激光简史、发展与应用

1、激光简史，激光的发展和应用，激光简史，什么是激光？激光：通过辐射激光的受激发射进行光放大：受激发射光放大，激光简史，17世纪史前时期对光的性质的探索：波动理论：波以某种方式沿空间传播的过程，惠更斯和胡克；粒子理论：以经典方式运动的微小粒子，牛顿；19世纪：光的波动性进一步发展了电磁场理论、麦克斯韦方程和激光简史。19世纪下半叶发展起来的电磁场理论可以解释光的反射、折射、干涉、衍射、偏振和双折射现象。然而，在20世纪初，出现了一些实验现象，如黑体辐射、原子线性光谱、光电效应、光化学反应和康普顿散射等，这些都是当时经典理论无法解释的。激光简史，黎明前的黑暗1900年，普朗克提出了能量量子化的概念，

2、并于1918年获得诺贝尔物理学奖；1905年，爱因斯坦提出光子假说，成功解释了光电效应，并获得1921年诺贝尔物理学奖；以表彰他通过发现能量量子为物理学的进步所做的贡献，对理论物理学的贡献，特别是对光生伏打效应定律的发现，激光简史。1913年，玻尔基于普朗克的量子概念提出了一个全新的原子结构模型，并于1922年获得诺贝尔物理学奖；1917年，爱因斯坦提出了基于玻尔原理和结构的受激辐射理论，为激光的出现奠定了理论基础；1928年，兰登伯格证实了受激辐射和“负吸收”的存在；为他在研究原子结构和原子辐射方面的服务，激光简史。1940年，法布里坎特在他的博士论文中提出了产生粒子数反转的实现方法，这是产

3、生微波激射器/激光的必要条件。1947年，Lamb和Reherford在氢原子光谱中发现了明显的受激辐射，这是受激辐射首次得到实验验证。兰姆因其在氢原子光谱研究方面的成就获得了1955年诺贝尔物理学奖；1950年，卡斯特勒提出了一种光抽运方法，两年后实现了。他因提出用光学方法研究微波共振的方法而获得诺贝尔奖。因为他发现了氢光谱的精细结构，1951年，汤斯提出了受激辐射微波放大的概念，即MASER。1954年，第一台氨分子微波激射器建成，首次实现了粒子数反转。它的主要功能是放大无线电信号，以便研究宇宙背景辐射。汤斯因其在受激辐射放大方面的成就获得了1964年诺贝尔物理学奖。对于量子电子学领域的基

4、础工作，它导致了基于主激光原理的振荡器和放大器的构造，激光简史，突破尼古拉斯布隆伯根于1956年在哈佛大学提出了固态微波激射器的概念，并于1956年10月在物理评论上发表了一篇决定性的文章。几个月后，贝尔实验室研制出了第一台成功的设备。1958年，谢弗洛和汤斯在物理评论快报上发表了他们的论文“红外和光学微波激射器”，这标志着激光作为一种新生事物进入了历史舞台。1959年，戈登古尔德(Gordon Gould)发表了题为“激光：(LADER :)受激辐射光放大”的论文，这是激光一词首次被提出。1960年5月，休斯实验室的麦曼和兰姆研制的红宝石激光器发射出波长为694.3毫米的红色激光，被认为是世

5、界上第一台激光。1960年中期，国际商用机器公司实验室的索洛金和史蒂文森利用氟化钙中的三价铀制造了第一台四能级固体激光器；1960年12月，贝尔实验室的贾万、贝内特和赫里奥特制造了第一台氦-氖气体激光器。1961年，伊利亚斯尼策报道了第一台钕玻璃激光器成功地产生了光。这种激光器已经成为激光武器研究的第一个候选方案，现在被用作受控核聚变的主要候选光源；1961年，便士。弗兰克、希尔等人将红宝石激光器的光脉冲通过应时晶体，将红光变为绿光，成功演示了谐波引起的非线性光学效应，这是高效率非线性光学的首次实验演示。1962年，第一台钇钕石榴石激光器在贝尔实验室诞生，它在材料加工等各个领域仍然发挥着不可替

6、代的作用。1962年，通用电气、IBM和麻省理工林肯实验室的研究小组几乎同时报道了砷化镓(GaAs)激光器。1962年，麦克朗和赫尔沃斯发展了激光调Q技术，使激光器能够发射单脉冲能量很高的短脉冲；1962年，美国的四个研究小组几乎同时报道了能够在液氮冷却条件下产生脉冲的半导体激光器的成功发展，这是在光通信、光存储和光泵浦等重要领域迈出的里程碑式的一步；1963年，赫伯特克勒默、鲁道夫卡扎林诺夫和兹霍斯阿尔费罗夫分别独立提出了利用异质结构制造半导体激光器的想法，为他们赢得了2000年诺贝尔物理学奖。1964年，库马尔帕特尔发明了第一台CO2激光器。1964年，威廉布里奇斯发明了第一台离子激光器；

7、1964年，J. E. Geusic，H. M. Marcos和L. G. Van Uitert开发了第一个nd: YAG固体激光器，现在广泛用于切割、焊接、光学应用和非线性光学。1964年，科斯特和史尼策开发了第一个掺钕光纤放大器。光纤放大器现在广泛用于光通信和高能激光器。1964年，阿诺彭齐亚斯和罗伯特威尔逊用微波激射器作为放大器来观察3K的宇宙背景辐射，从而证明了大爆炸理论。他们获得了1978年的诺贝尔奖。1965年，安东尼德玛利亚(Anthony J.DeMaria)、斯特瑟(D. A. Stetser)和海纳(H. A. Heynau)报道了第一个用钕玻璃激光器和饱和吸收体产生皮秒脉

8、冲的激光器。1965年，乔治皮门特尔和杰罗姆卡斯帕开发了第一台化学激光器。1965年，彼得索罗金和约翰兰卡开发了第一台生物染料激光器，现在它广泛应用于超快光学和光谱学。激光的简史，从1917年爱因斯坦的受激辐射概念到1960年第一台激光的诞生，花了近半个世纪，但实际上并没有太多的理论突破。为什么激光没有在半个世纪前诞生？为什么第一批各种激光器诞生在IBM、通用电气和贝尔实验室？随着激光的发展，为了开展高能物理和热核聚变的研究工作，激光产生的能量密度和功率不断增加。目前，世界上最强的激光器是美国国家点火工程(NIF)使用的NOVA激光系统，峰值功率为1.3W(1015 W)，预计将于2010年投

9、入使用。随着激光的发展，NIS在2009年被成功点燃。2010年，报道的单脉冲能量达到1MJ，峰值功率超过1015瓦。美国历史上任何时候消耗的电力都超过500倍。NIS，激光的发展，目前，第十个五年计划申光原型装置的建设目标已经成功完成，达到“8束光，脉冲-10，000焦耳”的水平，这标志着中国已成为世界上第三个国家在美国和法国之后，系统地掌握了新一代大功率激光驱动器的整体技术，使中国成为世界上第二个国家在美国之后，有能力独立研究和建设新一代大功率激光驱动器。随着激光器的发展，用于工业指示、标记和检测的各种半导体激光器或半导体泵浦固体激光器正朝着小型化方向发展；随着激光器的发展，它越来越与各种

10、通信用激光模块集成在一起，通常包括几十个甚至几十个半导体激光器，并与调制、功率检测、温度监控等功能模块集成在一起。激光的发展，更快更高的调制频率：千兆赫；较短的脉冲宽度：一秒激光；德国马克斯普朗克量子光学研究中心已经成功地产生了脉冲宽度小于1飞秒(10-15秒)的光脉冲，这比可见光波长的一个振荡周期要短。随着激光的发展，泵浦方式更加多样化：光泵浦、电泵浦、化学能泵浦、热泵浦、磁泵浦；多种工作物质：固体、气体、液体、染料、半导体、自由电子等。激光的应用，从科幻到现实，第一部描述激光的作品？在1898年的小说第二次世界大战(火星入侵)中，威尔斯说：“在某种程度上，热量是在一个不导电的室内产生的，并

11、通过抛物面透镜变成平行光，直接射向目标。”这些光线不是可见光，而是某种热量。”CO2激光器以CO2为工作物质，通过放电激发产生10.6um的红外激光，肉眼不可见。其输出模式主要是由抛物面透镜组成的反射望远镜系统。火星大气中充满了CO2，并且有强烈的大气放电(闪电)，所以可能有天然激光。激光的应用，激光工业应用的实际应用：切割：速度快，无接触，精度高，焊缝光滑；焊接：焊点均匀、美观、精度高；表面处理；芯片蚀刻等。激光应用，医学治疗：最早的激光医学应用：1961年12月，在哥伦比亚长老会医院用红宝石激光治疗视网膜肿瘤；肿瘤治疗；眼科手术：视网膜焊接，近视治疗；美丽；手术等等。1971年，丹尼斯加博

12、尔因在1946年至1951年间发表的一系列文章中提出光学全息术而获得诺贝尔物理学奖。然而，直到激光的发明，真正的全息摄影才成为现实。1985年、1983年、1984年、1985年、1986年、1987年、1988年、1989年、1989年、1989年、1989年、1989年、1989年、1989年、1989年、1989年、1989年、1989年、1982001年，埃里克康奈尔等人因其对玻色-爱因斯坦凝聚体的研究获得了诺贝尔物理学奖；因为在碱性原子的勤奋气体中实现了玻色-爱因斯坦凝聚.罗伊J格劳伯等人因在基于激光的高精度光谱测量领域的贡献获得了2005年诺贝尔物理学奖。2009年，高锟等人因其在光纤通信领域的贡献获得了诺贝尔物理学奖；由于他们的突破性成就，重视光在光纤中的传输用于光通信，激光的应