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1、激光介绍激光介绍n n目前全球业界公认的发展最快的、应用日趋广泛的最重要目前全球业界公认的发展最快的、应用日趋广泛的最重要目前全球业界公认的发展最快的、应用日趋广泛的最重要目前全球业界公认的发展最快的、应用日趋广泛的最重要的高新技术就是光电技术，他必将成为的高新技术就是光电技术，他必将成为的高新技术就是光电技术，他必将成为的高新技术就是光电技术，他必将成为21212121世纪的支柱产业。世纪的支柱产业。世纪的支柱产业。世纪的支柱产业。而在光电技术中，其基础技术之一就是激光技术。而在光电技术中，其基础技术之一就是激光技术。而在光电技术中，其基础技术之一就是激光技术。而在光电技术中，其基础技术之一
2、就是激光技术。n n21212121世纪的激光技术与产业的发展将支撑并推进高速、宽带、世纪的激光技术与产业的发展将支撑并推进高速、宽带、世纪的激光技术与产业的发展将支撑并推进高速、宽带、世纪的激光技术与产业的发展将支撑并推进高速、宽带、海量的光通信以及网络通信。海量的光通信以及网络通信。海量的光通信以及网络通信。海量的光通信以及网络通信。n n此外将推出品种繁多的光电子消费类产品此外将推出品种繁多的光电子消费类产品此外将推出品种繁多的光电子消费类产品此外将推出品种繁多的光电子消费类产品 (如如如如VCDVCDVCDVCD、D VDD VDD VDD VD、数码相机、新型彩电、掌上电脑电子产品、
3、智能手机、手数码相机、新型彩电、掌上电脑电子产品、智能手机、手数码相机、新型彩电、掌上电脑电子产品、智能手机、手数码相机、新型彩电、掌上电脑电子产品、智能手机、手持音响播放设备、摄影、投影和成像、办公自动化光电设持音响播放设备、摄影、投影和成像、办公自动化光电设持音响播放设备、摄影、投影和成像、办公自动化光电设持音响播放设备、摄影、投影和成像、办公自动化光电设备如激光打印、传真和复印等备如激光打印、传真和复印等备如激光打印、传真和复印等备如激光打印、传真和复印等)以及新型的信息显示技术以及新型的信息显示技术以及新型的信息显示技术以及新型的信息显示技术产品产品产品产品(如如如如CRTCRTCRT
4、CRT、LCDLCDLCDLCD及及及及PDPPDPPDPPDP、FEDFEDFEDFED、OELOELOELOEL平板显示器等平板显示器等平板显示器等平板显示器等 )并进并进并进并进入人们的日常生活中。入人们的日常生活中。入人们的日常生活中。入人们的日常生活中。n n激光产品已成为现代武器的激光产品已成为现代武器的激光产品已成为现代武器的激光产品已成为现代武器的“眼睛眼睛眼睛眼睛”和和和和“神经神经神经神经”，光电子，光电子，光电子，光电子军事装备将改变军事装备将改变军事装备将改变军事装备将改变21212121世纪战争的格局。世纪战争的格局。世纪战争的格局。世纪战争的格局。n n本课件介绍激
5、光的特点及激光技术在现代生活及科技、军本课件介绍激光的特点及激光技术在现代生活及科技、军本课件介绍激光的特点及激光技术在现代生活及科技、军本课件介绍激光的特点及激光技术在现代生活及科技、军事等领域的主要应用。事等领域的主要应用。事等领域的主要应用。事等领域的主要应用。普通光源普通光源-自发辐射自发辐射 激光光源激光光源-受激辐射受激辐射 激激 光光(Laser)（镭射）(Light Amplication by Stimulated Emission of Radiation)“辐射的受激发射光放大辐射的受激发射光放大”“激光”钱学森在1963年提出标准译法 激光技术发展简史激光技术发展简史1
6、917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;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；1960年：梅曼(Maiman)制成世界上第一台激光器；1960年至今：激光技术飞速发展。激光发明的理论基础可以追溯到激光发明的理论基础可以追溯到1917年年，著名的物理，著名的物理学家爱因斯坦在研究光辐射与原子相互作用的时候发学家爱因斯坦在研究光辐射与原子相互作用的时候发现，除了现，除了受激吸收和自发辐射跃迁受激吸收和自发辐射跃迁过程外，还存在过程外，还存在受受激辐射跃迁激辐射跃迁过程。过程。20世纪世纪50年代初，年代初，电子学和微波
7、技术的应用提出了电子学和微波技术的应用提出了将无线电技术从微波推向光波的要求。将无线电技术从微波推向光波的要求。1952年年 美国马里兰大学的韦伯开始应用以上美国马里兰大学的韦伯开始应用以上理论去放大电磁波。理论去放大电磁波。从微波振荡器到光波振荡器微波振荡器的实现原理：一个尺度和波长可比拟的封闭的谐振腔；一个尺度和波长可比拟的封闭的谐振腔；利用自由电子与电磁场的相互作用实现电磁波的放大和利用自由电子与电磁场的相互作用实现电磁波的放大和振荡。振荡。1954年，美国的汤斯(Charles H.Towns)、苏联的巴索夫(Nikolai G.Basov)和普洛霍洛夫(Aleksander M.Pr
8、okhorov)第一次实现了氨分子微波量子振荡器(Maser),抛弃了 利用自由电子与电磁场的相互作用实现电磁波的放大和振荡，利用原子或分子中的束缚电子与电磁场的相互作用来放大电磁波。1958年，汤斯和肖洛(Arthur L.Schawlow)抛弃了一个尺度和波长可比拟的封闭的谐振腔，提出了利用尺度远大于波长的开放式光谐振腔，实现了激光器的新思想。布隆伯根(Nicolaas Bloembergen)提出了利用光泵浦三能级原子系统实现原子数反转分布的新构想。汤斯和肖洛在Physis Revies 上发表论文，指出了实 现受激辐射为主的可能性，并给出了实现这个愿望需 要满足的条件。C.H.Town
9、esA.M.Prokhorov N.G.Basov 汤斯汤斯19541954年在量子电子学研究中实现了氨分子的粒子数反转，年在量子电子学研究中实现了氨分子的粒子数反转，研制了微波激射器和激光器；普罗霍洛夫和巴索夫研制了微波激射器和激光器；普罗霍洛夫和巴索夫19581958年几乎同年几乎同时在量子电子学的基础研究中，根据微波激射器和激光器原理研时在量子电子学的基础研究中，根据微波激射器和激光器原理研制了振荡器和放大器。以上工作导致了激光器的发明。制了振荡器和放大器。以上工作导致了激光器的发明。The Nobel Prize in Physics 19641960年7月，世界第一台红宝石固态激光器
10、问世，标志了激光技术的诞生。美国休斯公司实验室梅曼演示的波长为694.3nm的激光 至此，一门新的科学至此，一门新的科学技术技术量子电子学中的激量子电子学中的激光技术以科学史上罕见的高光技术以科学史上罕见的高速度向前发展！速度向前发展！1960 Ruby激光出光（休斯实验室 Maiman、Lamb）1961 HeNe Laser出光（贝尔实验室 Javer）1961年年 2月（月（A.Javan）研制成了）研制成了 HeNe混合气体激光器。混合气体激光器。有人提出了有人提出了Q调制技术，调制技术，并制成第一台调并制成第一台调Q激光器。激光器。为什么要调Q？制成了钕玻璃脉冲激光器。制成了钕玻璃脉
11、冲激光器。1962年美国三个研究小组几乎同时分别发布砷化年美国三个研究小组几乎同时分别发布砷化镓（镓（GaAs）半导体激光器运转的报道。）半导体激光器运转的报道。仅19611962年间世界各国发表的激光方面的论文达200篇以上。1963年建立了激光的半经典理论。年建立了激光的半经典理论。对激光的频率特性和功率特性进行了比较完对激光的频率特性和功率特性进行了比较完 善的探讨。善的探讨。1964年研制成了年研制成了 氩离子（氩离子（A+r）离子气体激光器）离子气体激光器 二氧化碳气体激光器二氧化碳气体激光器 化学激光器（化学激光器（HF氟化氢）氟化氢）掺钕的钇铝石榴石固体激光器掺钕的钇铝石榴石固体
12、激光器 1965年实现了铌酸锂光学参量振荡器，借助年实现了铌酸锂光学参量振荡器，借助 半经典理论预言了半经典理论预言了锁模锁模效应的存在。效应的存在。1966年研制成了固体锁模激年研制成了固体锁模激 光器获得了超短脉冲。光器获得了超短脉冲。为什么要锁模？为什么要锁模？1970年研制成了准分子激光器。年研制成了准分子激光器。1977年研制成了红外波段的自由电子激光器年研制成了红外波段的自由电子激光器 （FEL）1984年研制出光孤子激光器（年研制出光孤子激光器（SL）因对激光及其应用的创造性贡献而先后获诺贝尔物理学奖因对激光及其应用的创造性贡献而先后获诺贝尔物理学奖的科学家共有的科学家共有101
13、0位位.(built in 1986 2beam/f f200mm,1.6KJ/1w/w/1ns )神光神光-I-I 装置的两路激光系统装置的两路激光系统 美美国国电电话话电电报报公公司司贝贝尔尔实实验验室室的的研研究究人人员员于于1992年年研研制制出出当当时时世世界界上上最最小小的的固固体体激激光光器器它它在在扫扫描描电电子子显显微微镜镜下下看看起起来来就就像像一一个个个个微微型型图图钉钉，其其直直径径只只有有2至至10微微米米。在在一一个个大大头头针针的的针针头头上上，可可以以装装下下1万万个个这这样样的的新新型型半半导导体体激激光光器器。1990年年美美国国研研制制成成功功畸畸变变量量
14、子子阱阱激激光光器器，开开关关速速度度达达280亿亿次次/秒秒，这这是是激激光光器器有有史史以以来来达到的最高速度。达到的最高速度。1961年8月，中国第一台红宝石激光器问世。中国科学院长春光学精密机械研究所研制成功。1987年6月，1012W的大功率脉冲激光系统神光装置，在中国科学院上海光学精密机械研究所研制成功。神光I、神光II、神光III1961年长春光机所(邓锡铭，王之江)一一 .激光激光特点：特点：1 1 方向性好方向性好 （发散角（发散角10-4弧度）弧度）一束激光射到一束激光射到38万万km的月的月球上，光斑的直径只有球上，光斑的直径只有2km手电筒的光射到手电筒的光射到m处，处
15、，扩展成很大的光斑。扩展成很大的光斑。利用激光准直仪可使利用激光准直仪可使长为长为2.5km的隧道掘进偏的隧道掘进偏差不超过差不超过16nm.2 2 单色性好单色性好单色性最好的氪灯单色性最好的氪灯Kr86 =4.710-3 nm 稳频稳频HeNe激光器激光器 激光的激光的 单色性比普通光高单色性比普通光高 倍倍.单色性好单色性好激光原理激光原理.绪论绪论3 3 能量集中能量集中 脉冲瞬时功率大脉冲瞬时功率大（可达（可达10 14瓦）瓦）亮度极高亮度极高激光的颜色非常单纯，而且只向着一个方向发光，亮度极高激光的颜色非常单纯，而且只向着一个方向发光，亮度极高激光在屏上形成的小光斑，有极大的激光在
16、屏上形成的小光斑，有极大的照度照度 太阳表面的亮度比白炽灯大太阳表面的亮度比白炽灯大几百倍。普通的激光器的输出亮度，几百倍。普通的激光器的输出亮度，比太阳表面的亮度大比太阳表面的亮度大10亿倍。激光亿倍。激光是当今世界上高亮度的光源。是当今世界上高亮度的光源。激光的能量在空间上、在时间上高度集中激光的能量在空间上、在时间上高度集中光能量不仅在空间上高度光能量不仅在空间上高度集中，同时在时间上也可集中，同时在时间上也可高度集中，因而可以在一高度集中，因而可以在一瞬间产生出巨大的光热。瞬间产生出巨大的光热。在在工工业业上上，激激光光打打孔孔、切切割割和和焊焊接接。医医学学上上视视网网膜膜凝凝结结和和进进行行外外科科手手术术。在在测测绘绘方方面面，可可以以进进行行地地球球到到月月球球之之间间距距离离的的测测量量和和卫卫星星大大地地测测量量。在在军军事事领领域域，可以制成摧毁敌机和导弹的激光武器可以制成摧毁敌机和导弹的激光武器 4 4 相干性好相干性好l空间相干性好，有的激光波面上各个点几乎都是相干光源。空间相干性好，有的激光波面上各个点几乎都是相干光源。l时间相干性好（时间相干性好（10-8
