《物理学与人类文明》PPT课件.ppt

1、物理学与人类文明,制作人：朱光旭 20110602,激光的原理与应用,目录,激光的特点,激光器的发明,激光的发现,激光的应用,激光的发现,普通光源-自发辐射 激光光源-受激辐射,激 光 (Laser) （镭射） (Light Amplication by Stimulated Emission of Radiation),“辐射的受激发射光放大”,“激光”钱学森在1963年提出,“激光”的来源,激光的发现,爱因斯坦,激光发明的理论基础可以追溯到1917年，著名的物理学家爱因斯坦在研究光辐射与原子相互作用的时候发现，除了受激吸收和自发辐射跃迁过程外，还存在受激辐射跃迁过程。,激光器的发明,20世

2、纪50年代初， 电子学和微波技术的应用提出了将无线电技术从微波推向光波的要求。 1952年 美国马里兰大学的韦伯开始应用以上理论去放大电磁波。 从微波振荡器到光波振荡器 微波振荡器的实现原理： 一个尺度和波长可比拟的封闭的谐振腔； 利用自由电子与电磁场的相互作用实现电磁波的放大和振荡。,激光器的发明,1954年，美国的汤斯(Charles H.Towns)、苏联的巴索夫(Nikolai G.Basov)和普洛霍洛夫(Aleksander M.Prokhorov)第一次实现了氨分子微波量子振荡器(Maser), 抛弃了 利用自由电子与电磁场的相互作用实现电磁波的放大和振荡，利用原子或分子中的束缚

3、电子与电磁场的相互作用来放大电磁波。 1958年，汤斯和肖洛(Arthur L.Schawlow)抛弃了一个尺度和波长可比拟的封闭的谐振腔，提出了利用尺度远大于波长的开放式光谐振腔，实现了激光器的新思想。 布隆伯根(Nicolaas Bloembergen) 提出了利用光泵浦三能级原子系统实现原子数反转分布的新构想。 汤斯和肖洛在Physis Revies 上发表论文，指出了实 现受激辐射为主的可能性，并给出了实现这个愿望需 要满足的条件。,激光器的发明,C.H.Townes,N.G.Basov,A.M.Prokhorov,The Nobel Prize in Physics 1964,汤斯1

4、954年在量子电子学研究中实现了氨分子的粒子数反转，研制了微波激射器和激光器；普罗霍洛夫和巴索夫1958年几乎同时在量子电子学的基础研究中，根据微波激射器和激光器原理研制了振荡器和放大器。以上工作导致了激光器的发明。,激光器的发明,1960年7月，世界第一台红宝石固态激光器问世，标志了激光技术的诞生。 美国休斯公司实验室梅曼演示的。 波长为694.3nm的激光,激光器的发明,中国激光器的发展,激光的特点,方向性好,单色性好,能量集中,相干性好,激光的特点,方向性好,一束激光射到38万km的月球上，光斑的直径只有2km,手电筒的光射到1m处，扩展成很大的光斑。,利用激光准直仪可使长为2.5km的

5、隧道掘进偏差不超过16nm.,激光的特点,单色性好,单色性最好的氪灯Kr86 =4.710-3 nm,稳频HeNe激光器,激光的特点,能量集中 脉冲瞬时功率大（可达10 14瓦）亮度极高,太阳表面的亮度比白炽灯大几百倍。普通的激光器的输出亮度，比太阳表面的亮度大10亿倍。激光是当今世界上高亮度的光源。,激光的特点,光能量不仅在空间上高度集中，同时在时间上也可高度集中，因而可以在一瞬间产生出巨大的光热。,在工业上， 激光打孔、切割和焊接。医学上视网膜凝结和进行外科手术。在测绘方面，可以进行地球到月球之间距离的测量和卫星大地测量。在军事领域，可以制成摧毁敌机和导弹的激光武器,激光的能量在空间上、在

6、时间上高度集中,激光的特点,相干性好,时间相干性好（10 - 8埃），相干长度可达几十公里。,空间相干性好，有的激光波面上各个点几乎都是相干光源。,激光的种类,固体（如红宝石Al2O3）,连续式（功率可达104 W）,半导体（如砷化镓 GaAs）,气体（如He-Ne，CO2）, ,液体（如某些染料）,脉冲式（瞬时功率可达1014 W ）,按工作物质分,按工作方式分,激光的应用,能源,军事,医学,航天,激光的应用,其他,医学,航天,航天技术作为一门综合性科学技术，是现代科学技术高度的综合集成。激光焊接技术作为一项先进制造技术，对航天技术的发展起到了重要作用。如航天电源连接器和传感器的焊接、 航空

7、发动机的焊接、飞机客体的焊接等。随着激光器研究的深入和大功率激光器的产品化，激光焊接技术向大厚板、高适应性、高效率和低成本方向发展，同时，随着新材料、新结构的出现，激光焊接技术将逐步替代一些传统的焊接工艺，在航天领域中占据重要地位。,能源,激光核聚变装置,激光动力推进器,动力,激光推进是利用远距离高能激光加热气体，使气体膨胀产生推力，推动飞行器前进的新概念推进技术，用于微小卫星近地轨道发射、地球轨道碎片清除等领域。发射成本降低至每千克几百美元，远低于目前化学火箭每千克上万美元成本。,军事,军事,军事,其他,其他,总结,毫无疑问，激光技术必将是21世纪高科技发展的一种趋势，一种新的有着广阔的应用前景的科学技术。快速、精准是其最大的优势，其应用领域之广泛自不言而喻，而在每一领域中，一旦应用激光技术，必将硬起一次新的革命。激光机在现代的工业事业上功不可没。推进工业的快速发展。激光走进了人们的生活同时也加速了人类社会的进步。激光发展的步伐依旧很坚定，它将为我们做出更大的贡献并且需要