激光的基本原理

第一章激光的基本原理激光發(fā)展簡史激光的物理基礎(chǔ)激光特性典型激光器簡介第一頁，共二十一頁。LASER英文名稱的含義是什么？LASER與MASER有何區(qū)別？為什么MASER的實現(xiàn)竟然導(dǎo)致了一個新學(xué)科的誕生？激光是誰、于何時發(fā)明的？什么激光器？激光器的發(fā)明克服了哪些困難？為什么梅曼沒能獲得諾貝爾獎？了解與激光有關(guān)的諾貝爾獎獲得者

課后自己閱讀緒論部分，圍繞以下幾個問題思考：第二頁，共二十一頁。激光發(fā)展簡史1917年Einstein的理論預(yù)言：光子和原子相互作用包含三種過程:自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射（按此模型推導(dǎo)出和實驗完全符合的黑體輻射Planck公式），提出在物質(zhì)與輻射場的相互作用中，構(gòu)成物質(zhì)的原子或分子可以在光子的激勵下產(chǎn)生光子的受激發(fā)射或吸收，預(yù)示了有可能利用受激發(fā)射實現(xiàn)光放大（LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation—LASER

）理論工作指出：受激輻射光波與激勵光波同相位、同方向、同頻率、同偏振第三頁，共二十一頁。1954年湯斯(Townes)、巴索夫(Basov)、普洛霍洛夫(Prokhorov)利用原子、分子的受激輻射來放大電磁波的新概念，實現(xiàn)氨分子微波量子振蕩器(Maser)--量子電子學(xué)1958年湯斯、肖洛(Schawlow)—尺度遠(yuǎn)大于波長的開放式光諧振腔（Fabry-Perot）布隆伯根（Bloembergen）利用光泵浦三能級原子系統(tǒng)實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布1960年梅曼（Maiman）世界上第一臺紅寶石激光器第四頁，共二十一頁。1961年：He-Ne激光器、第一臺調(diào)Q激光器、釹玻璃激光器1962年：砷化鎵（GaAs）半導(dǎo)體激光器1963年：激光器的半經(jīng)典理論1964年：氬離子（Ar+）激光器、二氧化碳激光器、摻釹釔鋁石榴石（Nd:YAG）激光器1965年：鈮酸鋰光參量振蕩器1966年：固體鎖模激光器、染料激光器1970年：準(zhǔn)分子激光器1977年：紅外波段的自由電子激光器第五頁，共二十一頁。它的歷史是一部典型的交叉學(xué)科的發(fā)展史：發(fā)明了近百種不同類型的激光器件，其發(fā)明者都有完全不同的專業(yè)背景各種學(xué)科和技術(shù)應(yīng)用激光并形成了許多重要的交叉學(xué)科：如光電子學(xué)、激光光譜學(xué)、激光化學(xué)、非線性光學(xué)、激光全息術(shù)、激光生物醫(yī)學(xué)、激光計量、超快光電子學(xué)、激光加工處理......形成了一系列重要技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，光子產(chǎn)業(yè)方興未艾第六頁，共二十一頁。第七頁，共二十一頁。May15,1960:Maiman’sRubylaserWorkingintheHughesResearchLabs第八頁，共二十一頁。第九頁，共二十一頁。木梳激光雕刻紐扣激光打標(biāo)第十頁，共二十一頁。貝殼激光雕刻加工第十一頁，共二十一頁。木盒激光雕刻加工第十二頁，共二十一頁。特種作戰(zhàn)激光槍第十三頁，共二十一頁。裝有激光瞄具的MP5K沖鋒槍第十四頁，共二十一頁。第十五頁，共二十一頁。相干性的光子描述光子的基本性質(zhì)光波模式和光子狀態(tài)、相格光子的相干性光子簡并度本章內(nèi)容提要第十六頁，共二十一頁。光的受激輻射基本概念黑體輻射的普朗克公式受激輻射和自發(fā)輻射概念A(yù)21、B21、B12的相互關(guān)系受激輻射的相干性光的受激輻射放大實現(xiàn)光放大的條件－集居數(shù)反轉(zhuǎn)光放大物質(zhì)的增益系數(shù)第十七頁，共二十一頁。光的自激振蕩將具有光放大作用的激活物質(zhì)置于光諧振腔中，可構(gòu)成激光器。當(dāng)激活物質(zhì)的單程增益大于諧振腔的單程損耗時形成光的自激振蕩。起振條件？

光諧振腔的作用？提供軸向光波模的反饋及保證激光器的單模（或少數(shù)軸向模）振蕩。第十八頁，共二十一頁。激光的特性

一般通稱激光的四性為：

單色性、相干性、方向性和高亮度。

本質(zhì)上歸結(jié)為：

激光具有很高的光子簡并度。

激光可以在很大的相干體積內(nèi)有很高的相干光強(qiáng)，這一特性正是由于受激輻射的本性和激光腔的選模作用才得以實現(xiàn)的。第十九頁，共二十一頁。end本章作業(yè)：基本題：書中23-24頁第1、4、6（1）、8、9（1-2）題附加題：書中23-24頁第6（2）、9（3）題第二十頁，共二十一頁。內(nèi)容梗概第一章激光的基本原理。第一章激光的基本原理。為什么MASER的實現(xiàn)竟然導(dǎo)致了一個新學(xué)科的誕生。1917年Einstein的理論預(yù)言：光子和原子相互作用包含三種過程:自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射（按此模型推導(dǎo)出和實驗完全符合的黑體輻射Planck公式），提出在物質(zhì)與輻射場的相互作用中，構(gòu)成物質(zhì)的原子或分子可以在光子的激勵下產(chǎn)生光子的受激發(fā)射或吸收，預(yù)示了有可能利用受激發(fā)射實現(xiàn)光放大（LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation—LASER）。理論工作指出：受激輻射光波與激勵光波同相位、同方向、同頻率、同偏振。1954年湯斯(Townes)、巴索夫(Basov)、普洛霍洛夫(Prokhorov)利用原子、分子的受激輻射來放大電磁波的新概念，實現(xiàn)氨分子微波量子振蕩器(Maser)--量子電子學(xué)。1961年：He-Ne激光器、第一臺調(diào)Q激光器、釹玻璃激光器。1964年：氬離子（Ar+）激光器、二氧化碳激光器、摻釹釔