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文档简介
激光原理与应用第一页,共十九页,2022年,8月28日第二页,共十九页,2022年,8月28日第三页,共十九页,2022年,8月28日激光产生受激吸收(简称吸收)自发辐射受激辐射、激光第四页,共十九页,2022年,8月28日受激吸收
处于较低能级的粒子在受到外界的激发(即与其他的粒子发生了有能量交换的相互作用,如与光子发生非弹性碰撞),吸收了能量时,跃迁到与此能量相对应的较高能级。这种跃迁称为受激吸收。第五页,共十九页,2022年,8月28日自发辐射粒子受到激发而进入的高能态,不是粒子的稳定状态,如存在着可以接纳粒子的较低能级,既使没有外界作用,粒子也有一定的概率,自发地从高能级(E2)向低能级(E1)跃迁,同时辐射出能量为(E2-E1)的光子,光子频率=(E2-E1)/h。这种辐射过程称为自发辐射。众多原子以自发辐射发出的光,不具有相位、偏振态、传播方向上的一致,是物理上所说的非相干光。第六页,共十九页,2022年,8月28日第七页,共十九页,2022年,8月28日受激辐射1917年爱因斯坦从理论上指出:除自发辐射外,处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。他指出当频率为=(E2-E1)/h的光子入射时,也会引发粒子以一定的概率,迅速地从能级E2跃迁到能级E1,同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子,这个过程称为受激辐射。可以设想,如果大量原子处在高能级E2上,当有一个频率=(E2-E1)/h的光子入射,从而激励E2上的原子产生受激辐射,得到两个特征完全相同的光子,这两个光子再激励E2能级上原子,又使其产生受激辐射,可得到四个特征相同的光子,这意味着原来的光信号被放大了。这种在受激辐射过程中产生并被放大的光就是激光第八页,共十九页,2022年,8月28日1916
1958
1960历史第九页,共十九页,2022年,8月28日粒子数反转爱因斯坦1917提出受激辐射,激光器却在1960年问世,相隔43年,为什么?主要原因是,普通光源中粒子产生受激辐射的概率极小。当频率一定的光射入工作物质时,受激辐射和受激吸收两过程同时存在,受激辐射使光子数增加,受激吸收却使光子数减小。物质处于热平衡态时,粒子在各能级上的分布,遵循平衡态下粒子的统计分布律。按统计分布规律,处在较低能级E1的粒子数必大于处在较高能级E2的粒子数。这样光穿过工作物质时,光的能量只会减弱不会加强。要想使受激辐射占优势,必须使处在高能级E2的粒子数大于处在低能级E1的粒子数。这种分布正好与平衡态时的粒子分布相反,称为粒子数反转分布,简称粒子数反转。如何从技术上实现粒子数反转是产生激光的必要条件。第十页,共十九页,2022年,8月28日特点
定向发光
亮度极高
颜色极纯
能量密度极大
第十一页,共十九页,2022年,8月28日激光的技术应用1.激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。2.激光加工工艺。包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。第十二页,共十九页,2022年,8月28日激光焊接第十三页,共十九页,2022年,8月28日第十四页,共十九页,2022年,8月28日第十五页,共十九页,2022年,8月28日激光雷达第十六页,共十九页,2022年
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