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1、前言,激光又名镭射 (Laser)， 它的全名是 “辐射的受激发射光放大”。,(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation),28-4 激 光,. 特点：,2）方向性极好,脉冲瞬时功率大（可达10 17瓦）,（10 - 8埃）,1）单色性极好,3）亮度极高,（发散角10 -8弧度）,2）按工作方式分,连续式（功率可达104 W） 脉冲式（瞬时功率可达1017 W ）,3) 按波长分：,(100 n m ） （1.222 m m ）, . 种类：,固体（如红宝石Al2O3） 液体（如某些染料） 气体（如He-Ne，CO2） 半导
2、体（如砷化镓 GaAs） ,1）按工作物质分,极紫外可见光亚毫米,一、 粒子数按能级的统计分布,由大量原子组成的系统，在温度不太低的平衡 态，原子数目按能级的分布服从玻耳兹曼统计 分布：,若 E2 E 1，则两能级上的原子数目之比,数量级估计：,T 103 K；,kT1.3810-20 J,E 2-E 11eV;,高能级上原子数少, 0.086 eV;,原子能级分类：,1、基态能级：,原子最低能级。原子状态最稳定,2、激发态能级：,原子停留时间010-8s,3、亚稳态能级：,原子停留时间0,二、 自发辐射、受激辐射和吸收,1. 自发辐射(spontaneous radiation),各原子自发
3、辐射的光是独立的、 无关的 非相干光 。,2受激辐射 (stimulated radiation),全同光子,受激辐射光与外来光的频率、偏振方向、 相位及传播方向均相同 -有光的放大作用。,（爱因斯坦预言，为激光器的制作成功所证明）,3 . 吸收(absorption),上述外来光也有可能被吸收， 使原子从E1E2。,三、 粒子数反转,1. 为何要粒子数反转(population inversion),从E2E1 自发辐射的光，可能引起受激辐射过程，也可能引起吸收过程。,产生激光必须使受激辐射的原子数吸收光子的原子数,即：造成粒子数反转,2粒子数反转举例,例. He一Ne 气体激光器的粒子数反
4、转,He -Ne 激光器中He是辅助物质，Ne是激活物质， He与 Ne之比为51 101。,谐振腔, Ne原子可以产生多条激光谱线,图中标明了最强的三条:,06328 115 m 339 ,它们都是从亚稳态到非亚稳态（ 非基态）之间发生的，因此较易实现粒子数反转。,四、光学谐振腔,激光器有两个反射镜，它们构成一个光学谐振腔。,光学谐振腔的作用：,1.使激光具有极好的方向性（沿轴线）；,2.增强光放大作用（延长了工作物质）；,3.使激光具有极好的单色性 （只有能够形成驻波的频率方能维持振荡选频）,小结：产生激光的必要条件,. 激励能源（使原子激发）,. 粒子数反转（有合适的亚稳态能级）,.光学谐振腔（方向性，光放大，单色性）,激光的特性及其应用,方向性极好的强光束 -准直、测距、切削、武器等。,相干性极好的光束 -精密测厚、测角，全息摄影等。,例激光光纤通讯,由于光波的频率比电波的频率高好几个数量级，,一根极细的光纤能承载的信息量相当于图片中这麽粗的电缆所能承载的信息量。,例2 . 激光手术刀,（不需开胸，不住院）,照明束 照亮视场, 纤维镜激光光纤 成象, 有源纤维强激光 使堵塞物熔化, 附属通道 （可注入气或液） 排除残物以明视线, 套环 （可充、放气） 阻止血流或使血流流通,自发辐射、 受激辐射,受激辐射,作 业,P388,28.27,
