激光原理及其應(yīng)用(還匹配相應(yīng)word版本)課件

科學(xué)方法與思考—激光原理及應(yīng)用Nobel指導(dǎo)老師：戴長建學(xué)院：理學(xué)院班級：11級應(yīng)用物理一班姓名：陳星妤學(xué)號：20113556科學(xué)方法與思考—激光原理及應(yīng)用Nobel指導(dǎo)老師：戴長建發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景1234ContentsPage目錄頁*發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景1234ContentsP引言為什么我要做關(guān)于《激光原理及應(yīng)用》的課題？

激光被譽為是人類現(xiàn)代科技史上最偉大的發(fā)明之一。自激光問世以來，它在軍事、工業(yè)、國防、生物、化學(xué)等領(lǐng)域都有著非常廣泛的應(yīng)用，正在影響和改變和人們的生活。由于激光技術(shù)的先進(jìn)性和精確性，所以在當(dāng)前，在很多行業(yè)都得以應(yīng)用和實現(xiàn)。本文就激光的發(fā)展歷史、產(chǎn)生原理、應(yīng)用及發(fā)展前景做了具體介紹。引言為什么我要做關(guān)于《激光原理及應(yīng)用》的課題？激光被TransitionPage過渡頁*發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景1234TransitionPage過渡頁*發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)愛因斯坦提出“受激發(fā)射”理論，一個光子使得受激原子發(fā)出一個相同的光子。

美國物理學(xué)家CharlesTownes用微波實現(xiàn)了激光器的前身：微波受激發(fā)射放大（英文首字母縮寫maser）。Townes的博士生GordonGould創(chuàng)造“l(fā)aser”這個單詞,從理論上指出可以用光激發(fā)原子，產(chǎn)生一束相干光束，之后人們?yōu)槠渖暾埩藢＠?，相關(guān)法律糾紛維持了近30年。

美國加州Hughes實驗室的TheodoreMaiman實現(xiàn)了第一束激光。激光首次在外科手術(shù)中用于殺滅視網(wǎng)膜腫瘤。發(fā)明半導(dǎo)體二極管激光器，這是今天小型商用激光器的支柱。激光用于遙感勘測，激光被射向阿波羅11號放在月球表面的反射器，測得的地月距離誤差在幾米范圍內(nèi)。1917年1953年1957年1960年1961年1962年1969年1971年1974年1978年1982年1983年1988年1990年1991年1996年2008年2010年激光進(jìn)入藝術(shù)世界，用于舞臺光影效果，以及激光全息攝像。英國籍匈牙利裔物理學(xué)家DennisGabor憑借對全息攝像的研究獲得諾貝爾獎。第一個超市條形碼掃描器出現(xiàn)1975年：IBM投放第一臺商用激光打印機(jī)。利浦制造出第一臺激光盤（LD）播放機(jī)，不過價格很高。第一臺緊湊碟片（CD）播放機(jī)出現(xiàn)，第一部CD盤是美國歌手BillyJoel在1978年的專輯52ndStreet。里根總統(tǒng)發(fā)表了“星球大戰(zhàn)”的演講，描繪了基于太空的激光武器。北美和歐洲間架設(shè)了第一根光纖，用光脈沖來傳輸數(shù)據(jù)。激光用于制造業(yè)，包括集成電路和汽車制造。第一次用激光治療近視，海灣戰(zhàn)爭中第一次用激光制導(dǎo)導(dǎo)彈。東芝推出數(shù)字多用途光盤（DVD）播放器。法國神經(jīng)外科學(xué)家使用廣導(dǎo)纖維激光和微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)治療了腦瘤。美國國家核安全管理局（NNSA）表示，通過使用192束激光來束縛核聚變的反應(yīng)原料、氫的同位素氘（質(zhì)量數(shù)2）和氚（質(zhì)量數(shù)3），解決了核聚變的一個關(guān)鍵困難。發(fā)展歷史1.1激光的發(fā)展史愛因斯坦提出“受激發(fā)射”美國物理學(xué)家CharlesTo1.2激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（NobelPrize）（以下是關(guān)于激光技術(shù)的理論基礎(chǔ)）1907年諾貝爾物理學(xué)獎邁克爾孫（AlbertAbrahamMichelseon，1852-1931）光學(xué)精密計量和光譜學(xué)研究他以精密測量光的速度和以空前的精確度進(jìn)行以太漂移實驗而聞名于世。他發(fā)明的以他的名字命名的干涉儀至今還有廣泛應(yīng)用。1.2激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（Nobel1.2激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（NobelPrize）（以下是關(guān)于激光技術(shù)的理論基礎(chǔ)）1918年諾貝爾物理學(xué)獎普朗克MaxKarlErnstLudwingPlanck(1858-1947)能量級的發(fā)現(xiàn)能量子假設(shè)的提出，具有劃時代的意義。1.2激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（Nobel1.2

激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（NobelPrize）（以下是關(guān)于激光技術(shù)的理論基礎(chǔ)）1922年諾貝爾物理學(xué)獎尼爾斯·玻爾NielsBohr1885-1962原子結(jié)構(gòu)和原子光譜尼爾斯·玻爾的原子理論取得了很大成功，完滿地解釋了請光譜的頻率規(guī)律，即所謂的巴爾默公式。從他的理論推算，各基本常數(shù)如電子電荷，電子質(zhì)量，普朗克常數(shù)和里德伯常數(shù)之間取得了定量的協(xié)調(diào)。他闡明了光譜的發(fā)射和吸收，并且成功地解釋了元素的周期表，使量子理論取得了重大進(jìn)展。尼爾斯·玻爾之所以成功，在于他全面地集成了前人的工作，正確地加以綜合，在舊的經(jīng)典理論和信的實驗事實的矛盾面前勇敢地肯定實驗事實，沖破舊的理論的束縛，從而建立了能基本適于原子現(xiàn)象的定態(tài)躍遷原子模型。1.2激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（Nobel1.2

激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（NobelPrize）（以下是關(guān)于激光技術(shù)的理論基礎(chǔ)）1923年諾貝爾物理學(xué)獎密立根RobertAndrewsMillikan1868-1953

基本電荷和光電效應(yīng)實驗1.2激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（Nobel1.2

激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（NobelPrize）（以下是關(guān)于激光技術(shù)的理論基礎(chǔ)）1929年諾貝爾物理學(xué)獎路易斯·德布羅意PrinceLouis-victordeBroglie1892-1987電子的波動性1.2激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（Nobel1.2

激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（NobelPrize）（以下是關(guān)于激光技術(shù)的理論基礎(chǔ)）1961年諾貝爾物理學(xué)獎霍夫斯塔特RobertHofstadter1915-1990核子結(jié)構(gòu)他在電子受原子核散射的先驅(qū)性研究及由此獲得的核子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)1.2激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（Nobel1.2

激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（NobelPrize）（以下是關(guān)于激光技術(shù)的理論基礎(chǔ)）1961年諾貝爾物理學(xué)獎穆斯塔爾RudolfHofstadter1915-1990穆斯堡爾效應(yīng)他對γ輻射的共振吸收的研究和發(fā)現(xiàn)與此練習(xí)的以他的名字命名的效應(yīng)。1.2激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（Nobel1.2

激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（NobelPrize）（以下是關(guān)于激光技術(shù)的理論基礎(chǔ)）1963年諾貝爾物理學(xué)獎維格納EugenePaulWigner1902-1995對原子核和基本粒子理論，特別是通過基本對稱原理的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用所作的貢獻(xiàn)1.2激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（Nobel1.2

激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（NobelPrize）（以下是關(guān)于激光技術(shù)的理論基礎(chǔ)）1963年諾貝爾物理學(xué)獎格佩特-邁耶MariaGoeppert1906-1972

延森J.Hans.D.Jensen1907-1973他們在發(fā)現(xiàn)核殼層結(jié)構(gòu)方面做了巨大貢獻(xiàn)1.2激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（Nobel1.2

激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（NobelPrize）1964年諾貝爾物理學(xué)獎湯斯CharlesH.Townes1915-湯斯小組歷經(jīng)兩年的試驗，終于在1953年制成了第一臺微波激射器，取名為“微波激射放大器”（MicrowaveAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation),簡稱MASER(微波激射器）。1.2激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（Nobel1.2

激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（NobelPrize）1964年諾貝爾物理學(xué)獎巴索夫NikolayG.Basov1922-普羅霍羅夫AleksandrM.Prokhorov1916-他們從事量子電子學(xué)方面的基礎(chǔ)工作，這些工作導(dǎo)致了基于微波激射器和激光原理制成的振蕩器和放大器1.2激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（Nobel1.2

激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（NobelPrize）1968年諾貝爾物理學(xué)獎阿爾瓦雷斯LuisW.Alvarez1911-1988共振態(tài)的發(fā)現(xiàn)他對基本粒子物理學(xué)的決定性貢獻(xiàn)，特別是發(fā)現(xiàn)了許多共振態(tài)，這些發(fā)現(xiàn)是由于他發(fā)展了氫泡室技術(shù)和數(shù)據(jù)分析方法才成為可能。1.2激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（Nobel1.2

激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（NobelPrize）1971年諾貝爾物理學(xué)獎伽博DennisGabor1900-1979全息術(shù)的發(fā)明1.2激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（Nobel1.2

激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（NobelPrize）1981年諾貝爾物理學(xué)獎布隆姆貝根NicolaasBloembergen

肖洛

ArthurL.Schawlow在發(fā)展激光光譜學(xué)所作的巨大貢獻(xiàn)1.2激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（Nobel1.2

激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（NobelPrize）1997年諾貝爾物理學(xué)獎朱棣文StephenChu

科恩-塔諾季ClaudeCohen-Tannoudji

菲利普斯WilliamD.Phillips激光冷卻和陷俘原子1.2激光的發(fā)展史發(fā)展歷史與激光有關(guān)的諾貝爾獎（NobelTransitionPage過渡頁*發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景1234TransitionPage過渡頁*發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)2.0目錄產(chǎn)生原理2.1

激光的三大特性

……P232.2

物理概念

……P242.3

激光產(chǎn)生條件

……P452.4

激光器的結(jié)構(gòu)

……P512.0目錄產(chǎn)生原理2.1激光的三大特性2.1激光的三大特性方向性好：一束激光射到38萬km的月球上，光斑的直徑只有2km。單色性好：激光的單色性比普通光高10倍以上。能量集中：脈沖瞬時功率大（可達(dá)～1014瓦）。激光的顏色非常單純，而且只向著一個方向發(fā)光，亮度極高。相干性好：所有的光波都是同步的，整束光就好像一個“波列”。

產(chǎn)生原理均在點擊這里返回2.1激光的三大特性方向性好：一束激光射到38萬km的月球上產(chǎn)生原理2.2物理概念要學(xué)習(xí)激光的產(chǎn)生原理，首先需要理解以下幾個物理概念：①能級

⑤受激輻射②躍遷

⑥受激吸收和受激輻射之間的關(guān)系③自發(fā)輻射

⑦粒子數(shù)反轉(zhuǎn)④受激吸收

⑧玻爾茲曼分布規(guī)律產(chǎn)生原理2.2物理概念要學(xué)習(xí)激光的產(chǎn)生原理，首先需要理解以下產(chǎn)生原理2.2物理概念—能級

物質(zhì)是由原子組成，而原子又是由原子核及電子構(gòu)成。電子圍繞著原子核運動。而電子在原子中的能量不是任意的。描述微觀世界的量子力學(xué)告訴我們，這些電子會處于一些固定的“能級”，不同的能級對應(yīng)于不同的電子能量，離原子核越遠(yuǎn)的軌道能量越高。此外，不同軌道可最多容納的電子數(shù)目也不同，例如最低的軌道（也是最近原子核的軌道）最多只可容納2個電子，較高的軌道上則可容納8個電子等等。產(chǎn)生原理2.2物理概念—能級物質(zhì)是由原子組產(chǎn)生原理2.2物理概念—能級原子能級圖手稿能級是用來表達(dá)在一定能層上（K、L、M、N、O、P、Q）而又具有一定形狀的電子云的電子?！澳芗墶币辉~是從物理學(xué)中借用過來的概念，原意是說原子由原子核和核外繞核運轉(zhuǎn)的電子構(gòu)成，電子由于具有不同的能量，就按照各自不同的軌道圍繞原子核運轉(zhuǎn)，即能量不同的電子處于不同的相應(yīng)等級，這種現(xiàn)象在管理學(xué)上同樣存在。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.2物理概念—能級原子能級圖手稿能級是用來表達(dá)在一產(chǎn)生原理2.2物理概念—躍遷

電子可以通過吸收或釋放能量從一個能級躍遷到另一個能級。例如當(dāng)電子吸收了一個光子時，它便可能從一個較低的能級躍遷至一個較高的能級。同樣地，一個位于高能級的電子也會通過發(fā)射一個光子而躍遷至較低的能級。在這些過程中，電子釋放或吸收的光子能量總是與這兩能級的能量差相等。由于光子能量決定了光的波長，因此，吸收或釋放的光具有固定的顏色。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.2物理概念—躍遷電子可以通過吸收產(chǎn)生原理2.2物理概念—躍遷電子能級躍遷圖

電子可以通過吸收或釋放能量從一個能級躍遷到另一個能級。例如當(dāng)電子吸收了一個光子時，它便可能從一個較低的能級躍遷至一個較高的能級。同樣地，一個位于高能級的電子也會通過發(fā)射一個光子而躍遷至較低的能級。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.2物理概念—躍遷電子能級躍遷圖電產(chǎn)生原理2.2物理概念—躍遷

如圖所示，在這些過程中，電子釋放或吸收的光子能量總是與這兩能級的能量差相等。由于光子能量決定了光的波長，因此，吸收或釋放的光具有固定的顏色。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.2物理概念—躍遷如圖所示，在這些產(chǎn)生原理2.2物理概念—自發(fā)輻射產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.2物理概念—自發(fā)輻射產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.2物理概念—自發(fā)輻射

高能級的電子在沒有外界作用下自發(fā)地遷移至低能級，并在躍遷時產(chǎn)生光（電磁波）輻射，輻射光子能量為hv=E2-E1，即兩個能級之間的能量差。這種輻射的特點是每一個電子的躍遷是自發(fā)的、獨立進(jìn)行的，其過程全無外界的影響，彼此之間也沒有關(guān)系。因此它們發(fā)出的光子的狀態(tài)是各不相同的。這樣的光相干性差，方向散亂。光源的光主要是靠自發(fā)輻射產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.2物理概念—自發(fā)輻射高能級的電子產(chǎn)生原理2.2物理概念—受激吸收

受激吸收就是處于低能態(tài)的原子吸收外界輻射而躍遷到高能態(tài)。電子可通過吸收光子從低能級躍遷到高能級。

普通常見光源的發(fā)光（如電燈、火焰、太陽等的發(fā)光）都是由于物質(zhì)在受到外來能量（如光能、電能、熱能等）作用時，原子中的電子吸收外來能量而從低能級躍遷到高能級，即原子被激發(fā)。激發(fā)的過程是一個“受激吸收”過程。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.2物理概念—受激吸收受激吸收就產(chǎn)生原理2.2物理概念—受激輻射產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.2物理概念—受激輻射產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.2物理概念—受激輻射

受激輻射是指處于高能級的電子在光子的“刺激”或者“感應(yīng)”下，躍遷到低能級，并輻射出一個和入射光子同樣頻率的光子。

受激輻射的最大特點是由受激輻射產(chǎn)生的光子與引起受激輻射的原來的光子具有完全相同的狀態(tài)。它們具有相同的頻率，相同的方向，完全無法區(qū)分出兩者的差異。這樣，通過一次受激輻射，一個光子變?yōu)閮蓚€相同的光子。這意味著光被加強(qiáng)了，或者說光被放大了。這正是產(chǎn)生激光的基本過程。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.2物理概念—受激輻射受激輻射是產(chǎn)生原理2.2物理概念—受激吸收和受激輻射之間的關(guān)系

受激吸收和受激輻射之間的關(guān)系那么到底原子吸收外來的光子后，是表現(xiàn)為受激吸收呢?還是表現(xiàn)為受激輻射呢？產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.2物理概念—受激吸收和受激輻射之間的關(guān)系產(chǎn)生原理

在一個原子體系中，總有些原子處于高能級，有些處于低能級。而自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子既可以去刺激高能級的原子使它產(chǎn)生受激輻射，也可能被低能級的原子吸收而造成受激吸收。因此，在光和原子體系的相互作用中，自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收總是同時存在的。2.2物理概念—受激吸收和受激輻射之間的關(guān)系產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理在一個原子體系中，總有些原子處于高產(chǎn)生原理

如果想獲得越來越強(qiáng)的光，也就是說產(chǎn)生越來越多的光子，就必須要使受激輻射產(chǎn)生的光子多于受激吸收所吸收的光子。怎樣才能做到這一點呢？我們知道，光子對于高低能級的原子是一視同仁的。在光子作用下，高能級原子產(chǎn)生受激輻射的機(jī)會和低能級的原子產(chǎn)生受激吸收的機(jī)會是相同的。這樣，是否能得到光的放大就取決于高、低能級的原子數(shù)量之比。2.2物理概念—受激吸收和受激輻射之間的關(guān)系產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理如果想獲得越來越強(qiáng)的光，也就是說產(chǎn)產(chǎn)生原理

若位于高能態(tài)的原子遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于位于低能態(tài)的原子，我們就得到被高度放大的光。但是，在通常熱平衡的原子體系中，原子數(shù)目按能級的分布服從玻爾茲曼分布規(guī)律。

因此，位于高能級的原子數(shù)總是少于低能級的原子數(shù)。在這種情況下，為了得到光的放大，必須到非熱平衡的體系中去尋找。2.2物理概念—受激吸收和受激輻射之間的關(guān)系產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理若位于高能態(tài)的原子遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于位于低能態(tài)產(chǎn)生原理

一個誘發(fā)光子不僅能引起受激輻射，而且它也能引起受激吸收，所以只有當(dāng)處在高能級的原子數(shù)目比處在低能級的還多時，受激輻射才能超過受激吸收，而占優(yōu)勢。由此可見，為使光源發(fā)射激光，而不是發(fā)出普通光的關(guān)鍵是發(fā)光原子處在高能級的數(shù)目比低能級上的多，這種情況，稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。2.2物理概念—粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)示意圖產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理一個誘發(fā)光子不僅能引起受激輻射，而產(chǎn)生原理2.2物理概念—粒子數(shù)反轉(zhuǎn)但是在熱平衡條件下，原子幾乎都處于最低能級（基態(tài)）。如何才能達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)呢？

這需要利用激活媒質(zhì)。所謂激活媒質(zhì)(也稱為放大媒質(zhì)或放大介質(zhì)），就是可以使某兩個能級間呈現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的物質(zhì)。它可以是氣體，也可以是固體或液體。用二能級的系統(tǒng)來做激活媒質(zhì)實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是不可能的。要想獲得粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須使用多能級系統(tǒng)。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.2物理概念—粒子數(shù)反轉(zhuǎn)但是在熱平衡條件下，原子幾產(chǎn)生原理2.2物理概念—玻爾茲曼分布規(guī)律路德維?！げ柶澛?LudwigEdwardBoltzmann1844.2.20-1906.9.5)，熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)的奠基人之一。玻爾茲曼1844年出生于奧地利的維也納，1866年獲得維也納大學(xué)博士學(xué)位。玻爾茲曼的貢獻(xiàn)主要在熱力學(xué)和統(tǒng)計物理方面。1869年，他將麥克斯韋速度分布律推廣到保守力場作用下的情況，得到了玻爾茲曼分布律。1872年，玻爾茲曼建立了玻爾茲曼方程（又稱輸運方程），用來描述氣體從非平衡態(tài)到平衡態(tài)過渡的過程。1877年他又提出了著名的玻爾茲曼熵公式。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.2物理概念—玻爾茲曼分布規(guī)律路德維?！げ柶澛a(chǎn)產(chǎn)生原理2.2物理概念—玻爾茲曼分布規(guī)律

在通常熱平衡條件下，處于高能級E2上的原子數(shù)密度N2，遠(yuǎn)比處于低能級的原子數(shù)密度低，這是因為處于能級E的原子數(shù)密度N的大小時隨能級E的增加而指數(shù)減小，即N∝e(-E/kT)，這就是著名的波耳茲曼分布規(guī)律。N∝e(-E/kT)于是在上、下兩個能級上的原子數(shù)密度比為：N2/N1∝e-(E2-E1)/kT式中k為波耳茲曼常量，T為絕對溫度。因為E2>E1，所以N2《N1。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.2物理概念—玻爾茲曼分布規(guī)律在產(chǎn)生原理2.2物理概念—玻爾茲曼分布規(guī)律產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.2物理概念—玻爾茲曼分布規(guī)律產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.2物理概念—玻爾茲曼分布規(guī)律

值得注意的是，在環(huán)境溫度不同的條件下所測量求得的k值，并沒有受到影響，與理論推導(dǎo)值k=1.380662×10-23J/K，相對誤差都在0.1%以內(nèi)，較精確地計算出k值。兩次的擬合指數(shù)均是0.99997，從而可以看出U2與U1之間能夠很好的滿足指數(shù)規(guī)律。實驗誤差產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.2物理概念—玻爾茲曼分布規(guī)律值得注意的是產(chǎn)生原理2.3激光產(chǎn)生過程產(chǎn)生激光的三大條件①能在外界激勵能源的作用下形成粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的增益介質(zhì)；②要使受激發(fā)射光強(qiáng)超過受激吸收，必須實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)n2-n1×g2/g1>0（方法是利用外界激勵能源把大量粒子激勵到高能級）；③要使受激發(fā)射光強(qiáng)超過自發(fā)發(fā)射，必須提高光子簡并度。（方法：利用光學(xué)諧振腔造成強(qiáng)輻射場，以提高腔內(nèi)光場的相干性）。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.3激光產(chǎn)生過程產(chǎn)生激光的三大條件①能在外界激勵能產(chǎn)生原理2.3激光產(chǎn)生過程

首先，原子吸收外部注入的能量，躍遷至受激態(tài)（E3）。原子處于受激態(tài)的時間非常短，大約為10－7秒后，它便會落到一個稱為亞穩(wěn)態(tài)（E2）的中間狀態(tài)。原子在亞穩(wěn)態(tài)的時間很長，大約是10－3秒或更長的時間。原子長時間停留在亞穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致在亞穩(wěn)態(tài)的原子數(shù)目多于在基態(tài)的原子數(shù)目，此時的狀態(tài)稱就是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.3激光產(chǎn)生過程首先，原子吸產(chǎn)生原理2.3激光產(chǎn)生過程以紅寶石激光器為例，它由一枝閃光燈，激光介質(zhì)和兩面鏡所組成。激光介質(zhì)是紅寶石晶體，當(dāng)中有微量的鉻原子。微量的鉻原子產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.3激光產(chǎn)生過程以紅寶石激光器為例，產(chǎn)生原理2.3激光產(chǎn)生過程

在開始時，閃光燈發(fā)出的光射入激光介質(zhì)，使激光介質(zhì)中的鉻原子受到激發(fā)，最外層的電子躍遷到受激態(tài)。

此時，有些電子會透過釋放光子，回到較低的能階。而釋放出的光子會被設(shè)于激光介質(zhì)兩端的鏡子來回反射，誘發(fā)更多的電子進(jìn)行受激輻射，使激光的強(qiáng)度增加。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.3激光產(chǎn)生過程在開始時，閃光燈發(fā)出產(chǎn)生原理2.3激光產(chǎn)生過程

設(shè)在兩端的其中一面鏡子會把全部光子反射，另一面鏡子則會把大部分光子反射，并讓其余小部分光子穿過﹔而穿過鏡子的光子就構(gòu)成我們所見的激光。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.3激光產(chǎn)生過程設(shè)在兩端的其中一面鏡產(chǎn)生原理2.3激光產(chǎn)生過程產(chǎn)生激光還有一個巧妙之處，就是要實現(xiàn)所謂粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的狀態(tài)。

以紅寶石激光為例，原子首先吸收能量，躍遷至受激態(tài)。原子處于受激態(tài)的時間非常短，大約10-7秒后，它便會落到一個稱為亞穩(wěn)態(tài)的中間狀。原子停留在亞穩(wěn)態(tài)的時間很長，大約是10-3秒或更長的時間。電子長時間留在亞穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致在亞穩(wěn)態(tài)的原子數(shù)目多于在基態(tài)的原子數(shù)目。

粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是產(chǎn)生激光的關(guān)鍵，因為它使透過受激輻射由亞穩(wěn)態(tài)回到基態(tài)的原子，比透過自發(fā)吸收由基態(tài)躍遷至亞穩(wěn)態(tài)的原子為多，從而保證了介質(zhì)內(nèi)的光子可以增多，以輸出激光。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.3激光產(chǎn)生過程產(chǎn)生激光還有一個巧妙之處，就是要實產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)工作物質(zhì)激勵源（泵浦）諧振腔激光器的大要素產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)工作物質(zhì)激勵源（泵浦）諧振腔激光器產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)①工作物質(zhì)：激光的產(chǎn)生必須選擇合適的工作介質(zhì)，可以是氣體、液體、固體或半導(dǎo)體。關(guān)鍵是能在這種介質(zhì)中實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，以獲得產(chǎn)生激光的必要條件。顯然，亞穩(wěn)態(tài)能級的存在，對實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是非常有利的。工作物質(zhì)產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)①工作物質(zhì)：激光的產(chǎn)生必須選擇合適產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)諧振腔

有了合適的工作物質(zhì)和激勵源后，可實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，但這樣產(chǎn)生的受激輻射強(qiáng)度很弱，無法實際應(yīng)用。

還需要將輻射的光進(jìn)行放大，于是人們就想到了用光學(xué)諧振腔進(jìn)行放大。如何解決？產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)諧振腔有了合適的產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)諧振腔

所謂光學(xué)諧振腔，實際是在激光器兩端，平行裝上兩塊反射率很高的鏡片，一塊為全反射鏡片，一塊為部分反射、少量透射鏡片。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)諧振腔所謂光學(xué)諧產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)諧振腔全反射鏡片的作用是將入射的光全部按原路徑反射回去部分反射鏡片的作用是將能量未達(dá)到一定限度的部分光子按原路徑反射回去，而達(dá)到一定能量限度的光子則透射而出。這樣，透射而出的這部分光子就成為我們需要的，經(jīng)過放大了的激光；而被反射回工作介質(zhì)的光，則繼續(xù)誘發(fā)新一輪的受激輻射，光將逐漸被放大。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)諧振腔全反射鏡片的作用是將入射的光產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)諧振腔

光在諧振腔中來回振蕩，造成連鎖反應(yīng)，雪崩似的獲得放大，產(chǎn)生強(qiáng)烈的激光，直到能量達(dá)到一定的限度，從部分反射鏡片中輸出。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)諧振腔光在諧振腔產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)

為了使工作介質(zhì)中出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須用一定的方法去激勵原子體系，使處于上能級的粒子數(shù)增加。電激勵：一般可以用氣體放電的辦法來利用具有動能的電子去激發(fā)介質(zhì)原子光激勵：用脈沖光源來照射工作介質(zhì)熱激勵化學(xué)激勵……

各種激勵方式被形象化地稱為泵浦或抽運。為了不斷得到激光輸出，必須不斷地“泵浦”以維持處于上能級的粒子數(shù)比下能級多。激勵源（泵浦）產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)為了使工作介質(zhì)中產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)激光器的分類V價值觀氣體激光器液體激光器固體激光器半導(dǎo)體激光器工作介質(zhì)v根據(jù)激光輸出方式的不同又可分為連續(xù)激光器和脈沖激光器，其中脈沖激光的峰值功率可以非常大，還可以按發(fā)光的頻率和發(fā)光功率大小分類。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)激光器的分類V氣體激光器液體激光器TransitionPage過渡頁*發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景1234TransitionPage過渡頁*發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)技術(shù)應(yīng)用3.1激光器的應(yīng)用具體應(yīng)用光纖通信軍事科技工業(yè)生產(chǎn)醫(yī)療衛(wèi)生炫酷流行日常生活光纖常被電信公司用于傳達(dá)電話、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)等。跟傳統(tǒng)的銅線相比光纖的信號衰減小、抗干擾能力高，特別是在遠(yuǎn)距離、大容量傳輸場合，光纖的優(yōu)勢更為明顯。激光在科技、軍事上的應(yīng)用也有很多。如激光光譜、激光雷達(dá)、激光武器(遠(yuǎn)程擊毀導(dǎo)彈)等等。激光滅蚊的產(chǎn)品推出，利用激光消滅蚊子。激光器每秒可擊斃50只到100只蚊子。除了速度快之外，該激光器還很精準(zhǔn)，還能區(qū)別蝴蝶和蚊子，也能分辨雌蚊子和雄蚊子之類。如激光打標(biāo)、激光打孔、激光裁床、激光切割、激光繡花等等。激光的迅速準(zhǔn)確的特性能夠更好的在工業(yè)生產(chǎn)上發(fā)揮重要作用，同時也能夠更好的節(jié)約成本。如激光生命科學(xué)研究、激光診斷、激光治療，其中激光治療又分為：激光手術(shù)治療、弱激光生物刺激作用的非手術(shù)治療和激光的光動力治療。鐳射就是個很好的激光應(yīng)用例子，他可以把影像在空中投影，就是我們常說的空氣投影，手表上就可以沒有表面，中間懸空顯示時間，保準(zhǔn)你回頭率高！找的到圖片要把圖片展示出來??！技術(shù)應(yīng)用3.1激光器的應(yīng)用具體應(yīng)用光纖通信軍事科技工業(yè)生產(chǎn)醫(yī)技術(shù)應(yīng)用3.2激光核聚變

核聚變是指由質(zhì)量小的原子，主要是指氘或氚，在一定條件下（如超高溫和高壓），發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質(zhì)量更重的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應(yīng)形式。技術(shù)應(yīng)用3.2激光核聚變核聚變是指由質(zhì)量小的原技術(shù)應(yīng)用3.2激光核聚變激光核聚變主要有種用途：

為人類找到一種用不完的清潔能源

可以研制真正的“干凈”核武器

可以部分代替核試驗。

因此，激光核聚變在民用和軍事上都具有十分重大的意義。技術(shù)應(yīng)用3.2激光核聚變激光核聚變主要有種用途：TransitionPage過渡頁*發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景1234TransitionPage過渡頁*發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)發(fā)展前景4.激光的發(fā)展前景世界各國在激光核聚變上的發(fā)展

美國不僅擁有世界上最大的“諾瓦”激光器、世界上功率最大的X射線模擬器，而且，早