激光原理师范

绪论

一、激光的产生背景

即在物质与辐射场的相互作用中，构成物质的原子或分子可以在光子的激励下产生光子。

1917年，爱因斯坦在量子理论的基础上提出了一个崭新的概念——受激辐射

Einstein一、激光的产生背景这就隐示一个什么样的问题呢？在通常情况下大量原子组成的系统都处在热平衡状态下，原子数的分布满足玻尔兹曼定律，处于基态的原子数最多，如果能够打破这种平衡，使粒子数按照能级的分布出现反转，也就是高能级的离子数高于低能级的粒子数，就有可能利用受激发射实现光放大，这就为激光的发明奠定了理论基础。

一、激光的产生背景

1928年，德国的Landenburg(兰登伯格)在研究氖气色散现象实验间接证实了受激辐射的存在，也直接给出了受激辐射的发生条件是粒子数反转

1928年，德国的兰登伯（格）在研究氖气色散现象时，发现激励电流超过一定值后高能级氖原子的数量随电流增大而增多，反常色散效应增强.

然而在当时,粒子数反转的思想与概念未能一起更多人的重视，这是为什么呢？

因为上世纪三四十年代，由于量子电子学的物理研究与工程技术研究严重脱节，没有一个较完整而系统的体系（理论），致使一度曾经提到受激辐射和提出粒子反转放大思想的人未能在使用性研究上继续向前迈进。但是由于当时战争的促动，微波波谱学的发展尤其令人瞩目，微波用于原子，分子和原子核的精细和超精细结构方面已经取得了一系列成果。一、激光的产生背景

1950年，法国物理学家Kastler(卡斯特勒)提出了光学泵浦的方法这是受激辐射第一次被实验验证，兰姆也因此在1955年获得了诺贝尔物理学奖他也因为提出了这种利用光学手段研究微波谐振的方法而获诺贝尔奖

1947年，Lamb（兰姆）和Reherford（雷瑟福）在氢原子光谱中发现了明显的受激辐射

一、激光产生背景

1951年，美国物理学家Purcell（珀赛尔）在用微波波谱学的方法制定核磁矩的同时，意外地观察到了50HZ的受激辐射，并把粒子数反转称为“负温度”状态，这使人们对玻尔兹曼分布有了更全面也更深刻的认识一、激光产生背景

1954年，汤斯和她的两个学生戈登、曹格尔一起研制成功了波长为1.25cm的氨分子振荡器,并把它称为受激辐射微波放大器，按其字母缩写为MASER，简称脉泽。

1951年，美国物理学家(Townes)汤斯提出了受激辐射微波放大的设想

脉泽的研制成功在理论上和实验上都有重要的意义，为量子电子学的建立与发展奠定了基础。汤斯也于1964年获得了诺贝尔物理学奖。

一、激光产生背景

1954年，汤斯和她的两个学生戈登、曹格尔一起研制成功了波长为1.25cm的氨分子振荡器,并把它称为受激辐射微波放大器，按其字母缩写为MASER，简称脉泽。

1951年，美国物理学家(Townes)汤斯提出了受激辐射微波放大的设想

脉泽的研制成功在理论上和实验上都有重要的意义，为量子电子学的建立与发展奠定了基础。汤斯也于1964年获得了诺贝尔物理学奖。

一、激光产生背景

当许多人都醉心于微波激射器的研究时，汤斯已经朝向更短波长的目标进发了。SchawlowTownes

1958年，汤斯与肖洛联名在《物理评论》上发表了重要论文《红外与光激射器》，这标志着激光作为一种新事物登上了历史舞台。一、激光产生背景1959年9月在纽约举行的首届量子电子学会议上仅提交的激光器的设计方案就数十份，设计者们都在加快步伐，首先摘取激光器阀门桂冠的是美国休斯公司所属研究室的物理学家梅曼，他的导师就是我们前面提到的兰姆。一、激光产生背景

1960年5月，梅曼研制的红宝石激光器发出了694.3nm红色激光，这是世界上公认的第一台激光器

一、激光产生背景激光器名称问世时间1960红宝石激光器He-Ne激光器1962GaAs同质结半导体激光器1963液体激光器1964CO2分子激光器离子激光器；Nd：YAG固体激光器1965HCl化学激光器1966染料激光器表1世界上第一台激光器问世时间一、激光产生背景中国第一台激光器（1961）一、激光产生背景表2我国第一台激光器问世时间研制成功时间我国第一台激光器研制人1961.11红宝石激光器邓锡铭王之江1963.7He-Ne激光器邓锡铭等1963.6掺钕玻璃激光器干福熹1963.12GaAs同质结半导体激光器王守武1965.9CO2分子激光器王润文等一、激光产生背景

激光：LaserLightamplificationbystimulatedemissionofradiation取首字母组合而成的专门名词，原意是辐射场的受激发射光放大在我国曾被翻译成“莱塞”、“光激射器”、“光受激辐射放大器”等。1964年，钱学森院士提议取名为“激光”，既反映了“受激辐射”的科学内涵，又表明它是一种很强烈的新光源，贴切、传神而又简洁，得到我国科学界的一致认同并沿用至今二、激光的分类半导体激光器化学激光器气体激光器液体激光器固体激光器工作物质紫外、真空紫外激光器可见光激光器远红外、红外激光器工作波段X光激光器化学激励激光器气体放电激励激光器光学激励激光器激励系统核能激励激光器超短脉冲激光器脉冲激光器（微秒级、纳秒级、皮秒级、飞秒级、阿秒级）连续激光器运转方式三级强度（1-500mW）不要在光束内观察，灼伤眼睛二级强度（0.4-1mW）会导致眩晕，不会灼伤皮肤一级强度（0-0.4mW）不会对眼睛产生危害强度四级强度（>500mW）有火灾等危险不同种类的激光有不同的用途，作为人类20世纪重大科技发明之一，作为高新技术的研究成果，激光器件与技术以其自身独特的优势与魅力在短短几十年内已经推广应用到工业、农业、医学、军事、科学技术等各个领域中，并形成一系列新的技术。下面我们就简要了解一下激光器的应用。三、激光的应用20世纪60年代初，激光器的发明开始了光电子领域的一场新的革命当前，以激光为核心的激光显示、工业精密加工、信息存储、科学研究、激光医疗、武器装备等产业已成为光电信息领域重要研究方向和支柱产业三、激光的应用1）工业领域红外、可见光、紫外光等波长的高功率激光器可以用于汽车、航空航天、微电子等工业领域的打标、切割、焊接、打孔、快速成型等高精度工艺流程汽车金属板切割精密零部件加工航空叶片打孔激光内雕刻2）信息领域信息存储，将现有信息存储容量提高50－100倍全息照相，存储物体三维信息电子元件封装、超大规模集成电路芯片的光刻电路板刻线电子产品封装信息存贮细胞操控改造三、激光的应用三、激光的应用3）医疗领域一系列波长的激光都可用于治疗组织增生、光动力疗法治癌、心血管疾病等，激光器最早应用的领域是医疗领域组织增生手术激光角膜成形手术激光去斑美容光动力癌症治疗激光无痛采血激光心血管病治疗三、激光的应用4）显示领域激光彩色电视，是21世纪高端显示的重要发展方向激光水幕电影、激光音乐喷泉等是美化城市、对外宣传的有力工具激光彩色电视样机激光水幕电影激光音乐喷泉5）现代文物保护用于文物遗产保存与修复研究，是保护文化遗产必要的有效手段例如：文物的激光清洗技术、激光三维扫描技术、激光修复技术等文物激光三维扫描技术文物激光清洗技术文物激光修复技术三、激光的应用三、激光的应用要求：1.每个同学调研的内容不能相同；2.撰写调研报告、制作PPT；3.理论课程结束后作报告。作业题目：神奇的激光在XXXX方面的应用四、激光的发展趋势各种工业指示、标记、探测用的半导体激光器或者半导体泵浦固体激光器向着小型化方向发展；

更小各种通信用的激光模块，往往包含十几个甚至几十个半导体激光