第一講激光的技術(shù)應(yīng)用

第一講激光的技術(shù)應(yīng)用目前一頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)。、蒸汽動力時代電氣時代光子時代20世紀(jì)19世紀(jì)21世紀(jì)1769年瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)1867~1873年格拉姆先后發(fā)明發(fā)電機(jī)和電動機(jī)1960年梅曼發(fā)明紅寶石激光器目前二頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)MF:中波HF:短波VHF:超短波UHF:極超短波SHF:厘米波EHF:毫米波THZ:亞毫米波目前三頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)國際光學(xué)與光子學(xué)學(xué)會（SPIE）最新調(diào)查顯示：光子學(xué)行業(yè)的薪酬遠(yuǎn)高于平均水平—尤其是在發(fā)達(dá)國家。全球范圍內(nèi)，光學(xué)和光子學(xué)產(chǎn)業(yè)工人的平均工資為73000美元。在美國，這一數(shù)字為106000美元；收入最高的光子學(xué)產(chǎn)業(yè)工人生活在瑞士，平均工資超過120000美元（瑞士的平均工資水平為50000美元）?！豆怆姰a(chǎn)品與資訊》，2012.9，p7目前四頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)2007年歐洲光子產(chǎn)業(yè)市場分布目前五頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)2011年全球激光應(yīng)用市場分布目前六頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)Whatislight?10nm--1000mX-ray:10nm,同步輻射：0.4nm380nm—780nm目前七頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)Thedevelopmentoflasers—Achronologyofselectedevents普朗克提出物體輻射能量量子化假設(shè)，開創(chuàng)量子物理學(xué)新領(lǐng)域。愛因斯坦在普朗克理論基礎(chǔ)上，指出光也是一份一份的(后來稱為光子)，解釋光電效應(yīng)。玻爾建立原子模型，指出電子依據(jù)其能量，占據(jù)不同的分立軌道。愛因斯坦提出受激輻射概念湯斯發(fā)現(xiàn)怎樣駕馭受激輻射產(chǎn)生聚焦微波束，稱為Maser—輻射受激發(fā)射的微波放大。1964年同另外兩位前蘇聯(lián)物理學(xué)家分享Nobel物理學(xué)獎。湯斯和肖洛發(fā)表了如何獲得更短波長（包括可見光）的受激輻射的理論文章，提出了激光的概念。梅曼發(fā)明紅寶石激光器。不同研究小組研制成功GaAs半導(dǎo)體激光器。目前八頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)1958,12.T-S發(fā)表文章，提出了實(shí)現(xiàn)Laser的可能性。幾十個小組都在爭做世界第一臺Laser。難點(diǎn)在于探索合適材料，實(shí)現(xiàn)粒子反轉(zhuǎn)。Maiman:1955Stanford.Ph.D

后在研究紅寶石的熒光特性:1959年看到S-T文章1960，July實(shí)現(xiàn)第一臺RubyLaser目前九頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)兩周后,USSR重復(fù)實(shí)現(xiàn)RubyLaser1961,He-NeLaser1962,GaAsSemiconductorLaser自此以后的許多年，激光及其應(yīng)用飛速發(fā)展。它的歷史是一部典型的交叉學(xué)科的發(fā)展史：1.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2.形成了許多重要的交叉學(xué)科：如信息光電子學(xué)、激光計量、激光生物醫(yī)學(xué)、激光化學(xué)、激光全息術(shù)、激光光譜學(xué)、非線性光學(xué)、超快光電子學(xué)、激光加工與制造…...3.形成了一系列重要技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域,光子產(chǎn)業(yè)方興未艾目前十頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)Thenatureoflaserradiation激光-大量原子(或分子)受激發(fā)射形成的可以控制的振蕩光波。受激輻射光波與激勵光波同相位、同方向、同頻率、同偏振。激光的特性空間相干性和方向性，＜10-4

弧度發(fā)散角(TEM00)時間相干性和單色性，10-11波長不純度高強(qiáng)度（相干光強(qiáng)），xxxKW-CW,107-8W/cm21012-15W,101-6J–Pulse,>1023W/cm2.*可產(chǎn)生極短脈沖:飛秒10-15sec.阿秒10-1８sec.？*極寬的波長范圍：從紅外到X射線目前十一頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)目前十二頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光方向性＜10-4弧度發(fā)散角目前十三頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光高亮度連續(xù)激光：108W/cm2脈沖激光：>1023W/cm2表面：6103W/cm2目前十四頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光的應(yīng)用信息的載體：通訊、存貯、測量、控制、導(dǎo)航……能量的載體：材料加工、激光手術(shù)、激光武器、核聚變……激光獨(dú)有的特性導(dǎo)致目前十五頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光在精密測量中的應(yīng)用激光干涉測長激光衍射測量激光準(zhǔn)直激光測距激光多普勒測速激光環(huán)境計量目前十六頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光干涉測長光電計數(shù)器顯示記錄裝置單模穩(wěn)頻He-Ne激光器光電顯微鏡待測物體可移動平臺激光束邁克耳遜干涉儀光束1光束2M1M2平臺每移動半波長的長度，光束2的光程就改變一個波長，于是干涉條紋就產(chǎn)生一個同期的明、暗變化。通過對干涉條紋變化的測量就可以測量被測長度。目前十七頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光干涉測長利用激光干涉法可否測量氣體折射率、氣體壓力、氣體溫度？目前十八頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光衍射測量b激光參考物被測物xk觀測屏L對第k個衍射暗條紋有當(dāng)不大時，目前十九頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光衍射測量方法舉例b激光參考邊被測物（a）比較測量b激光參考物被測物（b）輪廓測量b激光參考邊試件（c）應(yīng)變測量P目前二十頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光準(zhǔn)直He-Ne激光器發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)光電目標(biāo)靶控制機(jī)械運(yùn)算器指示器激光準(zhǔn)直儀基本組成框圖運(yùn)算電路運(yùn)算電路激光束上下指示表左右指示表四象限光電探測原理圖目前二十一頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光準(zhǔn)直儀光學(xué)系統(tǒng)目前二十二頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光脈沖測距激光器發(fā)射望遠(yuǎn)鏡接收望遠(yuǎn)鏡光電元件放大整形時間測量顯示器濾光片反射鏡發(fā)射激光反射激光光脈沖應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度光脈沖的方向性要好光脈沖的單色性要好光脈沖的寬度要窄目前二十三頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)衛(wèi)星距離3萬公里測距精度8mm目前二十四頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光多普勒測速1842年Doppler發(fā)現(xiàn)，任何形式的波傳播，由于波源、接收器、傳播介質(zhì)或散射體的運(yùn)動，會使頻率發(fā)生變化。入射激光束照明光束參考光束光電倍增管M1M2L1L2衰減片參考光束型多普勒測速光學(xué)系統(tǒng)示意圖目前二十五頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)環(huán)境計量激光雷達(dá)目前二十六頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)環(huán)境計量激光雷達(dá)原理光散射彈性散射非彈性散射瑞利散射米氏散射布里淵散射拉曼散射目前二十七頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)拉曼散射是指光遇到原子或分子發(fā)生散射時，由于散射體的固有振動以及回轉(zhuǎn)和能量交換，致使散射光的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。瑞利散射：入射光在線度小于光波長的微粒上的散射現(xiàn)象。瑞利散射強(qiáng)度與入射光的波長四次方成反比。米氏散射：粒子的直徑與輻射的波長相當(dāng)時發(fā)生的散射稱為米氏散射。米氏散射強(qiáng)度與波長的二次方成反比。布里淵散射：光通過介質(zhì)時，因其無規(guī)則熱運(yùn)動的彈性波引起的散射。布里淵散射也屬于拉曼效應(yīng)，即光在介質(zhì)中受到各種元激發(fā)的非彈性散射，其頻率變化表征了元激發(fā)的能量。與拉曼散射不同的是，在布里淵散射中是研究能量較小的元激發(fā)，如聲學(xué)聲子和磁振子等。目前二十八頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光雷達(dá)在工作目前二十九頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光在信息技術(shù)中的應(yīng)用光纖通信光信息存儲光顯示激光視頻投影顯示激光光束圖文掃描顯示激光全息三維顯示……目前三十頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)光纖通信用光纖（線）中的光子流代替電線中的電子流來傳輸信息。優(yōu)點(diǎn)：頻帶寬—例如一對商用光纖可傳大約30萬路電話（2.5G比特/秒）一條20芯（10對光纖）光纜可傳300萬路電話，相當(dāng)于兩個300萬人口的城市間每人有一專用電話線。傳輸衰減小--中繼站距離可長達(dá)幾百公里抗電磁干擾和輻射目前三十一頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)目前三十二頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)光纖之父2009年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者高錕1966年提出設(shè)想目前三十三頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)目前三十四頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)色散概念目前三十五頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)用激光束（針）代替唱針在光盤上存儲和讀出信息

優(yōu)點(diǎn)：易于大量復(fù)制---最大優(yōu)點(diǎn)！存儲密度高--在一張直徑12厘米的光盤上可以存儲數(shù)千兆比特的數(shù)字信息(DVD-ROM)或四小時左右的高質(zhì)量電影(DVD)

光信息存儲目前三十六頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)MutilayerDiskIdea目前三十七頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)LASERTVSET目前三十八頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用利用光熱效應(yīng)—激光外科手術(shù)、理療等

利用激光光子能量的光化學(xué)效應(yīng)

—激光診斷、癌癥治療等目前三十九頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光手術(shù)目前四十頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光消除血栓示意圖目前四十一頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光治療光動力學(xué)療法治療癌癥過程示意圖目前四十二頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光分離同位素原子序號相同而質(zhì)量數(shù)不同的元素稱為同位素。氫的同位素是氘。氘在自然界的比例是0.0149%，稱之為自然存在比。天然鈾中的大部分是鈾238，鈾235只占0.7%。若鈾作為反應(yīng)堆核燃料，必須將鈾235濃縮至3%，制造核彈必須將鈾235濃縮至80%以上

。氣體擴(kuò)散法、離心分離法…激光分離同位素的理論基礎(chǔ)是同位素偏移—原子、分子同位素的譜線頻率差異。m—電子質(zhì)量：M1，M2—同位素原子質(zhì)量M—兩同位素質(zhì)量差目前四十三頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光二級光電離法分離同位素原理目前四十四頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光鈾濃縮示意圖目前四十五頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)

激光的若干軍事應(yīng)用精確制導(dǎo)半主動激光制導(dǎo)的DPSSLYAG激光跟蹤/目標(biāo)指示器已大量裝備并應(yīng)用于實(shí)戰(zhàn)。激光雷達(dá)主動制導(dǎo)導(dǎo)彈具有“發(fā)射后不管”和攻擊遠(yuǎn)距離目標(biāo)的能力,是激光制導(dǎo)武器的發(fā)展方向。美國空軍懷特實(shí)驗(yàn)室正在研制這種激光雷達(dá)尋的器。

預(yù)警探測和反導(dǎo)精密跟瞄美國的“眼鏡蛇球”(CobraBall)預(yù)警機(jī)(RC-135S)已加裝了測距能力達(dá)400km以上的YAG測距機(jī),并于1998年服役,同時還將在2006年布置的YAC-1機(jī)載激光武器系統(tǒng)上使用。火控各種火炮和導(dǎo)彈系統(tǒng)都可配備激光測距機(jī)/目標(biāo)指示器,提高首發(fā)命中率,其型號繁多,已大量裝備部隊。美國八十年代研制的LANTIRN機(jī)載目標(biāo)瞄準(zhǔn)吊艙已大量裝備F-15、F-16等先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)并在海灣戰(zhàn)爭等作戰(zhàn)中發(fā)揮了重要作用。局部風(fēng)場測量采用脈沖相干多普勒激光雷達(dá)測量小范圍風(fēng)速分布,特別是水平風(fēng)速切變,以修正彈道和防止飛機(jī)失控。采用二極管泵浦2μm固體激光器,目前四十六頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)

激光武器目前四十七頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)Laserfusion激光核聚變目前四十八頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)輕元素的原子核（D氘-H2，T氚-H3）可控制地在高溫下聚合成重原子核，發(fā)出大量能量可控氫彈氘+氘——————氚+質(zhì)子+4Mev

點(diǎn)火條件

(4億度維持1秒）1克氘聚變可產(chǎn)生10萬度電能目前四十九頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)目前五十頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)目前五十一頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)光制造物鏡飛秒激光束目前五十二頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)激光制造發(fā)展路線圖目前五十三頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)

創(chuàng)新人才的基本素質(zhì)

*牢固的基礎(chǔ)知識*強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識和自學(xué)能力

*發(fā)展交叉學(xué)科的創(chuàng)新能力,知識面廣

*將技術(shù)轉(zhuǎn)化為市場商品的創(chuàng)新能力

*誠信做人，認(rèn)真做事，獨(dú)出心裁做學(xué)問目前五十四頁\總數(shù)六十六頁\編于十四點(diǎn)1、不要被己有的經(jīng)驗(yàn)束縛，勇于拋棄傳統(tǒng)觀念2、不要過份信賴