激光原理1课件

激光原理五教一层5110室激光概论

What?Why?How?

1917年，爱因斯坦预言受激辐射；

40年后,1957年是一个不平常的年份；苏联发射世界上第一颗人造地球卫星；我国爆发了全国范围的反右派运动；贝尔实验室附近的一个餐馆里，两个人在吃饭一个是哥伦比亚大学教授，贝尔实验室顾问汤斯(C.Townes)，微波受激辐射放大名人另一个是贝尔实验室博士后肖洛(A.Schawlow)

探讨如何实现光波段的受激辐射放大WhatisLaser?WhatisLaser?想专利申请贝尔实验室：“光波从没有对通讯产生过重大作用，该项发明对贝尔系统的利益几乎没有意义”。1958年12月“PhysicsReview”发表1960年3月获得专利权WhatisLaser?与美国人的工作齐名的是苏联巴索夫（H.EacoB）和普洛霍洛夫A.M.npoxopob），提出了几乎相同的原理。世界科学界引起轰动，研制第一台激光器竞赛两个人功劳最突出休斯顿实验室T.H.Maiman（梅曼）梅曼熟悉红宝石闪光灯照红宝石,两端镀反射膜1960年7月,第一台激光器固体（如YAG,红宝石Al2O3）WhatisLaser?Physicsreviewletter主编认为：不可在Physicsreview上发表。我只发表重大的、应该立即公诸于世的成果。在纽约时报上作为一条消息宣布

WhatisLaser?贝尔实验室A.Javan（贾范）Townes的学生，介质发光，不懂F－PSchawlow告诉F－P反馈1960年12月HeNe——第一台气体激光器其它气体（如CO2）1.15μm仪器非线性？波长：软x光─紫外─可见─红外─亚毫米(30nm）（1.22nm）种类：气体（如He-Ne，CO2）按工作物质分WhatisLaser?准分子（如XeCl，KrF，)按工作方式分连续（CW，功率可达104W）脉冲（Pulse，瞬时功率可达1014W

）半导体（如砷化镓GaAs）WhatisLaser?液体（如染料）激光很有用WhyshouldIstudyLaser?1激光在基础科学研究中的应用1.1激光冷却原子连接1.2激光荧光1.3激光光化学反应1.4激光分离同位素1.5激光飞秒光学1.6激光测定年代1.7激光天体物理学——探求宇宙的起源1.8重力波重力波天线激光干涉仪2激光在通信及信息处理中的应用2.1激光通信大气光通信、卫星激光通信、水下激光通信2.2光纤通信2.3激光打印、排版、印刷2.4激光光盘3激光在军事技术中的应用3.1激光测距、雷达、激光制导、激光导航3.2激光武器、战术模拟、光电对抗WhyshouldIstudyLaser?4激光在生物及医学中的应用4.1生物体的光学特性4.2激光与生物体的相互作用4.3激光在生物体检测、诊断中的应用断层摄影、生物体光谱诊断、共焦点显微镜4.4激光在医疗中的应用眼科、皮肤科及整形外科，理疗连接5激光在材料加工中的应用5.1激光打孔、切割、焊接连接WhyshouldIstudyLaser?7激光在能源、环境中的应用7.1探求无穷的绿色能源——激光核聚变连接7.2激光大气检测7.3激光引雷、激光驱雾8激光在土木、建筑中的应用7.8.1激光表面处理及剥离7.8.2激光切断及解体7.8.3激光挖掘WhyshouldIstudyLaser?

激光焊接高能激光（能产生约5500oC的高温）把大块硬质材料焊接在一起1利用激光高强度、良好的聚焦性(方向性)：控制光栅刻机等。绘制集成电路图，如芯片电路的准确分割，切割(连续打孔)：调节精密电阻，可在大气中进行。迅速、非接触，焊接(烧熔)：可加工硬质合金钻石等。钻孔(烧穿)：★加工：效率高，WhyshouldIstudyLaser?

纤维镜激光光纤……成象

有源纤维强激光……使堵塞物熔化臂动脉主动脉冠状动脉内窥镜附属通道有源纤维套环纤维镜照明束

附属通道（可注入气或液）……排除残物以明视线

套环……（可充、放气）阻止血流或使血流流通

照明束……照亮视场WhyshouldIstudyLaser?★医疗：激光手术刀，血管内窥镜，治癌等。用脉冲的染料激光（波长585nm）处理皮肤色素沉着处理前处理后2利用激光极好的单色性WhyshouldIstudyLaser?

激光核聚变这是激光NOVA靶室，在靶室内十束激光同时聚向一个产生核聚变反应的小燃料样品上，引发核聚变。激光——原子力显微镜(AFM)

用一根钨探针或硅探针在距试样表面几毫微米的高度上反复移动,来探测固体表面的情况。试样通常是微电子器件。激光-原子力显微镜（AFM）激光器分束器布喇格室棱镜检测器反馈机构接计算机微芯片压电换能器压电控制装置★方向性好★单色性好★高功率★相干性好What’sthespecial?What’sthekeydifference?一.波干涉相干性复习二.相干条件三.杨氏实验四.普通光源发光特性五.非单色性对衬比度的影响六.光源的宽度对衬比度的影响七.从光子角度看问题八.从模式角度看问题九.光模式与光子态的关系十.相干与模式、光子态一.波干涉S2S1r1r2p减弱条件加强条件相干性相干性二.相干条件1.机械波相干要求同振动方向同振动频率固定的相位差2.光波相干要求光波——横电磁波同振动方向——相同偏振同振动频率——相同颜色固定的相位差——波列长度两个持续振动振动持续性光强三.杨氏实验相干性三.杨氏实验p·r1r2xx0xIxkxDdo单色光入射d1000Dλxk

mm光程差：相位差：明纹暗纹加强相干性杨氏双缝干涉光强分布——干涉花样若I1=I2

=I0

,则1）平行光垂直照射双缝时，屏幕中央为明条纹，两侧明暗相间条纹平行等间距分布；2）条纹间距x=Dd——条纹宽度；3）利用x、D和d，可求得光波长4）x，复色光，中央无色散，内侧紫，外侧红条纹特点：不太大时条纹等间距白光的杨氏干涉条纹杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉衬比度若I1

I2

I02-24-44I002-24-4ImaxImin02-24-4一.波干涉相干性复习二.相干条件三.杨氏实验四.普通光源发光特性五.非单色性对衬比度的影响六.光源的宽度对衬比度的影响七.从光子角度看问题八.从模式角度看问题九.光模式与光子态的关系十.相干与模式、光子态相干性四.普通光源发光特性1.光源发射光波的物体称为光源。热辐射发光、电致发光、光致发光（荧光、磷光）、化学发光、激光等等波列L最基本发光单元分子原子=(E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射原子发光的三种跃迁过程(方式)hhhhh受激吸收（原子的光激发）受激辐射（光放大）自发辐射E!E2吸收前E!E2发光前吸收后发光后E!E2发光前发光后受激辐射不仅实现了光放大，而且产生的是相干光

自发辐射、受激吸收和受激辐射相干性相干性2.普通光源：自发辐射独立(不同原子发的光)··独立(同一原子先后发的光)可见光是电磁波波长400~700nm光谱具有单一频率的光称为单色光.复色光I0/2I0单色光的光谱曲线光强长波光谱曲线（I—曲线）L单色光的谱线宽度—五.非单色性对衬比度的影响相干性I0/2I0光强长波L有限波列长度准单色光==+I|x|O-+谐波K级K级K+1级相干长度非单色性——大——可测干涉条纹越少对应条纹消失处真空中相干性最大波程差短波明纹长波明纹S1S2Sb1b2a1a2波列长度相干时间时间相干性最大干涉级次六.光源的宽度对衬比度的影响相干性光源宽度bI非相干叠加+1L0N0M0Lb/2d/2LMNS1S2R六.光源的宽度对衬比度的影响相干性相干面积相干体积一.波干涉相干性复习二.相干条件三.杨氏实验四.普通光源发光特性五.非单色性对衬比度的影响六.光源的宽度对衬比度的影响七.从光子角度看问题八.从模式角度看问题九.光模式与光子