激光
激光的基本原理及其特性
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
•光的放大作用的大小通常用放大 光的放大作用的大小通常用放大 增益）系数G来描述。 （增益）系数G来描述。P8!
I ( z)
I (l ) I + dI I
dI = G ( z ) I ( z )dz
原子数按能级分布
热平衡时， 热平衡时，单位体积内处于各个能级上的原子数分布
玻尔兹曼分布律: 玻尔兹曼分布律:
N2 −( E2 −E1 ) kT =e N1
E E2 E1 N1 N2 N
高 能 级 低 能 级
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
§1.2.1 二能级系统的三种跃迁
3-01光源、光波叠加.exe
3、光子简并度与激光的强度 、
激光的强度： 激光的强度：
I = cωv= nchv /η
光子简并度越大， 光子简并度越大，同一光子态的光的能量越大 激光的简并度是很高的， 激光的简并度是很高的，如He—Ne激光器 激光器
n = 4×10 ×
11
对于普通光源到目前为止还没有发现 n > 1 的
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，太阳表面的亮度比蜡烛大30万 普通光源的亮度，太阳表面的亮度比蜡烛大30万 30 比白炽灯大几百倍。 倍，比白炽灯大几百倍。 普通的激光器的输出亮度， 普通的激光器的输出亮度，比太阳表面的亮度大 10亿倍 亿倍。 10亿倍。 激光器的输出功率并不一定很高， 激光器的输出功率并不一定很高，但由于光束很 光脉冲窄，光功率密度却非常大。 细，光脉冲窄，光功率密度却非常大。
∴ B21 · ρ (ν21) · N1 >> B12 · ρ (ν21) · N2
常用激光介绍范文
常用激光介绍范文激光（Laser）是一种特殊的光，它具有高度的单色性、高亮度和高直行性。
激光的产生和特性使其在众多领域有重要的应用，例如科学研究、医疗、通信、材料加工等。
激光的产生是通过激发原子、分子或离子的能级跃迁来实现的。
当这些粒子在受到外界能量激发后返回基态时，会释放出光的能量。
与其他光源相比，激光具有高度的单色性，即发出的光具有非常狭窄的频率范围。
这使得激光在科学实验中可以精确测量光谱学特性，例如分析化学物质的成分和结构。
激光还具有高亮度，即单位面积光强非常高。
这使得激光在医疗领域有广泛的应用，例如激光手术和激光疗法。
激光手术通过将激光束聚焦在患者体内的目标组织上，实现非接触式精确切割。
激光疗法则利用激光的光热效应，将激光能量转化为组织热能，用于治疗癌症、皮肤病等疾病。
激光还被广泛应用于通信领域。
激光通过光纤传输可以实现大量信息的高速传输。
这种技术在现代通信系统中得到了广泛应用，无论是互联网、移动通信还是电视、电台等广播媒体，都离不开激光的应用。
激光通信具有高速传输、抗干扰能力强、信号损耗小等优点，已成为现代通信领域的重要技术。
另外，激光在材料加工中也有重要的应用。
激光切割、激光打标和激光焊接等技术，可以实现对各种材料的高精度加工。
激光切割利用激光束的高能量密度将材料切割成所需形状，广泛应用于金属、塑料、玻璃等材料的切割加工。
激光打标则通过刻蚀或氧化材料表面，实现对产品的标记和标识。
而激光焊接则可以实现对材料的高精度连接，广泛应用于制造业的焊接工艺。
总之，激光作为一种特殊的光源，具有高度的单色性、高亮度和高直行性，被广泛应用于科学研究、医疗、通信、材料加工等领域。
激光的应用不断推动各个领域的发展和进步，为人类带来更多的便利和创新。
随着激光技术的不断发展，相信激光在更多领域将会有更深入的应用和突破。
什么是激光
什么是激光激光是一种特殊的光束，有着独特的特性，给我们的科学和技术带来了无数的变化和应用。
本文将从激光的工作原理、量子力学、技术应用等方面来简要的介绍激光的相关知识，以助读者更好的了解激光及其应用。
* 激光由于其原理的复杂性，它的发射通常涉及光学，物理，材料学等学科，简单来讲，激光发生首先是外加能量给激光源材料，比如半导体管、激光棒、气体等，激光在此激发源内产生的的能量极高，从而达到发射的状态。
* 光辐射的发射遵循相对论模型，激光发射的光束完全同向，具有聚焦能力，与普通光低不同，激光的束的直径小，光线的几何关系更加完美，而且能量的分布更加均匀，能量具有单调变化。
* 激光的粒子强度，频宽及极化性质和普通光束有着显著的区别，因此激光在激光技术，光学，通信等领域发挥着重要的作用。
* 激光作为一种特殊的量子态，在量子力学中扮演着重要的角色。
根据量子力学，物质实体存在于不同的状态，即量子态。
在量子力学中，激光是量子态，量子态决定了激光的特殊特性，比如同向性、直线性、高强度等，是普通光束所不具备的。
* 同时，激光也使用量子非侵入式探针技术对原子，对原子进行细度的控制和测量，推动着现代科学的发展。
* 激光科技被广泛应用于不同领域，因其特殊的性质，激光工艺有利于实现高精度，处理工件表面能够达到原子级，用于精确金属加工，激光淬火，隔离，切割，焊接，熔覆等多种加工工艺，用于机械行业非常有效。
* 另外，激光在医学上的应用也特别多，医学激光有助于手术治疗等，激光也可以用于表面拉伸，薄膜定相等，换色或表面粗糙度测量，滤镜制作和光盘造影等，另外，激光还有许多航空，军事，通信等应用领域。
* 此外，激光还在地球物理学，天文学，化学，机械工程等各个领域具有广泛的用途。
通过本文，我们从激光的工作原理、量子力学和技术应用等方面阐述了激光的相关知识，也一定程度的了解了激光的强大作用，激光已经充分显示出其在工业改造，医疗，科学研究等领域的实用性，为人类发展奠定了坚实的基础，同时也可以看出量子力学在激光科技中占据重要地位，从而推动着科学发展的不断进步。
激光是什么原理
激光是什么原理激光是一种特殊的光，它具有高度的单色性、方向性和相干性。
激光的产生原理主要是通过受激辐射过程实现的。
在激光器中，由于外界的作用，使得原子或分子处于激发态，当这些粒子回到基态时，就会放出光子，这些光子与入射光子具有相同的频率和相位，从而放大了光的强度，形成了激光。
激光的产生主要包括三个基本过程，吸收能量、光子发射和光子受激发射。
首先，激光器中的工作物质需要吸收能量，使得原子或分子处于激发态。
这种能量可以是光、电、化学或其他形式的能量。
其次，这些激发态的原子或分子会自发地向基态跃迁，释放出光子。
最后，当这些光子与其他激发态的原子或分子相互作用时，会引起受激辐射，产生与入射光子同频率和同相位的光子，从而放大光的强度，形成激光。
激光的产生原理可以通过光的特性来解释。
激光是一种特殊的光，它具有高度的单色性，即其频率非常纯净，光谱线非常窄。
这是因为激光是由同一频率和相位的光子组成的，而且这些光子是由受激辐射过程产生的，因此具有很高的单色性。
此外，激光还具有很高的方向性和相干性。
方向性表现为激光束非常集中，能够聚焦成很小的光斑；相干性表现为激光的光波具有固定的相位关系，能够产生干涉现象。
激光的产生原理还可以通过量子力学来解释。
在激光器中，工作物质的原子或分子处于激发态时，会形成一个激发态的原子团，这个原子团与入射光子相互作用，产生受激辐射，从而放大光的强度，形成激光。
这个过程可以通过量子力学中的受激辐射过程来描述，即入射光子与原子或分子相互作用，引起原子或分子的跃迁，产生与入射光子同频率和同相位的光子。
总的来说，激光是一种特殊的光，它具有高度的单色性、方向性和相干性。
激光的产生原理主要是通过受激辐射过程实现的，包括吸收能量、光子发射和光子受激发射三个基本过程。
激光的产生原理可以通过光的特性和量子力学来解释，这些解释都能很好地描述激光的产生过程和特性。
激光专业知识
工作物质 全反射镜
激光输出
激光 部分反射镜
L
光学谐振腔
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第二章 激光的认识
第一节 激光器的结构图——内部结构图详解
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第二章 激光的认识
第二节 激光器的结构功能——工作物质
激光作为光学家族的一员，具有波粒二相性，一方面激光是由无数光子组成，具有光的 粒子性；另一方面，其本身也是一种电磁波。
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第一章 激光的概述
第五节 激光技术的应用——核聚变
激光控制核聚变
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第一章 激光的概述
第五节 激光技术的应用——激光导航星
天文台（激光导航星）
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第一章 激光的概述
第五节 激光技术的应用——测距与激光雷达
激光测距与激光雷达
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第二章 激光的认识
第一节 激光器的结构图——内部结构图
基态和激发态：当原子内所有电子处于可能的最低能级时，整个原子的能量最低，我 们称原子处于基态；当一个或多个原子电子处于较高的能级时，我们 称原子处于激发态。
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第二章 激光的认识
第四节 激光产生的原理——受激吸收/自发辐射
受激吸收：原子吸收入射光子（h=Eh-El），从低能态（El）跃迁到高能态（Eh）。
一般而言，激光的产生需要3个条件：
工作物质：激光的产生必须选择合适的工作介质，可以是气体、液体、固体或半导体。 关键是能在这种介质中实现粒子数反转，就被称为激活介质(active medium) 或工作物质。
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第二章 激光的认识
第二节 激光器的结构功能——激励源
激励源：为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处 于上能级的粒子数增加。如：电激励、光激励、热激励、化学激励等各种激励 方式被形象化地称为泵浦或抽运；只有不断泵浦才能维持上能级粒子数多于下 能级，不断获得激光输出。
激光知识点总结
激光知识点总结一、激光的工作原理激光是由激光管或半导体激光器等激光器件产生的一种特殊的光，其产生过程涉及到激发、放大和辐射三个过程。
激发过程是激光器内部能级的粒子被外部能量激发，处于高能级，即被激发态。
放大过程是被激发态的粒子受到反射膜的作用，在激光谐振腔内不断来回运动，使得光子通过受激辐射不断放大，形成激光能量。
辐射过程是形成激光光束的过程，激光能量通过谐振腔的光学放大产生足够的光强，经过半透过膜射出。
二、激光的分类根据激光器产生的机理、工作波长和应用领域不同，激光可以分为不同的类型。
常见的激光器包括气体激光器、固体激光器、半导体激光器等。
气体激光器主要包括CO2激光器、氩离子激光器等，工作波长主要在10.6微米和0.5微米左右。
固体激光器主要包括Nd:YAG激光器、Nd:YVO4激光器等，工作波长主要在1微米左右。
半导体激光器主要包括GaAs激光器、InGaN激光器等，工作波长主要在可见光和红外光区域。
三、激光的应用激光在各个领域都有着广泛的应用，包括医学、通信、材料加工等。
在医学领域，激光可以用于手术、治疗、检测等，例如激光近视手术、激光溶脂手术等。
在通信领域，激光可以用于光纤通信、激光雷达等，实现了信息的高速传输和大容量存储。
在材料加工领域，激光可以用于切割、焊接、打标等，高精度、高效率、非接触等优点，深受制造业的青睐。
四、激光的安全问题激光的应用虽然带来了很多便利，但同时也伴随着一些安全问题。
激光具有高能量密度、强聚焦性和直线传播性，如果被不当使用，可能会导致眼睛、皮肤等组织的损伤。
因此，在激光使用过程中，需要采取一系列的安全措施，包括佩戴防护眼镜、设置相应的警示标识、限制激光输出功率等，确保激光的安全使用。
总之，激光作为一种重要的光学技术，在科研和工程实践中有着广泛的应用，具有很高的经济和社会效益。
通过深入理解其工作原理、分类和应用等，可以更好地把握激光的特点和优势，更好地应用于实际工作中。
激光技术
E2 E1
.. .. .
N2
E2 E1
...... .. .. .....
E2 E1
N2
。 。 N 。 。 。 1
粒子数反转分布
产生激光最起码的条件造成粒子数反转分布 要实现粒子数反转，必须具备一定条件：
一是要具备必要的能源（如光源、电源等）， 把低能级上原子尽可能多的激发到高能级上 去，这个过程叫做“激励”、“激发”或者 叫“抽运”、“泵浦”；
如果处于能级E2上的原子数密度为N2，入射光单 色辐射能量密度为 ( ) ，则在单位时间内受激辐射 的原子数密度为
dN21 B21 ( ) N 2 dt
B21为受激辐射系数，令
W21 B21 ( )
dN21 W21 N 2 dt
W12是单位时间内，在单色辐射能量密度ρ (v) 的入射光作用下，由于受激辐射跃迁到能级E1的 原子数密度在E2能级总原子数密度中所占比例， 也就是在E2能级上每个原子在单位时间内发生受 激辐射的概率，所以 W12 称为受激辐射概率
实现光振荡，有放大元件、正反馈系统、谐振系 统和输出系统。在激光器中，可实现粒子数反转 的工作物质就是放大元件，而光学谐振腔就起正 反馈、谐振和输出的作用 工作物质两端，分别放置一块全反射镜和一块部 分反射镜（两反射面可以是平面、凹球面，或一 平一凹），它们相互平行，且垂直于工作物质的 轴线，这样的装置就能起到光学谐振腔的作用。
氦氖激光器的谐振腔大多采用平凹腔， 即谐振腔由一个平面镜和一个凹面镜组成。 这种腔型损耗较小，而且容易调节。
氦氖激光器的激励方式采用电激励，在 放电管的两个电极上加高电压使气体电离而 导电。阴极发射的电子经电场加速后与气体 碰撞，使气体从基态激发到不同的激发态。 氦氖激光器发射激光的是氖原子能级间跃迁 的结果，氦原子只是参与了抽运过程，帮助 氖原子建立粒子数的反转。
激光的定义及原理
激光的定义及原理1. 概述激光（Laser）是一种特殊的光，具有高度的单色性、方向性和相干性，被广泛应用于科学研究、工业制造、医疗治疗等领域。
本文将介绍激光的定义及原理。
2. 激光的定义激光是一种高度聚集的电磁波，其光具有高度相干性、方向性和单色性。
相比于普通光，激光具有更小的发散角和更高的能量密度。
激光的产生是基于光学激发过程。
3. 激光的原理激光的产生是通过激发放大口径的激光介质（如气体、液体、固体等）中的原子、离子或分子，达到它们在激光的频率下能量的一个稳态。
当这些粒子回到低能稳态时，会释放出激光所对应的电磁波。
激光产生的过程包括三个重要的步骤：激发、放大和光学反馈。
3.1 激发激发是指将激光介质中的粒子从低能级激发到高能级的过程。
这通常通过能量输入的方式来实现，如电子束、光束等。
当粒子被能量激发后，会不断在高能级和低能级之间跃迁。
3.2 放大放大是指将激发态的粒子数不断增加，从而使被激发的粒子数目超过它们在低能态时的数目。
激光介质中的放大是通过受激辐射实现的。
在受激辐射过程中，当一个粒子从高能态跃迁到低能态时，它会受到在这个过程中经过的光子的激发，从而将原光子的能量、相位和方向模拟地传递给新的光子。
3.3 光学反馈光学反馈是激光发射的一个重要过程，它使得激光得以持续放大。
光学反馈是指一部分激发态的粒子跃迁回到基态时，经过激光介质中的反射，重新被重新激发，从而继续释放激光。
光学反馈会不断调整能够反射回来并与正在产生的激光波相互干涉的光的相位，以保持激光振荡波的相干性和单色性。
4. 激光的特性激光具有许多独特的特性，使其在许多领域都有广泛的应用。
4.1 高相干性激光具有高度的相干性，即光的频率和相位保持稳定。
这使得激光在干涉、衍射等现象中表现出独特的波动特性。
4.2 高度方向性激光的辐射通常比较集中，具有较小的发散角度。
这使得激光可以通过光学器件将光束聚焦到非常小的尺寸，从而在高分辨率成像、精细加工等领域有广泛应用。
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
632.8nm
E1
He Ne
Note: 这里“三能级”和“四能级”指激光 运转中涉及到的能级个数，并非指激 活介质的所有能级数。
⒋光学谐振腔(optical cavity) ——一对平行的反射镜，镜面与激活介质 的轴线垂直.
激励能源 激活介质 全反射镜 激光输出 部分反射镜
作用：⑴提高激光的方向性
③受激辐射(stimulated radiation)： Eh h h h El ——处于高能态(Eh)的原子，受入射 光子(h=Eh-El)的诱导作用，跃迁到低 能态(El)， 并发出一个与入射光子的 频率、相位、振动方向和传播方向都 完全相同的光子.
④光放大(light amplification)： ——若有一批原子处于高能态(Eh)， 则 在一个入射光子(h=Eh-El)的作用 下，会通过一系列受激辐射产生不断 倍增的完全相同的光子.
10
33
在入射光子(h=Eh-El)作用下，原子产 生吸收(El Eh)的概率和产生受激辐射 (Eh El)的概率相同，因此在正常情况 下，吸收占优. 设法使 N(Eh)>N(El)，这种反常状态称 为粒子数反转(population inversion). 能实现粒子数反转的物质，称为激活 介质(active medium)或工作物质.
②若在谐振腔内加上一对布儒斯特窗， 可得到偏振性极好的线偏振光。
e.g.
外腔式He-Ne激光器
布儒斯特窗
He, Ne
100%反射
电
源
99%反射 1%透射
综上：激励能源＋激活介质 粒子数反转
粒子数反转＋谐振腔 激光
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
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6激光治疗仪的操作方法
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
【操作步骤】：1.核对医嘱将激 光治疗仪推至患者床旁，核对患 者姓名做好解释。 2.将激光调整到所需的位置和 角度，搬动支架调节激光端口到 治疗部位距离一般为(15-30cm) 并为病人戴上防护眼罩
【操作步骤】
3.接通电源调节面板上的“定 时选择”键，定时选择选定时间 后按“定时复位”键时间显示屏 显示一般为(15-30min) 4.调节激光功率分为1.2.3.根 据医嘱按定所需的功率
半导体激光治疗仪
1激光治疗的目的
适用于体表或近体表局部炎症， 感染伤口照射治疗及面神经麻痹， 神经性头痛等传统针灸适应证的 穴位照射治疗。
2激光治疗仪的治疗机理
半导体激光对生物组织有光电磁、光 化学及生理学作用，使血管舒张，改 进循环及代谢过程，刺激和调整组织 的生理状态，通过穴位照射，对经络 产生刺激，调节体内阴阳平衡和气血 运行，从而起到治疗作用，是现代最 新科技和传统祖国医学的完美结合， 能起到消肿，消炎镇痛、脱敏止痒作 用促进肉芽生长，加速伤口愈合等
妇科：盆腔科、轻度宫颈糜烂、外阴白斑、外阴搔痒、胎位不正、 催乳、痛经、前列腺炎等。
耳鼻喉科：咽候炎、扁桃体炎、中耳炎、腮腺炎、各类鼻炎。 眼科：近视眼、青光眼、结膜炎、视网膜病变等。
口腔科：牙周炎、口腔溃疡、四环素牙漂白、神经性牙痛等。
5激光治疗仪的调试
1使用前准备
（2）
（3） （4） （5） （6） （7）
将锁开关置于"关"位置。
安装扩束器或插上导光纤维，旋紧。 插上电源插头，注意市电交流220伏。 将锁开关置于"开"位置。 将定时器调到你所需要的激光定时工作时间值。 本机输出功率可调节，按下启动按钮，启动指示灯亮，氮氛激光输出。
（8） 根据你的需要调节扩束器使激光束达到你所需要的光斑大小。或将光纤输出 头置于你所要治疗的部位，即可进行激光治疗。 （9） 原设定的时间到，蜂鸣器发出提示音，告知本次输出时间结束，定时器复位 后，按下启动按钮后，启动指示灯灭，激光停止输出。 （10） 如果要激光再次输出，只需要再按下一次启动按钮即可。
3激光治疗仪的各项指标
输出激光长波长：632.8nm 最大激光输出密度：300mW 激光输出方式：连续 最大激光输出功率：30mW 最佳工作电流：18mA 定时范围：0－99分钟 功率消耗：＜80W
4激光治疗的适应症
内科：高血压、哮喘、气管炎、甲亢、关节炎、神经衰弱、神经 官能症等。 外科：烧伤、溃疡、腱鞘炎、骨折、甲沟炎、肩周炎、阑尾炎、 胆结石、颈椎棕合症等、。 皮肤科：疱疹、脚气、唇炎、多形红斑、冻疮、神经性皮炎等。
【操作步骤】
5.开机A首先检查治疗仪机上的 红色“紧急开关”是否弹起，如 未弹起需向右旋转90度处于弹起 位置B用钥匙打开“钥匙开关总 电源”黄色指示灯亮C打开“待 机/准备”键，按键上绿色指示灯 亮D待机延时2秒后，再按“激光 启动”键面板上的数字灯亮，激 光输出
【操作步骤】
6.治疗结束机内发出报警声激 光输出终止治疗完成关闭“待机/ 准备”按键，再关闭钥匙开关总 电源，激光端口套上激光终止罩 7.移开机器处理用物用清洁治 疗仪
7激光治疗仪使用过程中的注意 事项
1.严禁将激光头端口对准眼睛 2.使用时操作人员应佩戴激光防 护镜 3.操作人员提示患者及家属周围 人员不可长时间盯视照射部位 4.治疗仪激光输出端口应定期清 洁否则影响激光输出功率