大學(xué)物理下冊——激光ppt

1、Page 1理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 2緒緒 論論 激光產(chǎn)生機理激光產(chǎn)生機理 激光發(fā)展歷史激光發(fā)展歷史 激光器理論體系激光器理論體系 激光器的類型激光器的類型 激光應(yīng)用領(lǐng)域激光應(yīng)用領(lǐng)域a理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 3一、一、 激光產(chǎn)生機理激光產(chǎn)生機理1、LASER英文名稱的含義是什么？英文名稱的含義是什么？2、LASER與與MASER有何區(qū)別？有何區(qū)別？3、為什么、為什么MASER的實現(xiàn)竟導(dǎo)致了一個新學(xué)科誕生？的實現(xiàn)竟導(dǎo)致了一個新學(xué)科誕生？4、激光是誰、于何時發(fā)明的？什么激光器？、激光是誰、于何時發(fā)明的？什么激光器？5、激光器的發(fā)明克服了哪

2、些困難？、激光器的發(fā)明克服了哪些困難？6、為什么梅曼沒能獲得諾貝爾獎？、為什么梅曼沒能獲得諾貝爾獎？7、了解與激光有關(guān)的諾貝爾獎獲得者、了解與激光有關(guān)的諾貝爾獎獲得者 幾個基本問題：幾個基本問題：理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 41. 什么是什么是 Laser ?LaserLight Amplification by Stimulated Emission of Radiation “受激輻射的光放大受激輻射的光放大”激光激光是是20世紀繼世紀繼原子能、計算機、半導(dǎo)體原子能、計算機、半導(dǎo)體之之后，人類的又一重大發(fā)明。后，人類的又一重大發(fā)明?！凹す饧す狻?1964年大陸定名

3、；年大陸定名；“鐳射鐳射” 香港，臺灣香港，臺灣理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 52. 激光與普通光有何區(qū)別？激光與普通光有何區(qū)別？激光激光普通光普通光(1)(1)激光的單色性好激光的單色性好；單色性最好的氪燈單色性最好的氪燈Kr86 =4.710-3 nm穩(wěn)頻穩(wěn)頻HeNe激光器激光器 =1.010-9 nm理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 62. 激光與普通光有何區(qū)別？激光與普通光有何區(qū)別？激光激光普通光普通光(2)(2)激光的方向性好；激光的方向性好； 一束激光射到一束激光射到38萬萬km的的月球上，光斑的直徑只有月球上，光斑的直徑只有2km手電筒

4、的光射到手電筒的光射到m處，擴處，擴展成很大的光斑。展成很大的光斑。理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 72. 激光與普通光有何區(qū)別？激光與普通光有何區(qū)別？(3)(3)激光的亮度高；激光的亮度高；太陽表面的亮度太陽表面的亮度幾百倍幾百倍于白熾燈；于白熾燈；普通的激光器的亮度普通的激光器的亮度10億倍億倍于太陽表面亮度；于太陽表面亮度；激光是當今世界上最高亮度的光源。激光是當今世界上最高亮度的光源。(4)(4)激光是高相干光源激光是高相干光源理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 83. 為什么有這些區(qū)別？為什么有這些區(qū)別？普通光源發(fā)光：普通光源發(fā)光：原子系統(tǒng)發(fā)光

5、過程中，原子系統(tǒng)發(fā)光過程中，自發(fā)輻射自發(fā)輻射占優(yōu)占優(yōu)勢。發(fā)出的光頻率不是單一的，偏振方向、傳播方向勢。發(fā)出的光頻率不是單一的，偏振方向、傳播方向各不一樣，位相是隨機的。各不一樣，位相是隨機的。自發(fā)地自發(fā)地，各自獨立地各自獨立地，彼此無關(guān)地彼此無關(guān)地，無規(guī)律地無規(guī)律地E2E1N2N1h 理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 93. 為什么有這些區(qū)別？為什么有這些區(qū)別？激光光源發(fā)光：激光光源發(fā)光：原子系統(tǒng)在發(fā)光過程中原子系統(tǒng)在發(fā)光過程中受激輻射受激輻射占優(yōu)勢，占優(yōu)勢，受激輻射中所發(fā)出的光與外來激發(fā)光子的性質(zhì)完全相同（受激輻射中所發(fā)出的光與外來激發(fā)光子的性質(zhì)完全相同（四同光子），使某

6、模式內(nèi)的光子數(shù)增大。四同光子），使某模式內(nèi)的光子數(shù)增大。同頻率，同相位，同頻率，同相位，同方向，同偏振同方向，同偏振E2E1N2N1全同光子全同光子h 理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 103. 為什么有這些區(qū)別？為什么有這些區(qū)別？激光光源發(fā)光激光光源發(fā)光 “受激輻射受激輻射”普通光源發(fā)光普通光源發(fā)光 “自發(fā)輻射自發(fā)輻射”理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 114. 如何產(chǎn)生激光？如何產(chǎn)生激光？有了受激輻射機制就能產(chǎn)生激光嗎？有了受激輻射機制就能產(chǎn)生激光嗎？（1）受激輻射受激輻射存在逆過程受激吸收受激吸收E2E1N2N1h 受激輻射受激輻射 復(fù)制復(fù)制產(chǎn)生光

7、子產(chǎn)生光子 +受激吸收受激吸收 吸收吸收消耗光子消耗光子 -哪種作用更強？哪種作用更強？理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 124. 如何產(chǎn)生激光？如何產(chǎn)生激光？（2）粒子數(shù)按能級的統(tǒng)計分布粒子數(shù)按能級的統(tǒng)計分布 由大量原子組成的系統(tǒng)，由大量原子組成的系統(tǒng)，在熱平衡態(tài)，原子數(shù)目按在熱平衡態(tài)，原子數(shù)目按能級的分布服從能級的分布服從玻耳茲曼玻耳茲曼統(tǒng)計分布統(tǒng)計分布受激輻射受激輻射 受激吸收受激吸收理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 134. 如何產(chǎn)生激光？如何產(chǎn)生激光？（3）粒子束反轉(zhuǎn)分布）粒子束反轉(zhuǎn)分布 1氣體放電激勵氣體放電激勵 2光激勵光激勵(光泵光泵)泵

8、浦源（激勵源）泵浦源（激勵源）能量注入能量注入理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 144. 如何產(chǎn)生激光？如何產(chǎn)生激光？有了受激輻射，粒子束反轉(zhuǎn)分布機制就能產(chǎn)生激光嗎？有了受激輻射，粒子束反轉(zhuǎn)分布機制就能產(chǎn)生激光嗎？（4）激光諧振腔）激光諧振腔使光往返放大理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 154. 如何產(chǎn)生激光？如何產(chǎn)生激光？激光器的組成激光器的組成諧振腔1. 1. 工作物質(zhì)工作物質(zhì)2. 2. 激勵源激勵源3. 3. 腔鏡腔鏡三個組成部分三個組成部分1. 1. 受激輻射受激輻射2. 2. 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布3. 3. 激光諧振腔激光諧振腔理學(xué)院物

9、理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 16二、激光發(fā)展歷史二、激光發(fā)展歷史二、二、 激光發(fā)展歷史激光發(fā)展歷史理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 17（一）（一） 光認識的初級階段光認識的初級階段牛頓牛頓（saac Newton，16421727） 惠更斯（惠更斯（Christian Huygens 1629-1695） 光的微粒說光的微粒說公元前公元前5 5世紀世紀1717世紀末，世紀末，1818世紀初世紀初觀點：光是發(fā)光體發(fā)射出的微小粒觀點：光是發(fā)光體發(fā)射出的微小粒子，所以光是沿著直線行進的。子，所以光是沿著直線行進的。光的機械波動說光的機械波動說1717世紀末世紀

10、末1919世紀上半葉世紀上半葉觀點：光是一種在觀點：光是一種在“以太以太”的彈性的彈性介質(zhì)中傳播的機械波。介質(zhì)中傳播的機械波。理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 181、 光認識光認識 的初級階段的初級階段光的電磁波動說光的電磁波動說1919世紀初，托馬斯世紀初，托馬斯楊和菲涅耳等人對楊和菲涅耳等人對光的光的干涉、衍射、偏振干涉、衍射、偏振現(xiàn)象的研究，推現(xiàn)象的研究，推動了波動理論，并使之得到廣泛承認；動了波動理論，并使之得到廣泛承認；麥克斯韋（麥克斯韋（James Clerk Maxwell，18311879） 托馬斯托馬斯楊（楊（Thomas YoungThomas You

11、ng，1773177318291829）18601860年，麥克斯韋建立電磁理論，確信年，麥克斯韋建立電磁理論，確信光是一種電磁波光是一種電磁波。能解釋光的反射，折。能解釋光的反射，折射，干涉，衍射，偏振，雙折射等現(xiàn)象射，干涉，衍射，偏振，雙折射等現(xiàn)象。至此，光的波動說趨于完善；。至此，光的波動說趨于完善；理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 191、 光認識的初級階段光認識的初級階段電磁波譜圖電磁波譜圖理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 202、 量子理論的創(chuàng)立及受激輻射的提出量子理論的創(chuàng)立及受激輻射的提出19001900年，普朗克用量子化假設(shè)成功地解釋了年

12、，普朗克用量子化假設(shè)成功地解釋了黑體輻射分布規(guī)律，提出了黑體輻射分布規(guī)律，提出了“能量子假說能量子假說”，即能量的輻射不是連續(xù)的，而是處于某些，即能量的輻射不是連續(xù)的，而是處于某些分立的狀態(tài)，最小單位為分立的狀態(tài)，最小單位為“能量子能量子=hvhv- - 奠定了量子論基礎(chǔ)奠定了量子論基礎(chǔ)普朗克普朗克( (MaxKarlMaxKarl ErnstLudwigErnstLudwig Planck,1858Planck,18581947),1947),諾貝爾物諾貝爾物理學(xué)獎獲得者。理學(xué)獎獲得者。2 光的量子學(xué)說的創(chuàng)立及受激輻射的提出光的量子學(xué)說的創(chuàng)立及受激輻射的提出2020世紀初一些新物理現(xiàn)象，例如

13、黑體輻射，世紀初一些新物理現(xiàn)象，例如黑體輻射，原子的線狀光譜，光電效應(yīng)，光化學(xué)效應(yīng)，原子的線狀光譜，光電效應(yīng)，光化學(xué)效應(yīng)，康普頓散射等無法用波動理論解釋?？灯疹D散射等無法用波動理論解釋。理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 212、 量子理論的創(chuàng)立及受激輻射的提出量子理論的創(chuàng)立及受激輻射的提出19051905年，愛因斯坦用年，愛因斯坦用光量子光量子理論解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象，承理論解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象，承認并發(fā)展了普朗克的能量子假說，提出了認并發(fā)展了普朗克的能量子假說，提出了“光子光子”概念概念，認為光不僅是一種波動，而是一種粒子，即所謂，認為光不僅是一種波動，而是一種粒子，即所謂“波波

14、粒二象性粒二象性”；波爾波爾( (Niels Henrik David Bohr，1885 1962) ，諾諾貝爾物理學(xué)獎獲得者。貝爾物理學(xué)獎獲得者。19131913年，波爾建立年，波爾建立量子理論量子理論，提出原子，提出原子或分子內(nèi)的電子只能處于一系列不連續(xù)或分子內(nèi)的電子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)，稱之為的能量狀態(tài)，稱之為能級能級。電子在能級。電子在能級間躍遷時，才發(fā)射或吸收一個光子間躍遷時，才發(fā)射或吸收一個光子v v =(E =(En n- -E Em m)/)/h h理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 222、 量子理論的創(chuàng)立及受激輻射的提出量子理論的創(chuàng)立及受激輻射

15、的提出19161916年年, ,愛因斯坦提出黑體輻射中存在著原子的愛因斯坦提出黑體輻射中存在著原子的受激輻射受激輻射的可能性。的可能性。 “We introduce the following quantum-theoretical hypothesis. Under the influence of a radiation density a molecule can make an upward transition from state n to state m by absorbing radiation energy We similarly assume that a downwa

16、rd* transition m to n associated with a liberation of radiation energy is possible under the influence of the radiation field, and that it satisfies the same probability law “( (Albert EinsteinAlbert Einstein，1879-1955)1879-1955)19211921年諾貝爾物理獎。年諾貝爾物理獎。- 激光產(chǎn)生的物理基礎(chǔ)激光產(chǎn)生的物理基礎(chǔ)理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page

17、232、 量子理論的創(chuàng)立及受激輻射的提出量子理論的創(chuàng)立及受激輻射的提出1928年，拉登伯格年，拉登伯格試驗上觀測到試驗上觀測到氣體放電時由氣體放電時由受激輻射受激輻射造造成的負色散效應(yīng)，證實了愛因斯坦的預(yù)言。成的負色散效應(yīng)，證實了愛因斯坦的預(yù)言。 1930年，量子力學(xué)重要成果之一，正確地描述了電磁輻射年，量子力學(xué)重要成果之一，正確地描述了電磁輻射場與原子體系相互作用時可能發(fā)生的三種過程（自發(fā)輻射場與原子體系相互作用時可能發(fā)生的三種過程（自發(fā)輻射，受激輻射和受激吸收），并給出它們之間的定量關(guān)系。，受激輻射和受激吸收），并給出它們之間的定量關(guān)系。1950年，普賽爾試驗上實現(xiàn)了年，普賽爾試驗上實現(xiàn)了

18、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，觀察到了，觀察到了核自旋系統(tǒng)的反轉(zhuǎn)分布。核自旋系統(tǒng)的反轉(zhuǎn)分布。1951年，法卜利坎特提出利用粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的物質(zhì)實現(xiàn)年，法卜利坎特提出利用粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的物質(zhì)實現(xiàn)放大電磁波放大電磁波的設(shè)想。的設(shè)想。理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 243、 微波量子放大器（微波量子放大器（Maser）的產(chǎn)生的產(chǎn)生19511951年，湯斯提出受激微波放大器年，湯斯提出受激微波放大器(Maser)(Maser)19541954年，湯斯和革登制成氨分子微波發(fā)射年，湯斯和革登制成氨分子微波發(fā)射器，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)器，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn), ,研制成了研制成了“微波量微波量子放

19、大器子放大器”（MaserMaser），），形成一門新學(xué)科形成一門新學(xué)科量子電子學(xué)。量子電子學(xué)。湯斯湯斯（Townes,CharlesTownes,Charles Hard Hard ，19151915） 19641964年度諾貝爾年度諾貝爾物理學(xué)獎物理學(xué)獎3 微波量子放大器微波量子放大器(MASER)的產(chǎn)生的產(chǎn)生理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 254、 由微波量子放大到光量子放大由微波量子放大到光量子放大 19581958年，湯斯、肖洛提出將年，湯斯、肖洛提出將微波量子放大器的原理微波量子放大器的原理推廣到光波段，設(shè)計了推廣到光波段，設(shè)計了激光器。激光器。 肖洛（肖洛（

20、Schawlow,1921Schawlow,192119991999）19811981年度的諾貝爾物理學(xué)獎年度的諾貝爾物理學(xué)獎4、 由微波量子放大到光量子放大由微波量子放大到光量子放大 Maser Laser理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 265、 激光器的誕生激光器的誕生1960 1960 JulyJuly， RubyRuby激光出光（休斯實驗室激光出光（休斯實驗室 Hughes Hughes Research LabsResearch Labs ，梅曼，梅曼MaimanMaiman、蘭姆蘭姆LambLamb）梅曼（梅曼（T TH HMaimanMaiman，I927I

21、927- -） 5 激光器的誕生激光器的誕生理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 27（五）（五） 激光器的誕生激光器的誕生激光是在有理論準備和生產(chǎn)實踐迫切需要的背景下應(yīng)運激光是在有理論準備和生產(chǎn)實踐迫切需要的背景下應(yīng)運而生的，它一問世，就獲得了異乎尋常的而生的，它一問世，就獲得了異乎尋常的飛快發(fā)展飛快發(fā)展；激光的發(fā)展不僅使古老的光學(xué)科學(xué)和激光的發(fā)展不僅使古老的光學(xué)科學(xué)和光學(xué)光學(xué)技術(shù)技術(shù)獲得了新獲得了新生生，而且導(dǎo)致整個一門新興產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)；，而且導(dǎo)致整個一門新興產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)；激光可使人們有效地利用前所未有的先進方法和手段，激光可使人們有效地利用前所未有的先進方法和手段，去獲得去獲

22、得空前的效益和成果空前的效益和成果，從而促進了生產(chǎn)力的發(fā)展。，從而促進了生產(chǎn)力的發(fā)展。（五）（五） 激光器的誕生激光器的誕生理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 286、 激光器的發(fā)展激光器的發(fā)展19611961年：年： 2 2月（月（A.JavanA.Javan）貝爾實驗室，研制成了貝爾實驗室，研制成了HeHeNeNe混合混合氣體氣體激光器激光器。 Q Q調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)提出，并制成第一臺調(diào)提出，并制成第一臺調(diào)Q Q激光器。激光器。 制成了制成了釹玻璃脈沖激光器釹玻璃脈沖激光器。19621962年年，美國三個研究小組幾乎同時分別發(fā)布砷化鎵（，美國三個研究小組幾乎同時分別發(fā)布砷

23、化鎵（GaAsGaAs）半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器運轉(zhuǎn)的報道。運轉(zhuǎn)的報道。19631963年年，建立了激光的，建立了激光的半經(jīng)典理論半經(jīng)典理論。對激光的頻率特性和功。對激光的頻率特性和功率特性進行了比較完善的探討。率特性進行了比較完善的探討。( (蘭姆蘭姆) ) 6 激光器的發(fā)展激光器的發(fā)展理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 296、 激光器的發(fā)展激光器的發(fā)展19651965年年，實現(xiàn)了鈮酸鋰光學(xué)參量振蕩器，借助半經(jīng)典理論，實現(xiàn)了鈮酸鋰光學(xué)參量振蕩器，借助半經(jīng)典理論預(yù)言了預(yù)言了鎖模效應(yīng)鎖模效應(yīng)的存在；的存在；19661966年年，研制成固體鎖模激光器，激光器獲得，研制成固體鎖模

24、激光器，激光器獲得超短脈沖超短脈沖；19701970年年，研制成了，研制成了準分子激光器準分子激光器；19771977年年，研制成了紅外波段的，研制成了紅外波段的自由電子激光器自由電子激光器；19841984年年，研制出，研制出光孤子激光器光孤子激光器。理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 306、 激光器的發(fā)展激光器的發(fā)展近近2020年來，形成一系列新的交叉學(xué)科和應(yīng)用領(lǐng)域：年來，形成一系列新的交叉學(xué)科和應(yīng)用領(lǐng)域：信息光電子技術(shù)，激光醫(yī)療與光子生物學(xué)，信息光電子技術(shù)，激光醫(yī)療與光子生物學(xué)，激光激光( (微微) )加工，激光檢測與計量，激光全息技術(shù)，加工，激光檢測與計量，激光全息

25、技術(shù)，激光光譜分析技術(shù)，非線性光學(xué)，超快光子學(xué)，激光光譜分析技術(shù)，非線性光學(xué)，超快光子學(xué)，激光化學(xué)，量子光學(xué)，激光雷達，激光制導(dǎo)，激光化學(xué)，量子光學(xué)，激光雷達，激光制導(dǎo)，激光分離同位素，激光可控核聚變，激光武器，激光分離同位素，激光可控核聚變，激光武器，理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 317、 我國激光的發(fā)展我國激光的發(fā)展19611961年，長春光機所年，長春光機所 Ruby LaserRuby Laser；19621962年，長春光機所年，長春光機所 HeHeNeNe Laser Laser出光；出光；19641964年，上光所成立；年，上光所成立；19711971年，

26、華工開始激光研究；年，華工開始激光研究；19771977年，華工成立激光所，大功率年，華工成立激光所，大功率COCO2 2激光器世界領(lǐng)先。激光器世界領(lǐng)先。19841984年年- -現(xiàn)在，華工先后成立現(xiàn)在，華工先后成立激光國家重點實驗室激光國家重點實驗室，國家國家激光加工工程中心激光加工工程中心，國家光電子實驗室。國家光電子實驗室。7 我國激光的發(fā)展我國激光的發(fā)展理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 32-更小更小 各種工業(yè)指示、標記、各種工業(yè)指示、標記、探測用的半導(dǎo)體激光器或探測用的半導(dǎo)體激光器或者半導(dǎo)體泵浦固體激光器者半導(dǎo)體泵浦固體激光器向著小型化方向發(fā)展；向著小型化方向發(fā)展

27、；8 8、激光發(fā)展的現(xiàn)狀、激光發(fā)展的現(xiàn)狀理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 33-更大更大 為了進行高能物理、熱核聚為了進行高能物理、熱核聚變等方面的研究工作，激光器變等方面的研究工作，激光器產(chǎn)生的能量密度和功率不斷提產(chǎn)生的能量密度和功率不斷提高。高。 現(xiàn)在世界上功率最大的激光現(xiàn)在世界上功率最大的激光器是美國的國家點火工程器是美國的國家點火工程（NIFNIF）中使用的）中使用的NOVANOVA激光系激光系統(tǒng)，其峰值功率達到統(tǒng)，其峰值功率達到1.3PW1.3PW（10101515W W），該系統(tǒng)有望在今年），該系統(tǒng)有望在今年投入使用。投入使用。激光發(fā)展的現(xiàn)狀激光發(fā)展的現(xiàn)狀理學(xué)院

28、物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 34-更集成更集成 各種通信用的各種通信用的激光模塊，往往激光模塊，往往包含十幾個甚至包含十幾個甚至幾十個半導(dǎo)體激幾十個半導(dǎo)體激光器，并且集成光器，并且集成了調(diào)制、功率檢了調(diào)制、功率檢測、溫度監(jiān)測等測、溫度監(jiān)測等功能模塊。功能模塊。激光發(fā)展的現(xiàn)狀激光發(fā)展的現(xiàn)狀理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 35- - 更快更快 更高的調(diào)制頻率：更高的調(diào)制頻率：GHzGHz； 更短的脈沖寬度：飛秒激光器更短的脈沖寬度：飛秒激光器( (FemtoSecondFemtoSecond Laser)Laser)；- - 更多樣化更多樣化 多樣化的泵浦

29、方式：光泵浦、電泵浦、化學(xué)能泵多樣化的泵浦方式：光泵浦、電泵浦、化學(xué)能泵浦、熱泵浦等、磁泵浦；浦、熱泵浦等、磁泵浦； 多樣化的工作物質(zhì)：固體（多樣化的工作物質(zhì)：固體（NdNd：YAGYAG）、氣體）、氣體（He-NeHe-Ne、CO2CO2）、液體、染料、半導(dǎo)體、自由電）、液體、染料、半導(dǎo)體、自由電子等；子等；激光發(fā)展的現(xiàn)狀激光發(fā)展的現(xiàn)狀理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 368、 激光發(fā)展現(xiàn)狀激光發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)達國家實力強大：發(fā)達國家實力強大：美國的美國的“激光核聚變計劃激光核聚變計劃”，德國的德國的“光學(xué)促進計劃光學(xué)促進計劃”，英國實施英國實施 “阿維爾計劃阿維爾計劃”，日本

30、啟動日本啟動“激光研究五年計劃激光研究五年計劃”這些項目的實施，推動了全球激光進入高速發(fā)展階段。這些項目的實施，推動了全球激光進入高速發(fā)展階段。 理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 379、 激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀美國：美國：CoherentCoherent公司公司（相干公司）是全球最大的激光器制造商相干公司）是全球最大的激光器制造商，產(chǎn)品涉及，產(chǎn)品涉及科學(xué)研究科學(xué)研究、醫(yī)療手術(shù)醫(yī)療手術(shù)以及以及工業(yè)加工工業(yè)加工等多等多個領(lǐng)域，個領(lǐng)域，20052005年實現(xiàn)銷售收入年實現(xiàn)銷售收入3.973.97億美元；億美元；LumenisLumenis公司公司是世界上最大的是世界上

31、最大的醫(yī)療激光設(shè)備醫(yī)療激光設(shè)備制造商，產(chǎn)制造商，產(chǎn)品覆蓋激光美容、激光眼科、外科激光醫(yī)療儀器等品覆蓋激光美容、激光眼科、外科激光醫(yī)療儀器等，20052005實現(xiàn)銷售收入實現(xiàn)銷售收入3.53.5億美元。億美元。理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 389、 激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室德國：德國：廣泛地將激光應(yīng)用于汽車、鋼鐵、航天、廣泛地將激光應(yīng)用于汽車、鋼鐵、航天、電子、醫(yī)療等各個行業(yè)。電子、醫(yī)療等各個行業(yè)。Trumpf公司公司（通快公司）是世界上最大的工業(yè)激光設(shè)備通快公司）是世界上最大的工業(yè)激光設(shè)備制造商，制造商，高功率高功率C

32、O2激光器激光器和和固體激光器固體激光器制造技術(shù)在全制造技術(shù)在全球具有領(lǐng)先地位，球具有領(lǐng)先地位，2005年實現(xiàn)銷售收入約為年實現(xiàn)銷售收入約為15億歐元；億歐元；Rofin公司公司是僅次于是僅次于Trumpf公司的工業(yè)激光設(shè)備制造商公司的工業(yè)激光設(shè)備制造商，在，在高功率高功率CO2激光器激光器、激光微加工系統(tǒng)激光微加工系統(tǒng)、激光打標系激光打標系統(tǒng)統(tǒng)領(lǐng)域具有領(lǐng)先優(yōu)勢，領(lǐng)域具有領(lǐng)先優(yōu)勢，2005年實現(xiàn)銷售收入年實現(xiàn)銷售收入4.2億歐億歐元。 Page 39三、激光器的理論體系三、激光器的理論體系三三 激光器的理論體系激光器的理論體系理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 40 經(jīng)典理論

33、（經(jīng)典理論（Classical Laser TheoryClassical Laser Theory）電磁場麥克斯韋方程組；原子電偶極振子；電磁場麥克斯韋方程組；原子電偶極振子； 半經(jīng)典理論（半經(jīng)典理論（SemiclassicalSemiclassical Laser Theory Laser Theory）電磁場麥克斯韋方程組；原子量子力學(xué)描述；電磁場麥克斯韋方程組；原子量子力學(xué)描述； 量子理論（量子理論（Quantum Laser TheoryQuantum Laser Theory）電磁場和原子電磁場和原子二者作為一個統(tǒng)一的物理體系作二者作為一個統(tǒng)一的物理體系作量子化處理；量子化處理；

34、速率方程理論（速率方程理論（Rate Equation TheoryRate Equation Theory）量子理論的簡化形式，忽略光子的相位特性和光子量子理論的簡化形式，忽略光子的相位特性和光子數(shù)的起伏特性。數(shù)的起伏特性。理論體系理論體系理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 41 激光器的嚴格理論是建立在量子電動力學(xué)激光器的嚴格理論是建立在量子電動力學(xué)基礎(chǔ)上的量子理論，在原則上可以描述激光基礎(chǔ)上的量子理論，在原則上可以描述激光器的全部特性；器的全部特性；不同近似程度的理論用來描述激光器的不同不同近似程度的理論用來描述激光器的不同層次的特性，每種近似理論都揭示出激光器層次的特

35、性，每種近似理論都揭示出激光器的某些特性，因此可以根據(jù)具體應(yīng)用選擇合的某些特性，因此可以根據(jù)具體應(yīng)用選擇合適的近似理論；適的近似理論；本課程主要用到的理論是本課程主要用到的理論是經(jīng)典理論經(jīng)典理論和和速率方速率方程理論程理論。理論體系理論體系理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 42四、激光器的類型四、激光器的類型四四 激光器的類型激光器的類型理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 43四、激光器的類型四、激光器的類型 按腔鏡形式分類按腔鏡形式分類 按激勵方式分類按激勵方式分類 按工作物質(zhì)分類按工作物質(zhì)分類 諧振腔固體激光器固體激光器氣體激光器氣體激光器液體激光器液

36、體激光器半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 441、固體激光器、固體激光器Rubinlaser (紅寶石激光器紅寶石激光器)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)摻摻Cr2O3的的Al2O3晶體晶體波長：波長：694.3nm量子效率：量子效率：0.5%-0.7%理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 451、固體激光器、固體激光器Nd:YAG Laser (Nd:YAG晶體激光器晶體激光器)摻摻Nd3+的的Y3Al5O12晶體晶體摻釹釔鋁石榴石摻釹釔鋁石榴石波長：波長：1064nm (倍頻可得倍頻可得532nm)量子效率：量子效率：1%理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理

37、系光學(xué)教研室Page 461、固體激光器、固體激光器Nd:YVO4 Laser摻Nd3+的YVO4晶體摻釹釩酸釔波長：1064nm (倍頻可得532nm)量子效率： 大于YAG 理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 471、固體激光器、固體激光器lFiber Laser (光纖激光器光纖激光器)摻稀土元素光纖（摻稀土元素光纖（Er, Nd）理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 481、固體激光器、固體激光器lHalbleiterlaser (半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器)Modul der Halbleiterlaser 理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室

38、Page 491、固體激光器、固體激光器lHalbleiterlaser (半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器)理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 502、氣體激光器、氣體激光器lHe-Ne Laser (氦氖激光器氦氖激光器)He,Ne sind zwei Elemente.波長：波長：632.8nm量子效率：量子效率：0.1%理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 51lKohlendioxidgaslaser (CO2 激光器激光器)2、氣體激光器、氣體激光器波長：波長：10.6um 量子效率：量子效率：15%理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 5

39、22、氣體激光器、氣體激光器lArgonionenlaser (氬離子激光器氬離子激光器)波長：波長：488nm,514nm量子效率：量子效率：0.02%理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 532、氣體激光器、氣體激光器l準分子激光器準分子：物質(zhì)在基態(tài)時以原子形式存在，在激發(fā)態(tài)結(jié)合為分子。準分子：物質(zhì)在基態(tài)時以原子形式存在，在激發(fā)態(tài)結(jié)合為分子。例如：例如：Xe氣：氣： 波長波長176nmAr,F混合氣：波長混合氣：波長193nm（用于近視治療）用于近視治療） 理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 543、液體激光器、液體激光器 l燃料激光器燃料激光器 理學(xué)院物

40、理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 55五、激光應(yīng)用領(lǐng)域五、激光應(yīng)用領(lǐng)域五五 激光應(yīng)用領(lǐng)域激光應(yīng)用領(lǐng)域理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 56Industry: Laser Schneiden 激光切割激光切割I(lǐng)n industrie, die wichtigsten Aufgaben eines Lasers sind Schneiden,Bohren und Schweien. 激光加工激光加工理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 57Industrie: Laser Bohren 激光鉆孔激光鉆孔激光加工激光加工理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 58Industrie: Laser Mikrobearbeitung 激光微處理激光微處理激光加工激光加工理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 59Industrie: Laser Mikrobearbeitung 激光微處理激光微處理激光加工激光加工理學(xué)院物理系光學(xué)教研室理學(xué)院物理系光學(xué)教研室Page 60Medizin: Chirurgie (外科)采用激光刀的外科手