激光技术与应用复习知识点

激光原理与技术复习激光（Laser）是一种产生具有高度相干性、单色性和直线传播特性的电磁辐射的装置或系统。

激光原理与技术是激光的产生、放大、调谐、传输及应用的基本原理和方法。

下面将从激光原理、激光器的结构与工作原理、激光放大原理，激光调谐原理和激光应用等方面进行复习。

激光原理：激光的基本原理是利用物质的电子、原子或分子之间的能级跃迁和光的受激辐射相互作用产生的。

激光的产生需要具备以下几个条件：工作物质具有能级跃迁，在激发态和基态之间存在一个稳定的维持装置；能比较容易地将激发态的粒子数目大于基态的粒子数目；能量输入到工作物质中来维持激光产生。

激光器的结构与工作原理：激光器的基本结构由光学腔、泵浦源和工作物质组成。

激光的产生主要经历电子和能级跃迁两个过程：激发过程和放射过程。

其中激发过程是将静态基态的电子通过吸收光共振激发到激发态；放射过程主要有自发辐射和受激辐射两种形式。

当工作物质中的激发态电子由自发辐射退激到基态时，会产生光子并放出能量。

而当一光子经过一个被激激发的原子时，能够促使该原子发射一个与之方向、频率、相位完全一致的光子，这就是受激辐射原理。

激光放大原理：激光放大的原理是利用激光受激辐射的特性，将出射光子传递到另一个有重复态的原子，使其放出同样频率、振幅和相位的光子，实现放大。

激光放大主要经过两个过程：吸收过程和放射过程。

吸收过程中，光子与工作物质中的原子相互作用，光子的能量被传递到原子中，激发原子中的电子到激发态。

放射过程中，激发态的原子由于自发辐射或受外界光的作用而跃迁到基态，释放出能量并放出同样频率、振幅和相位的光子。

激光调谐原理：激光调谐的原理是通过改变激光器的谐振光路，使激光器输出的光波长可调。

常见的调谐方法有机械调谐法、电光调谐法、热调谐法和电流调谐法。

机械调谐法通过改变激光器腔体的长度或曲率，改变光的传播路径来实现光波长的调谐。

电光调谐法通过在激光介质中施加电场调节介质的折射率来实现光波长的调谐。

图文并茂知识点总结激光技术是一种应用广泛的现代科技，它利用激光器产生的强烈光束进行各种物理、化学、生物和工程领域的研究和应用。

激光技术具有高亮度、单色性、高调制速度、高光束质量等优点，被广泛应用于医疗、通信、材料加工、测量、激光雷达等领域。

本文将对激光技术的原理、分类、应用领域等方面进行详细介绍。

激光技术的原理激光技术是利用能级布居反转原理产生的一种特殊光，它的产生基础是三个元素：增强腔、增益介质和能量泵浦。

激光器内有一个能量增益的介质，当外加能量使介质原子的电子跃迁至高能态时，使其处于非平衡态，利用受激辐射使一部分引起自发辐射，这些辐射在同样频率、同样相位和同样方向上增强产生激光。

激光器内的原子和离子都被激发到高能级，这样的反转能级布居被称为“布居反转”。

激光技术的分类激光技术根据其发射波长、激发方式和应用领域的不同，可以分为不同的类型。

按照波长分，可以分为紫外激光、可见光激光和红外激光；按照激发方式分，可以分为气体激光、液体激光、固体激光和半导体激光；按照应用领域分，可以分为工业激光、医疗激光、通讯激光和科研激光。

每种类型的激光技术都有其独特的特点和应用范围。

激光技术的应用领域激光技术广泛应用于医疗领域、工业领域、通信领域和科研领域。

在医疗领域，激光技术可以用于眼科手术、皮肤治疗和肿瘤治疗；在工业领域，激光技术可以用于材料切割、焊接和雕刻；在通信领域，激光技术可以用于光纤通信和激光雷达；在科研领域，激光技术可以用于原子分子物理、光学和激光化学等研究。

激光技术的应用领域不断扩大，为人类社会的进步和发展做出了重要贡献。

激光技术的发展趋势随着科技的不断发展，激光技术也在不断创新和进步。

未来，激光技术将会在医疗、生物、材料等领域发挥更大的作用。

例如，在医疗领域，激光手术技术将会更加精确和可靠；在生物领域，激光成像技术将会更加高效和高清晰度；在材料领域，激光制造技术将会更加灵活和可持续。

同时，激光技术的成本也将会更加低廉，使其更加广泛地应用于各个领域，并且会和其他相关技术相结合，从而产生更多创新的应用和产品。

激光原理及应用期末复习激光是指具有高度一致性、单色性和高亮度的光。

它是由一束能量密度非常高的光束组成的，并且这些光束在空间和时间上非常集中。

激光的产生是基于激光器的原理，激光器是一种将能量转换为激光的装置。

激光的应用非常广泛，涵盖了医学、通信、材料加工、科学研究等多个领域。

激光的产生是基于激光器的原理。

激光器是由工作物质、泵浦源和谐振腔三部分构成的。

工作物质是激发激光产生的基础，它可以是气体、固体或液体。

当工作物质受到泵浦源的能量输入时，其能级结构会发生变化，激发了一部分电子从低能级跃迁到高能级。

当这些电子从高能级跃迁回到低能级时，它们会释放出能量，这部分能量就是激光。

谐振腔是激光产生的输出通道。

它由两个镜子构成，一个是半透射镜，另一个是高反射镜。

当激光通过半透射镜时，一部分激光能量会透过镜面，形成输出光束。

另一部分激光能量会被高反射镜反射回腔体内，继续被工作物质激发放出。

通过不断的激发和放出，激光会在腔体内不断倍增，最终形成较强的激光输出。

激光具有高度一致性和单色性。

一致性是指激光的波长、频率和相位都非常稳定，不同激光器产生的激光具有相同的水平。

单色性是指激光只有一个非常狭窄的频带，不同于其他光源产生的光谱带宽很宽的现象。

这些特点使得激光能够在大范围内传播，并且可以通过光谱分析得到非常准确的结果。

激光的应用非常广泛。

在医学领域，激光被用于手术切割、激光腔镜手术、激光治疗和激光诊断等方面。

激光切割手术可以精确控制切割深度和切割位置，减少对周围组织的破坏。

激光腔镜手术可以取代传统的开腔手术，减少手术创伤和恢复时间。

激光治疗可以用来治疗肿瘤、减轻疼痛和促进伤口愈合。

激光诊断可以用于眼科、皮肤科、口腔科等各个领域。

在通信领域，激光被用于光纤通信。

激光可以通过光纤传输，具有很高的传输速率和大容量。

激光的一致性和单色性保证了信号传输的稳定性和可靠性。

激光还被用于激光雷达、光通讯、光存储等领域。

在材料加工领域，激光被用于切割、焊接、打孔和表面处理等方面。

激光技术与应⽤复习知识点1、激光的定义激光是由受激发射的光放⼤产⽣的辐射。

2、激光的基本特性单⾊性，⽅向性，相⼲性，⾼亮度。

3、空间相⼲性与时间相⼲性波在空间不同区域可能具有不固定的相位差，只有在⼀定空间范围内的光波才有相对固定的位相差，使得只有⼀定空间内的光波才是相⼲的。

这种特性叫做波的空间相⼲性。

与波传播时间差有关的，由不确定的位相差导致的，只有传播时间差在⼀定范围内的波才具有相对固定的位相差从⽽相⼲的特性叫波的时间相⼲性。

4、光⼦简并度光⼦属于波⾊⼦，⼤量光⼦集合遵从波⾊-爱因斯坦统计规律，处于同态的光⼦数不受限制。

虽然处于同⼀光⼦态的光⼦数并⾮严格的不随时间的变化，但其平均光⼦数是可以确定的。

这种处于同⼀光⼦态的平均光⼦数成为光⼦简并度。

5、激光器的基本组成及其应⽤激光器⼀般包括三个部分。

激光器的基本结构由⼯作物质、泵浦源和光学谐振腔三部分组成。

激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的⼀门综合技术，传统上看，它的研究范围⼀般可分为：激光焊接，激光切割，激光治疗，激光打标，激光打孔，激光热处理，激光快速成型，激光涂敷等。

6、⾃发辐射处于激发态的原⼦中，电⼦在激发态能级上只能停留⼀段很短的时间，就⾃发地跃迁到较低能级中去，同时辐射出⼀个光⼦，这种辐射叫做⾃发辐射。

7、受激辐射在组成物质的原⼦中，有不同数量的粒⼦（电⼦）分布在不同的能级上，在⾼能级上的粒⼦受到某种光⼦的激发，会从⾼能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，⽽且在某种状态下，能出现⼀个弱光激发出⼀个强光的现象。

8、受激吸收处于低能级的原⼦(l E )，受到外来光⼦的激励下，在满⾜能量恰好等于低、⾼两能级之差(E ?)时，该原⼦就吸收这部分能量，跃迁到⾼能级(h E )，即h l E E E ?=-。

受激吸收与受激辐射是互逆的过程。

9、激光产⽣的必要条件受激幅射是产⽣激光的⾸要条件，也是必要条件。

《激光的特性及应用》知识清单一、激光的特性1、方向性好激光具有极高的方向性，其光线几乎可以沿着一条直线传播。

这意味着激光能够在长距离传输过程中保持较小的发散角，从而实现精确的能量传输和聚焦。

例如，在激光测距和激光通信中，方向性好的特点使得测量和传输的精度大大提高。

2、单色性好激光的单色性非常出色，即其光波的波长范围非常狭窄。

这使得激光具有特定的颜色和频率，并且能量集中在一个很窄的频段内。

在光谱分析、医学诊断和激光干涉测量等领域，单色性好的特性发挥着重要作用。

3、相干性强激光具有很强的相干性，这意味着光波在时间和空间上的相位关系是高度一致的。

相干性使得激光能够产生稳定的干涉和衍射现象，广泛应用于激光全息技术、精密测量和光学存储等方面。

4、亮度高激光的亮度极高，其能量在空间上高度集中。

相比普通光源，激光能够在极小的面积上产生巨大的功率密度。

这一特性使得激光在工业加工（如激光切割、焊接和打孔）、医疗手术（如激光近视治疗和肿瘤切除）等领域具有独特的优势。

二、激光的应用1、工业领域（1）激光切割利用激光的高能量密度和方向性好的特点，能够精确地切割各种材料，包括金属、塑料、木材等。

激光切割具有切口光滑、精度高、速度快等优点，广泛应用于汽车制造、电子设备生产等行业。

（2）激光焊接在焊接过程中，激光能够将材料快速加热至熔点并使其融合，形成牢固的焊缝。

激光焊接具有焊缝窄、热影响区小、焊接强度高等优点，常用于汽车零部件、航空航天器件等的焊接。

（3）激光打孔通过聚焦激光束，可以在各种材料上打出微小而精确的孔。

激光打孔在电子元件制造、钟表制造、医疗器械等领域有广泛应用。

（4）激光打标在产品表面利用激光进行标记，具有永久性、高精度、高速度等特点。

常用于电子产品、珠宝首饰、包装等行业的标识和防伪。

2、医疗领域（1）激光近视治疗通过改变角膜的形状来矫正近视，其原理是利用准分子激光精确地切削角膜组织，从而改变角膜的曲率，达到矫正视力的目的。

激光原理期末知识点总复习材料激光原理是物理学和光学学科中的重要内容，它是现代科技发展的基础之一、下面是激光原理期末知识点的总复习材料。

1.激光的定义和概念：激光是指具有相干特性、能量集中、波长单一且紧凑的光束。

其与常规光的最大区别在于具有相干性和能量集中性。

2.激光的产生过程：激光的产生过程主要包括受激辐射和自发辐射。

受激辐射是指在外界光或电磁辐射的刺激下，原子或分子由基态跃迁到激发态并通过受激辐射返回基态时所发射的光。

自发辐射是指原子或分子自发地从激发态返回基态所发射的光。

3.光激发和电子激发的激光：根据产生激发所用的不同方法，激光可以分为光激发和电子激发的激光。

光激发的激光是通过外界光的能量传递使原子或分子激发并产生激光。

电子激发的激光是通过外界电子束或放电使原子或分子激发并产生激光。

4.激光功率和激光能量：激光功率是指单位时间内激光辐射出的能量，单位为瓦特(W)；激光能量是指激光脉冲的总能量，单位为焦耳(J)。

5.激光的特性：激光具有相干性、方向性、单色性和高亮度等特性。

相干性是指激光的波长相近的光波的相位关系保持稳定，能够构成干涉图样。

方向性是指激光具有狭窄的发射角度，能够通过透镜等光学元件进行聚焦。

单色性是指激光具有非常狭窄的波长，具有很高的色纯度。

高亮度是指激光能够将能量集中在很小的空间范围内，能够产生很高的光功率密度。

6.激光器的结构和工作原理：激光器主要由激光介质、泵浦能源、光腔和输出镜组成。

激光介质是产生激光的核心部件，泵浦能源是提供激发条件的能源，光腔是激发介质形成激光放大的空间环境，输出镜是选择性反射激光光束的光学元件。

7.常见的激光器种类和应用：常见的激光器种类包括氦氖激光器、二氧化碳激光器、半导体激光器和固体激光器等。

激光器的应用非常广泛，包括科学研究、医学治疗、通信、激光加工和激光雷达等。

8.激光安全：激光具有较强的穿透力和燃烧能力，因此在使用激光器时需要注意安全。

激光安全主要包括对激光光束的防止散焦、眼睛和皮肤的防护、激光辐射的监测和控制等。

激光复习总结要点(总21页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--复习提纲2011年10月第一章 激光产生的基本原理一. 相干性的光子描述（概念、概念~~~）1. 光波的模式和光子态的概念、统一性：模式的概念、光子态的概念、基本推导过程。

（注意看pps 文件。

）2. 光子的相干性如何描述（相干时间、相干长度、相干体积、时间相干性、空间相干性、光子的简并度）。

3. 一种光波模式和一种光子态在相空间中均占据一个相格3h 。

二者是等价的4. 光子简并度越大，则相干光强越大。

二. 光的受激辐射基本概念 1. 热辐射、黑体辐射、近似黑体的定义；黑体辐射的Plank 公式；2. 光与物质相互作用的三种主要的过程是什么各自的特点是什么几个系数之间的关系是什么？3. 掌握每一种数学表示方法！!!!!三. 光的受激辐射放大与振荡（重点复习）1. 如何理解小信号系统、大信号系统、增益饱和、光强放大的过程、增益系数、增益曲线、粒子数反转和阈值条件的推导？理解光在工作物质中的增益系数的定义和表达式。

2.3.处于粒子数反转状态的物质——激活介质、激光介质或增益介质； 增益系数：表示光通过单位长度激活介质后光强增长的百分数；0ln 1I I L G 当(n 2-n 1)不随着z 的变化而变化，而且I 0很小，G 0可以认为是常数，这种情况称为小信号增益。

（增益曲线）当(n 2-n 1)随着z 的变化而变化，称为大信号增益，用G 00表示；增益饱和现象激光上能级粒子数n 2减小到小信号时的1/2时候对应的光强 I 就是饱和光强I S ；SI I G I G +=1)(0如果在增益介质中光强始终满足条件I<<I S ， 则增益系数0)(G I G =为常数且不随Z 而变化，这就是小信号的情况；如果在增益介质中光强不能满足条件I<<I S ，则增益)(I G 随着z 的增加而减小，这就是大信号的情况；在光放大同时，总存在着光的损耗，损耗系数定义为：)(1)(z I dz z dI ⋅-=α 阈值条件为：210ln 21)(r r L z G total -=≥αα4. 激光的产生具备的两个条件是什么？粒子数反转；增益大于损耗当能量为h 21=E 2-E 1的光子通过增益介质时，引起的受激辐射将超过受激吸收，使得输出的光能量大于入射的光能量，增益介质对光进行了放大，这就是激光放大器的基本原理，这样的增益介质即为——光放大器5. 理解粒子数反转过程、光放大过程、增益饱和过程、激光振荡过程（激光器）和微波激射器的区别；当激光放大器的长度足够大时，它可能成为一个自激振荡器6. 完整叙述叙述从粒子数反转到阈值条件到最后形成激光振荡的整个过程。

激光知识点归纳总结一、激光的基本概念1. 激光的定义：激光是指一种纯准直性极好的光线，其光子是高度同步的单色光子。

2. 激光的产生：激光是由受激发射产生的，利用三能级或四能级的原子，分子或离子系统，通过外加能量使体系转移到激发态，再利用其辐射产生激光光子。

3. 激光的特性：激光具有单色性、准直性、明暗对比度高、相干性强等特点。

4. 激光的种类：激光可以分为气体激光器、固体激光器、液体激光器和半导体激光器等。

二、激光的基本原理1. 激光的受激辐射：当原子、分子或离子处于激发态时，通过外界刺激的辐射能引起它们从激发态向稳态跃迁，再发出与外界激发辐射相同特性的电磁波，即受激辐射。

2. 激光的稳态条件：产生激光需要满足稳态条件，即发射和吸收的粒子数要平衡，从而实现能量的持续放大和稳定输出。

3. 激光的放大作用：在激光器内，通过激发态原子、分子或离子吸收外界光子能量，使它们跃迁到更高激发态，从而放大光子，产生激光。

4. 激光的光学谐振腔：激光器内部常常设置光学谐振腔，用来反射和增强激光，从而实现激光的输出。

三、激光的应用领域1. 激光测距与测速：激光雷达通过测量反射光的飞行时间来实现测距，同时通过多普勒效应测速。

2. 激光材料加工：激光可用于金属切割、焊接、打孔等材料加工过程。

3. 激光医学应用：激光可用于眼科手术、皮肤治疗、激光治疗仪等医疗设备。

4. 激光通讯：激光可以传输更大带宽、更高速率的信息，用于通讯领域。

5. 激光导航：激光雷达可用于无人飞行器、自动驾驶汽车等导航系统。

6. 激光防御：激光武器可用于导弹防御、激光束武器等领域。

四、激光器的分类1. 气体激光器：以气体为工作物质的激光器，常见的包括二氧化碳激光器、氦氖激光器等。

2. 固体激光器：以固体为工作物质的激光器，常见的包括Nd:YAG激光器、激光二极管等。

3. 半导体激光器：以半导体为工作物质的激光器，可用于激光打印机、光纤通信等领域。

4. 液体激光器：以液体为工作物质的激光器，常见的包括染料激光器等。

《激光应用技术基础》考试知识点
《激光应用技术基础》是“光学工程”、“测试与计量技术”及相近专业本科
生专业课，它综合了《工程光学》、《光电技术》、《激光原理与技术》等课程的内容，具有知识面宽、有一定深度等特点。

为了帮助考研学生抓住重点又不忽略基
础知识，本大纲列出了应掌握的知识点，在这些知识点之下，又分为基础知识和
重点难点两部分。

一．应掌握的知识点：
1.激光的特性
2.激光辐射原理
3.激光器的类型
4.激光在军事技术中的应用:测距、制导和光电对抗的技术原理和国内外的技术
现状
5.生物体的光学特性和激光对生物体的作用机理
6.激光核聚变原理和国内技术现状
7.激光通信中的激光光源
二．基础知识：
1.激光器的分类和典型器件
2.激光的四大特性
3.激光辐射原理：三种跃迁过程、三能级和四能级的结构模型、粒子数反转
4.半导体激光器：同质结、异质结和量子阱半导体激光器的结构特点和优缺
点
5.激光光束特性，LD光束特性
6.自聚焦光纤的聚焦原理和传像光束分辨率、占空比概念
7.两项重要的激光技术：调Q和稳频
三．重点和难点：
1.阶跃型光纤的数值孔径和全反射临界角的计算；
2.脉冲激光测距原理，以及对激光器的特殊要求；
3.激光通信中的数字调制技术;
4.激光医学中的“光CT”和“OCT”技术的原理和区别;
5.影响激光束聚焦光斑直径的因数和焦斑直径计算方法
参考书目：朱林泉、朱苏磊《激光应用技术基础》.国防工业出版社，2004年8
月。

激光的原理及应用知识点1. 激光的定义和特性•激光（laser）是指产生具有高度聚束、单色性、相干性和高强度的光束的装置。

•激光的特性包括：单色性（具有极窄的频谱宽度）、聚束性（能够将光线聚焦成非常细小的光点）、相干性（光波之间存在一定的相位关系）、高强度（具有高能量密度）。

2. 激光的工作原理激光的工作原理基于受激辐射和光放大效应：•受激辐射：当处于激活态的原子或分子受到光的刺激时，会发射出与入射光子能量、相位和方向完全一致的新光子，这个过程就是受激辐射。

•光放大效应：当光通过介质（例如激光介质）时，受激辐射会导致光子数目的指数级增加，从而形成高度聚束、相干性极高的激光。

3. 激光的应用领域激光的特性使其在许多领域有着广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：3.1 激光切割和焊接•激光切割：利用激光的聚束性和高功率特性，可以将金属、塑料等材料快速、精确地切割成所需形状。

•激光焊接：激光焊接可以用于金属的精确焊接，以及材料的表面处理和改性。

3.2 激光医学•激光手术：激光可以在医疗领域用于精确切割、烧灼和凝固组织，实现手术的微创和精确性。

•激光美容：激光可以用于去除皮肤上的疤痕、色斑以及不良血管的治疗。

3.3 激光通信•光纤通信：激光作为光纤通信的光源，可以实现高速、远距离的信息传输，广泛应用于互联网和电信领域。

•激光雷达：激光雷达利用激光束测量目标物体的距离和速度，广泛应用于自动驾驶、测绘和航空领域。

3.4 激光制造•激光打印：激光打印利用激光束对打印介质进行非接触式打印，实现高速、高精度的打印效果。

•激光雕刻：激光雕刻利用激光束对材料进行精确刻划，广泛应用于工艺品、装饰品等领域。

3.5 其他领域应用除了上述应用领域，激光还被用于科研、军事、环境监测等领域。

例如激光光谱分析、激光制导导弹等。

4. 激光的安全性问题尽管激光在许多领域有着广泛应用，但激光的高强度和聚焦特性也带来了一些安全隐患。

在使用激光时，需要注意以下几点：•避免直接照射眼睛：激光束对眼睛有严重的损伤风险，因此需要避免直接照射眼睛。