激光原理课件.ppt

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1、激光原理PrinciplesofLaser第一章：概述激光器基本原理第二章：开放式光谐振腔理论与高斯光束第四章：阐明光和物质相互作用的基本物理过程第五章、第六章：激光振荡和放大理论第七章：介绍控制和改善激光器特性的基本技术第九章：介绍典型激光器的工作原理及特性对激光技术中的物理问题有较系统全面的认识；内容概要激光原理目标建立正确的基本概念；掌握一定的有关激光器技术方面的知识。绪论一、激光的特性1.方向性好激光原理.绪论2.单色性好激光原理.绪论3.能量集中4.相干性好激光原理.绪论空间高度集中：亮度比太阳表面

2、高倍。时间高度集中：功率峰值为瓦。二、激光的应用1.工业应用精密测量(距离、位移)激光加工(切割、焊接、打孔、雕刻)光谱分析2.医学应用眼科普通外科牙科皮肤科激光原理.绪论3.军事应用激光制导激光测距激光侦察大气激光通信激光原理.绪论激光武器激光原理.绪论4.日常应用激光打印机电脑光驱CD/VCD条形码扫描器激光防伪激光霓虹灯激光原理.绪论激光原理.绪论5.通信领域的应用（1）空间激光通信激光原理.绪论（2）光纤通信激光原理.绪论光纤的优越性：•宽带•不受电磁干扰•重量轻•低损耗光纤通信用光源：短距离通信用0

3、.85um；长距离通信用1.31um，1.55um光纤放大器：1.55um波段的掺铒光纤放大器（EDFA）；1.31um的掺镨光纤放大器（PDFA）；1.27～1.67um全光波段的拉曼放大器（RFA）1480nm和980nm波长的半导体激光器是EDFA的泵浦光源三、激光技术发展史1.1917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;2.20世纪50年代：汤斯和肖洛的光激射器理论；激光器方案的提出；3.1960年：梅曼(Maiman)制成世界上第一台激光器；4

4、.1960年至今：激光技术飞速发展。四、Laser－“激光”Laser“通过受激辐射实现光放大”LightAmplificationofStimulatedEmissionofRadiation激光原理.绪论五、激光器种类根据工作物质固体激光器气体激光器液体激光器半导体激光器：红宝石，Nd:YAG，钕玻璃：He—Ne，CO2，离子激光器：染料激光器激光原理.绪论第一章激光的基本原理§1.1相干性的光子描述光波模式、光子状态、相格、相干体积一、光波模式与光子态光的波粒二象性波动说微粒说激光原理.第一章－电磁理论

5、－波动属性：光波模式－光子理论－粒子属性：光子态1.光波模式（用波动观点求光波模式数）波矢：：波的传播方向一个波矢对应两个光波模式激光原理.第一章有限空间V内：存在具有特定波矢的单色平面驻波。驻波条件m、n、q为正整数激光原理.第一章自由空间中：具有任意波矢的单色平面波都可能存在；每组m、n、q对应一种光波模式（含两个偏振态）激光原理.第一章相邻模间隔：波矢空间中每个光波模式所占体积：第一象限中区间体积：此体积内光波模式数：激光原理.第一章V体积空腔内，频率内光波模式数：2.光子（状）态：相空间：空间坐标动量

6、相空间内一点表示质点的一个运动状态。测不准关系：相格：同一光子态的光子所占的相空间体积元。结论1：同一相格中的光子运动状态无法区分，它们属于同一光子态。激光原理.第一章结论2：一个光波模式一个光子态。二、光子的相干性相干光波：频率相同、振动方向一致、位相差恒定的两束光波。空间相干性相干长度：沿传播方向的相干长度。相干面积：垂直于光传播方向截面上的相干面积。相干体积：空间体积内各点的光波场都具有明显的相干性，则为相干体积。激光原理.第一章单色性越好，相干性就越好激光原理.第一章相干时间：光沿传播方向通过相干长度

7、所需的时间。由杨氏双缝干涉实验讨论光波的相干体积：两光波场具有明显相干性的条件：光源的相干面积激光原理.第一章光源的相干体积：激光原理.第一章结论3：相格的空间体积相干体积。相格空间体积结论：处于同一相格中的光子数，三、光子简并度决定了相干光强，反映光源的单色亮度。激光原理.第一章一个光波模式所占空间体积同一光子态所占空间体积相干体积处于同一模式中的光子数，处于相干体积内的光子数，处于同一光子态的光子数。§1.2光的受激辐射基本概念一、光的受激辐射概念的产生普朗克——1900年，辐射量子化假设；波尔——191

8、3年，原子中电子运动状态的量子化假设；爱因斯坦——1917年，提出受激辐射概念。1.黑体辐射的Planck公式：任何物质在一定温度下都要辐射和吸收电磁辐射。黑体：能够完全吸收任何波长的电磁辐射的物体。空腔辐射体激光原理.第一章热平衡状态：黑体吸收的辐射能量黑体发出的辐射能量单色能量密度：Planck辐射能量量子化假说：黑体辐射Planck公式：激光原理.第一章热平衡状态下，黑体辐射分配到腔内每个模式