激光原理与技术前言limin-limin23,07

1、激光原理与技术北京大学信息科学技术学院2009年9月课程目录前言、1） 激光的发明与发展2） 激光的特性与应用第一章 激光的基本原理与特性1）光子的相干性2）光的受激辐射 3）光的自激震荡4）激光器的基本组成5）激光的输出特性第二章光与物质的相互作用1）光和物质相互作用的经典理论2）谱线加宽和线型函数3）激光的速率方程4）均匀加宽工作介质的增益函数5）非均匀加宽工作介质的增益函数6）激光器的振荡域值7）激光的输出功率8）单模线宽和频率牵引课程目录第三章 光学谐振腔和高斯光束的传输1）光学谐振腔及其特性2）谐振腔的基本参量3）光学谐振腔的几何理论4）菲涅耳-基尔霍夫衍射积分和自再现模5）共焦腔中

2、的高斯光束6）高斯光束的传输及变换规律第四章 半导体激光器1）半导体激光器原理2）半导体激光器的基本结构3）半导体激光器的特性4）几种典型半导体激光器件5）半导体激光器的耦合封装6）半导体激光器的典型应用介绍课程目录第五章 常用激光器介绍* 1） 固体激光器2） 气体激光器3） 染料激光器4） 化学激光器*5） 自由电子激光器*第六章 激光器的模式选择调制解调技术1） 激光模式选择极其意义2） 横模选择技术3） 纵模选择技术4） 激光模式测量技术5） 激光调制的基本概念6） 激光调制技术课程目录第七章 激光超短脉冲和稳频技术1） 激光调Q技术2） 激光锁模技术3） 光脉冲压缩技术4） 超短光脉

3、冲的测量技术5） 激光稳频技术1参考教材：（1） 激光原理 周炳琨 编 清华大学出版社 （2）激光技术 蓝信钜 等 科学出版社 （3） 激光器件 科学出版社 （4）激光谐振腔H. 韦伯（1）Lasers Siegman （2）Quantum Electronics, Yariv（3）Fundamentals Of PhotonicsSaleh & Teich PPT课件下载： 第八章 激光的应用*1）光通信2）光学频率标准3）惯性约束核聚变4）激光对长度及位置的测量和控制5）激光对速度和振动的测量6）激光雷达7）激光信息的存贮和读出8）激光医疗前言1）激光的发明与发展2）激光的特性与应用195

4、8年美国科学家H，汤斯和A. L. 肖洛提出来的，苏联科学家普罗霍洛夫和巴索夫也提出了相同的概念。第一次研制出激光器则是在1960年由美国休斯公司的T. 梅曼(1927.7.11-2007.5. 11) 用红宝石作为工作物质实现的。而先后得到诺贝尔奖的却是前面的人而不是梅曼。 什么是激光LASERlight amplification by stimulated emission of radiation20世纪物理领域四大发明之一(原子能、半导体、计算机、激光器 )爱因斯坦汤斯 Townes1915/7/28-Townes and his Maser88岁的汤斯精神矍铄步履矫健思维敏捷（20

5、03年）激光发明的历史1917年 爱因斯坦提出受激辐射的概念1954年 Charles Townes (Columbia University assisted by J.P. Gordon and H. Zeiger) ammonia beam maser, 微波频率=2.4GHz，非常微弱MASER microwave amplification by stimulated emission of radiation同时，前苏联：G.Basov and A.M. Prokhorov 进行了上述相同的实验接着，人们利用分子束与固体磁光共振在无线电与微波波段做了实验，1956年 Nicolaa

6、s Bloembergen (Harvard University)提出连续三能级泵浦方案获得 Maser，在固体中获得一系列微波参量放大器。1958年，Charles Townes and A.L. Schawlow 提出Optical maser 方案：“Infrared and optical maser” Phys. Rev. 112, 1940-1949(1958)激光发明的历史同年，N.G.Basov 和 M.Prohorov 发表实现三能级粒子数反转和半导体激光建议1959年， 首届国际量子电子学会议在英国伦敦召开1959年，Townes 提出红宝石激光器建议，Javan 提出H

7、e-Ne激光器建议1960年，T.H.Maiman （美国Hughes Research Laboratories)，5月15日宣布获得694.3nm 深红色激光(flash lamp pumped ruby laser)1960年， Ali Javan(Bell实验室），He-Ne 激光 1.15 um, 1961年获得633nm 激光。1962年，半导体激光发明激光技术的发展60年红宝石激光器61年He-Ne激光器；同年提出调Q技术，夏天第一台Q开关激光器问世；这一年还制成了钕玻璃激光器；1962年美国的三个小组几乎同时公布了砷化镓半导体激光器运转的消息；1963年建立了激光的半经典理论；

8、1964年研制成功了氩离子激光器、二氧化碳激光器、化学激光器和掺钕钇铝石榴石激光器；1965年实现了铌酸锂参量振荡器，同年，人们借助半经典理论预言了锁模效应的存在；同年，研制成功固体锁模激光器，获得超短光脉冲；染料激光器也在这一年问世。激光技术的发展 1966年，有机染料激光；皮秒脉冲激光； 1967年，激光频率测定； 1969年，亚皮秒脉冲； 1970年，首次研制成功准分子激光器 1971年，环形染料激光器； 1972年，波导激光器； 1973年， DFB半导体激光 1974年，连续色心激光器； 1977年，红外波段的自由电子激光器问世 1980年，光孤子； 1981年，飞秒级脉冲激光； 1

9、982年，阵列半导体激光器； 1984年，半导体激光泵浦固体激光器； 1986年，光纤放大器；钛宝石连续波长可调激光器； 梅曼第一台激光器的泵浦闪光灯梅曼第一台激光器的内部结构1958年激光原理提出，1960年梅曼制成第一台激光器。图为“神光II号”装置。 1990年美国研制成功畸变（应变)量子阱激光器1992年日本推出高输出功率半导体激光器。世界第一台激光器内部结构中国激光研究的历程（一）中国第一束激光 的诞生1960年前，中国科学院长春光机所王之江小组，研究提高光的亮度。1961年8月，“小球照明的红宝石”激光器诞生，设计师：王之江，比美国晚15个月。王之江院士（二）“激光”的中文翻译“l

10、aser” light amplification by stimulated emission of radiation 受激发射的辐射光放大，音译： “莱射”、“镭射”等。在台湾、新加坡、马来西亚等地应用。 1964年10月 钱学森 致函受激光发射译文集编辑部，建议将“光受激发射”改为“激光”1964年12月，上海召开第三次激光学术报告会，由严济慈主持，讨论正式采纳钱学森的建议：将受激辐射光放大译为“激光”。钱学森院士（三）激光器的研究与应用（1）光频标1963年开始研究激光稳频1978年 CH4-HeNe激光 不确定度 10-12第17届国际计量大会通过光速统一标准：C=29979245

11、8m/s1980，1984，612纳米 I2-HeNe 激光器 10-11(2)飞秒记录1962年 邓锡铭提出Q开关原理，1963年制成转镜Q开关激光器，1987年，中科院西安光机所陈国夫（英国），环型染料激光器 19 fs 1989年，西安光机所研究成功脉冲为21500 fs 可调激光器。邓锡铭院士王育竹院士（3）“神光”1987年6月，1012瓦大功率激光器神光装置， 邓锡铭（4）1985年，清华大学无线电系，对理论上复合结构的参数匹配和二极管表面增透等问题进行系统分析，并在半导体激光上获得单纵模输出，边模抑制比为40dB。（5）1985年11月，激光人造卫星测距，60008000公里距离

12、内，测距精度达5厘米。（6）1963年，王淦昌提出激光聚变的概念，1986至今系列实验王淦昌院士徐至展院士范滇元院士激光的特性与应用单色性方向性高亮度短脉冲频率标准；时间、长度精密计量光学现象的研究，干涉、衍射全息照相、光通信，WDM远距离测距、工程和军事系统的准直和校准；空间通信工业和军事应用，激光焊接、钻孔，激光武器，激光医疗、激光手术刀；非线性光学、激光倍频、参量振荡超短脉冲、超快现象、飞秒光梳、阿秒物理学、固体激光器倍频气体激光器氦氖激光器二氧化碳激光器半导体激光器半导体激光泵浦器件光电探测器激光光镊原子喷泉示意图原子喷泉钟激光技术照亮21世纪之光 激光是20世纪最大、最实用的发明，是与热核技术、半导体、电子计算机和航天技术相媲美的一个举世瞩目的重大科技成就。激光也 是光，它与电子