最新第二章 激光产生的原理.PPT课件.ppt

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1、第二章激光产生的原理.第二章激光的产生及特性激光(laser)是光的受激辐射光放大(LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation)的缩写。爱因斯坦在1917年研究黑体辐射时，曾预言受激辐射的存在，直到1960年，梅曼制成世界上第一台激光器——红宝石激光器。证明了爱因斯坦预言的正确性。激光产生的原理激光介质由掺杂于固体基质中的金属离子（也称激活离子）和基质所组成。工作物质的物理、化学性能主要取决于基质材料，它的光谱特性主要由激活离子的能级结构决定，但受基质材料的影响，光谱

2、特性将有所变化，有的甚至变化很大。固体激光器(Solid-statelasers)可作激活离子的元素有四大类：过渡族金属离子、三价稀土金属离子、二价稀土金属离子、锕系离子，覆盖的波长275-3022nm。工作物质：掺杂离子的绝缘晶体或玻璃工作物质基质材料分为玻璃和晶体两大类常用的基质玻璃有：硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、氟化物玻璃晶体有金属氧化物、氟化物、酸盐晶体典型代表有红宝石、Nd3+：YAG、钕玻璃激光器特点：能量大、峰值功率高、结构紧凑、牢固耐用等优点，广泛应用于工业、国防、医疗、科研等方面固体激光器激励方式

3、：光泵浦。波长范围：紫外到红外最常用的泵浦光源有惰性气体放电灯、金属蒸气灯、卤化物灯、半导体激光器、日光泵等，日光泵适用于空间技术中的激光器。用半导体激光二极管泵浦的固体激光器是90年代激光发展的主要方向之一，兼容了二者的优点，泵浦效率高，体积小、结构紧凑固体激光器：由工作物质、泵浦系统、谐振腔和冷却滤光系统四个主要部分组成有连续工作和脉冲工作方式红宝石激光器(RubyLaser)n1>>n2氙灯泵浦n1减少，n2增加自发辐射（荧光）氙灯光强继续增加到n2>n1粒子数反转分布光放大器光强继续增加到某一阈值激光满足振荡条件红

4、宝石是掺有少量Cr3+离子的Al2O3单晶。E1为基态，E2为亚稳态，E3是大量能级组成的能带。光放大在E2和E1间产生，相应波长为694.3nm。三能级系统。梅曼和第一只激光器固体激光器气体激光器:以气体或金属蒸气为工作物质气体激光器的工作物质种类多，又能采用多种激励方式，所以覆盖的波段宽，从紫外到远红外波。是目前种类最多、激励方式最多样化、激光波长分布区域最宽、应用最广泛的一类激光器。激励方式:气体放电和电子束激励特点：输出光束的质量好波长范围He-Ne激光器的结构形式很多，但都是由激光管和激光电源组成。激光管由放电管

5、、电极和光学谐振腔组成，放电管是He-Ne激光器的心脏，是产生激光的地方，放电管通常由毛细管和贮气室构成。He-Ne(氦-氖)激光器氦一氖气体激光器：原子激光器类，1961年实现激光输出，多采用连续工作方式，输出功率与放电毛细管长度有关；输出激光方向性好，（发散角达1mrad以下），单色性好（可小于20Hz），输出功率和波长能控制得很稳定气体激光器液体激光器工作物质：有机染料溶液波长范围：紫外到近红外激励方式：光泵浦特点输出激光波长可调谐且调谐范围广；激光脉冲宽度窄；激光输出功率大；激光工作物质均匀性好；液体激光器半导

6、体激光器工作物质：半导体材料波长范围：紫外到极远红外激励方式：PN结注入电流激励；电子束激励；光激励碰撞电离激励特点：超小型；高效率；结构简单；价格便宜；高速工作半导体激光器其它激光器光纤激光器化学激光器气动激光器色心激光器自由电子激光器单原子激光器X射线激光器应用加工钻孔（烧穿）：效率高，可加工硬质合金钻石等；焊接（烧熔）：迅速，非接触，可在空气中进行；切割（连续打孔）：如芯片电路的准确分割，调节精密电阻，绘制集成电路图，控制光栅刻机等。利用激光高强度，良好的聚焦性（平行性）应用测量：准直，测距等医疗：激光手术刀，血管内

7、窥镜，致癌等军事：激光制导，激光炮等核技术：激光分离同位素、激光核聚变应用利用激光极好的相干性精密测长、测厚、测角，测流速，定向，测电流，电压，激光雷达（分辨率高，可测云雾）探测：微电子器件表面探测，单个原子探测全息技术：全息存储，全息测量，全息电影、全息摄影等激光光纤通讯：载波频率高（1011-1015Hz）信息容量大，清晰，功耗小，抗抗干拢性强激光核聚变激光核聚变靶室，在靶室内十束激光同时聚向一个产生核聚变反应的小燃料样品上，引发核聚变。激光焊接高能激光（能产生约5500oC的高温）把大块硬质材料焊接在一起用激光使脱落

8、的视网膜再复位（目前已是常规的医学手术）光盘存储光纤通信50m100m皮芯（石英）光导纤维光缆光放大器光缆金华传导原理：全反射2.1光的自发辐射与受激辐射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——1913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