激光原理及应用PPT课件
合集下载
激光原理及应用ppt课件
• 加装Beam Shaping 的镜组，激光的Beam Profile由高斯光（Gaussian）改为Top Hat，制程速度可提高2-4倍以上。
ser Attenuator（激光衰减）
现有调节激光功率的方法： • 调节电流：会改变激光的光束截面（Beam Profile），会影响打出来的线宽和焦点。 • 调节频率Repetition Rate (Hz) ：会影响激光能量和刻划线宽。
(Top flat)
高斯
多元高斯
• 减少脉冲时间，高的峰值能量，更多的能量密度
Less pulse time, high peak power more energy density
能量密度=功率/频率/光斑面积
pulse
1.1uW/um=220W/20KHz/900um2
Hz
13
4.重叠率计算——Overlap
目录
一：激光产生原理 二：激光刻划原理 三：激光扫边原理
1
激光产生原理
1.激光定义：
激光的最初的中文名叫做“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的各单词头一个字母组 成的缩写词。意思是“通过受激发射光扩大”。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的 主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。
• 晶体腔：产生最原始的激光（包含YAG晶体，LED光源，电源）； • 全反光镜：使光完全反射回去，增大光强度； • 半反射镜：反射75%的光，只有满足一定直线性，能量和波长的光才能通过，大约25%； • Q-Switch：分X轴和Y轴，控制激光输出能量，得到能量较强，持续时间较长的光束； • 功率计：量测输出的激光能量大小； • Shutter：控制激光输出的一个开关。
ser Attenuator（激光衰减）
现有调节激光功率的方法： • 调节电流：会改变激光的光束截面（Beam Profile），会影响打出来的线宽和焦点。 • 调节频率Repetition Rate (Hz) ：会影响激光能量和刻划线宽。
(Top flat)
高斯
多元高斯
• 减少脉冲时间，高的峰值能量，更多的能量密度
Less pulse time, high peak power more energy density
能量密度=功率/频率/光斑面积
pulse
1.1uW/um=220W/20KHz/900um2
Hz
13
4.重叠率计算——Overlap
目录
一：激光产生原理 二：激光刻划原理 三：激光扫边原理
1
激光产生原理
1.激光定义：
激光的最初的中文名叫做“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的各单词头一个字母组 成的缩写词。意思是“通过受激发射光扩大”。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的 主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。
• 晶体腔：产生最原始的激光（包含YAG晶体，LED光源，电源）； • 全反光镜：使光完全反射回去，增大光强度； • 半反射镜：反射75%的光，只有满足一定直线性，能量和波长的光才能通过，大约25%； • Q-Switch：分X轴和Y轴，控制激光输出能量，得到能量较强，持续时间较长的光束； • 功率计：量测输出的激光能量大小； • Shutter：控制激光输出的一个开关。
激光原理与应用讲教学课件
规定使用场所
激光设备应在指定的、安全的场所使用，并确保该场所没有其他人 员或物体受到激光的潜在危害。
规定操作流程
使用激光设备前，必须阅读并理解操作手册，并按照手册中的步骤 进行操作。任何违反操作流程的行为都可能导致严重的后果。
定期检查和维护
激光设备应定期进行检查和维护，以确保其处于良好的工作状态，并 消除任何潜在的安全隐患。
亮度高
激光的能量密度很大，亮 度高，可以在很短的时间 内集中很大的能量
激光的分 类
按工作物质分类 气体激光器、液体激光器、固体激光 器、化学激光器和自由电子激光器等
按输出波长分类
远红外激光器、近红外激光器、可见 激光器、紫外激光器、X射线激光器 和超短激光器等
材料加工
01
02
利用激光的高能量密度，实现金属和非金属材料的切割、 焊接、打孔等。
应用：汽车制造、航空航天、电子制造。
03
04
激光快速成型
利用激光制造三维物体，具有速度快、精度高、成本低 等优点。
05
06
应用：产品原型制造、医疗器械制造。
04 激光技术的前沿 与展望
高功率激光技 术
总结词
高功率激光技术是目前激光领域的前沿技术之一，是推动激光技术进步的重要力 量。
激光原理与应用教学课件
contents
目录
• 激光原理概述 • 激光原理的基本概念 • 激光器件及应用 • 激光技术的前沿与展望 • 激光安全与防护
01 激光原理概述
激光的产生
激光是受激辐射光放大的简称，是原子或分子中的电子在吸收能量后，从低能级跃 迁到高能级，再从高能级回落到低能级时，释放的能量以光子的形式放
详细描述
光纤激光器利用光纤作为增益介质，具有体积小、散热效果好、易于维护等优点。同时，光纤激光器的光束质量 也优于传统固体激光器，能够实现更远距离的传输和更好的聚焦效果。目前，光纤激光器已经被广泛应用于工业、 医疗、军事等领域。
激光设备应在指定的、安全的场所使用，并确保该场所没有其他人 员或物体受到激光的潜在危害。
规定操作流程
使用激光设备前，必须阅读并理解操作手册，并按照手册中的步骤 进行操作。任何违反操作流程的行为都可能导致严重的后果。
定期检查和维护
激光设备应定期进行检查和维护，以确保其处于良好的工作状态，并 消除任何潜在的安全隐患。
亮度高
激光的能量密度很大，亮 度高，可以在很短的时间 内集中很大的能量
激光的分 类
按工作物质分类 气体激光器、液体激光器、固体激光 器、化学激光器和自由电子激光器等
按输出波长分类
远红外激光器、近红外激光器、可见 激光器、紫外激光器、X射线激光器 和超短激光器等
材料加工
01
02
利用激光的高能量密度，实现金属和非金属材料的切割、 焊接、打孔等。
应用：汽车制造、航空航天、电子制造。
03
04
激光快速成型
利用激光制造三维物体，具有速度快、精度高、成本低 等优点。
05
06
应用：产品原型制造、医疗器械制造。
04 激光技术的前沿 与展望
高功率激光技 术
总结词
高功率激光技术是目前激光领域的前沿技术之一，是推动激光技术进步的重要力 量。
激光原理与应用教学课件
contents
目录
• 激光原理概述 • 激光原理的基本概念 • 激光器件及应用 • 激光技术的前沿与展望 • 激光安全与防护
01 激光原理概述
激光的产生
激光是受激辐射光放大的简称，是原子或分子中的电子在吸收能量后，从低能级跃 迁到高能级，再从高能级回落到低能级时，释放的能量以光子的形式放
详细描述
光纤激光器利用光纤作为增益介质，具有体积小、散热效果好、易于维护等优点。同时，光纤激光器的光束质量 也优于传统固体激光器，能够实现更远距离的传输和更好的聚焦效果。目前，光纤激光器已经被广泛应用于工业、 医疗、军事等领域。
激光原理及应用PPT课件
激光治疗
通过激光照射病变组织，达到治 疗目的，如激光治疗近视、祛斑
等。
激光手术
利用激光进行微创手术，具有出 血少、恢复快、精度高等优点， 如激光心脏手术、激光眼科手术
等。
激光诊断
利用激光光谱技术对人体组织进 行检测和分析，为疾病诊断提供
依据。
军事国防领域应用
激光雷达
利用激光雷达进行目标探测、识别和跟踪，具有高分辨率、抗干 扰能力强等特点。
微型化与集成化
发展微型激光器，实现与其他光电器件的集成，推动光电子集成技 术的发展。
新型激光技术
研究新型激光技术，如光纤激光器、化学激光器等，拓展激光器的 应用领域。
高功率、高效率、高稳定性挑战
高功率激光器
提高激光器的输出功率，满足高能激光武器、激光聚变等领域的 需求。
高效率激光器
优化激光器的能量转换效率，降低能耗，提高激光器的实用性。
02
03
工作原理
通过激励固体增益介质 （如晶体、玻璃等）中的 粒子，实现粒子数反转并 产生激光。
特点
结构紧凑、效率高、光束 质量好。
应用领域
工业加工、医疗、科研等。
气体激光器
工作原理
利用气体放电激励气体分子或原子， 使其产生能级跃迁并辐射出激光。
特点
应用领域
激光切割、焊接、打孔等工业应用。
输出功率大、光束质量好、效率高。
激光原理及应用PPT课 件
contents
目录
• 激光原理基本概念 • 激光技术发展历程及现状 • 激光器类型及其特点分析 • 激光在各领域应用案例分析 • 激光安全问题及防护措施探讨 • 未来发展趋势预测与挑战分析
激光原理基本概念
激光原理及应用ppt课件
• 声光调Q是一种广泛使用的 Q开关方式，其有重复频率高、性能可靠的优点。
激光调制前
激光调制后
4.机械运动系统
• 基片送入后，高精度伺服电机在微机的控制下转动振镜的角度；
• 激光束通过扫描镜的反射，由f-θ场镜聚焦到基片的边缘位置上；
• 在微机上通过专用的控制软件输入总的清边面积、激光束的行走速度 和需要重复的次数；
E2
E2
E1
E1
自发辐射跃迁
自发辐射光子
c. 受激辐射（激光）: 当频率为=ν（E2-E1）/h的光子入射时，会引发粒子以一定的概率，迅 速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都 相同的光子。
E2
E2
入射光子
E1
E1
受激辐射光子 入射光子
受激辐射跃迁 3-2 粒子数反转
(Top flat)
高斯
多元高斯
• 减少脉冲时间，高的峰值能量，更多的能量密度
Less pulse time, high peak power more energy density
能量密度=功率/频率/光斑面积
pulse
1.1uW/um=220W/20KHz/900um2
Hz
4.重叠率计算——Overlap
全反光镜
反光镜： （越75%
）
Shutter
激光器外形 接光纤
Q-Switch
晶体腔
功率计
激光器内部分解图（P4）
Q-Switch 半反镜
晶体腔 光纤耦合器
镜头聚焦原理——凸透镜
激光刻划原理——以P1为例
光斑
1.Beam Shaping （激光束形状）
• 一般的激光都为高斯分布的波形，即高斯光束，为实现特殊的制程需求，需要转变 成为扁平式波形的平顶光束，即Top Hat，通过透镜组改变光束质量和形状产生。
激光调制前
激光调制后
4.机械运动系统
• 基片送入后，高精度伺服电机在微机的控制下转动振镜的角度；
• 激光束通过扫描镜的反射，由f-θ场镜聚焦到基片的边缘位置上；
• 在微机上通过专用的控制软件输入总的清边面积、激光束的行走速度 和需要重复的次数；
E2
E2
E1
E1
自发辐射跃迁
自发辐射光子
c. 受激辐射（激光）: 当频率为=ν（E2-E1）/h的光子入射时，会引发粒子以一定的概率，迅 速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都 相同的光子。
E2
E2
入射光子
E1
E1
受激辐射光子 入射光子
受激辐射跃迁 3-2 粒子数反转
(Top flat)
高斯
多元高斯
• 减少脉冲时间，高的峰值能量，更多的能量密度
Less pulse time, high peak power more energy density
能量密度=功率/频率/光斑面积
pulse
1.1uW/um=220W/20KHz/900um2
Hz
4.重叠率计算——Overlap
全反光镜
反光镜： （越75%
）
Shutter
激光器外形 接光纤
Q-Switch
晶体腔
功率计
激光器内部分解图（P4）
Q-Switch 半反镜
晶体腔 光纤耦合器
镜头聚焦原理——凸透镜
激光刻划原理——以P1为例
光斑
1.Beam Shaping （激光束形状）
• 一般的激光都为高斯分布的波形，即高斯光束，为实现特殊的制程需求，需要转变 成为扁平式波形的平顶光束，即Top Hat，通过透镜组改变光束质量和形状产生。
激光的应用(激光原理及应用PPT)
某型激光治疗仪的参数：
激光诱变育种
激光诱变育种是近二十年来发展起来的一种新技术 可以诱发 染色体及性状变异。以转基因牛育种为例。利用激光诱变 筛选出对牛的品质有良好改良的基因，再通过转基因技术 对牛进行品种改良或新品种培育，主要体现在两个方面： 一是提高牛的抗病能力;二是提高牛的肉奶产量、改善奶品 质，同时转基因技术在改善牛的生长、肉质等性状也有一 些重要进展。（实际上激光育种产生的种子不一定都是人 们想要的，这个需要人们自行挑选对自己有益的）。
美国海军激光武器试验视频
美国海军自行发展了激光近距离武器系统，目标是将该激 光武器系统安装在密集阵武器系统侧面，激光器可对付15 千米外的目标，保留的 20毫米加特林速射炮负责 1.5 千米 距离上的目标。系统采用了6台5千瓦级光纤激光器，实现 总输出功率32千瓦。
激光针灸是一种利用激光的微细光束照射穴位 以治疗疾病的新型针灸方法 低能量激光主要有抗炎、促进上皮细胞生长等 作用。与传统针灸方法相比，其特点是无针刺 引起的疼痛，对组织无损害，无滞针、断针及 针穴感染之可能，不但有类似针灸的作用，同 时还有激光本身所引起的一系列生物效应。
激光对焦（为了安全，激光对焦的功率一般在0.4
毫瓦以下，使用的激光为红外波段激光。）
缺点：对于细长的物体不能很好的对焦，对于较远距离的 物体不能很好的对焦； 优点：对焦速度快、不受环境光线影响。
其实，将激光对焦和相位对焦结合使用优势明显。
激光武器在科幻小说和科幻电影中很早就有涉及， 但是直到最近几年才有相关武器的试验报道（也 有可能有秘密实验在更早的时候进行，但是就像 51 区一样我们不得而知）。它和电磁轨道炮一样 在武器领域内比较热门。
现今智能手机发展十分迅速，拍照成为了各家厂商宣传的 重点。除了摄像头像素，光学防抖外，对焦技术也是炒作 焦点。手机对焦方式主要有三种：反差对焦、相位对焦、 激光对焦。 反差对焦就是不断移动镜头找到对比度最高 的镜头位置； 相位对焦是将入射光线分成成对的图像，执行一次相位差计 算以直接确定对焦位置。
激光ppt课件
利用激光的特定波长和能量对物质进行光谱分析，研究物质的组成和 结构。
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
《激光原理及应用》陈家璧第二版-第七章课件
T0,0,AqS0r
232t
Ø激光功率密度过高，材料在外表汽化，不在深层熔化；激光功率密度过低， 则能量会集中到较大的体积内，使焦点处熔化的深度很小
7.1 激光热加工原理
(4) 激光等离子体屏蔽现象 Ø激光作用于靶外表，引发蒸汽，蒸汽连续吸取激光能量，使温度上升，最终 在靶外表产生高温高密度的等离子体。等离子体快速向外膨胀，在此过程中连 续吸取入射激光，阻挡激光到达靶面，切断了激光与靶的能量耦合。 如图7-2所示，为等离子云变化的过程
Ø简化：假设半无限大〔即物体厚度无限大〕物体外表受到均匀的激光垂直照 射加热，被材料外表吸取的光功率密度不随时间转变，而且光照时间足够长， 以至被吸取的能量、所产生的温度、导热和热辐射之间到达动平衡，此时圆形 激光光斑中心的温度可以由下式确定
T0, AP
r0t
7.1 激光热加工原理
(2) 材料的加热 假设光照时间为有限长(s)，考察点离开外表的距离(cm)也不为零，此时圆形激 光光斑中心轴线上考察点的温度为
图7-14离焦量对打孔质量的影响
7.3.1 激光打孔
3. 激光打孔工艺参数的影响 ※ 脉冲激光的重复频率对打孔的影响
用调Q方法取得巨脉冲时，脉冲的平均功率根本不变，脉宽也不变，重复频率越高 ，脉冲的峰值功率越小，单脉冲的能量也越小。这样打出的孔深度要减小。
※ 被加工材料对打孔的影响 材料对激光的吸取率直接影响到打孔的效率。由于不同材料对不同激光波长有不同 的吸取率，必需依据所加工的材料性质选择激光器。
7.3.1 激光打孔
1.激光打孔原理：激光打孔机的根本构造包括激光器、加工头、冷却系统、数控 装置和操作面盘〔图7-13〕。加工头将激光束聚焦在材料上需加工孔的位置，适 中选择各加工参数，激光器发出光脉冲就可以加工出需要的孔。
大学物理激光ppt课件
应用
02
用于产生新波长的激光；在光谱学和化学分析中用于研究分子
振动和转动能级。
优点
03
具有高转换效率和较宽的调谐范围；可用于实现多波长激光输
出。
光参量振荡（OPO）
原理
利用非线性晶体的三阶非线性极 化效应，在泵浦光的作用下产生 信号学通信和光谱学中用于实现高 速、高灵敏度的测量。
液体激光器
利用某些有机染料溶液作为工作物质，在光泵浦作用下实现 粒子数反转并产生激光。具有较宽的调谐范围和较高的转换 效率。
半导体激光器
利用半导体材料中的电子空穴对复合过程实现粒子数反转并 产生激光。具有体积小、效率高、寿命长等优点，广泛应用 于光通信、光存储等领域。
02
光学谐振腔与模式选择
光学谐振腔结构
新型固体材料在激光器中应用
稀土离子掺杂晶体
稀土离子具有独特的能级结构和发光特性，通过掺杂到晶体中，可以实现高效、稳定的激光 输出。例如，掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）晶体是固体激光器中常用的增益介质。
光纤材料
光纤具有优异的导光性能和柔韧性，可以作为固体激光器的增益介质和谐振腔。光纤激光器 具有结构紧凑、散热性能好、光束质量高等优点，在工业、医疗等领域得到广泛应用。
二维材料
二维材料如石墨烯、二硫化钼等具有优异的光学、电学和热学性能，可以作为固体激光器的 增益介质或可饱和吸收体。二维材料激光器具有超快响应、宽调谐范围和低阈值等优点，在 超快光学、光通信等领域具有潜在应用价值。
发展趋势和挑战
高功率、高效率
微型化、集成化
新材料、新技术
随着科技的进步，对固体激光器的功率 和效率要求越来越高。未来，需要发展 更高功率、更高效率的固体激光器，以 满足工业加工、国防等领域的需求。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Maiman
11
激光技术发展简史之一
Maiman的第一台激光器
12
中国第一台激光器（1961）
13
激光技术发展简史之二
各种激光器的开发: 工作物质：固体，气体，染料，化学，离子，原 子，半导体，X射线 输出功率：大功率，低功率 工作方式：短脉冲，脉冲，超短脉冲，连续 输出稳定性：稳频率，稳功率，稳方向
No
No
Image Image
31
单色平面波
(1) 平面波 波阵面或等相位面：光波相位相同的空间各点所连成的面 平面波：波阵面是平面 实际生活中无穷远处传来的光，透镜前焦点上光源通过透 镜形成的光束可以看成平面波
(2) 单色平面波：具有单一频率的平面波 准单色波：实际上不存在完全单色的光波，总有一定的
7
激光技术发展简史之一
理论基础： ➢ R.C.Tolman指出：
具有粒子数反转的介 质具有光学增益（产 生激光的基本条件之 一）（1924）。
Tolman
8
激光技术发展简史之一
实验基础：
➢ Prokhorov和 H.Townes分别 独立报导了第一 个微波受激辐射 放大器(Maser) （1953）
激光应用技术
➢ 信息技术方面的应用：光通讯，光存储，光放大，光计算， 光隔离器
➢ 检测技术方面的应用：测长，测距，测速，测角，测三维 形状
➢ 激光加工：焊接，打孔，切割，热处理，快速成型 ➢ 医学应用：外科手术，激光幅照（皮肤科、妇产科），眼
科手术，激光血照ห้องสมุดไป่ตู้，视光学测量 ➢ 科学研究方面的应用：激光核聚变，重力场测量，激光光
Townes
Prokhorov
9
激光技术发展简史之一
1958年Townes和 Schawlow抛弃了尺度必 须和波长可比拟的封闭 式谐振腔的老思路，提 出利用尺度远大于波长 的开放式光谐振腔实现 Laser的新想。
Schawlow
10
激光技术发展简史之一
美国休斯公司实验室一位从事 红宝石荧光研究的年轻人梅曼 在1960.5.16利用红宝石棒首 次观察到激光； 梅曼在7月7日正式演示了世 界第一台红宝石固态激光器； 他在Nature(8月16日)发表了 一个简短的通知。
27
光的波粒二象性
波动性：传播过程 ➢ 具有频率、波长、偏振
粒子性：光与物质相互作用 ➢ 具有能量、动量、运动质量
光波是电磁波 ➢ 振动的电场； ➢ 振动的磁场
l 光与大多数探测器作用时，主要是电矢量起作用，故把电 矢量称作光矢量
28
光的波粒二象性
光波是横波，有偏振方向，激光本质上讲是偏振光---偏振 方向有时随时间变化
激光测距与激光雷达
22
激光切割
23
长度测量
24
生物和医学应用
25
激光技术涉及的学科
物理（光学） 精密加工（光学谐振腔的制作） 光学加工（光学镀膜、光学装调） 电子技术（激光电源、控制电路） 应用技术基础（数学方法、误差理论）
26
1辐射理论概要与激光产生条件
§1.1 光波、光子——光的波粒二象性 §1.2 原子能级和辐射跃迁 §1.3 受激辐射 §1.4 光谱线增宽 §1.5 激光形成条件
频率宽度，如 称为准单色波。
32
单色平面波
理想的单色平面波
单色平面波的表示---行波方程
No U U 0co s tc z U 0co s 2 T pt2 p lz
Image 单色平面波的复数表示 U U 0 e x p it k z U e x p ( it)
➢复振幅 U~ : 代表振幅在空间的分布，辐角(-kz)代表位相在
c l0
各种介质中传播时，保持其原有频率不变，而速度各不相同
υcυl(ll0)
30
折射率始终大于1？
自然界中所有材料的折射率均大于1，各种气体的折射率 近似等于1；
负折射率材料：当介电常数<0，磁导率<0时，折射率 n=-()1/2，小于零（人造材料，2000年后）
用复负折射率 材料做增益介 质？
y
Ey
E
(1)线偏振光
x Ex
(2)自然光
传播方向 z
29
光速、频率和波长三者的关系
(1)波长:振动状态在经历一个周期的时间内向前传播的距离。
(2)光速 c 2 .9 9 8 1 0 8 m /s 3 1 0 8 m /s
(3)频率：光矢量每秒钟振动的次数 1
T
(4)三者的关系
在真空中
2-2 激光原理及应用
1
整体概述
概况一
点击此处输入相关文本内容 点击此处输入相关文本内容
概况二
点击此处输入相关文本内容 点击此处输入相关文本内容
概况三
点击此处输入相关文本内容 点击此处输入相关文本内容
2
普通光源
普通光源是光的自发辐射。 特点：多波长、任意方向、 不相干。 普通光源向四面八方辐射, 光线分散到4p球面度的立体 角内.
14
我国激光器研究情况
激光器的第一台
研制成功时间 研 制 人
红宝石激光器（我国第一台) 1961年11月
He-Ne激光器
掺钕玻璃激光器 GaAs同质结半导体激光器 CO2分子激光器
1963年7月
1963年6月 1963年12月 1965年9月
邓锡铭、 王之江 邓锡铭等
干福熹 王守武 王润文等
15
激光技术发展简史之三
谱，激光对生物组织的作用，激光制冷，激光诱导化学过 程等等
16
光盘存储器原理—激光刻蚀与读出
17
偏振光显微镜
18
激光全息防伪人民币（建国50周年纪念币）
19
激光控制核聚变
20
天文台（激光导航星）
来自纳层 的反射光 （高度约
100km)
最大高度 约35km
来自空气 分子的
Rayleigh光
21
激光
5
激光
粒子数反转
激光原理就是要研究光 的受激辐射是如何在激 光器内产生并占主导地 位而抑制自发辐射！
6
激光技术发展简史之一
理论基础： ➢ 爱因斯坦的光子学说
(1905)； ➢ 波粒二象性(1909) ➢ 辐射理论(1917)：提出
了受激辐射的概念，预 测到光可以产生受激辐 射放大。
Einstein
3
激光
激光：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation （Laser）。 激光是光的受激辐射。 激光的特点：单色性好,方 向性好；相干性好；亮度高. 基本沿某一条直线传播,通 常发散角限制在10-6球面度 量级的立体角内.
4
辐射跃迁： ➢受激吸收； ➢自发辐射； ➢受激辐射
11
激光技术发展简史之一
Maiman的第一台激光器
12
中国第一台激光器（1961）
13
激光技术发展简史之二
各种激光器的开发: 工作物质：固体，气体，染料，化学，离子，原 子，半导体，X射线 输出功率：大功率，低功率 工作方式：短脉冲，脉冲，超短脉冲，连续 输出稳定性：稳频率，稳功率，稳方向
No
No
Image Image
31
单色平面波
(1) 平面波 波阵面或等相位面：光波相位相同的空间各点所连成的面 平面波：波阵面是平面 实际生活中无穷远处传来的光，透镜前焦点上光源通过透 镜形成的光束可以看成平面波
(2) 单色平面波：具有单一频率的平面波 准单色波：实际上不存在完全单色的光波，总有一定的
7
激光技术发展简史之一
理论基础： ➢ R.C.Tolman指出：
具有粒子数反转的介 质具有光学增益（产 生激光的基本条件之 一）（1924）。
Tolman
8
激光技术发展简史之一
实验基础：
➢ Prokhorov和 H.Townes分别 独立报导了第一 个微波受激辐射 放大器(Maser) （1953）
激光应用技术
➢ 信息技术方面的应用：光通讯，光存储，光放大，光计算， 光隔离器
➢ 检测技术方面的应用：测长，测距，测速，测角，测三维 形状
➢ 激光加工：焊接，打孔，切割，热处理，快速成型 ➢ 医学应用：外科手术，激光幅照（皮肤科、妇产科），眼
科手术，激光血照ห้องสมุดไป่ตู้，视光学测量 ➢ 科学研究方面的应用：激光核聚变，重力场测量，激光光
Townes
Prokhorov
9
激光技术发展简史之一
1958年Townes和 Schawlow抛弃了尺度必 须和波长可比拟的封闭 式谐振腔的老思路，提 出利用尺度远大于波长 的开放式光谐振腔实现 Laser的新想。
Schawlow
10
激光技术发展简史之一
美国休斯公司实验室一位从事 红宝石荧光研究的年轻人梅曼 在1960.5.16利用红宝石棒首 次观察到激光； 梅曼在7月7日正式演示了世 界第一台红宝石固态激光器； 他在Nature(8月16日)发表了 一个简短的通知。
27
光的波粒二象性
波动性：传播过程 ➢ 具有频率、波长、偏振
粒子性：光与物质相互作用 ➢ 具有能量、动量、运动质量
光波是电磁波 ➢ 振动的电场； ➢ 振动的磁场
l 光与大多数探测器作用时，主要是电矢量起作用，故把电 矢量称作光矢量
28
光的波粒二象性
光波是横波，有偏振方向，激光本质上讲是偏振光---偏振 方向有时随时间变化
激光测距与激光雷达
22
激光切割
23
长度测量
24
生物和医学应用
25
激光技术涉及的学科
物理（光学） 精密加工（光学谐振腔的制作） 光学加工（光学镀膜、光学装调） 电子技术（激光电源、控制电路） 应用技术基础（数学方法、误差理论）
26
1辐射理论概要与激光产生条件
§1.1 光波、光子——光的波粒二象性 §1.2 原子能级和辐射跃迁 §1.3 受激辐射 §1.4 光谱线增宽 §1.5 激光形成条件
频率宽度，如 称为准单色波。
32
单色平面波
理想的单色平面波
单色平面波的表示---行波方程
No U U 0co s tc z U 0co s 2 T pt2 p lz
Image 单色平面波的复数表示 U U 0 e x p it k z U e x p ( it)
➢复振幅 U~ : 代表振幅在空间的分布，辐角(-kz)代表位相在
c l0
各种介质中传播时，保持其原有频率不变，而速度各不相同
υcυl(ll0)
30
折射率始终大于1？
自然界中所有材料的折射率均大于1，各种气体的折射率 近似等于1；
负折射率材料：当介电常数<0，磁导率<0时，折射率 n=-()1/2，小于零（人造材料，2000年后）
用复负折射率 材料做增益介 质？
y
Ey
E
(1)线偏振光
x Ex
(2)自然光
传播方向 z
29
光速、频率和波长三者的关系
(1)波长:振动状态在经历一个周期的时间内向前传播的距离。
(2)光速 c 2 .9 9 8 1 0 8 m /s 3 1 0 8 m /s
(3)频率：光矢量每秒钟振动的次数 1
T
(4)三者的关系
在真空中
2-2 激光原理及应用
1
整体概述
概况一
点击此处输入相关文本内容 点击此处输入相关文本内容
概况二
点击此处输入相关文本内容 点击此处输入相关文本内容
概况三
点击此处输入相关文本内容 点击此处输入相关文本内容
2
普通光源
普通光源是光的自发辐射。 特点：多波长、任意方向、 不相干。 普通光源向四面八方辐射, 光线分散到4p球面度的立体 角内.
14
我国激光器研究情况
激光器的第一台
研制成功时间 研 制 人
红宝石激光器（我国第一台) 1961年11月
He-Ne激光器
掺钕玻璃激光器 GaAs同质结半导体激光器 CO2分子激光器
1963年7月
1963年6月 1963年12月 1965年9月
邓锡铭、 王之江 邓锡铭等
干福熹 王守武 王润文等
15
激光技术发展简史之三
谱，激光对生物组织的作用，激光制冷，激光诱导化学过 程等等
16
光盘存储器原理—激光刻蚀与读出
17
偏振光显微镜
18
激光全息防伪人民币（建国50周年纪念币）
19
激光控制核聚变
20
天文台（激光导航星）
来自纳层 的反射光 （高度约
100km)
最大高度 约35km
来自空气 分子的
Rayleigh光
21
激光
5
激光
粒子数反转
激光原理就是要研究光 的受激辐射是如何在激 光器内产生并占主导地 位而抑制自发辐射！
6
激光技术发展简史之一
理论基础： ➢ 爱因斯坦的光子学说
(1905)； ➢ 波粒二象性(1909) ➢ 辐射理论(1917)：提出
了受激辐射的概念，预 测到光可以产生受激辐 射放大。
Einstein
3
激光
激光：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation （Laser）。 激光是光的受激辐射。 激光的特点：单色性好,方 向性好；相干性好；亮度高. 基本沿某一条直线传播,通 常发散角限制在10-6球面度 量级的立体角内.
4
辐射跃迁： ➢受激吸收； ➢自发辐射； ➢受激辐射