激光基础知识ppt课件
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《激光的基本原理》课件
利用光子学技术，可以实现高灵敏度、高分辨率的医学成 像和诊断。同时，光子学技术还可以用于生物科学研究， 如荧光共振能量转移等技术可以用于研究生物分子间的相 互作用和动力学过程。此外，光子学技术还可以用于光热 治疗、光动力治疗等领域，为癌症治疗等提供新的手段。
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详细描述
超快激光技术可以用于超快光谱学、 超快成像等领域，为物质科学研究提 供新的工具。同时，超快激光技术还 可以用于微纳加工、光刻等领域，提 高加工精度和效率。
光子晶体激光器的研究与应用
总结词
光子晶体激光器是一种新型的激光器件，具 有高效率、高稳定性等优点，在光通信、光 计算等领域具有广阔的应用前景。
随着技术的进步和应用需求的不断增长，激光技术逐渐拓展 到工业、医疗、通信、军事等领域，成为现代科技的重要组 成部分。
激光的重要性和应用领域
激光具有高亮度、高方向性、高单色 性和高相干性等优点，因此在科学研 究、工业生产、医疗卫生、军事等领 域有广泛的应用。
此外，激光还在通信、测量、军事等 领域中发挥着重要的作用，有力地推 动了科学技术的发展和社会进步。
1960年，美国物理学家梅曼发明了第一台红宝石激光器，标志着激光技 术的诞生。
激光的英文名称是“Laser”，是“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”的缩写，意为“受激发射光放大”。
激光的发展历程
激光技术经历了从初步实现到逐步成熟的发展过程，各种不 同类型的激光器也不断涌现，如气体激光器、固体激光器、 液体激光器和半导体激光器等。
例如，在工业领域中，激光可以用于 打标、切割、焊接、热处理等；在医 疗领域中，激光可以用于治疗眼科疾 病、皮肤病、口腔疾病等。
激光技术课件ppt
ppt课件
11
激光器图
ppt课件
12
ppt课件
13
（二）激光器的种类
• • • 按运转（工作）方式分，有连续波、单 脉冲、重复脉冲和波长可调激光器等； 按激励方式分，有光激励、电激励、热 激励、化学激励和核激励激光器等； 按工作物质的不同，分为固体、气体、 半导体、染料、化学和自由电子激光器 等。
ppt课件
3
二、激光的产生
受 激 吸 收
ppt课件
4
自 发 辐 射
处于激 发态上的 原子很不 稳定，回 到基态后 即会放出 原子，称 为自发辐 射。
ppt课件
5
受 激 辐 射
两个 光子在频 率、相位、 传播方向 上完全一 致。
ppt课件
6
ppt课件
7
三、激光的特性
激光具有亮度高、单色性好、方 向性好、相干性好的特点。
ห้องสมุดไป่ตู้
ppt课件
43
ppt课件
44
ppt课件
45
激光致盲武器
“军刀”(Saber)203的 激光照明系统，主要用于 照明、致盲和瞄准目标。 该装置采用镍镉电池供 电，工作波长为670纳米， 功率400毫瓦，有效照明距 离300米，重1.5磅，每枚 电池可连续运行30分钟， 100米处的光斑尺寸可在 1～10米之间变化。
ppt课件
14
激光器的种类
１、固体激光器。用固体材料作为激 光器的工作物质。这类激光器的特 点是小而坚固，功率较高。 ２、气体激光器。用气体作为激光器 的工作物质。其特点是能以脉冲和 连续两种方式工作。
ppt课件
15
ppt课件
16
激光器的种类
激光原理及应用PPT课件
激光治疗
通过激光照射病变组织，达到治 疗目的，如激光治疗近视、祛斑
等。
激光手术
利用激光进行微创手术，具有出 血少、恢复快、精度高等优点， 如激光心脏手术、激光眼科手术
等。
激光诊断
利用激光光谱技术对人体组织进 行检测和分析，为疾病诊断提供
依据。
军事国防领域应用
激光雷达
利用激光雷达进行目标探测、识别和跟踪，具有高分辨率、抗干 扰能力强等特点。
微型化与集成化
发展微型激光器，实现与其他光电器件的集成，推动光电子集成技 术的发展。
新型激光技术
研究新型激光技术，如光纤激光器、化学激光器等，拓展激光器的 应用领域。
高功率、高效率、高稳定性挑战
高功率激光器
提高激光器的输出功率，满足高能激光武器、激光聚变等领域的 需求。
高效率激光器
优化激光器的能量转换效率，降低能耗，提高激光器的实用性。
02
03
工作原理
通过激励固体增益介质 （如晶体、玻璃等）中的 粒子，实现粒子数反转并 产生激光。
特点
结构紧凑、效率高、光束 质量好。
应用领域
工业加工、医疗、科研等。
气体激光器
工作原理
利用气体放电激励气体分子或原子， 使其产生能级跃迁并辐射出激光。
特点
应用领域
激光切割、焊接、打孔等工业应用。
输出功率大、光束质量好、效率高。
激光原理及应用PPT课 件
contents
目录
• 激光原理基本概念 • 激光技术发展历程及现状 • 激光器类型及其特点分析 • 激光在各领域应用案例分析 • 激光安全问题及防护措施探讨 • 未来发展趋势预测与挑战分析
激光原理基本概念
激光工作物质及基本原理课件
化学激励
化学反 应
等离子体激励
Байду номын сангаас
04
激光应用
激光加工技 术
激光切割 激光打标 激光焊接
激光在军事领域的应用
激光武器
激光雷达
激光在医疗领域的应用
激光治疗
利用激光束对病变组织进行照射，具有治疗精度高、副作用小等优点。
激光美容
利用激光束对皮肤进行改善和治疗，具有效果显著、安全可靠等优点。
激光在科研领域的应用
激光光谱学
利用激光束对物质进行激发和检测，研究物质的分子结构和化学性质。
激光物理
研究激光产生、传播和控制的基本物理规律，推动激光技术的发展和应用。
THANKS
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激光工作物质及基本原 理课件
• 激光工作物质 • 激光产生的基本原理 • 激光工作物质的激发方式 • 激光应用
01
激光工作物 质
激光工作物质的分类
01
02
03
按照能级结构分类
按照物理形态分类
按照激发方式分类
激光工作物质的特性
稳定性
。
转换效率
热稳定性 化学稳定性
典型激光工作物 质
气体
固体
液体
02
激光产生的基本原理
激光产生的物理基础
原子结构
激发态与基态 粒子数反转
激光激发方式
光学泵浦 电子束泵浦
激光输出特性
单色性 激光输出的光子具有相同的频率和波 长，因此具有极高的单色性。
高亮度
由于激光是受激发射产生的，因此其 光子具有相同相位和偏振方向，导致 激光输出具有极高的亮度。
方向性
由于激光光子具有相同的偏振方向和 相位，因此激光输出具有极强的方向 性。
激光原理及应用ppt课件
• 声光调Q是一种广泛使用的 Q开关方式，其有重复频率高、性能可靠的优点。
激光调制前
激光调制后
4.机械运动系统
• 基片送入后，高精度伺服电机在微机的控制下转动振镜的角度；
• 激光束通过扫描镜的反射，由f-θ场镜聚焦到基片的边缘位置上；
• 在微机上通过专用的控制软件输入总的清边面积、激光束的行走速度 和需要重复的次数；
E2
E2
E1
E1
自发辐射跃迁
自发辐射光子
c. 受激辐射（激光）: 当频率为=ν（E2-E1）/h的光子入射时，会引发粒子以一定的概率，迅 速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都 相同的光子。
E2
E2
入射光子
E1
E1
受激辐射光子 入射光子
受激辐射跃迁 3-2 粒子数反转
(Top flat)
高斯
多元高斯
• 减少脉冲时间，高的峰值能量，更多的能量密度
Less pulse time, high peak power more energy density
能量密度=功率/频率/光斑面积
pulse
1.1uW/um=220W/20KHz/900um2
Hz
4.重叠率计算——Overlap
全反光镜
反光镜： （越75%
）
Shutter
激光器外形 接光纤
Q-Switch
晶体腔
功率计
激光器内部分解图（P4）
Q-Switch 半反镜
晶体腔 光纤耦合器
镜头聚焦原理——凸透镜
激光刻划原理——以P1为例
光斑
1.Beam Shaping （激光束形状）
• 一般的激光都为高斯分布的波形，即高斯光束，为实现特殊的制程需求，需要转变 成为扁平式波形的平顶光束，即Top Hat，通过透镜组改变光束质量和形状产生。
激光调制前
激光调制后
4.机械运动系统
• 基片送入后，高精度伺服电机在微机的控制下转动振镜的角度；
• 激光束通过扫描镜的反射，由f-θ场镜聚焦到基片的边缘位置上；
• 在微机上通过专用的控制软件输入总的清边面积、激光束的行走速度 和需要重复的次数；
E2
E2
E1
E1
自发辐射跃迁
自发辐射光子
c. 受激辐射（激光）: 当频率为=ν（E2-E1）/h的光子入射时，会引发粒子以一定的概率，迅 速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都 相同的光子。
E2
E2
入射光子
E1
E1
受激辐射光子 入射光子
受激辐射跃迁 3-2 粒子数反转
(Top flat)
高斯
多元高斯
• 减少脉冲时间，高的峰值能量，更多的能量密度
Less pulse time, high peak power more energy density
能量密度=功率/频率/光斑面积
pulse
1.1uW/um=220W/20KHz/900um2
Hz
4.重叠率计算——Overlap
全反光镜
反光镜： （越75%
）
Shutter
激光器外形 接光纤
Q-Switch
晶体腔
功率计
激光器内部分解图（P4）
Q-Switch 半反镜
晶体腔 光纤耦合器
镜头聚焦原理——凸透镜
激光刻划原理——以P1为例
光斑
1.Beam Shaping （激光束形状）
• 一般的激光都为高斯分布的波形，即高斯光束，为实现特殊的制程需求，需要转变 成为扁平式波形的平顶光束，即Top Hat，通过透镜组改变光束质量和形状产生。
激光ppt课件
利用激光的特定波长和能量对物质进行光谱分析，研究物质的组成和 结构。
激光雷达
利用激光的反射和散射特性对大气进行探测和研究，用于气象预报、 气候变化等领域。
激光冷却和囚禁原子技术
利用激光的相干性和偏振特性实现对原子的精确控制和囚禁，用于研 究量子力学和量子计算等领域。
激光操控和微纳加工技术
利用激光的强光束和高能量密度对微小颗粒和纳米材料进行精确操控 和加工，用于制造微型机械、传感器、集成电路等领域。
信、卫星还原度等特点，未来将逐渐取代传 统的显示技术，成为主流的显示方 式之一。
医疗领域
激光技术在医疗领域的应用将更加 广泛和深入，如激光手术、激光治 疗等，为医疗领域的发展提供更加 先进和安全的技术手段。
04
CATALOGUE
激光的安全与防护
激光的危害
激光辐射对眼睛的危害
01
高强度激光辐射直接照射眼睛，可能导致视网膜损伤、黄斑病
变等严重眼病。
激光辐射对皮肤的危害
02
激光辐射长时间照射皮肤，可能导致皮肤灼伤、色素沉着、皮
肤老化等问题。
激光辐射对其他生物体的危害
03
激光辐射可能对其他生物体产生影响，如影响植物的光合作用
、影响动物的视觉和行为等。
激光的安全标准
激光焊接
通过激光束的高能量密度实现 材料的快速、高效焊接，提高 焊接质量和效率。
激光打标
利用激光的高能量密度在各种 材料表面进行永久性标记，广 泛应用于产品追溯、防伪鉴别 等领域。
激光清洗
利用激光的强光束和高温去除 各种材料表面的污垢和杂质， 具有环保、高效、无损等优点
。
医疗美容
01
02
03
04
激光雷达
利用激光的反射和散射特性对大气进行探测和研究，用于气象预报、 气候变化等领域。
激光冷却和囚禁原子技术
利用激光的相干性和偏振特性实现对原子的精确控制和囚禁，用于研 究量子力学和量子计算等领域。
激光操控和微纳加工技术
利用激光的强光束和高能量密度对微小颗粒和纳米材料进行精确操控 和加工，用于制造微型机械、传感器、集成电路等领域。
信、卫星还原度等特点，未来将逐渐取代传 统的显示技术，成为主流的显示方 式之一。
医疗领域
激光技术在医疗领域的应用将更加 广泛和深入，如激光手术、激光治 疗等，为医疗领域的发展提供更加 先进和安全的技术手段。
04
CATALOGUE
激光的安全与防护
激光的危害
激光辐射对眼睛的危害
01
高强度激光辐射直接照射眼睛，可能导致视网膜损伤、黄斑病
变等严重眼病。
激光辐射对皮肤的危害
02
激光辐射长时间照射皮肤，可能导致皮肤灼伤、色素沉着、皮
肤老化等问题。
激光辐射对其他生物体的危害
03
激光辐射可能对其他生物体产生影响，如影响植物的光合作用
、影响动物的视觉和行为等。
激光的安全标准
激光焊接
通过激光束的高能量密度实现 材料的快速、高效焊接，提高 焊接质量和效率。
激光打标
利用激光的高能量密度在各种 材料表面进行永久性标记，广 泛应用于产品追溯、防伪鉴别 等领域。
激光清洗
利用激光的强光束和高温去除 各种材料表面的污垢和杂质， 具有环保、高效、无损等优点
。
医疗美容
01
02
03
04
《激光原理》PPT课件
2024/1/28
28
前沿动态及发展趋势预测
超快激光技术
实现飞秒、皮秒级超短脉冲输出，用 于精密加工、生物医学等领域。
高功率激光技术
发展高能量、高效率的激光器，应用 于国防、能源等领域。
2024/1/28
激光显示技术
利用激光作为光源的显示技术，具有 色域广、亮度高等优点，是未来显示 技术的重要发展方向。
概述光纤激光器的工作原理、 优势及在通信、传感等领域的 应用前景。
其他典型固体激光器
简要介绍其他类型的固体激光 器，如半导体激光器、拉曼激
光器等。
10
03
气体激光器原理与技术
2024/1/28
11
气体放电过程及发光机制
01
02
03
气体放电基本概念
电子与气体原子或分子碰 撞，引发电离和激发过程 ，产生带电粒子和光子。
液体染料激光器技术特点பைடு நூலகம்
具有宽调谐范围、高转换效率、短脉冲输出等优点。同时 ，液体染料激光器也存在染料稳定性差、需要定期更换等 缺点。
液体染料激光器应用领域
广泛应用于光谱学、生物医学、光化学等领域。例如，可 用于荧光光谱分析、激光医疗、光动力疗法等。
16
半导体材料发光机制及器件结构
2024/1/28
利用半导体材料的特性实现受激辐射，具有 体积小、效率高、寿命长等优点，广泛应用 于通信、显示等领域。
2024/1/28
6
02
固体激光器原理与技术
2024/1/28
7
固体激光材料及其发光机制
2024/1/28
固体激光材料种类与特性
01
包括晶体、玻璃、陶瓷等，具有不同的发光特性和应用场景。
《激光基础知识》课件
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汇报人：PPT
原理：通过发射激 光束并接收反射信 号，测量距离和速 度
应用：自动驾驶、 机器人、测绘等 领域
优势：精度高、 速度快、抗干扰 能力强
发展趋势：小型 化、低成本、高 可靠性
激光手术：用于眼科、皮肤科、 牙科等手术
激光治疗：用于癌症、心血管 疾病等疾病的治疗
激光诊断：用于医学影像、病 理诊断等领域
激光美容：用于皮肤美容、整 形等领域
激光的产生：通过受激辐射产生光子，形成激光 激光的特性：单色性、相干性、方向性和亮度高 激光的应用：通信、医疗、工业、军事等领域 激光的安全：激光操作需要遵守安全规定，防止眼睛和皮肤受到伤害
方向性好：激光束在传播过程中几乎不发散，具有很高的方向性。 亮度高：激光的亮度比普通光源高出数亿倍，甚至更高。 单色性好：激光的波长非常单一，具有很高的单色性。 相干性好：激光的相干性非常好，可以产生干涉、衍射等光学现象。
工业领域：激光切割、激光 焊接、激光打标等
医疗领域：激光手术、激光 美容等
科研领域：激光测距、激光 雷达、激光通信等
娱乐领域：激光投影、激光 表演等
激光的产生与控制
激光的产生原理： 受激辐射
激光的产生过程： 原子或分子吸收 能量后，从低能 级跃迁到高能级， 再跃迁回低能级， 释放出光子
激光的波长：取 决于产生激光的 原子或分子的能 级差
激光对生物体的影响主要体现在热效应、光化学 效应和生物效应三个方面。
热效应：激光照射生物体时，生物体吸收激光能 量，产生热效应，导致生物体组织温度升高，甚 至烧伤。
光化学效应：激光照射生物体时，生物体 吸收激光能量，产生光化学效应，导致生 物体组织发生化学反应，甚至破坏生物体 组织。
激光原理与技术PPT课件
激光手术
阐述激光手术在眼科、神 经外科等领域的应用及优 势，如精度高、创伤小等 。
05
CATALOGUE
激光测量与检测技术
激光干涉测量技术
1 2
干涉测量原理
利用激光的相干性，通过干涉条纹的变化来测量 长度、角度等物理量。
干涉测量系统组成
包括激光器、分束器、反射镜、探测器等部分。
3
干涉测量技术应用
时间特性
激光束的时间特性包括脉冲宽度、重复频率和稳定性等。其中，脉冲宽度决定 了激光的峰值功率和能量，重复频率则影响了激光的平均功率。稳定性则是确 保激光束在长时间内保持一致性的关键因素。
激光束的调制与偏转技术
调制技术
通过对激光束进行幅度、频率或相位等调制，可以实现信息 的加载和传输。常见的调制方式包括振幅调制、频率调制和 相位调制等。这些调制技术使得激光束能够携带更多的信息 ，并在通信、传感等领域得到广泛应用。
对皮肤的危害
长时间或高强度激光照射皮肤， 可能导致皮肤烧伤、色素沉着、 皮肤癌等严重后果。
激光安全标准与防护措施
激光安全标准
国际电工委员会（IEC）和美国激光产品安全标准（ANSI）等制定了激光产品的 安全标准，包括激光等级分类、安全警示标识、使用说明等。
防护措施
使用激光产品时，应佩戴合适的防护眼镜或面罩，避免直接照射眼睛或皮肤；同 时，应在激光工作区域内设置明显的安全警示标识，提醒他人注意安全。
偏转技术
激光束的偏转技术主要是通过改变激光束的传播方向来实现 。常见的偏转方式包括机械偏转、电光偏转和声光偏转等。 这些偏转技术使得激光束能够灵活地指向目标，并在激光雷 达、光学扫描等领域发挥重要作用。
激光束的聚焦与整形技术
《激光的基本技术》课件
《激光的基本技术》PPT 课件
激光的基本技术: 激发您对激光技术的兴趣！本课件将深入探讨激光的定义、 产生、性质、应用、安全以及未来发展。
1. 激光的定义
• 激光的发明和应用历程 • 激光的定义和特点 • 激光与其他光源的区别
2. 激光的产生
• 激光的基本原理 • 激光器的构成和工作原理 • 激光的发射和调制
3. 激光的性质
• 激光的单色性和相干性 • 激光的方向性和聚束性 • 激光的功率和能量密度
4. 激光的应用
• 激光在制造业中的应用 • 激光在医疗领域中的应用 • 激光在通信技术中的应用
5. 激光的安全
• 激光的辐射特性 • 激光的安全标准 • 激光使用时需注意的ຫໍສະໝຸດ 全事项6. 激光技术的未来
• 激光技术的发展前景 • 激光技术的未来趋势 • 激光技术的应用新领域
激光的基本技术: 激发您对激光技术的兴趣！本课件将深入探讨激光的定义、 产生、性质、应用、安全以及未来发展。
1. 激光的定义
• 激光的发明和应用历程 • 激光的定义和特点 • 激光与其他光源的区别
2. 激光的产生
• 激光的基本原理 • 激光器的构成和工作原理 • 激光的发射和调制
3. 激光的性质
• 激光的单色性和相干性 • 激光的方向性和聚束性 • 激光的功率和能量密度
4. 激光的应用
• 激光在制造业中的应用 • 激光在医疗领域中的应用 • 激光在通信技术中的应用
5. 激光的安全
• 激光的辐射特性 • 激光的安全标准 • 激光使用时需注意的ຫໍສະໝຸດ 全事项6. 激光技术的未来
• 激光技术的发展前景 • 激光技术的未来趋势 • 激光技术的应用新领域
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激光基础知识
主要内容
• 什么是激光? • 激光的发明和产生 • 激光的物理特性 • 激光器的基本结构和分类 • 激光的生物学特性
光谱图
Excimer
KTP
Holmium
Nd:YAG Er:YAG
190 - 390 488 - 514
532 577-630
694 755 1064 2100 2940 10600
x-rays cosmic rays
UV 400 nm
Visible Light
700 nm
Infrared Light
Microwaves TV and radio waves
什么是激光？
LASER
激光…
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
谐振腔
半反射镜
激光
激光器的结构
谐振腔
激光介质
激光
全反镜
泵浦源
半反镜
激光的分类
按激光介质分类：
– 固体激光(Ho:YAG, Nd:YAG, Er:YAG, Alexandrite) – 半导体泵浦固体激光(泵浦源为LD)
– 气体激光(Ar+,Kr+,CO2,ExcimerLaser,He-Ne) – 液体激光(染料激光) – 半导体激光(LD，Laser Diode)
“micron”
重要名词： – 波长、能量、时间、功率 – 连续激光、脉冲激光 – Q开关、锁膜技术
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• 锁模激光是迫使各种振荡模式保持固定的相位 关系, 改善激光输出的相干程度，使振荡时间 关系确定, 输出超短脉冲.
• 脉宽<100ps，数十微微秒以下而峰值功率极高 的极窄脉冲
激光的单位
• 1 joule = 0.24 calorie • watt = joule ／second • Power = energy ／ second
• Q开关是插入共振腔的一个开关器件.当 工作物质正被泵浦时,Q开关处于关断状 态,亚稳态聚积的粒子越来越多,直到聚积 到很高时,将Q开关打开,所有粒子一齐跃 迁到终态,产生一个巨大的光脉冲.
• 脉宽 “1—100ns”
什么是锁模？
• 在自由运转的激光器中, 各种模式的振荡之间 没有固定的振幅和相位, 输出是许多杂乱无章 的尖峰叠加而成, 功率是按时间统计的平均值.
• 按激光的工作方式分类：
－连续激光器 (连续输出) －脉冲激光器 (连续输出时间＜0.25s)
激光的模式
Continuous Wave
UltraPulse
LongPulse
Power Time
Power
Power
Time
Q-Switch
Power
Q Switched
什么是Ｑ开关?
• Ｑ－代表激光器共振腔的品质因子. Ｑ值越高,表示共振腔的损耗越小.
体)问世(美国休斯公司,T.H.Maiman博士研制 成功)
• 1962年,He-Ne激光器（632.8nm)
• 1964年,CO2激光器(10.6μm) • 1970年准分子激光器(Xe176nm)
激光的物理特性
• 单色性 好
– 谱线宽度<几个nm
• 方向性 强
– <几个毫弧度立体角
• 亮度 极高
波长的单位
The metric system—meter is the basic unit
• milli = one thousandth (10-3) • micro = one millionth (10-6) • nano = one billionth (10-9)
• 1 nanometer (nm) = 1/1,000,000,000 meter • 1000 nm = 1 micrometer (µm) = 1
• 发光在输出端面,发光面积小 • 方向性好,即发散角小 • 发光时间短,Q-开关技术为ns级,锁模技术为ps和fs级
强度-被照射表面激光的强弱
• 可以用透镜来增大
激光的相干性
• 激光是同相位的光,光的相位间有一定的 规律性
结构
泵浦源
• • • 全反射镜
•
激光工作物质
激光的发明及发展
• 1916年, 爱因斯坦的感应受激辐射理论 • 1950年, 光泵浦 • 1951年, 核自旋能级反转 • 1954年, MASER(微波受激辐射放大器)的发明,
使科学家将概念引到光学领域. • 1958年, H.汤斯(美)和N.G.巴索夫(俄)引入激光
(LASER)的概念 • 1960年, 第一台激光器(红宝石--掺铬氧化铝晶
– 高出太阳7-14个量 级
• 相干性 好
激光的单色性
激光的发光机制和 谐振腔结构
1. 粒子数反转 2. 只有特定波长满足干涉
加强条件,形成有效振荡
气体最好,固体次之, 半导体激光器最差
激光的方向性
• 激光与激发它的光波方向相同 • 谐振腔只准沿轴向传播的光振荡
激光的高亮度和强度
亮度- 单位面积单位立体角内传出去的功率
主要内容
• 什么是激光? • 激光的发明和产生 • 激光的物理特性 • 激光器的基本结构和分类 • 激光的生物学特性
光谱图
Excimer
KTP
Holmium
Nd:YAG Er:YAG
190 - 390 488 - 514
532 577-630
694 755 1064 2100 2940 10600
x-rays cosmic rays
UV 400 nm
Visible Light
700 nm
Infrared Light
Microwaves TV and radio waves
什么是激光？
LASER
激光…
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
谐振腔
半反射镜
激光
激光器的结构
谐振腔
激光介质
激光
全反镜
泵浦源
半反镜
激光的分类
按激光介质分类：
– 固体激光(Ho:YAG, Nd:YAG, Er:YAG, Alexandrite) – 半导体泵浦固体激光(泵浦源为LD)
– 气体激光(Ar+,Kr+,CO2,ExcimerLaser,He-Ne) – 液体激光(染料激光) – 半导体激光(LD，Laser Diode)
“micron”
重要名词： – 波长、能量、时间、功率 – 连续激光、脉冲激光 – Q开关、锁膜技术
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• 锁模激光是迫使各种振荡模式保持固定的相位 关系, 改善激光输出的相干程度，使振荡时间 关系确定, 输出超短脉冲.
• 脉宽<100ps，数十微微秒以下而峰值功率极高 的极窄脉冲
激光的单位
• 1 joule = 0.24 calorie • watt = joule ／second • Power = energy ／ second
• Q开关是插入共振腔的一个开关器件.当 工作物质正被泵浦时,Q开关处于关断状 态,亚稳态聚积的粒子越来越多,直到聚积 到很高时,将Q开关打开,所有粒子一齐跃 迁到终态,产生一个巨大的光脉冲.
• 脉宽 “1—100ns”
什么是锁模？
• 在自由运转的激光器中, 各种模式的振荡之间 没有固定的振幅和相位, 输出是许多杂乱无章 的尖峰叠加而成, 功率是按时间统计的平均值.
• 按激光的工作方式分类：
－连续激光器 (连续输出) －脉冲激光器 (连续输出时间＜0.25s)
激光的模式
Continuous Wave
UltraPulse
LongPulse
Power Time
Power
Power
Time
Q-Switch
Power
Q Switched
什么是Ｑ开关?
• Ｑ－代表激光器共振腔的品质因子. Ｑ值越高,表示共振腔的损耗越小.
体)问世(美国休斯公司,T.H.Maiman博士研制 成功)
• 1962年,He-Ne激光器（632.8nm)
• 1964年,CO2激光器(10.6μm) • 1970年准分子激光器(Xe176nm)
激光的物理特性
• 单色性 好
– 谱线宽度<几个nm
• 方向性 强
– <几个毫弧度立体角
• 亮度 极高
波长的单位
The metric system—meter is the basic unit
• milli = one thousandth (10-3) • micro = one millionth (10-6) • nano = one billionth (10-9)
• 1 nanometer (nm) = 1/1,000,000,000 meter • 1000 nm = 1 micrometer (µm) = 1
• 发光在输出端面,发光面积小 • 方向性好,即发散角小 • 发光时间短,Q-开关技术为ns级,锁模技术为ps和fs级
强度-被照射表面激光的强弱
• 可以用透镜来增大
激光的相干性
• 激光是同相位的光,光的相位间有一定的 规律性
结构
泵浦源
• • • 全反射镜
•
激光工作物质
激光的发明及发展
• 1916年, 爱因斯坦的感应受激辐射理论 • 1950年, 光泵浦 • 1951年, 核自旋能级反转 • 1954年, MASER(微波受激辐射放大器)的发明,
使科学家将概念引到光学领域. • 1958年, H.汤斯(美)和N.G.巴索夫(俄)引入激光
(LASER)的概念 • 1960年, 第一台激光器(红宝石--掺铬氧化铝晶
– 高出太阳7-14个量 级
• 相干性 好
激光的单色性
激光的发光机制和 谐振腔结构
1. 粒子数反转 2. 只有特定波长满足干涉
加强条件,形成有效振荡
气体最好,固体次之, 半导体激光器最差
激光的方向性
• 激光与激发它的光波方向相同 • 谐振腔只准沿轴向传播的光振荡
激光的高亮度和强度
亮度- 单位面积单位立体角内传出去的功率