物理学中的激光科学与技术应用

激光的发明与应用

激光是在1960年正式问世的。但是，激光的历史却已有100多年。确切地说，远在1893年，波尔多中学物理教师布卢什就已经指出，两面靠近和平行镜子之间反射的黄钠光线随着两面镜子之间距离的变化而变化。他虽然不能解释这一点，但为未来发明激光发现了一个极为重要的现象。

1917年爱因斯坦提出“受激辐射”的概念，奠定了激光的理论基础。1958年美国科学家肖洛和汤斯发现了一种奇怪的现象：当他们将闪光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时，晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光：由此他们提出了“激光原理”，受激辐射可以得到一种单色性、亮度又很高的新型光源。

1958年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经典论文，奠定了激光发展的基础。1960年，美国人梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器。梅曼利用红宝石晶体做发光材料，用发光度很高的脉冲氙灯做激发光源，获得了人类有史以来的第一束激光。

1965年，第一台可产生大功率激光的器件——二氧化碳激光器诞生。1967年，第一台X射线激光器研制成功。1997年，美国麻省理工学院的研究人员研制出第一台原子激光器。

激光的出现带动了多学科的发展，如量子光学、量子电子学、激光光谱学、非线性光学、集成光学、海洋光学等等。这里我们只列举一些与日常生活相关的激光应用科学的发展。

激光光盘制作技术

1877年世界上第一台留声机在爱迪生的手上诞生了!它是声像技术发展的开端。而1972年荷兰菲利浦公司研制出用激光器录音的彩色电视录像盘。这就是现代激光光盘的诞生!

激光光盘的诞生，激光在音响设备上的应用，是音响上的一次革命。人们利用激光，以“光针”代替钢针、宝石针，制成激光唱片。激光唱片不仅能够录音，而且能够录像。激光唱片用来记录、存储声音和图像，可以说，这是声像技术上的一次革命，一个伟大的创举。

1983年，美国和日本分别研制成崭新的数字录音唱片。这种唱片完全摆脱了传统唱片的制作和重播方式，为唱片开辟了一个全新的境界。这种数字唱片，在存储技术等方面都有重要的用途。

激光技术的发展与应用

激光技术是一种强大的工具，被广泛应用于科学、医学、工业和军事领域，它的独特性质使得它成为了现代技术中不可或缺的一部分。本文将会讨论激光技术的发展历程，以及它在不同领域中的应用。

激光技术的发展历程

激光技术最早由美国物理学家泰奇·豪斯（Theodore Maiman）于1960年发明，他使用了一种半导体材料来制造激光器，并建造了世界上第一台完全工作的激光器。这被认为是激光技术的诞生。近年来，激光技术得到了极大的发展，不仅材料和电子元件得到了改进，激光器的类型与功能也得到了改进。随着技术的进步，激光技术已经成为了许多行业中必不可少的工具。

激光技术的应用

1. 科学领域

激光技术在科学领域中具有广泛的应用，比如光学测量和精密加工。在这方面，激光技术的应用使得科学家们能够实现最小尺寸范围的研究，也能够对材料进行微小的锯切并研磨，或者在不损害其它部分的情况下将它们限制在某个特定的区域内。

2. 医学领域

激光技术在医学领域中也有着广泛的应用，比如激光手术。激光手术是一种微创手术，它通过激光光束使组织破裂，从而达到治疗效果，这种技术使得手术切口更小、更干净，并且患者恢复速度更快。激光还可以用于治疗近视、激光去毛和激光焊接等操作。

3. 工业领域

激光技术在工业领域中也有着广泛的应用，比如激光切割。激光切割不但可以进行常规的金属切割，还可以进行复杂的雕刻和拼贴操作，这种方法对于需要精确准确的雕刻和拼贴的行业如电子产业和汽车制造业非常重要。

4. 军事领域

激光技术在军事领域中也有着重要的应用，比如制导武器和激光测距。激光制导武器是利用激光束对目标进行跟踪并指引武器击中目标，这种技术对于高精度的精确打击非常重要。

结论

总之，激光技术的应用范围非常广泛，包括科学、医学、工业和军事领域。虽然激光技术还有很多不足，但它已经成为了当今现代技术中的重要组成部分，并将在未来的发展中扮演更为重要的角色。

光学科学中的激光技术

光学科学是一门理论和实验相结合的学科，涉及到光的产生、变化、传播以及应用等方面。光学的应用范围非常广泛，从医疗、通讯到工业和交通等各个领域都有广泛的应用。而在光学领域中，激光技术则是一项非常重要的技术，有着广泛的应用前景。

激光技术是指通过电子能级的跃迁来产生一种能量非常高、波长极短、光束非常聚焦的光源。激光的产生是通过能量的输入来实现的，在光谱中的波长具有非常狭窄的单色性和非常强的直线性，可以控制其输出功率和脉冲宽度等特性，是一种非常稳定、可控的光源。具有以下几个方面的特点：

第一，激光具有非常强的单色性。激光产生的原理是通过某些物质的激励，产生同一波长的光子，因此可以控制光子数量和产生率，其输出是纯净的单色光。

第二，激光具有非常强的相干性。由于激光的非常狭窄的频谱带宽，产生的光子具有非常强的相干性，可以用于干涉实验。

第三，激光功率非常高。激光的能量非常高，非常容易产生炽热或高温的效应，在工业和科学等领域广泛应用。

第四，激光具有非常强的聚焦性。激光光束聚焦能力非常强，可以实现非常高精度的加工和测量。

在工业中，激光技术已经得到了广泛的应用。例如激光切割、激光雕刻、激光焊接等，这些应用通常需要高能量、高功率、纯净、单色和稳定的光源，而激光技术正好符合这些特性。在生物和医学领域，激光技术也得到了广泛的应用。例如激光手术、激光眼科手术等。

在原子物理学中，激光也发挥了非常重要的作用，例如用于原子钟、引力波探测、量子计算等领域。在通讯领域，激光也是最主要的信号源，例如长距离的光纤通讯。

总之，激光技术是一项非常重要的技术，有着广泛的应用前景。激光技术的不断发展，将会推动各个领域的发展，并为人类带来更多的福利。

1 《 激光原理与技术 》课程考试试卷( A卷)参考答案

一、选择题(每小题 3 分，共 30 分)

1 B 2 A 3 B 4 A 5 B 6 A 7 C 8 D 9 A 10 D

二、填空题(每小题 3 分，共 30 分)

1．/4 6．N

2．激光的增益曲线宽度， 相邻纵模间隔 7．激光强度

3．鉴别能力 8．粒子寿命有限

4．偏置在阈值以下的 9．稳定

5．物质荧光效应 10．波色-爱因斯坦

三、间答题(每小题 5 分，共 25 分)

1． 答：模式选择的思路是：

1）利用色散腔粗选频率，即选激光谱线；

2）选横模

3）选单纵模，方法有：短腔法，F-P标准具法，复合腔法等

2．答：注入琐定技术属于外注入再生放大，利用一个激光器产生性能优良的较弱光信号并注入到另一个激光器获得光放大，并控制最终输出激光特性。

3． 答： Q开关打开后，光子只在腔内往返振荡而无输出，当工作物质的反转粒子储能全部转变为腔内光子能量时，才将腔内储能瞬间全部透射输出。其特点是腔内光子储能。

4．答：

)(31313231313ASSnWndtdn

323212122121212)(SnASnWnWndtdn

nnnn321

llvlNNvvgnAnggndtdN),()(0211122

5．答：激光起始于自发辐射。在外界泵浦的作用下，工作物质中的粒子被抽运到较高能级（激发态），由于粒子在向低能级跃迁的过程中辐射光子，通过泵浦、工作物质、谐振腔的反馈、选模，最终达到稳定的激光输出。