激光原理及应用.ppt

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1、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LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation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”。2.激光发展史：1960年7月7日，梅曼宣布世界上第一台激光器由诞生，梅曼的方案是，利用一个高强闪光灯管，来刺激红宝石。由于

2、红宝石其实在物理上只是一种掺有铬原子的刚玉，所以当红宝石受到刺激时，就会发出一种红光。在一块表面镀上反光镜的红宝石的表面钻一个孔，使红光可以从这个孔溢出，从而产生一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一点时，可使其达到比太阳表面还高的温度。激光产生原理3.激光产生理论介绍3-1激光在产生过程中始终伴随着以下三种状态：a.受激吸收（简称吸收）：处于较低能级的粒子在受到外界的激发，吸收了能量时，跃迁到与此能量相对应的较高能级。E2E1E2E1自发辐射光子自发辐射跃迁b.自发辐射：粒子受到激发而进入的激发态，不是粒子的稳定状态，如存在着可以接纳粒子的

3、较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率，自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子。受激吸收跃迁E2E1E2E1入射光子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。受激辐射跃迁3-2粒子数反转要想使受激辐射占优势，必须使处在高能级E2的粒子数大于处在低能级E1的粒子数，这种分布正好与平衡态时的粒子分布相反，称为粒子数反转分布，简称粒子数反转，实现粒

4、子数反转是产生激光的必要条件。E2E1E2E1入射光子受激辐射光子入射光子4.晶体腔：工作物质，谐振腔，激发源工作物质：使受激辐射成为介质中的主导过程，必要条件是在介质中造成离子数反转分布，即使介质激活。例如：掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）YAG激光晶体。谐振腔：加强介质中的受激辐射，通常由两块与工作介质轴线垂直的平面或凹球面反射镜构成。工作介质实现了粒子数反转后就能产生光放大。谐振腔的作用是选择频率一定、方向一致的光作最优先的放大，把其它频率和方向的光加以抑制。激发源：要是工作物质成为激活态，需要外界激励作用。一般有光泵式，电激励式，化学式。

5、工作介质（YAG晶体）光源泵电源全反射镜半反射镜激光束激光的产生过程可归纳为：激励能源工作物质全反射镜部分反射镜激光产生工作物质光子放大及振荡其它粒子的受激辐射偶然的自发辐射粒子数反转外界激励光学谐振腔固体工作物质：掺钕钇铝石榴石（Nd：YAG）；红宝石；钕玻璃；气体工作物质：CO2分子气体；He-Ne原子气体；氩离子气体；半导体工作物质：砷化镓工作物质——被激励后能发生粒子数反转的活性物质激励装置——能使激活介质发生粒子数反转分布的能源光激励：用脉冲光源来照射工作介质（闪光灯、LD）；电激励：用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子

6、；化学激励：应用化学反应方法；热激励：超音速绝热膨胀法；注入式激励：采用向半导体物质注入大电流的方法。激光器内部机构（P4）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。全反光镜反光镜：（越75%）Q-Switch晶体腔功率计Shutter接光纤激光器外形

7、激光器内部分解图（P4）Q-Switch晶体腔半反镜光纤耦合器镜头聚焦原理——凸透镜激光刻划原理——以P1为例GaussianBeamTopHat光斑1.BeamShaping（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TopHat，通过透镜组改变光束质量和形状产生。加装BeamShaping的镜组，激光的BeamProfile由高斯光（Gaussian）改为TopHat，制程速度可提高2-4倍以上。2.LaserAttenuator（激光衰减）现有调节激光功率的方法：调节电

8、流：会改变激光的光束截面（BeamProfile），会影响打出来的线宽和焦点。调节频率RepetitionRate(Hz)：会影响激光能量和刻划线宽。