(2024年)激光原理与技术第一部分

激光原理与技术第一部分1目录contents激光基本原理激光器基本结构与技术激光束特性与传输激光与物质的相互作用激光器的种类与应用201激光基本原理3原子或分子在没有外界作用下，由于自身能级的不稳定性而自发地从高能级向低能级跃迁，同时发射出一个光子的过程。自发辐射原子或分子在外界光场的作用下，从高能级向低能级跃迁并发射出一个与入射光子完全相同的光子的过程。受激辐射光的自发辐射与受激辐射4在激光工作物质中，通过外界激励使得高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数，形成粒子数反转分布。当粒子数反转后，入射的光子将在工作物质中引起受激辐射，产生更多的光子，使得光强得到放大。粒子数反转与光放大光放大粒子数反转5激光的产生在粒子数反转的基础上，通过光学谐振腔的选模作用，使得特定波长的光在腔内得到反复放大，最终从腔镜输出形成激光。激光的特性激光具有方向性好、亮度高、单色性好和相干性好的特点。这些特性使得激光在各个领域都有广泛的应用。激光的产生与特性602激光器基本结构与技术7提供能量使工作物质实现粒子数反转分布。泵浦源工作物质光学谐振腔产生受激辐射放大作用的物质体系。由反射镜或反射面构成，使光在其中来回反射以形成光放大。030201激光器的基本组成8工作物质固体、液体、气体、半导体等。激励方式光泵浦、电激励、化学激励、核激励等。工作物质与激励方式9提供正反馈，保证有足够的光子数引起受激辐射；选择光波模式，确定输出光束的方向和模式。光学谐振腔的作用光束发散角、光束截面内的光强分布、光束的稳定性等。光束质量评价光学谐振腔与光束质量1003激光束特性与传输11通常为圆形或椭圆形，由激光器谐振腔的结构决定。激光束的截面形状表示激光束在空间中传播时的扩散程度，与激光器的质量和光束的波长有关。激光束的发散角指激光束在某一截面上的光强分布范围，可通过透镜等光学元件进行调节。激光束的光斑大小激光束的几何特性12激光束的传输方式包括自由空间传输和光纤传输等，不同传输方式对激光束的质量和稳定性有不同影响。激光束的变换方法通过透镜、反射镜、棱镜等光学元件实现激光束的放大、缩小、偏转等变换。激光束的调制技术利用电光、声光等效应对激光束进行调制，实现信息的加载和传输。激光束的传输与变换0302011303激光束的聚焦与准直应用在材料加工、医疗、科研等领域中，聚焦和准直技术对于提高激光应用的精度和效率具有重要意义。01激光束的聚焦方法通过凸透镜或凹透镜将激光束聚焦成一点或一线，提高激光的能量密度。02激光束的准直技术利用自准直仪或平行光管等仪器对激光束进行准直，确保激光束在传播过程中的稳定性和方向性。激光束的聚焦与准直1404激光与物质的相互作用15吸收反射折射散射激光与物质相互作用的基本过程激光能量被物质吸收，导致物质内部能量增加。激光在物质内部传播时，由于折射率的变化而发生折射。激光在物质表面发生反射，遵循反射定律。激光与物质相互作用时，部分能量向各个方向散射。16激光的热作用与力学效应热作用激光能量被物质吸收后转化为热能，导致物质温度升高。力学效应激光辐射压力对物质产生力的作用，引起物质的位移或变形。17激光具有波动性，与物质相互作用时产生干涉、衍射等波动现象。波动效应在高功率密度下，激光与物质相互作用表现出非线性特性，如自聚焦、自散焦等。非线性效应激光的波动效应与非线性效应1805激光器的种类与应用19种类红宝石激光器、钕玻璃激光器、YAG激光器等。应用固体激光器广泛应用于工业、医疗、科研等领域，如材料加工、激光测距、光谱分析等。固体激光器及其应用20气体激光器及其应用氦氖激光器、二氧化碳激光器、氩离子激光器等。种类气体激光器主要用于科研、医疗、军事等领域，如激光雷达、激光武器、激光通信等。应用21VS染料激光器、半导体液体激光器等。应用液体激光器在生物医学、光化学等领域有广泛应用，如荧光显微镜、光动力疗法等。种类液体激