绪论(激光物理进展)
激光原理第0章绪论
激光制导具有投掷精度高、捕获目标灵活，导引头成本 低、抗干扰性能好、操作简单等优点。其主要制导方式有半 主动制导、主动制导、波束制导。激光制导可同时攻击多个 来袭目标，即把激光信号经过编码以数个指示器分别控制数 枚导弹，打击来袭目标。
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1.3、激光测距与激光雷达(Lidar) 激光测距与普通测距相比，具有远、准、快、抗干扰、无
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激光的发展历史
从历史来看，任何科学发现或科学发明，都不外是两条道 路：
一、自然界业已存在，当人们自觉或不自觉地发现以后再 产生理论，并加以证明和利用，如万有引力、氧气、电磁等， 这种情况称为“科学发现”；
二、自然界（至少地球上的自然界）并不存在的事物，但 人们先从理论上推导、预测，然后再通过努力加以证明和实 现，如相对论、核衰变、核聚变等，这种情况称为“科学发 明”。而后者则更有科学理论性和挑战性，激光的诞生过程 就是属于后者。
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美国雷神公司制造 “百夫长”激光炮
波音公司另外研 发的一款可以安 装在悍马车上的 激光防空武器
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著名的英－阿马岛战争中，英国就曾经使用了激光武 器对付阿方飞机，导致飞行员失明而机毁人亡。在反坦克、 反潜艇中，激光致盲武器也有很大发展潜力，对准潜望镜入 口发射激光，就会把在用潜望镜观看外部情况的敌方人员的 眼睛损伤，坦克和潜艇也就失去作战能力。侦察卫星靠装在 其中的各种光电传感器侦察地面目标，如果用激光束照射其 中的光电传感器也会使侦察卫星变为"瞎子"。
三 . 波长：极紫外──可见光──亚毫米 (100 n m ） （1.222 m m ）
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四、激光的应用
40多年来，激光技术与应用发展迅猛，已与 多个学科相结合形成多个应用技术领域，比如光电 技术，激光医疗与光子生物学，激光加工技术，激 光检测与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析 技术，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子 光学，激光雷达，激光制导，激光分离同位素，激 光可控核聚变，激光武器等等。这些交叉技术与新 的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业 的发展。
激光技术的发展及应用论文
激光技术的发展及应用引言随着激光技术的飞速发展和广泛应用激光已成为工业生产，科学探测和现代军事战争中极为重要的工具。
总结了激光技术在工业生产，军事，国防，医疗等行业中的应用，提出激光技术应用领域的发展趋势。
“激光”一词是“LASER”的意译。
LASER原是Light amplificati on by stimulated emissi on of radiation取字头组合而成的专门名词，在我国曾被翻译成“莱塞”、“光激射器” 、“光受激辐射放大器”等。
激光具有普通光源发出的光的所有光学特性，是上世纪 60 年代所诞生和发展起来的新技术。
1964年，钱学森院士提议取名为“激光”，既反映了“受激辐射”的科学内涵，又表明它是一种很强烈的新光源，贴切、传神而又简洁，得到我国科学界的一致认同并沿用至今。
激光不是普通的光，其特性是任何光都无法比拟的。
激光能量密度高，其亮度比太阳表面还高数百亿倍；[1]激光方向性强，其发散度仅为毫弧度量级，所以用途非常广泛。
由于激光的优异特性，使激光在工业生产，科技探测，军事等方面得到了广泛应用，激光渗透到社会的各个行业，而且发展潜力还非常大，激光也成为了当代科学发展最快的科学领域之一。
一、激光发展史激光技术的启蒙研究发展就完全印证了上面的话。
最早对激光做出理论研究的人是爱因斯坦，1916年爱因斯坦提出受激辐射的概念，即处于高能级的原子受外来光子作用，当外来光子的频率与其跃迁频率恰好一致时，原子就会从高能级跃迁到低能级，并发射与外来光子完全相同的另一光子，新发出的光子不仅在频率方面与外来光子相一致，而且在发射方向、偏振态以及位相等方面均与外来光子相一致，因此，受激辐射具有相干性；在发生受激辐射时，一个光子变成了两个光子，利用这个特点，可实现光放大，并且能够得到自然条件下得不到的相干光．受激辐射提出后，陆续有科学家进行研究。
如1916-1930年间拉登堡及其合作者对氖的色散的研究并于1933年绘制出色散系数随放电带电流密度变化的曲线。
激光原理与应用教案
激光原理与应⽤教案激光原理与应⽤教案⼀. 绪论本节课教学⽬标：让学⽣了解激光的历史，激光形成及发展、理论体系的形成。
让学⽣了解激光科学的分⽀及激光在军事、信息技术、医疗等⽅⾯的应⽤；本节课教学内容：1．激光的概念：激光——利⽤受激辐射的光放⼤。
LASER——Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation2．激光的发现：最早在1917年——Einstein⾸次预⾔受激辐射激光，历史上⾸先在微波波段实现量⼦放⼤（1953），1954年——C. H. Townes, I. P. Gorden, H. J. Zeiger 使⽤NH3分⼦射束实现Maser向更短波长进发——ammonia beam maser，1958年——A. L. Schawlow, C. H. Townes, A. M. PoxopoB提出将Maser原理推⼴到光波段——laser，1960年——T. H. Maiman of Bell Lab 红宝⽯⾸次实现laser l=6943? 红光（早期的名称：莱塞、光量⼦振荡器、光激射器受激光，“激光”——钱学森在1963年提出。
61年中国（亚洲）第⼀台激光器诞⽣在长春（长春光机所和光机学院），由王之江院⼠发明。
激光科学技术发展的基础学科——光谱学，物理光学，固体物理，物质结构，⽆线电电⼦学。
推动⼒——⼴阔的应⽤领域：核聚变，加⼯，热处理，通讯，测距，计量，医疗可调谐性和超短脉冲——⾼时间、空间分辨、能量分辨。
3．激光与普通光源的区别？（1）良好的单⾊性。
单⾊性指光源发射的光波长范围很⼩，测距。
（2）良好的⽅向性。
激光的光束⼏乎只沿着⼀个⽅向传输。
测距，通信。
（3）⾼亮度。
激光功率集中在极⼩的空间范围内。
切割，⼿术，军事。
（4）极好的相⼲性。
各列波在很长的时间内存在恒定的相位差。
精确测距。
4．激光的应⽤。
（1）信息科学领域。
1绪论
量 大容 超
信息高速公路 光纤传输 相干光传输 量子光传输 光交换
新 功 能
多媒体 传真、电话、可视电话 广播、有线电势 光盘、CD 激光打印机
超高速
光传感 激光测量 电场、磁场测量 激光雷达 激光陀螺仪
SR应用测量 光谱测量 物理性质测量 表面、界面测量
性 干 相
度 亮 高
高能量密度 激光切割 激光核技术和电子技术相结合而形成的 一门新兴的技术。 在整个信息技术的发展史上，光电子技术 算是后起之秀。 光波段的电子技术 光波段的器件及应用设计： 电光器件、光电器件等，特殊检测方法
功能器件 激光、发光器件 光接收器件 太阳能电池 光开关 光调制器 液晶器件 集成光路 量子效应器件
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3.光信息 光信息
以光辐射作为传输载体，随时间或空间 变化的信息。 光辐射本身的信息 与其他物质相互作用时的信息变化 特点： 信息量大 并行、多参量、高速 显示直观 传播介质？
光信息传播的载体
1.真空：无衰减，光发散问题 2.大气：吸收、散射 三个波长段——大气光学窗口 可见光及近红外 中波红外：3um—5um 长波红外：8um—14um 3.水：海洋 532nm 4.光纤：850nm 1310nm 1550nm
目的：
1.理解典型光电器件的原理，掌握其性能特 点及选用方法 2.掌握典型光电器件的应用电路设计方法 3.了解常用光电变换技巧，能设计简单光电 探测系统。
教材与参考书
教材：
叶嘉雄 常大定 陈汝钧 光电系统与信号处理 （华中科技大学） 科学出版社
主要参考书：
江月松 光电技术与实验 北京理工大学出版社 王庆有 图像传感器应用技术 电子工业出版社（天津大学） 孙培懋 光电技术 机械工业出版社（清华大学）
激光技术的发展与应用
激光技术的发展与应用激光技术是一种强大的工具，被广泛应用于科学、医学、工业和军事领域，它的独特性质使得它成为了现代技术中不可或缺的一部分。
本文将会讨论激光技术的发展历程，以及它在不同领域中的应用。
激光技术的发展历程激光技术最早由美国物理学家泰奇·豪斯（Theodore Maiman）于1960年发明，他使用了一种半导体材料来制造激光器，并建造了世界上第一台完全工作的激光器。
这被认为是激光技术的诞生。
近年来，激光技术得到了极大的发展，不仅材料和电子元件得到了改进，激光器的类型与功能也得到了改进。
随着技术的进步，激光技术已经成为了许多行业中必不可少的工具。
激光技术的应用1. 科学领域激光技术在科学领域中具有广泛的应用，比如光学测量和精密加工。
在这方面，激光技术的应用使得科学家们能够实现最小尺寸范围的研究，也能够对材料进行微小的锯切并研磨，或者在不损害其它部分的情况下将它们限制在某个特定的区域内。
2. 医学领域激光技术在医学领域中也有着广泛的应用，比如激光手术。
激光手术是一种微创手术，它通过激光光束使组织破裂，从而达到治疗效果，这种技术使得手术切口更小、更干净，并且患者恢复速度更快。
激光还可以用于治疗近视、激光去毛和激光焊接等操作。
3. 工业领域激光技术在工业领域中也有着广泛的应用，比如激光切割。
激光切割不但可以进行常规的金属切割，还可以进行复杂的雕刻和拼贴操作，这种方法对于需要精确准确的雕刻和拼贴的行业如电子产业和汽车制造业非常重要。
4. 军事领域激光技术在军事领域中也有着重要的应用，比如制导武器和激光测距。
激光制导武器是利用激光束对目标进行跟踪并指引武器击中目标，这种技术对于高精度的精确打击非常重要。
结论总之，激光技术的应用范围非常广泛，包括科学、医学、工业和军事领域。
虽然激光技术还有很多不足，但它已经成为了当今现代技术中的重要组成部分，并将在未来的发展中扮演更为重要的角色。
激光的原理、发展 历程以及应用的研究(激光原理论文)
成绩《激光原理》课程论文（设计）题目：激光的原理、发展历程以及应用的研究学生姓名学号2011 112 172院系物理学系专业光信息科学与技术年级2011教务处制激光的原理、发展历程以及应用研究摘要：随着科技的进步，激光的相关应用一直处于当代社会各行各业的最高端，引领着各行各业的发展。
本文阐述了激光的基本原理，并在此基础上展开了这一技术的发展历程与其在军事、工业、医学等应用方面的研究分析。
关键词：激光原理激光医用受激辐射微波波谱激光武器激光治疗工业正文“激光”一词是“ LASER”的意译。
“LASER”是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的缩写。
随着激光原理的提出以及科技的发展，激光这一技术已用到了现在的军事、工业、医疗、农业等多种领域。
它的诞生为我们认识世界和改造世界增加了很多崭新的手段，作为社会发展科技进步的产物，它也必将促进社会的发展与科技的进步，继续深刻而重要的影响着世界。
一、激光原理激光原理，是在激光的产生、形成、输出、传播和应用过程中，带有普遍性的、最基本的规律和道理。
它可作为研究激光器件、技术及应用开发的规律及特性的理论基础之一。
它从产生激光的装置——激光器的结构特点出发，研究讨论激光的产生、形成、输出、传播和应用过程的规律特征和机理。
[1] 激光的最初中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词。
意思是“受激辐射的光放大”。
什么叫做“受激辐射”？它基于伟大的科学家爱因斯坦在1916年提出了的一套全新的理论。
这一理论是说在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。
《激光原理》教案
《激光原理》教案激光原理教案第 2 页组织教学〗调节课堂气氛调动学生积极性， 共同创设和谐活跃的课堂气氛〖导入任务〗各位同学大家好，欢迎来到“激光原理”课程。
光是我们获取外界信息的源泉，如这张M51星云的天文照片所示，由星体发出光经历3100万年的长途“奔波”才来到我们的地球，被我们所观察到，3100万年的历史也在光的传播路径上逐渐展开。
通过我们在大学物理课程的基本学习，我们了解到光是我们电磁波谱中的一段，那么除了我们自然中存在的天然光线，有没有与自然光完全不同的人造线呢？这里我们来看一段视频。
任务 播放电影片段播放电影《星球大战前传2：西斯的复仇》电影片段任务 提问任务 激光名称的由来讲解“激光”名称的由来：“死光”：引入式教学，发引导学生思考：与众不同的人造光线？ 学习的目标对象与需要注意的重点：独特特点。
多媒体演示启发学生思考：自己概念中的激光是什么？童恩正，《珊瑚岛上的死光》，1978年 “镭射” ：LASER 的音译 • LASER ：– Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation• 激光：– 受激辐射光放大任务 激光名称的由来 讲解激光发明史，将光学的最初发展与近现代物理的相关成就进行展示，讲解对于光的认识的发展历程： 17世纪 惠更斯， 虎克 19世纪 麦克斯韦 19世纪末 电磁场理论19世纪末 “两朵乌云 1900年 普朗克 “量子” 1905年 普朗克 “光子” 1913年 玻尔 “原子结构” 1917年 爱因斯坦 “受激辐射” 1928年 Landenburg “受激辐射” “负吸收” 1947年 Lamb“氢原子光谱” 1954年 Townes“Maser” 1960年 Maiman “Laser” 着重讲解梅曼的发明历史故事： • 1960年5月，休斯实验室的Maiman 和Lamb 共同研制的红宝石激光器发出了694.3nm 的红色激光，这是公认的世界上第一台激光器。
激光原理及应用1-2
图1.1.5 正常色散现象
• 二、介质色散
图1.1.6 碘蒸气三棱镜的反常色散现象
图1.1.7 碘蒸气三棱镜实验曲线
图1.1.8 介质折射率随频率变化趋势
图1.1.9 介质折射率变化曲线
• 三、受激吸收
图1.1.10 吸收光谱实验示意图
• 1.2 电磁场吸收和发射 的唯象理论 • 1.2.1 自发辐射
绪 论
• • • • • • • • • 一、激光的发展简史 二、激光的特点 1.单色性与时间相干性 2.方向性与空间相干性 3.高亮度 三、本课程的学习方法 1.抓住基础和重点 2.理解物理概念 3.理论联系实际
第1章 光和物质的近共振 相互作用
• 1.1 电磁波的吸收和发射 • 1.1.1 电介质极化 • 一、电介质对电场的影响 • 二、电介质的极化
• • • • • • • • • •
2.7 超辐射激光器 思考和练习题 第3章 连续激光器的工作特性 3.1 均匀加宽介质激光器速率方程 3.2 激光振荡阈值 3.3 均匀加宽介质激光器中的模竞争 3.4 非均匀加宽介质激光器的多纵模振荡 3.5 激光器输出特性 思考和练习题 第4章 光学谐振腔理论
图1.3.2 受激样品分子跃迁能级和对应谱线
图1.3.3 太阳光谱中夫琅和费分立吸收线
图1.3.4 原子(a)和分子(b)产生两种吸收光谱示意图
• 1.3.2 谱线加宽和线形函数 • 一、谱线加宽
• 二、线型函数
• 三、线宽
图1.3.5 洛仑兹线型函数示意图
• 1.3.3 谱线加宽对跃迁几率的影响
目 录
• • • • • • • • 绪 论 一、激光的发展简史 二、激光的特点 三、本课程的学习方法 第1章 光和物质的近共振相互作用 1.1 电磁波的吸收和发射 1.2 电磁场吸收和发射的唯象理论 1.3 光谱线加宽
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29.09.2020
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激光物理学主要讨论激光与物质的 相互作用问题，着重处理激光系统。
1、熟悉激光的基本原理； 2、了解应用和研究它的现状与前景； 3、掌握经典理论、速率方程理论、半 经典理论和量子理论等分析方法。
29.09.2020
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激光理论介绍
经典理论将光视为经典电磁场，而把介质原子看作 经典谐振子，其相互作用就是经典偶极子在光场中 所作的强迫阻尼振荡，该模型简单直观，能解释某 些实验现象。
速率方程理论是关于光强与反转粒子数的方程，主
要解决激光光强的特性以及与光强有直接关系的若 干问题，如激光器的增益饱和、瞬态特性、调 Q 激 光动力学、多模振荡及烧孔等。
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考核方式
通过查阅书籍和文献，撰写课程论文，文字公式 篇幅不少于5000字。
29.09.2020
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第一讲 绪 论
29.09.2020
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激光是20世纪人类值得骄傲的重大发明之一。
激光具有极高的亮度：其亮度比太阳的亮度高 l0 万倍以上 。
有优良的单色性和相干性 ：单色性比最好的普通 光源高出百万倍，相干长度可达数百千米，远好 于其他光源。
29.09.2020
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我国第一台固体红宝石激光器： 1961年9月，王之江，中国科学院长春光 机所
我国第一台氦氖气体激光器： 1963年7月，邓锡铭，中国科学院长春光 机所
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近年基于激光应用的诺贝尔物理学奖
1997年：美国的朱棣文、威廉·菲利普斯和法国的科
恩·塔诺季，表彰他们在发展用激光冷却陷俘原子的方法 方面所做的贡献。
M. O. Scully and M. S. Zubairy, Cambridge University Press, 1997
Laser Physics
M. Sargent III, M.O. Scully, W.E. Lamb, Jr., AddisonWesley, Reading, MA: 1974
29.09.2020
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半经典激光理论是把光看作经典电磁场，用麦克斯 韦方程描述；把介质看作量子化的粒子系统，用薛 定谔方程描述，由此建立起激光的电磁场方程即兰 姆自洽场方程，描述腔内激光行为。
全量子理论进一步将光场量子化，并计及量子起伏， 已经顺利解决了半经典理论所不能解决的激光线宽、 光子统计等问题 。
教师简介
研究方向：物理科学与技术学院理论物理专业，导师为胡响 明教授，获理学硕士学位。 2004-2007 华中师范大学物理科学与技术学院光学专业，导师为胡响明教 授，获光学博士学位。
2010年11月-2011年11月 赴美国德州农工大学跟从M.Suhail Zubairy教授 访学。
Steven Chu, Willian D. Phillips, Claude Cohen-Tannoudji发展了激光冷却和磁阱技 术的有效制冷方法，利用激光将原子囚禁。
联系方式： Tel： Email：
29.09.2020
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主要内容
绪论(激光物理进展) 光的量子性 光的相干性 激光半经典理论 原子与光场共振相互作用 密度矩阵方法 量子干涉效应 共振荧光 非线性光学：光学双稳、光散射、光学混频等 量子信息等等
29.09.2020
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主要教材与参考书
Quantum Optics
2001年：美国的埃里克·康奈尔、卡尔·维曼和德国
的沃尔夫冈·克特勒，表彰他们对玻色爱因斯坦冷凝态的 研究。
2005年：美国的罗伊•格劳伯，表彰其对“光学相干
的量子理论”的贡献，美国的约翰•霍尔和德国的特奥多尔
•亨施，表彰其“基于激光的精密光谱学”的贡献。
29.09.2020
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1997年诺贝尔物理学奖
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激光的理论基础由爱因斯坦奠定。爱因斯坦在 1916 年研究辐射问题时发表了《关于辐射的量 子理论》一文，详细研究了光与物质的相互作 用过程，特别是吸收、自发辐射、受激辐射这 三种基本作用形式，导出了著名的爱因斯坦关 系式，使受激辐射理论上升到了定量的高度。
29.09.2020
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Clarles H. Townes（美国）, Nikolai Basov, Aleksander M. Prokhorov （苏联） 1954年实现 氨分子微波量子振荡器（Maser），他们利用原子 分子的受激辐射来放大电磁波，这一突破性进展 为激光诞生铺平了道路。
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主要内容
一、激光诞生历史 二、什么是激光 三、原子吸收光和发射光理论 四、产生激光的条件
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一、激光诞生历史
Albert Einstein ，1905年, 光量子理论 （用这个量子理论解释著名的光电效应 获Nobel 奖，1921年）
29.09.2020
Nicolaas Bloembergen（美国） 提出 利用光泵浦三能级原子系统实现原子 数反转的新构思，为微波激射器和激 光器的发展指明了方向。
29.09.2020
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Theodore H. Maimann, 美国休斯研究实 验室量子电子部的负责人，有用红宝石进 行微波激射器研究的多年经验，经过200 多天的艰苦奋斗，终于在 1960年7月7日 实现了世界上第一台激光器: 红宝石固态 激光器，从此宣告了激光时代的到来。 （未获Nobel 奖）
1964年获Nobel 奖，表彰他们在量子电子学方面的基础研 究。
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Clarles H. Townes, Arthur L. Schawlow 决定将Maser原理推广到光频段，1958 年提出利用尺度远大于光波波长的开 放式谐振腔（基于早有的Fabry-Perot 法布里－珀罗干涉仪）
注: 有中文译本．科学出版社
29.09.2020
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The Quantum Theory of Light
(second edition) Rodney Loudon，Oxford University Press, 1983
注: １．有中文译本．高等教育出版社，于良译，1992年。
《高等激光物理学》（李福利，高等教育出版社） 《非线性光学》（李淳飞，哈尔滨工业大学出版社）