《激光基础知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《激光基础知识（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、激光基础知识激光基础知识主要内容主要内容什么是激光什么是激光?激光的发明和产生激光的发明和产生激光的物理特性激光的物理特性激光器的基本结构和分类激光器的基本结构和分类激光的生物学特性激光的生物学特性光光光光 谱谱谱谱 图图图图x-rayscosmic raysMicrowavesTV and radiowavesExcimerExcimerArgonArgonKTPKTPDyeDyeRubyRubyAlexandriteAlexandriteNd:YAGNd:YAGEr:YAGEr:YAGCOCO2 2190 - 390488 - 514532577-630755694106429401060
2、0UVUVVisible Visible LightLightInfrared Infrared LightLight400 400 nmnm700 700 nmnmHolmiumHolmium2100什么是激光？什么是激光？ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation激光激光L A S E R激光的发明及发展激光的发明及发展1916年年, 爱因斯坦的感应受激辐射理论爱因斯坦的感应受激辐射理论1950年年, 光泵浦光泵浦1951年年, 核自旋能级反转核自旋能级反转1954年年, MASER(微波受激辐射放大器微波受激辐射放大器
3、)的发明的发明,使科学家将概念引到光学领域使科学家将概念引到光学领域.1958年年, H.汤斯汤斯(美美)和和N.G.巴索夫巴索夫(俄俄)引入激光引入激光(LASER)的概念的概念1960年年, 第一台激光器第一台激光器(红宝石红宝石-掺铬氧化铝晶掺铬氧化铝晶体体)问世问世(美国休斯公司美国休斯公司,T.H.Maiman博士研制博士研制成功成功)1962年年,He-Ne激光器（激光器（632.8nm)1964年年,CO2激光器激光器(10.6m)1970年准分子激光器年准分子激光器(Xe176nm) 激光的物理特性激光的物理特性 单色性单色性 好好谱线宽度谱线宽度 几个几个nmnm方向性方向性
4、 强强 几个毫弧度立体角几个毫弧度立体角亮度亮度极高极高高出太阳高出太阳7-147-14个量级个量级相干性相干性 好好激光的单色性激光的单色性激光的发光机制和激光的发光机制和谐振腔结构谐振腔结构1.粒子数反转粒子数反转2.只有特定波长满足干涉只有特定波长满足干涉加强条件加强条件,形成有效振荡形成有效振荡气体最好气体最好,固体次之固体次之,半导体激光器最差半导体激光器最差激光的方向性激光的方向性激光与激发它的光波方向相同激光与激发它的光波方向相同谐振腔只准沿轴向传播的光振荡谐振腔只准沿轴向传播的光振荡激光的高亮度和强度激光的高亮度和强度亮度亮度- 单位面积单位立体角内传出去的功率单位面积单位立体
5、角内传出去的功率发光在输出端面发光在输出端面,发光面积小发光面积小方向性好方向性好,即发散角小即发散角小发光时间短发光时间短,Q-开关技术为开关技术为ns级级,锁模技术为锁模技术为ps和和fs级级强度强度-被照射表面激光的强弱被照射表面激光的强弱可以用透镜来增大可以用透镜来增大激光的相干性激光的相干性激光是同相位的光激光是同相位的光,光的相位间有一定的光的相位间有一定的规律性规律性相干的程度叫做相干性相干的程度叫做相干性激光器的基本结构激光器的基本结构 激光全反射镜 半反射镜 谐振腔泵浦源激光工作物质激激 光光 器器 的的 结结 构构谐振腔全反镜全反镜泵浦源泵浦源半反镜半反镜激光激光介质激光的
6、分类激光的分类 按激光介质分类：按激光介质分类： 固体激光固体激光( (Ho:YAGHo:YAG, , Nd:YAGNd:YAG, , Er:YAGEr:YAG, Alexandrite), Alexandrite) 半导体泵浦固体激光半导体泵浦固体激光( (泵浦源为泵浦源为LD)LD) 气体激光气体激光(Ar(Ar+ +,Kr,Kr+ +,CO,CO2 2,ExcimerLaser,He-Ne),ExcimerLaser,He-Ne) 液体激光液体激光( (染料激光染料激光) ) 半导体激光半导体激光(LD(LD，Laser Diode)Laser Diode) 按激光的工作方式分类：按激光
7、的工作方式分类：连续激光器连续激光器 (连续输出连续输出)脉冲激光器脉冲激光器 (连续输出时间连续输出时间0.25s)Continuous WaveTimePowerTimePowerQ-SwitchUltraPulseLongPulsePower激光的模式激光的模式激光的模式激光的模式PowerQ Switched什么是开关什么是开关?代表激光器共振腔的品质因子代表激光器共振腔的品质因子. 值越高值越高,表示共振腔的损耗越小表示共振腔的损耗越小.Q开关是插入共振腔的一个开关器件开关是插入共振腔的一个开关器件.当当工作物质正被泵浦时工作物质正被泵浦时,Q开关处于关断状开关处于关断状态态,亚稳态
8、聚积的粒子越来越多亚稳态聚积的粒子越来越多,直到聚积直到聚积到很高时到很高时,将将Q开关打开开关打开,所有粒子一齐跃所有粒子一齐跃迁到终态迁到终态,产生一个巨大的光脉冲产生一个巨大的光脉冲.脉宽脉宽“1100ns”什么是锁模？什么是锁模？在自由运转的激光器中在自由运转的激光器中, 各种模式的振荡之间各种模式的振荡之间没有固定的振幅和相位没有固定的振幅和相位, 输出是许多杂乱无章输出是许多杂乱无章的尖峰叠加而成的尖峰叠加而成, 功率是按时间统计的平均值功率是按时间统计的平均值.锁模激光是迫使各种振荡模式保持固定的相位锁模激光是迫使各种振荡模式保持固定的相位关系关系, 改善激光输出的相干程度，使振
9、荡时间改善激光输出的相干程度，使振荡时间关系确定关系确定, 输出超短脉冲输出超短脉冲.脉宽脉宽100ps，数十微微秒以下而峰值功率极高，数十微微秒以下而峰值功率极高的极窄脉冲的极窄脉冲激光的单位激光的单位激光的单位激光的单位 1 1 joule = 0.24 caloriejoule = 0.24 calorie watt = joule watt = joule secondsecond Power = energy Power = energy secondsecond波长的单位波长的单位波长的单位波长的单位The metric systemmeter is the basic unit
10、milli = one thousandth (10milli = one thousandth (10-3-3) ) micro = one millionth (10micro = one millionth (10-6-6) ) nano = one billionth (10nano = one billionth (10-9-9) ) 1 nanometer (nm) = 1/1,000,000,000 meter1 nanometer (nm) = 1/1,000,000,000 meter 1000 nm1000 nm = 1 micrometer (m) = 1 = 1 micrometer (m) = 1 “micron”“micron”重要名词：重要名词：波长、能量、时间、功率波长、能量、时间、功率连续激光、脉冲激光连续激光、脉冲激光Q开关、锁膜技术开关、锁膜技术
