速度降低 ,而降低原子的振荡会使其冷却 南京邮电大学 光电工程学院 万洪丹
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Laser Application——Laser medicine
Eye surgery
外科手术：眼科手术&光子美肤
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Laser Application——Laser medicine
光子美肤
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Laser Application——Artworks conservation
三维汽车全息图
《星球大战》中莱娅公主的全息影像。
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Laser Application——Laser weapon
美军：40多年研究 功率：>kW
激光的能量、方向性以及可操控性
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Laser Application——Laser weapon
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第一章 概述
1.1 激光发展简史
1.2 激光的特性
1.3 激光的应用
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Laser Properties 1. 高方向性
发散 角
由于谐振腔对光振荡方向的限制，激光只有沿腔轴方向受 激辐射才能振荡放大，所以激光束具有很高的方向性。
Laser Application——Laser DC/DVD
CD/VCD
激光刻录：刻录机发出高功率的 激光，聚焦在CD盘片某个特定 部位上，使这个部位的有机染料 层产生化学反应，形成凹凸表面， 实现信息记录
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Laser Application——Optical communication 空间激光通信（激光雷达）：脉冲激光，通过激光传回的时间 获得距离信息
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Laser History——Nobel Prize related
激光；二十世纪出现的改 变人类生活的重要发明， 诞生了许多Nobel物理学 奖
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Laser History
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Laser History
激光原理
教师：万洪丹
单位：南京邮电大学光电工程学院 办公室：教4－312对面 邮箱： hdwan@njupt.edu.cn 南京邮电大学 光电工程学院 万洪丹
？
1
Laser
Light Amplified by Stimulated Emission of Radiation
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Laser Category
产品照片
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Laser Category
产品照片
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Laser Category
半导体激光器实物图
发光二极管
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课程要求
对激光技术中的物理问题有较系统全面的认识； 建立正确的基本概念； 掌握一定的有关激光器技术与应用方面的知识。 考核：平时+期末考试
？
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Laser Application——Light shows
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Laser Application——Laser projection
激光投影：使用激光光束来透射出画面，激光投影机中有红、绿、蓝三色激光。 激光在机器内经过相应的光学元件和处理芯片的扩束后再透射到棱镜将三束激 光整合，然后再由投影物镜将整合后的激光透射到投影幕布上。 南京邮电大学 光电工程学院 万洪丹
光纤通信系统：光发射器、光纤放大器、光探测器 关键技术：光纤技术、光发射、光接收 光纤通信用光源：
短距离通信用0.85um； 长距离通信用1.31um，1.55um （损耗小）
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Laser Application （综上所述）
光谱分析 激光制冷 相干控制
信息处理 激光通信
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Laser Application——Optical communication
激光光源决定了光传输系统的信噪比与传输距离
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Laser Application——Optical communication 光纤通信 光纤中传送的是一系列经过编码的激光脉冲。 光纤的优越性： • • • • 宽带 不受电磁干扰，保密性好，不易截获 重量轻，尺寸细小 低损耗
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Laser Application——Laser manufacture
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Laser Application——Laser manufacture
汽车车身激光焊接相较于传统的电阻点焊、弧焊工艺，加工精度高、质量稳定，可显著 20 提高汽车焊接的速度和焊缝质量，使车身焊接生产线实现自动化和智能化。
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参考书目
1.《激光原理》，周炳琨， 国防工业出版社 2.《激光原理》，陈钰清 ， 浙江大学出版社 3.《激光原理及应用》，陈家璧， 电子工业出版社 4.《激光原理技术及应用》， 李相银， 哈尔滨工业大学出版社 5.《激光原理与技术》， 阎吉祥， 高等教育出版社 6.《Principles of Lasers (Fouth Edition)》, Orazio Svelto, Plenum Press, New York
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激光治疗 外科手术
材料加工
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Laser History
第一台激光器 Laser 微波振荡器（ ） Theodore Maiman 受激辐射理论 Hard Maser Townes Albert Einstein Charles 光导纤维理论，成就光纤通信 纯石英光纤：没有杂质的玻璃 1000dB/km------20dB/km 美国康宁公司
Laser Application——Laser manufacture
激光器工业领域的应用
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Laser Application——Laser manufacture
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Laser Application——Laser manufacture
Laser History 激光技术
微妙μs 纳秒ns 皮秒ps 飞秒fs 阿秒as
激光是一种可操控的光源，在发展各种激光器类型的同时，相关技术也相继出现，包括：调Q、 37 锁模、泵浦、脉冲控制、稳频等，最近获得的激光特性包括单周期激光脉冲、太赫兹脉冲、阿 南京邮电大学 光电工程学院 万洪丹 妙（
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Laser Properties 2. 单色性好
激光由原子受激辐射而产生，因而谱线极窄
∆λ
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λ
或
∆ν
ν
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Laser Properties 3. 相干性好 相干条件：?
激光：相干光
普通光源：非相干光
相干条件：振动方向相同、频率相同、相位差恒定
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内容概要
第1章：概述—激光发展、特性及应用 第2章：激光产生的基本原理 第3章：光学谐振腔与激光模式 第4章：高斯光束的传输与变换 第5章：激光工作物质的增益特性 第6章：激光器的工作特性 第7章：激光特性的控制与改善 第8章：典型激光器 第9章：半导体激光器【光电子器件】 第10章：光通信系统中的激光器和放大器 第11章：激光全息技术【信息光学】 第13章：激光在其他领域的应用【课外阅读】