论文答辩等离子激光器研究进展

等离子激光器的研究进展

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光信息科学与技术目录12等离子激光器的应用领域3等离子激光器的研究进展54等离子激光器的研究背景等离子激光器与普通激光器的联系与区别等离子激元与等离子激光器的概念20世纪60年代初世界上第一台激光器红宝石激光器诞生，到现在接近60年了，激光的研究及其在各领域的应用得到了有极大的发展，给我们的生活带来了许多影响。从上世纪70年代起等离激子的发现到2003年真正意义上第一台等离激子激光器的诞生，等离激子激光器有着迅猛的发展,这篇文章主要为大家介绍等离子激光器的工作原理，以及等离子体激光器和传统激光器的联系及区别，并且通过对国内外等离子体激光器的研究文献的分析和总结，详细介绍了等离子体激光器的最新研究成果、最新应用等方面。为一些想了解等离子体激光器的人们提供了初步的文献参考。

等离子激光器的研究背景等离子激元与等离子激光器的概念等离子激元是什么？指光子与金属表面的自由电子相互作用而被俘获，外来光子电磁场激发引起金属中电子电荷密度涨荡所引起的一种电磁波模式，它沿着金属表面传播是一种倏逝电磁波。电子显微镜下的等离激子什么是等离激子激光器？激光的产生必须选择合适的工作介质，可以是气体、液体、固体或半导体。在这些介质中可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。现有工作介质近千种，由等离激子充当介质产生激光的仪器就是等离激子激光器。等离子激光器与普通激光器的联系与区别等离激子激光器与常规激光器两者工作原理都是受激吸收、受激辐射的过程。他们在泵浦源与结构上存在着共同点等离激子激光器与常规激光器的联系等离激子激光器的能级和跃迁示意图等离激子激光器与普通激光器的区别

1）普通激光器最小在准分子尺度，而等离激子激光器的光场尺度则

在几个到十几个纳米之间，有的甚至在亚纳米光场下，即1/10纳米尺度下。2）普通激光器激发出光子，等离激子激光器激发出面等离子体3）等离激子激光器中等离子激元可以在金属表面自由传播，并不必经过腔的反射来产生激射。等离子激光器的研究进展a.1970年等离激子的发现b.上世纪80—90年代早期等离激子激光器，只能在超低温下工作c.2003年SPASER研发，第一台常温下工作的等离激子激光器d.2009年由伯克利分校机械工程教授张项等人研发了第一台常温下由电能作为泵浦源的等离激子激光器e.2014年全球首个全碳等离子激光器诞生等离子激光器的应用领域等离激子激光器在纳米尺度的最新进展纳米线表面等离子体激元激光器。该激光器的组成结构是最下面是金属银涂层，接着是厚度为5nm的MgF2间隙层，最上面的是高增益CdS半导体纳米线该类激光器的光学模式尺寸非常小，大约为1/10nm，这种尺寸已经达到了微电子学中晶体管栅极的尺寸，利用这点可以实现光电子学和微电子学之间的结合，在光电集成方面有巨大的发展前景。激光等离子微推进技术为了使微卫星到达预定轨道，需要对微小卫星进行精确的变轨和调姿控制，这就对推进器提出了比较高的要求：1)推进器本身重量要比较小。2)要求既能产生μN量级的微小推力，又能产生kN量级的较大推力。

等离激子激光器完全具有以上优点，成为众多推进器中的热点。表1不同类型微推进器比较Table1Comparisofdifferenttypeofmicro-thrusters微推进器类型工作范围运作

费用燃料消耗能量效率可靠性使用寿命比冲

Isp(N·S·kg-1)激光高低：极低高极高极高1000化学低低：（成批装配）中低低（若Isp高）—200PPT中低：（成批装配）中高中中3000喷气式—低：（成批装配）高低高低100电阻喷气—低：（成批装配）中低中中50离子发动机中高低高低中5000等离激子激光推进器的工作方式

反射式微推进器简图透射式微推进器简图反射式激光等离激子推进器中，物质的喷射与激光组件在靶材料的相同侧，激光直接照射到推进剂上，烧蚀靶材料产生喷射，喷射的方向与推进方向相反的。缺点是烧蚀产物会在光学器件上形成沉积，这些沉积会导致光学镜头的严重污染，在一定程度上会影响推进器的推进性能。透射式激光等离激子推进器，物质的喷射与激光组件在靶的另一侧，激光先穿过一层透明基底，然后照射到推进器上，产生喷射因透明基底有着隔离烧蚀产物的作用，保护镜头不受到污染。但是投射式工作模式的透明基底材料不参与烧蚀，会占用推进器的空间，限制了推进性能的提升。2003年美国的C.Phipps等提出了一个透射式推进器日本的H.Koizumi等提出了一种反射式双重推进方式的激光等离激子微推力器等离子激光器在精密测量中的应用

激光的出现极大程度上推动了光电测距仪的发展，其中激光脉冲测距技术就是光电测距的一个重要应用。

简单来说就是在测量点发射一束光波，光波沿直线传播到达被测物体后，返回，知道测量出这个过程所花费的时间就可以测量他们之间的间距，因为光速是一定的。计算公式是：d=1/2ct其中d为待测量间距；c为光的传播速度；t是激光往返待测物体和测量点所用时间。

激光脉冲测距仪对光脉冲的要求很高，测距的光脉冲的功率需要很大。普通激光器出射的激光不是巨脉冲，同时脉冲功率也不够大，不能满足远距离测距要求，同时光脉冲宽度较大，会导致反射回来的光和发射出去的光会产生重叠，影响测量精确度。等离子体激光器出射的激光光功率可达到兆瓦量级，完全满足测量要求，同时脉冲宽度可以达到飞秒级，飞秒级的脉冲宽度有利用测量更近距离的测量。因此等离子体激光器用于激光测距上有着普通激光器无可比拟的优势。等离子激光器在医学中应用

等离激子激光器具有良好的相干性，使得利用X射线全息术实现活体精微生物结构的三维成像(例如：细胞和高分子)成为可能。另外有国外医学机构也正在研究利用等离激子激光器实现放疗来摧毁癌细胞，同时避免损伤健康细胞。因为激光具有优良的精度，使得等离激子放疗有着广阔的前景。

利用激光的高相干性用于物质结构的分析，信息储存，以及高精密测量，激光具有的高方向性和高亮度已被广泛应用与制造业，在汽车，电子，机械制造等行业发挥重要作用，如今的3D