§15-11激光.ppt

15 11激光 激光 Laser lightamplificationbystimulatedemissionofradiation 辐射的受激发射光放大 自从美国人梅曼制造出第一台激光器以后 到今天人们对激光并不陌生 如激光开刀 可自动止血 全息激光照片可以假乱真 还有激光照排 激光美容等 激光在军事上也有广泛的应用 引言 一 激光的产生原理 1 普通光源发光 受激吸收和自发辐射 1 受激吸收 简称 吸收 2 自发辐射 处在高能级 E2 的原子 即使没有任何外界的激励 总是自发地跃迁到低能级 E1 并且发射一个频率为 能量h E2 E1的光子的过程 3 受激幅射和光的放大 受激幅射 1917年爱因斯坦提出 处在高能级上 E2 的原子 受到能量恰为h E2 E1的外来光子的激励 或诱发 或剌激 从而跃迁到低能级E1 并发射一个与外来光子 一模一样 的光子的过程 外来光子 受激幅射光子 特点 受激幅射中 光子成倍增长 产生了光放大 受激幅射产生的光子与入射光子是完全相干的 2 激光的产生过程 粒子数反转状态 在正常情况下 处在高能级上的原子数总比处在低能级上的原子数小得多 为了有效地产生激光 要改变这种分布 形成粒子数反转的状态 3 粒子数反转 产生激光的必要条件 粒子数反转状态 怎样才能实现粒子数反转呢 1 提供足够的能量 2 原子在激发态多 呆 一会 1961年8月 我国第一台红宝石激光器在长春光机所研制成功 1987年6月 大功率脉冲激光系统 神光 装置 在上海光 学精密 机 械研究 所研制成功 输出功率2万亿瓦 达到国际同类装置的先进水平 90年代又研制了规模扩大4倍 性能更为先进的 神光 装置 1995年 开始研制跨世纪的巨型激光驱动器 神光 装置 二 我国的激光技术简史 三 激光器的结构 1 工作介质 产生激光的原子系统或可以实现粒子数反转的气体 液体或固体 所谓能级合适是指存在 亚稳态能级 即存在激发态寿命 10 3秒左右的能级 一般原子系统的激发态寿命只有10 8秒 亚稳态能级 产生激光的能级系统 例 1 三能系统 2 四能级系统 2 激励源 泵浦或抽运 用来实现和维持粒子数反转 有电激励 光激励 热激励 化学激励等 激励 从外界吸收能量 使原子系统的原子不断从低能态跃迁到高能态能级以实现粒子数反转的过程 又称 激发 抽运 或 泵浦 1 光泵抽运 如红宝石激光器 粒子数反转状态 2 电子碰撞 如氩离子激光器 电子 3 化学反应 如氟化氘激光器等 要有一个能使受激幅射和光放大过程持续的构造 全反射镜 半反射镜 实物图 原理图 激光工作物质 3 光学谐振腔 激光工作物质 全反射镜 半反射镜 工作原理 out 光放大原理 四 激光器的种类 1 固体激光器 器件小 坚固 使用方便 输出功率大 2 气体激光器 结构简单 造价低 操作方便 介质均匀光束质量好且能长时间稳定工作 4 半导体激光器 体积 质量小 寿命长 结构简单而坚固 3 液体激光器 输出波长连续可调 覆盖面宽 五 激光的特性及应用 一 激光的主要特性 1 方向性好 激光的发散角小 激光器 Laser He Ne激光经纬仪 测月红宝石激光器 0 031mrad 4 10 5mrad 2亮度高 能量集中 光源亮度 单位面积 单位时间在垂直于光源表面的单位立体角内发射的能量 可使一切金属熔化 可使一切非金属化为一缕青烟 激光所包含的波长或频率范围极小 一束普通的红光 频率范围 Laser 6328埃的He Ne激光 中心频率 理论值 实际几赫兹 4 相干性好 相干性是指光波场中光振动之间的相关程度 相干性越好则光场中各点光振动在频率 振动方向的一致性越好 相位的关联性也越好 相干性越好则光场中任取两点作光源所产生的干涉和衍射的条纹越清晰 杨氏双缝干涉 单缝 双缝 屏 圆孔衍射 注意 光的单色性越好 则其相干性也越好 二者是统一的 1 激光测距 激光雷达和激光准直2 激光用于农业3 激光用于加工领域4 激光用于医疗领域5 激光通信6 激光与能源7 激光舞台与激光唱片8 发展中的激光武器 二 激光的应用 朱棣文 StevenChu 1948年2月28日 美国华裔物理学家 生于美国圣路易斯 因 发展了用激光冷却和捕获原子的方法 而获得1997年诺贝尔物理学奖 现任美国能源部部长 江苏省太仓朱棣文小学 1 产生激光的必要条件是 激光的三个主要特性是 粒子数反转分布 方向性好 单色性好 相干性好 光强大 2 激光器的基本结构包括三部分 即 和 激励能源 光学谐振腔 工作物质 工作物质 激励能源 光学谐振腔 3 激光器中光学谐振腔的作用是 1 2 3 使激光的单色性好 产生与维持光的振荡 使光得到加强 使激光有极好的方向性 4 激光全息照相技术主要是利用激光的哪一种优良特性 A 亮度高 B 方向性好 C 相干性好 D 抗电磁干扰能力强 答案C 5 在激光器中利用光学谐振