激光原理-120VIP

1 激光原理激光原理 教学目标教学目标 知识与技能知识与技能 1 知道什么是激光 2 激光的产生机理 3 激光器的工作原理 4 激光的运用及特性 过程与方法过程与方法 就激光这一名词大致了解它的概念 产生原理及在生活中的一些应用 教学重点教学重点 1 知道什么是激光 2 激光的产生机理 3 激光器的工作原理 4 激光的运用及特性 教学难点 激光的产生和激光器的工作原理 引入新课引入新课 一 导入新课一 导入新课 1 激光在我们生活中的一些应用 例 超市刷条形码 验钞笔 2 今天我们就来学习激光原理这一课程 新课讲解新课讲解 一 学习目标 一 学习目标 知识与技能知识与技能 2 1 知道什么是激光 2 激光的产生机理 3 激光器的工作原理 4 激光的运用及特性 过程与方法过程与方法 就激光这一名词大致了解它的概念 产生原理及在生活中的一些应用 二 学习目标完成过程 二 学习目标完成过程 1 激光 激光 1 首先对激光这一名词的认识 列举激光在生活中的一些应用举例 如 3 2 出示激光的定义 辐射的受激发射的微波放大 3 通过激光应用的举例 过渡引入下一问题 2 激光的产生 激光的产生 自光发射 受激吸收 受激发射自光发射 受激吸收 受激发射 自光发射 自光发射 处于激发态的原子自发的从高能级 E2跃迁到低能级 E1 同时发射 光子 如果原子处于低能级 E1 有一外来光子趋近它 该光子携带的能量 hv21恰好与某一对能及差 E2 E1 相等 那么原子就吸收这个光子跃迁到上 能级 这种跃迁不是自发的 而是由于吸收外来光子的刺激而产生的 单位 时间内原子受激吸收的能量为 C12u v21 N1hv21 受激发射受激发射 受激发射是激光器中的最基本过程 如果原子在开始时处于某个能级 E2 这 时有一外来光子趋近它 该光子携带的能量 hv21恰好与某一对能及差 E2 E1 那么原子就可能受这个光子的刺激而从上能级 E2跃迁到低能级 E1 同 时发射出一个和外来光子完全一样的光子 受激发射的结果使原子从上能级 4 回到下能级 而光子数由一个变成二个 受激发射产生的光子在频率上 发 射方向上 位相和偏振状态上都和入射光子一样 因此受激发射意味着原理 光讯号的放大 单位时间内原子受激吸收的能量为 B12u v21 N2hv21 对一个原子体系来说 若有能量密度为 C12u v21 的光讯号存在 那么 久会有受激吸收和受激发射 从受激发射的角度而言 净的受激发射能量为 B12u v21 N2hv21 C12u v21 N1hv21 N2 N1 B12u v21 hv21 由公式看出 有激光输出 需高能级的原子密 N2大于低能级原子密度 N1 产生激光的关键是需高能级的原子密 N2大于低能级原子密度 N1 但在一般 热平衡条件下 它们满足玻尔兹曼分布 N2 N1 e E1 E2 KT 由于 E1 E2 N2 N1 在热平衡时 总是受激吸收超过受激发射 不能产生净的受激发 射 为了产生净的受激发射 需破坏热平衡状态 使 N2 N1 对某一特定 能级 若出现 N2 N1 我们就称这种情况为 粒子数反转粒子数反转 泵浦泵浦 泵浦是为了让粒子数反转而使用的手段 由于粒子有使处于自己的低能级的倾向 位于上能及的粒子通过各种途 径向下能级跃迁 而处于非平衡热状态是不稳定的 为了趋于稳定 粒 子就会从上能级通过受激发发射而跃迁到下能级 这时 上能级的粒子 数会因为跃迁而变少 下能级的增多 为了保持 N2 N1 不断的得到激 光输出 就必须不断地的泵浦 以补充上能级减少的粒子数 激光器的工作原理激光器的工作原理 He Ne 激光器激光器 激光的特性激光的特性 5 激光具有极好的单色特性 例如 He Ne 激光管可发出 632 8nm 的红光相 应的频率为 4 74 1014HZ 而它的频宽可窄到 7 103HZ 相对频宽 v v 为 1 6 10 11HZ 其单色性比普通的最好单色光源好一万倍 激光具有极好的准直性 如 几百瓦的激光可以从地球射到月球 再反 射回地球 依此精确测量地球和月球之间的距离 由于激光具有很好的特性 所以在工业 农业 医学 军事等其他方面具有由于激光具有很好的特性 所以在工业 农业