激光产生的基本原理
激光产生的原理
二、激光产生的三要素 从图上可以看出，凡非腔轴方向的自发辐射，尽管它也可以诱 发激发态上的粒子产生光放大，但因介质体积有限，腔侧面又 是敞开的，终将逸出腔外。所以，产生激光的作用不大。唯独 沿腔轴方向的自发辐射才起作用。每当它碰到镜面时，便被反 射沿原路折回，又重新通过介质不断诱发激发态上的粒子产生 受激辐射光放大。由于受激辐射光在腔镜间往返运行，介质被 反复利用，腔轴方向受激辐射光就越来越强。其中一部分从部 分反射镜端射出，这就是激光；
量级，而高功率钕[nǚ]玻璃激光则比太阳亮16个数量级。 2、方向性好
激光的方向性很好，它能传播很远距离而扩散面积很小， 接近于理想的平行光 3、单色性好
激光为单色光，它的发光光谱宽度，比氪灯的光谱宽度窄 几个数量级。
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二、激光的特点 正是由于激光的上述三个特殊优点，人们把它用于焊接之
中，聚焦后在焦点上的功率密度可高达106～1012W/cm2，比寻 常的焊接 热源高几个数量级，成为一种十分理想的焊接热源。
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一、激光产生的基本理论
跃迁。发出或吸收的光的频率满足普朗克公式（hv=E2-E1，h为 普朗克常数6.626×10-34J·s，v为光的频率，E2和E1分别为高 能级和低能级的能量）。
2、自发辐射、受激吸收和受激辐射 由于物质有趋于最低能量的本能，处于高能级E2上的
原子总是要自发跃迁到低能级E1上去，如果跃迁中发出光子， 这个过程称为自发辐射。处于低能级E1上的原子，吸收外来 能量后跃迁到E2上，则称之为受激吸收。
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Байду номын сангаас
思考与练习
1、激光产生的三要素是什么？ 2、受激辐射过程中外来光子的频率应满足什么关系式？ 3、受激辐射和自发辐射有本质的区别？ 4、激光器的激励源——光泵作用是什么？ 5、是不是任何物质都可以作为激光的工作物质？只有具备什么
激光什么原理是什么
激光什么原理是什么
激光的原理是基于激光放大的过程。
激光的产生是通过受激辐射过程和光学谐振器的共同作用实现的。
首先，需要有一个激活介质。
激活介质可以是固体、液体或气体，通常包含具有激发能级的原子、分子或离子。
当激活介质中的原子、分子或离子受到外界输入的能量或光子的激发时，它们会升级到一个高能级。
这个激发态是不稳定的，原子、分子或离子倾向于回到低能级并释放出多余的能量。
在光学谐振器中，通常由两个反射镜构成，一个是半透镜，另一个是完全反射镜。
当处于高能级的原子、分子或离子回到低能级时，它们会通过受激辐射的过程释放出能量。
这些能量被反射镜反射并传输回受激介质中，进一步激发更多的原子、分子或离子到高能级。
这样的连锁反应导致了大量的原子、分子或离子从高能级跃迁到低能级，释放出更多的能量。
这个能量以高度一致的频率和相位在光学谐振器中反复传播，形成了一束非常集中而且相干性极高的光，即激光。
总结一下，激光的原理是通过受激辐射过程和光学谐振器的作用，将激活介质中的原子、分子或离子从高能级回到低能级释放能量，形成高度一致的频率和相位的光束。
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。
激光形成原理
激光形成原理
激光是一种光的模式，它是通过原子受激辐射而产生的。
原子的内部结构非常复杂，目前已经发现的原子有20多种，在其中电子、原子核和分子是三大基本结构。
电子与原子核之间通过质子和中子相互联系。
原子中有很多电子，它们在原子核的保护下不会受到任何伤害，但一旦它们离开原子核后，就会受到很大的伤害。
当电子离开原子核时，就会发生两种情况：一种是它离开了原子核，而另一种则是它继续留在原子核外。
当电子离开原子核后，它会继续做热运动，并向外飞出。
这时，当有电子从一个原子飞到另一个原子时，就会受到其他原子的吸引。
这些原子有的向外飞出；有的则向内飞出。
当吸收的原子越多时，它们就越靠近。
最后，由于它们之间的距离越来越近，它们就会相互碰撞。
这就产生了电子碰撞的现象，这种现象叫碰撞吸收。
电子碰撞吸收现象是固体物质中原子形成过程中经常发生的现象。
如果电子被困在一个地方不动时，它们之间就不能发生碰撞了。
—— 1 —1 —。
激光产生的基本原理
激光产生的基本原理
激光是一种特殊的光束，它具有高聚焦性、高强度、高纯度、频谱窄带和方向稳定等特点。
激光产生是一种物理过程，它是一种特殊的光束，它是由于激发原子或分子而发出的光。
激光器的原理也是基于这一原理，激光器的主要作用是使激光源发出满足一定条件的光，才能产生激光。
激光器的主要原理是量子级石墨烯激发。
石墨烯是一种简单的碳结构，其最小颗粒就是量子级单胞石墨烯。
该物质的激发原理是将单胞石墨烯中的单个碳原子向垂直方向激发。
当单个碳原子激发的时候，其位置上的电子就会从稳定的能量状态跃迁到更高的能量状态，从而释放出能量作为激光。
激发过程发生后，激光的产生将被激发原子折射，从而产生激光。
这些折射的电子辐射的波长将确定激光的波长，同时这些折射的电子也会使激光产生集中性，从而形成一条激光线条。
激光的输出功率取决于激发原子的激发能量。
当激发能量较低时，激光输出功率的增加速度较慢，而当激发能量较高时，激光输出功率的增加速度较快。
另外，激光器还具有可调功率的功能，即可以根据需要在一定的范围内调节激光的功率。
这种功能可以增强激光的针对性，从而扩大激光的应用范围，使其能够更加精确地实现某一特定目的。
激光的应用非常广泛，从军事、气象、航天、医学、通信等方面都有重要作用。
激光被广泛应用于各种技术领域，可以实现各种精密
的操作。
激光是人类技术发展的重要技术资源，为人类科学技术发展做出了重要贡献。
激光产生的基本原理
激光产生的基本原理
激光，全称为“光电激射”，是一种特殊的光线，具有高度的单色性、方向性和相干性。
激光的产生基于激光的三个基本原理：受激发射、光学放大和光学共振。
让我们来了解一下受激发射。
在一个原子或分子中，电子围绕原子核运动，处于不同的能级。
当一个电子处于高能级时，如果它受到足够的能量激发，就会跃迁到更高的能级。
而当这个电子从高能级回到低能级时，会释放出能量，这种能量以光子的形式发射出来，这就是受激发射的过程。
接下来是光学放大。
在一定条件下，通过受激发射产生的光子可以被其他原子或分子吸收，使它们的电子跃迁到高能级。
这样就形成了一个光子的“雪崩效应”，光子的数量和能量逐渐增加，产生了光的放大效应。
最后是光学共振。
在激光器中，通常有两个镜子，一个是半透射镜，另一个是全反射镜。
当光子在两个镜子之间来回反射时，只有在特定的波长下，光子才会受到增强，其他波长的光子则会被滤除。
这种在谐振腔内的光子反复受到增强的过程就是光学共振。
通过受激发射、光学放大和光学共振这三个基本原理，激光得以产生。
在现代科技中，激光已经被广泛应用于各个领域，如激光医学、激光通信、激光切割等。
激光的特点使其在精密加工、精确测量、
信息传输等方面具有重要作用。
总的来说，激光的产生基于受激发射、光学放大和光学共振这三个基本原理，这些原理的相互作用使得激光成为一种独特而强大的光线。
随着科技的不断发展，相信激光技术将会在更多领域展现出其无限的潜力。
激光的原理与特点
激光的原理与特点
激光，是指具有高度一致的光波振荡特性的一种光束。
激光的原理是通过三级系统（包括基态、激发态和亚稳态）之间的电磁辐射相互作用而产生的。
具体来说，激光的原理包括光放大、光共振、正反馈等。
激光的特点主要有以下几个方面：
1. 高度的单色性：激光的频率非常纯净，只有极少的频率成分，因此它具有非常高的单色性。
这是由于激光光波是由一个频率极为准确的谐振振荡系统所产生的。
2. 高度的方向性：激光光束具有非常高的方向性，激光光束在传播过程中很少发生散射，能够以非常窄的角度进行定向传播。
这是由于激光的振荡介质是一个长而细的谐振腔。
3. 高度的相干性：激光光束具有非常高的相干性，所有的光波的振幅和相位都高度一致。
这是由于激光光波是由许多同样频率和相位的原子或分子发射的。
4. 高度的能量密度：激光光束具有非常高的能量密度，能够集中大量的能量在一个很小的空间范围内。
由于激光的强度非常大，因此它可以用来进行高精度的切割、焊接等工业加工。
总之，激光作为一种特殊的光线，具有高度的单色性、方向性、相干性和能量密度，这些特点使得激光被广泛应用于科学、医学、工业等多个领域。
激光发生的工作原理
激光发生的工作原理
激光的工作原理是通过受激辐射过程产生的一种高度聚焦、单色、相干光束。
其主要包含以下几个步骤：
1. 激发：将激光介质（如固体、液体或气体）中的原子或分子激发到一个较高的能级，使其电子处于激发态。
2. 反转粒子分布：通过注入能量，使激发态粒子的数目多于基态粒子，实现粒子数密度反转。
3. 反射：在激光介质两端分别安装一个反射镜，形成光学共振腔。
一端为半透镜，允许一部分光通过，另一端为完全反射镜。
4. 反馈：当一小部分激发态粒子发射光子，其中一部分可以由半透镜透射出来，一部分经完全反射镜反射回来，形成光的反馈。
5. 受激辐射：反馈的光子通过与其他激发态粒子碰撞交互作用，使更多的粒子从激发态跃迁到基态并发射出相同频率、相同相位的光子，引发受激辐射过程。
6. 放大：通过多次反射、受激辐射过程，激光光束逐渐被放大，形成幅度相干、相位相干的激光。
7. 输出：当激光光束达到一定能量后，部分光通过半透镜从腔外透出，形成激光输出。
整个工作过程可以持续进行，得到连续激光输出。
这就是激光发生的基本工作原理。
不同的激光器种类和结构有所差异，但以上步骤是激光工作的基本过程。
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A-- 振幅； -- 时间周期； -- 时间频率
-- 时间圆频率, 表示在2 时间内的振动次数
(t+o) -- 简谐振动的位相。
振动方程式：
E(t)
A cos( 2
T
t o)
E(t ) A cos( t o )
o -- 是 t = 0时刻的位相值，称为初位相
、和 间的关系：
1.1 光是什么？
光是什么？
光学现象：光沿直线传播、反射、折射、 干涉、衍射、偏振等现象。
光的特性：波动性、粒子性
光的微粒说
公元前5世纪—17世纪末，18世纪初。
观点：光是发光体发射出的微 小粒子，所以光是沿着 直线行进的。
1642----1772 Sir Isaac Newton
光的机械波动说
只有遇到磁性特别强的材料（如铁磁体）时才 需讨论磁矢量H与物质的相互作用。
（2）光强
波动的传播总伴随能量的传播,电磁波的 能量传递用能流密度矢量（坡印廷矢量）
S表示。 S EH
能流密度的大小： 单位时间内通过垂直于能流方向的
单位面积的能量。
能流密度 因为
S EH
EH
而且
o r Eo or Ho
位相比球心O处落后kr 。
(5) 高斯光束
（6）光程与位相介质中:光程表示光在该介质中走过的 几何路程l与介质折射率n的乘积。
因为 n = c / v，
于是得 [l ]/ c = l /v
可见：光程表示光在介质中通过真实路径 l 所 需的时间内，在真空中所能传播的路程
根据：1888年赫兹用实验 证实了电磁波的存在。
解释：光的反射、折射、干涉、 衍射、偏振、色散双折射等现象
光的波动本性可由麦克斯韦方程组完美----描述
无线电波
可见光波长 ~400nm--760nm 光谱图中最短的γ射线波长 ~0.1nm 最长的无线电波波长 ~cm--m
c（光速）＝λ（波长）* ν（频率） 可见光频率4.3*1015HZ（红光)—7.5*1015HZ
⑤电磁波的传播速度：介质中
v 1
o r or
真空中 c 1 o o
c v
rr n
r r ;又 非铁磁介质中 r 1 n
r
（1）光矢量
实验证明，许多检测光的元件如光电池、光电 倍增管、感光胶片，以及光化学作用光合作 用、眼睛的视觉等，它们对光的响应主要是由 电磁波中的电场所致。
光与物质相互作用时，以电场强度矢量为 主，用E表示光场，电矢量E叫做光矢量。
光程与位相
t l1 l2
v1
v2
n1l1 n2l2
c t
光波位相由光程决定 光程与位相的关系
2 nl
1.2-2 光强
光波是电磁波
电磁波的性质
①电磁波是横波。E k , H k
②电矢量与磁矢量相互垂直。
E
H
③电矢量与磁矢量同位相。E H k
④电矢量与磁矢量的幅值成比例。 o r Eo or Ho
波粒二象性是一切基本粒子所共有的属性。
1.2 对光的描述？
1.2-1光是光波
(1)振动 振动：一个物理量在其平衡位置（或平均
值）附近作周期变化。
简谐振动: 振动的物理量随时间t 的变化具
有周期性，且在每个周期中都按 正弦或余弦函数规律变化。
振动方程式：
E(t
)
A cos( 2
T
t o)
E(t ) A cos( t o )
(2) 波动
波动：振动在空间的传播。
波场：波动中被传播的是一个分布在某 空间范围、随时间变化的物理量 E=(t,r)，所以一个波动过程也称 为一个波场。
波函数: 描述波动过程的函数。是r 和 t 的函数。
(3)一维平面简谐波的波函数
(z,t)
A cos[ (t
z v
)
o
]
A cos[2 ( t
k
2
空间圆频率--长度内的波长数
真空中 c 0
介质中 V
波动除考虑振动方向外，还要考虑 波的传播方向。
波
矢
k
其方向 其大小
: :
波的传播方向
k 2 (波数)
、 是对沿传播方向而言的空间周期 和空间圆频率。
(4) 球面简谐波
(r, t )
a r
cos[(t
kr
0 )]
a：波源强度即单位距离处的振幅。 a/r：距球心r处P点的振幅。 -kr：距球心r处P点的位相，P点的
平均能流密度（辐射通量密度）〈S〉 〈S〉— 坡印廷矢量的时间平均值大小 光强：光的能流密度对时间的平均值。
I = <S >
因 S n o A2 cos 2 (t kr ) o
又因 cos 2 (t kr ) 1
2
因 cos 2 (t kr ) 1
2
即 1 cos2 (t kr )dt
0
1 1 [1 cos 2(t kr )dt 1
02
2
所以
I
1 n
o A2
或者 I nc o A2
T
z
)
o
]
A cos(t kz o )
其中: , v , , , --波长.
波动的基本特点：具有时空周期性。 t 增加到 nT 时，振动重复原来的状态 Z1和 Z1+ n 的两点具有相同的振动态
时间周期性和空间周期性通过V联系在一起
比较
λ= V T
2
T
时间圆频率--长度内的周期数
光能E =h ν 波的能量与频率成正比
1900年普朗克提出能量量子化
假设, 产生了能量量子化概念.
Max Planck 1858----1947
1905年爱因斯坦提出光子理论
和光的波粒二象性。将光解释
成一种能量的集合 — 光子
ε=hν。
Albert Einstein
1879----1955
*光除了具有波动性外，还具有粒子性。
17世纪末—19世纪上半叶
观点：光是一种在“以太”的 弹性介质中传播的机械波。
1629----1695
解释：光的直线传播、反射、折射、干涉、 衍射、偏振现象。
光的电磁说
1865年麦克斯韦建立了光的电磁理论。
观点：光波就是电磁波。
1831～1879
(James Clerk Maxwel) 英国物理学家
则
S EH o r E 2 n o E 2
or
o
对单色平面波 E = Acos (ωt - kr )
S n o A2 cos 2 (t kr )
o
(瞬时值)
∵光频率极高1014 HZ量级,现有仪器无法 测量瞬时值。
∴测得的“光波强度”是在观察仪器的响
应时间 内的 — 平均能流密度<S >