1 激光基础知识
听到激光这个词，大家可能有些害怕，因为它让人想起了星球大战中太空战士的利器，或者是手术台上医生的手术刀。但是，激光并不总是伤人的武器，它也存在于我们的日常生活中。比如说“镭射”（Laser），全息照片等都是激光技术在在现实中的应用，给我们的生活带来了极大的便利。激光原来和我们如此的接近！
激光的最初中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词。意思是“受激辐射的光放大”。
什么叫做“受激辐射”？它基于伟大的科学家爱因斯坦在1916年提出了的一套全新的理论。这一理论是说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。这就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。
一个科学的理论从提出到实现，往往要经过一段艰难的道路。爱因斯坦提出的这个理论也是如此。它很长一段时间被搁置在抽屉里无人问津。
1950年，波尔多一所中学的教师阿尔弗雷德·卡斯特勒同让·布罗塞尔发明了“光泵激”技术。这一发明后来被用来发射激光，并使他在1966年获得了诺贝尔物理学奖。
激光器的发明实际上提出了更多的问题。它必须使反射谐振器适应极短的波长。1951年，美国哥伦比亚大学的一位教授查尔斯·汤斯（Townes）对微波的放大进行了研究，经过三年的努力，他成功地制造出了世界上第一个“微波激射器”，即“受激辐射的微波放大”的理论。汤斯在这项研究中花费了大量的资金，因此他的这项成果被人们起了个绰号叫做“钱泵”，说他的这项研究花了很多的钱。后来汤斯教授和他的学生阿瑟·肖洛（Schawlow，诺贝尔物理奖的获得者）想，既然我们已经成功地研究了微波的放大，就有可能把微波放大的技术应用于光波。1958年，汤斯和肖洛在《物理评论》杂志上发表了他们的“发明”——关于“受激辐射的光放大”（即LASER）的论文。但是在实际中建造激光器还有许多困难，人们对激光的性质和作用都还没有清楚的认识。于是汤斯教授和肖洛并没有在此基础上继续进行研究和实验，结果这项研究的成果被第三者利用了。这位第三者的名字叫西奥多·梅曼（Maiman）。
1 激光在测量中的应用
引 言
激光首先是光波场，是一种电磁波，所以具有波的所有性质，描述波的参数有：波长、振动频率、振幅E。且波长与频率以光速C相关联(C)。因为激光是一种电磁波，所以具有波所共有的干涉、衍射特性，利用这一特性可以进行干涉、衍射测量，且由于光波场的波长非常短（可见光范围内400~700nm），所以激光用于干涉、衍射测量，测量精度可以达到10-6m量级。除此之外，激光与普通光源相比具有四大特点：
① 方向好，常用He-Ne 激光器输出光束的发散角大约为0.5~1毫弧度，一束He-Ne激光束从地球发射到月球上，光束直径大约1Km，而常用的探照灯照射到月球上光束直径可达上百Km，利用此特点激光可以用于准直测量，经过准直的激光束在100m范围内光斑直径几乎不变；
② 光谱亮度高，常用的5mW He-Ne激光器的输出光束亮度比太阳表面亮度高上千倍，调Q脉冲激光器输出的峰值功率可达几MW，脉冲宽度10ns,可以用于激光地卫测距测量误差为0.3×10=3m,在如此长距离测量中没有哪一种测量方法能达到该测量精度；
③ 单色性好，任何光源所发射的光波都具有一定谱宽度，就是水银单色灯，其光谱宽度也有零点几nm，而稳频He-Ne激光器光谱宽度可以达到10-7nm，故此可以进行原子、分子光谱结构的研究，也可以进行大气污染检测；
④ 相干性好，普通单色灯的相干长度为几mm，而激光的相干长度可达几m至几十m,可用此进行较长距离的相干测量，而测量精度又非常高（零点几μm）;
基于上述激光的四大特点以及光波场的波动特性就引出了激光在测量领域的广泛应用。常用的激光在测量中应用基本上包括如下内容：
a) 激光准直应用：激光准直应用非常广泛，例如气轮发电机组装配的主轴定位、飞机装配定位、大型轮船装配定位、隧道挖掘准直定位、飞机场激光准直扫平等；
b) 激光干涉测距：在等厚干涉中，同一光源发出的两束激光束，光程差每变化一个波长，就会出现变化一个干涉条纹，通过测量干涉条纹的变化个数，就可以精确测量被测距离；
激光器的基本参数和基础知识
激光器是一种重要的光源，在生产、科研、医疗等领域中得到广泛应用。不同领域所使用的激光器参数不同，因此了解激光器的参数是选择合适激光产品的关键。本文将介绍常规激光器的参数定义，并简要说明，以帮助读者选择适合的激光产品。
一、输出功率（激光功率）
激光器发出的光是光能形成的，与电能类似，光能也是一种能源。激光器的输出功率是单位时间内输出激光能量的物理量，通常用毫瓦（mW）、瓦（W）或千瓦（kW）表示。
二、功率稳定性
功率稳定性是指激光输出功率在一定时间内的不稳定度，通常分为RMS稳定性和峰峰值稳定性。
RMS稳定性是指测试时间内所有采样功率值的均方根与功率平均值的比值，用来描述输出功率偏离功率平均值的分散程度。 峰峰值稳定性是指输出功率的最大值和最小值之差与功率平均值的百分比，表示一定时间内输出功率的变化范围。
三、光束质量因子（M²因子）；光束参数积（BPP）
光束质量因子是激光束腰半径和光束远场发散角的乘积与理想基模光束束腰半径和基模发散角乘积的比值，即M²=θw/θ
理想
w
理想
光束质量影响激光的聚焦效果和远场光斑分布情况，是用来表征激光光束质量的参数。实际激光光束质量因子越接近1，说明光束质量越接近理想光束，光束质量越好。光束整形器一般要求高质量的激光，M²需要小于1.5.
光束参数积是激光束的远场发散角与光束最窄点半径的乘积，即BPP=θw。它可以量化激光束的质量以及将激光束聚焦到小点的程度。光束参数积即BPP值越低，光束的质量越好。M²值是BPP值的归一化值，针对具有特定波长的衍射极限光束进行归一化，即M²=BPP/BPP，其中BPP是特定波长的衍射极限光束的值，且BPP=λ/π。
四、光斑（横模）
横模是指垂直于激光传播方向上某一横截面上的稳定场的分布，激光器的光斑表征就是横模分布。通过光斑分析仪或激光轮廓分析仪可以将横模分布模拟出来，得到激光器的一些光束特征。常见的横模模式有基横模（TEM）、TEM、TEM等，还有其他模式。其中TEM模指的是在x方向的截面上有一点光强为，___模指的是在x和y方向截面均有一点光强为。
1、 说明激光的原理和特点。
原理：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，这就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。
特点：高亮度、高方向性、高单色性、高相干性
2、导航定位技术与光学的联系。
GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。
导航定位系统的核心是对信息的收集，处理和传输。在整个系统和各个分系统都离不开信息。而光是信息的良好载体，可以想象我们可以尝试把光应用于导航系统的各个环节包括对信息的收集，处理和传输。而现代科技很好地实现了光在导航系统上的应用，如光学陀螺包括激光陀螺和光纤陀螺，还有激光跟踪导航等，并取得了巨大的成功。
3、哪个诺奖科学奖印象最深？详述内容和对学科的影响。
1989年，W.保罗（德国人）、H.G.德默尔特、N.F.拉姆齐（美国人）
创造了世界上最准确的时间计测方法——原子钟，为物理学测量作出杰出贡献。
基本原理：根据原子物理学的基本原理，原子是按照不同电子排列顺序的能量差，也就是围绕在原子核周围不同电子层的能量差，来吸收或释放电磁能量的。这里电磁能量是不连续的。当原子从一个“能量态”跃迁至低的“能量态”时，它便会释放电磁波。这种电磁波特征频率是不连续的，这也就是人们所说的共振频率。同一种原子的共振频率是一定的—例如铯133的共振频率为每秒9 192 631 770周。因此铯原子便用作一种节拍器来保持高度精确的时间。
在卫星导航定位中,精确位置测量实际上是精确时间的测量。如果没有高精度的时频,卫星导航定位系统就不可能实现高精度的导航与定位,而高精度的时频由高精度的原子钟来建立和维持。原子钟作为导航系统测距的时间基准,是卫星导航系统有效载荷的核心部分,其性能直接决定用户的导航定位授时精度。因此,对导航卫星原子钟时频特性进行分析具有重要意义。
