06~07激光原理与技术A

06~07激光原理与技术A答案2006-2007学年第1学期《激光原理与技术》A卷试题答案1．基本概念题(选做6小题，每小题5分)[30]1.1 试就你所了解的知识，对激光器进行科学分类。

按工作介质分：气体激光器、固体激光器、染料激光器、半导体激光器等按工作方式分：脉冲激光器（pulsed laser）、连续激光器（c.w laser）固定波长输出、波长可调谐的激光器……（按任一方式对其进行分类均可得分，答案是多样的）1.2 激光器一般包括哪三个基本单元？各单元的主要作用是什么？激光器三个基本组成单元（各自的作用描述方式可以不一样）泵浦源：提供输入能量，使粒子数反转分布?n?0。

增益介质：对入射光产生放大作用。

光子谐振腔：选模、储能，形成光振荡（变激光放大器为激光振荡器）。

1.3 对于线宽为??的洛仑兹函数和高斯函数，│ν-ν0│为多大时，这两个函数值相等？在什么频率范围内，洛仑兹函数值大于高斯函数值？│ν-ν0│= 0.75???时，洛仑兹函数与高斯函数值相等；│ν-ν0│> 0.75??时，洛仑兹函数大于高斯函数值。

1.4 三能级系统和四能级系统的主要区别是什么？就两系统各举一典型实例.三能级系统与四能级系统的主要区别是：前者基态与激光下能级共享，因而阈值反转粒子数密度为n/2，而后者的激光下能级抽空速率很快，阈值反转粒子数密度近似为激光上能级的阈值反转粒子数n2t。

典型的三能级系统激光器为红宝石激光器，典型四能级系统激光器为Nd:YAG激光器。

1.5 何谓烧孔效应？何谓兰姆凹陷？烧孔效应主要指非均匀加宽介质中，由于频率?1的强光入射引起的反转集居数的饱和现象。

即在频率为?1，光强为I?1的强光作用下，使表观中心频率处在?1±(1+ I?1 /Is)1/2???H/2范围内的粒子产生受激辐射，因此在?n???~??曲线上形成一个以?1为中心，宽度约为(1+ I?1 /Is)1/2???H的“烧孔”，这种现象称为烧孔效应。

激光原理与技术
激光，全称为“光电子激射”，是一种具有高度相干性、高能量密度和直线传播特性的光。

激光技术作为一种重要的现代科技应用，已经在医疗、通信、制造、军事等领域得到广泛应用。

本文将从激光的原理和技术两个方面来进行介绍。

激光的原理主要基于激光器的工作原理，激光器是产生激光的装置。

常见的激光器有气体激光器、固体激光器、半导体激光器等。

激光器的工作原理是利用受激辐射将外界能量转化为光能，然后通过光放大器放大，最终形成激光。

其中，受激辐射是指原子或分子受到外界光的作用，从基态跃迁到激发态，然后在受到外界光的作用下，从激发态跃迁回基态并释放出光子。

这一过程是激光产生的基础。

激光技术主要包括激光加工、激光医学、激光通信等多个方面。

激光加工是指利用激光对材料进行切割、焊接、打孔等加工过程。

激光医学则是利用激光技术进行医疗治疗，如激光手术、激光美容等。

激光通信则是利用激光进行通信传输，具有传输速度快、信息容量大等优点。

除此之外，激光雷达、激光测距、激光制导等技术也在军事领域得到了广泛应用。

总的来说，激光技术作为一种重要的现代科技，已经在各个领域得到了广泛应用。

随着科技的不断进步，相信激光技术在未来会有更加广阔的发展空间，为人类社会带来更多的便利和进步。

ONE KEEP VIEW 激光原理与技术PPT精品文档目录CATALOGUE•激光基本原理•激光器类型及工作原理•激光技术应用领域•激光技术发展趋势与挑战•激光安全与防护知识普及•总结与展望PART01激光基本原理激光产生条件粒子数反转高能级粒子数大于低能级粒子数，是产生激光的必要条件。

增益大于损耗增益介质中的受激辐射放大作用要大于各种损耗，才能实现光放大。

光学谐振腔提供正反馈，使受激辐射光在腔内多次反射、放大，形成稳定振荡。

激光发射过程泵浦过程通过外部能量输入（如光、电、化学等），使增益介质中的粒子从低能级跃迁到高能级，实现粒子数反转。

受激辐射过程处于高能级的粒子在外部光子的作用下，跃迁到低能级并发出与入射光子完全相同的光子，实现光放大。

光学谐振腔内的振荡过程受激辐射产生的光子在腔内多次反射、放大，形成稳定的光场分布和振荡模式。

功率激光的功率决定了其能量大小和输出能力，高功率激光具有更强的穿透力和加工能力。

稳定性激光的稳定性决定了其长期运行的可靠性和稳定性，对于高精度、高稳定性的应用尤为重要。

光束质量激光的光束质量决定了其聚焦能力和传输效率，优质的光束质量可以提高激光加工的精度和效率。

波长激光的波长决定了其颜色和应用领域，不同波长的激光具有不同的特性和用途。

激光特性参数PART02激光器类型及工作原理工作原理通过激励源（泵浦源）将能量传递给工作物质，使其产生粒子数反转分布，然后在谐振腔内通过受激辐射产生激光。

特点具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等优点，广泛应用于科研、工业、医疗等领域。

构成由工作物质、泵浦源和谐振腔三部分组成。

构成主要由放电管、反射镜和电源三部分组成。

工作原理在放电管中充入一定种类和压强的气体，通过高压放电激励气体分子或原子，使其产生受激辐射并放大，形成激光输出。

特点具有光束质量好、输出功率大、效率高、结构简单等优点，常用于高精度测量、光谱分析等领域。

构成主要由染料溶液、泵浦源和光学谐振腔三部分组成。

2006-2007学年 第1学期 《激光原理与技术》A 卷 试题答案1．基本概念题(选做6小题，每小题5分)[30]1.1 试就你所了解的知识，对激光器进行科学分类。

按工作介质分：气体激光器、固体激光器、染料激光器、半导体激光器等按工作方式分：脉冲激光器（pulsed laser ）、连续激光器（c.w laser ）固定波长输出、波长可调谐的激光器……（按任一方式对其进行分类均可得分，答案是多样的）1.2 激光器一般包括哪三个基本单元？各单元的主要作用是什么？激光器三个基本组成单元 （各自的作用描述方式可以不一样）泵浦源：提供输入能量，使粒子数反转分布0n ∆>。

增益介质：对入射光产生放大作用。

光子谐振腔：选模、储能，形成光振荡（变激光放大器为激光振荡器）。

1.3 对于线宽为∆ν的洛仑兹函数和高斯函数，│ν-ν0│为多大时，这两个函数值相等？在什么频率范围内，洛仑兹函数值大于高斯函数值？│ν-ν0│= 0.75∆ν 时，洛仑兹函数与高斯函数值相等；│ν-ν0│> 0.75∆ν时，洛仑兹函数大于高斯函数值。

1.4 三能级系统和四能级系统的主要区别是什么？就两系统各举一典型实例.三能级系统与四能级系统的主要区别是：前者基态与激光下能级共享，因而阈值反转粒子数密度为n/2，而后者的激光下能级抽空速率很快，阈值反转粒子数密度近似为激光上能级的阈值反转粒子数n 2t 。

典型的三能级系统激光器为红宝石激光器，典型四能级系统激光器为Nd:YAG 激光器。

1.5 何谓烧孔效应？何谓兰姆凹陷？烧孔效应主要指非均匀加宽介质中，由于频率ν1的强光入射引起的反转集居数的饱和现象。

即在频率为ν1，光强为I ν1的强光作用下，使表观中心频率处在 ν1±(1+ I ν1 /I s )1/2 ∆νH /2范围内的粒子产生受激辐射，因此在∆n (ν)~ν 曲线上形成一个以ν1为中心，宽度约为 (1+ I ν1 /I s )1/2 ∆νH 的“烧孔”，这种现象称为烧孔效应。

激光原理与技术激光原理与技术是一门研究激光的产生、传播和应用的学科，也是光学和物理学的重要分支之一。

激光的产生原理是基于受激辐射和光放大的过程。

激光技术在现代科学和技术领域中得到广泛应用，涵盖了通信、医疗、材料加工、测量和科学研究等多个领域。

激光的原理主要包括受激辐射、光放大和能级跃迁等过程。

受激辐射是指当一个原子或分子吸收一个光子的能量后，其能级跃迁激发到一个更高的能级，随后再次发射出一个与所吸收光子相同频率、相同相位和同一方向的光子。

这种过程导致光子数目的指数增加，形成了光的放大效应。

激光的放大过程一般是通过激光器来实现的。

激光器由激发源、增益介质和反射镜组成。

当激发源提供足够的能量激发增益介质时，增益介质中的原子或分子被激发到一个高能级，并在镜面之间来回传播，逐渐放大，形成激光束。

增益介质通过选择合适的物质和能级跃迁方式来实现各种类型的激光。

不同类型的激光器具有不同的特点和应用。

常见的激光器包括氦氖激光器、二氧化碳激光器、固体激光器等。

它们在波长范围、脉冲宽度、输出功率和单色性等方面有所差异，因此被广泛应用于各类领域。

激光技术在通信领域中具有重要应用。

激光作为一种高度聚焦的光束，可以在光纤中传输大量的信息。

光纤通信系统利用激光器产生激光束，并通过光纤将信息传输到目的地。

激光的窄束和低衰减使得信息传输速度更快、距离更远。

目前，光纤通信已经成为主要的通信方式之一，广泛应用于电话、互联网和电视等领域。

激光技术在医疗领域也发挥了重要作用。

激光器可以用于激光手术、激光治疗和激光诊断等多个方面。

激光手术利用激光的高能量和高度聚焦能力，对组织进行切割、烧蚀或照射，达到治疗病症的目的。

激光治疗通过激光的生物刺激效应，促进伤口愈合或减轻疼痛。

激光诊断则利用激光的光散射和吸收特性，来获取目标组织的信息。

激光技术在材料加工领域的应用也非常广泛。

激光加工可以通过激光的高能量密度和高精度控制，对材料进行切割、焊接、打孔和表面改性等操作。

第一章 激光的基本原理及其特性激光技术是二十世纪六十年代初发展起来的一门新兴学科。

激光的问世引起了现代光学技术的巨大变革。

激光在现代工业、农业、医学、通讯、国防、科学研究等各方面的应用迅速扩展，之所以在短期间获得如此大的发展是和它本身的特点分不开的。

激光与普通光源相比较有三个主要特点，即方向性好，相干性好和亮度高，其原因在于激光主要是光的受激辐射，而普通光源主要是光的自发辐射。

研究激光原理就是要研究光的受激辐射是如何在激光器内产生并占据主导地位而抑制自发辐射的。

本章首先从光的辐射原理讲起，讨论与激光的发明和激光技术的发展有关的各方面物理基础和产生激光的条件。

光的辐射既是一种电磁波又是一种粒子流，激光是在人们认识到光有这两种相互对立而又相互联系的性质后才发明的。

因此本章从介绍光的波粒二象性开始研究原子的辐射跃迁。

激光的产生又是光与物质的相互作用的结果，对光的平衡热辐射和光与物质的相互作用 (光的自发辐射、受激辐射、受激吸收) 的研究是发明激光的物理基础。

光谱线的宽度，线型函数是影响激光器性能的重要因素，提高激光的单色性是激光技术的发展的一个重要方向。

阐明上述这些基础后，本章最后一节讨论激光产生的条件。

1. 1 激光的特性光的一个基本性质就是具有波粒二象性。

人类对光的认识经历了牛顿的微粒说、惠更斯菲涅耳的波动说到爱因斯坦的光子说的发展，最后才认识到波动性和粒子性是光的客观属性，波动性和粒子性总是同时存在的。

一方面光是电磁波，具有波动的性质，有一定的频率和波长。

另一方面光是光子流，光子是具有一定能量和动量的物质粒子。

在—定条件下，可能某一方面的属性比较明显，而当条件改变后，另一方面的属性变得更为明显。

例如，光在传播过程中所表现的干涉、衍射等现象中其波动性较为明显，这时往往可以把光看作是由一列一列的光波组成的；而当光和实物互相作用时(例如光的吸收、发射、光电效应等)，其粒子性较为明显，这时往往又把光看作是由一个一个光子组成的光子流。

激光原理与技术课件一、引言激光作为一种独特的人造光，自20世纪60年代问世以来，已经在众多领域取得了举世瞩目的成果。

激光原理与技术已经成为现代科学技术的重要组成部分，并在光学、通信、医疗、工业加工等领域发挥着重要作用。

本课件旨在阐述激光的基本原理、特性以及应用技术，使读者对激光有更深入的了解。

二、激光的基本原理1.光的粒子性与波动性光既具有粒子性，也具有波动性。

在量子力学中，光被视为由一系列光子组成的粒子流，光子的能量与频率成正比。

而在波动光学中，光被视为一种电磁波，具有频率、波长、振幅等波动特性。

2.光的受激辐射受激辐射是指处于激发态的原子或分子在受到外来光子作用后，返回基态并释放出一个与外来光子具有相同频率、相位、传播方向和偏振状态的光子。

这个过程是激光产生的核心原理。

3.光的放大与谐振在激光器中，通过光学增益介质实现光的放大。

当光在增益介质中往返传播时，不断与激发态原子或分子发生受激辐射，使光子数不断增加。

同时，通过谐振腔的选择性反馈，使特定频率的光得到进一步放大，最终形成激光。

三、激光的特性1.单色性激光具有极高的单色性，即频率单一。

这是由于激光器中的谐振腔对光的频率具有高度选择性，只有满足特定频率的光才能在谐振腔内稳定传播。

2.相干性激光具有高度的相干性，即光波的相位关系保持稳定。

相干光在传播过程中能形成稳定的干涉图样，广泛应用于光学检测、全息成像等领域。

3.方向性激光具有极高的方向性，即光束的发散角很小。

这是由于激光器中的谐振腔对光的传播方向具有高度选择性，只有沿特定方向传播的光才能在谐振腔内稳定传播。

4.高亮度激光具有高亮度，即单位面积上的光功率较高。

这是由于激光的单色性、相干性和方向性使其在空间上高度集中，从而具有较高的亮度。

四、激光的应用技术1.光通信激光在光通信领域具有广泛应用，如光纤通信、自由空间光通信等。

激光的高单色性、相干性和方向性使其在传输过程中具有较低的信号衰减和干扰，从而实现高速、长距离的数据传输。