激光原理及其應(yīng)用(還匹配相應(yīng)word版本)

1、發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景1 科學(xué)方法與思考激光原理及應(yīng)用Nobel指導(dǎo)老師：戴長(zhǎng)建學(xué)院：理學(xué)院班級(jí)：11級(jí)應(yīng)用物理一班姓名：陳星妤學(xué)號(hào)：20113556發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景2 發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景1234Contents Page目錄頁(yè)* 發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景3 引言為什么我要做關(guān)于為什么我要做關(guān)于激光原理及應(yīng)用激光原理及應(yīng)用的課題？的課題？ 激光被譽(yù)為是人類現(xiàn)代科技史上最偉大的發(fā)明之一。自激光問(wèn)世以來(lái)，它在軍事、工業(yè)、國(guó)防、生物、化學(xué)等領(lǐng)域都有著非常廣泛的應(yīng)用，正在影響和改變和人們的生活。由于激光技術(shù)的先進(jìn)性和精確性，所以在當(dāng)前，在很多行業(yè)都得以應(yīng)

2、用和實(shí)現(xiàn)。本文就激光的發(fā)展歷史、產(chǎn)生原理、應(yīng)用及發(fā)展前景做了具體介紹。發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景4 Transition Page過(guò)渡頁(yè)* 發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景1234發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景5 愛(ài)因斯坦提出“受激發(fā)射”理論，一個(gè)光子使得受激原子發(fā)出一個(gè)相同的光子。 美國(guó)物理學(xué)家Charles Townes用微波實(shí)現(xiàn)了激光器的前身：微微波受激發(fā)射放大波受激發(fā)射放大（英文首字母縮寫(xiě)maser）。Townes的博士生Gordon Gould創(chuàng)造“l(fā)aser”這個(gè)單詞,從理論上指出可以用光激發(fā)原子，產(chǎn)生一束相干光束，之后人們?yōu)槠渖暾?qǐng)了專利，相關(guān)法律糾紛維持了近30年。 美國(guó)

3、加州Hughes 實(shí)驗(yàn)室的Theodore Maiman實(shí)現(xiàn)了第一束激光。激光首次在外科手術(shù)中用于殺滅視網(wǎng)膜腫瘤。發(fā)明半導(dǎo)體二極管激光器，這是今天小型商用激光器的支柱。激光用于遙感勘測(cè)，激光被射向阿波羅11號(hào)放在月球表面的反射器，測(cè)得的地月距離誤差在幾米范圍內(nèi)。1917年年1953年年1957年年1960年年1961年年1962年年1969年年1971年年1974年年1978年年1982年年1983年年1988年年1990年年1991年年1996年年2008年年2010年年激光進(jìn)入藝術(shù)世界，用于舞臺(tái)光影效果，以及激光全息攝像激光全息攝像。英國(guó)籍匈牙利裔物理學(xué)家Dennis Gabor憑借對(duì)全息

4、攝像的研究獲得諾貝爾獎(jiǎng)。第一個(gè)超市條形碼掃描器超市條形碼掃描器出現(xiàn)1975年：IBM投放第一臺(tái)商用激光打印機(jī)。利浦制造出第一臺(tái)激光盤（LD）播放機(jī)，不過(guò)價(jià)格很高。第一臺(tái)緊湊碟片（CD）播放機(jī)出現(xiàn)，第一部第一部CD盤盤是美國(guó)歌手Billy Joel在1978年的專輯52nd Street。里根總統(tǒng)發(fā)表了“星球大戰(zhàn)星球大戰(zhàn)”的演講，描繪了基于太空的激光武器。北美和歐洲間架設(shè)了第一根光纖，用光脈沖來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。激光用于制造業(yè)，包括集成電路和汽車制造。第一次用激光治療近視，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中第一次用激光制導(dǎo)導(dǎo)彈。東芝推出數(shù)字多用途光盤（DVD）播放器。法國(guó)神經(jīng)外科學(xué)家使用廣導(dǎo)纖維激光和微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)治療了腦瘤。美

5、國(guó)國(guó)家核安全管理局（NNSA）表示，通過(guò)使用192束激光來(lái)束縛核聚變的反應(yīng)原料、氫的同位素氘（質(zhì)量數(shù)2）和氚（質(zhì)量數(shù)3），解決了核聚變的一個(gè)關(guān)鍵困難。發(fā)展歷史1.1 激光的發(fā)展史發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景6 1.2 激光的發(fā)展史發(fā)展歷史v與與激光激光有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（Nobel Prize） （以下是關(guān)于激光技術(shù)的理論基礎(chǔ)）l1907年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)l邁克爾孫（ Albert Abraham Michelseon，1852-1931）l光學(xué)精密計(jì)量和光譜學(xué)研究l他以精密測(cè)量光的速度和以空前的精確度進(jìn)行以太漂移實(shí)驗(yàn)而聞名于世。他發(fā)明的以他的名字命名的干涉儀至今還有廣泛應(yīng)用。發(fā)

6、展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景7 1.2 激光的發(fā)展史發(fā)展歷史v與與激光激光有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（Nobel Prize） （以下是關(guān)于激光技術(shù)的理論基礎(chǔ)）l1918年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)l普朗克 Max Karl Ernst Ludwing Planck(1858-1947)l能量級(jí)的發(fā)現(xiàn)l能量子假設(shè)的提出，具有劃時(shí)代的意義。sJhhh1065. 634-為普朗克常量，其中。，于是就假設(shè)一定正比于頻率能量元普朗克能量子假設(shè)發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景8 1.2 激光的發(fā)展史發(fā)展歷史v與與激光激光有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（Nobel Prize） （以下是關(guān)于激光技術(shù)的理論基礎(chǔ)）

7、l1922年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)l尼爾斯玻爾 Niels Bohr 1885-1962l原子結(jié)構(gòu)和原子光譜l尼爾斯玻爾的原子理論取得了很大成功，完滿地解釋了請(qǐng)光譜的頻率規(guī)律，即所謂的巴爾默公式。從他的理論推算，各基本常數(shù)如電子電荷，電子質(zhì)量，普朗克常數(shù)和里德伯常數(shù)之間取得了定量的協(xié)調(diào)。他闡明了光譜的發(fā)射和吸收，并且成功地解釋了元素的周期表，使量子理論取得了重大進(jìn)展。 尼爾斯尼爾斯玻爾之所以成功，在于他全面地集玻爾之所以成功，在于他全面地集成了前人的工作，正確地加以綜合，在舊的成了前人的工作，正確地加以綜合，在舊的經(jīng)典理論和信的實(shí)驗(yàn)事實(shí)的矛盾面前勇敢地經(jīng)典理論和信的實(shí)驗(yàn)事實(shí)的矛盾面前勇敢地肯定實(shí)驗(yàn)事實(shí)

8、，沖破舊的理論的束縛，從而肯定實(shí)驗(yàn)事實(shí)，沖破舊的理論的束縛，從而建立了能基本適于原子現(xiàn)象的定態(tài)躍遷原子建立了能基本適于原子現(xiàn)象的定態(tài)躍遷原子模型。模型。發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景9 1.2 激光的發(fā)展史發(fā)展歷史v與與激光激光有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（Nobel Prize） （以下是關(guān)于激光技術(shù)的理論基礎(chǔ)）l1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)l密立根Robert Andrews Millikan 1868-1953 l基本電荷和光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景10 1.2 激光的發(fā)展史發(fā)展歷史v與與激光激光有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（Nobel Prize） （以下是關(guān)于激光

9、技術(shù)的理論基礎(chǔ)）l1929年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)l路易斯路易斯德布羅意德布羅意 Prince Louis-victor de Broglie 1892-1987l電子的波動(dòng)性電子的波動(dòng)性ph/德布羅意公式：發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景11 1.2 激光的發(fā)展史發(fā)展歷史v與與激光激光有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（Nobel Prize） （以下是關(guān)于激光技術(shù)的理論基礎(chǔ)）l1961年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)l霍夫斯塔特霍夫斯塔特 Robert Hofstadter 1915-1990l核子結(jié)構(gòu)核子結(jié)構(gòu)l他在電子受原子核散射的先驅(qū)性研究及由此他在電子受原子核散射的先驅(qū)性研究及由

10、此獲得的核子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)獲得的核子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景12 1.2 激光的發(fā)展史發(fā)展歷史v與與激光激光有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（Nobel Prize） （以下是關(guān)于激光技術(shù)的理論基礎(chǔ)）l1961年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)l穆斯塔爾穆斯塔爾 Rudolf Hofstadter1915-1990l穆斯堡爾效應(yīng)穆斯堡爾效應(yīng)l他對(duì)他對(duì)輻射的共振吸收的研究和發(fā)現(xiàn)與此練習(xí)輻射的共振吸收的研究和發(fā)現(xiàn)與此練習(xí)的以他的名字命名的效應(yīng)。的以他的名字命名的效應(yīng)。發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景13 1.2 激光的發(fā)展史發(fā)展歷史v與與激光激光有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（Nobel

11、 Prize） （以下是關(guān)于激光技術(shù)的理論基礎(chǔ)）l1963年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)l維格納維格納 Eugene Paul Wigner 1902-1995l對(duì)原子核和基本粒子理論，特別是通過(guò)基本對(duì)原子核和基本粒子理論，特別是通過(guò)基本對(duì)稱原理的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用所作的貢獻(xiàn)對(duì)稱原理的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用所作的貢獻(xiàn)發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景14 1.2 激光的發(fā)展史發(fā)展歷史v與與激光激光有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（Nobel Prize） （以下是關(guān)于激光技術(shù)的理論基礎(chǔ)）l1963年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)l格佩特格佩特-邁耶邁耶 Maria Goeppert 1906-1972 延森延森 J

12、.Hans.D.Jensen 1907-1973l他們?cè)诎l(fā)現(xiàn)核殼層結(jié)構(gòu)方他們?cè)诎l(fā)現(xiàn)核殼層結(jié)構(gòu)方面做了巨大貢獻(xiàn)面做了巨大貢獻(xiàn)發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景15 1.2 激光的發(fā)展史發(fā)展歷史v與與激光激光有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（Nobel Prize）l1964年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)l湯斯湯斯 Charles H.Townes 1915-l湯斯小組歷經(jīng)兩年的試驗(yàn)，終于在湯斯小組歷經(jīng)兩年的試驗(yàn)，終于在1953年制成年制成了第一臺(tái)微波激射器，取名為了第一臺(tái)微波激射器，取名為“微波激射放大器微波激射放大器”（Microwave Amplification by Stimulated

13、Emission of Radiation),簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱MASER(微波激射微波激射器）。器）。發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景16 1.2 激光的發(fā)展史發(fā)展歷史v與與激光激光有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（Nobel Prize）l1964年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)l巴索夫巴索夫Nikolay G.Basov 1922- 普羅霍羅夫普羅霍羅夫 Aleksandr M.Prokhorov 1916-l他們從事量子電子學(xué)方面的基礎(chǔ)工作，這些工他們從事量子電子學(xué)方面的基礎(chǔ)工作，這些工作導(dǎo)致了基于微波激射器和激光原理制成的振蕩作導(dǎo)致了基于微波激射器和激光原理制成的振蕩器和放大器器和放大器發(fā)展歷史

14、產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景17 1.2 激光的發(fā)展史發(fā)展歷史v與與激光激光有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（Nobel Prize）l 1968年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)l阿爾瓦雷斯阿爾瓦雷斯 Luis W.Alvarez 1911-1988l共振態(tài)的發(fā)現(xiàn)共振態(tài)的發(fā)現(xiàn) 他對(duì)基本粒子物他對(duì)基本粒子物理學(xué)的決定性貢獻(xiàn)，特別是發(fā)現(xiàn)理學(xué)的決定性貢獻(xiàn)，特別是發(fā)現(xiàn)了許多共振態(tài)，這些發(fā)現(xiàn)是由于了許多共振態(tài)，這些發(fā)現(xiàn)是由于他發(fā)展了氫泡室技術(shù)和數(shù)據(jù)分析他發(fā)展了氫泡室技術(shù)和數(shù)據(jù)分析方法才成為可能。方法才成為可能。發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景18 1.2 激光的發(fā)展史發(fā)展歷史v與與激光激光有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（有關(guān)

15、的諾貝爾獎(jiǎng)（Nobel Prize）l 1971年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)l伽博伽博 Dennis Gabor 1900-1979l全息術(shù)的發(fā)明全息術(shù)的發(fā)明發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景19 1.2 激光的發(fā)展史發(fā)展歷史v與與激光激光有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（Nobel Prize）l1981年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)l布隆姆貝根布隆姆貝根Nicolaas Bloembergen 肖洛肖洛 Arthur L.Schawlowl在發(fā)展激光光譜學(xué)所作在發(fā)展激光光譜學(xué)所作的巨大貢獻(xiàn)的巨大貢獻(xiàn)發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景20 1.2 激光的發(fā)展史發(fā)展歷史v與與激光激光有關(guān)的諾貝

16、爾獎(jiǎng)（有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)（Nobel Prize）l1997年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)l朱棣文朱棣文Stephen Chu 科恩科恩-塔諾季塔諾季Claude Cohen-Tannoudji 菲利普斯菲利普斯 William D.Phillipsl激光冷卻和陷俘原子激光冷卻和陷俘原子發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景21 Transition Page過(guò)渡頁(yè)* 發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景1234發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景22 2.0 目錄產(chǎn)生原理2.1 激光的三大特性 P232.2 物理概念 P242.3 激光產(chǎn)生條件 P452.4 激光器的結(jié)構(gòu) P51發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展

17、前景23 2.1激光的三大特性方向性好：一束激光射到38萬(wàn)km的月球上，光斑的直徑只有2km。單色性好：激光的單色性比普通光高10倍以上。能量集中：脈沖瞬時(shí)功率大（可達(dá)10 14瓦）。激光的顏色非常單純，而且只向著一個(gè)方向發(fā)光，亮度極高。相干性好：所有的光波都是同步的，整束光就好像一個(gè)“波列”。 產(chǎn)生原理均在點(diǎn)擊這里返回均在點(diǎn)擊這里返回發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景24 產(chǎn)生原理2.2物理概念要學(xué)習(xí)激光的產(chǎn)生原理，首先需要理解以下幾個(gè)物理概念：要學(xué)習(xí)激光的產(chǎn)生原理，首先需要理解以下幾個(gè)物理概念：能級(jí)能級(jí) 受激輻射受激輻射躍遷躍遷 受激吸收和受激輻射之間的關(guān)系受激吸收和受激輻射之間的關(guān)系自發(fā)輻

18、射自發(fā)輻射 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)受激吸收受激吸收 玻爾茲曼分布規(guī)律玻爾茲曼分布規(guī)律發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景25 產(chǎn)生原理2.2物理概念能級(jí) 物質(zhì)是由原子組成，而原子又是由原子核及電子構(gòu)成。電子圍繞著原子核運(yùn)動(dòng)。而電子在原子中的能量不是任意的。描述微觀世界的量子力學(xué)告訴我們，這些電子會(huì)處于一些固定的“能級(jí)能級(jí)”，不同的能級(jí)對(duì)應(yīng)于不同的電子能量，不同的能級(jí)對(duì)應(yīng)于不同的電子能量，離原子核越遠(yuǎn)的軌道能量越高。離原子核越遠(yuǎn)的軌道能量越高。此外，不同軌道可最多容納的電子數(shù)目也不同，例如最低的軌道（也是最近原子核的軌道）最多只可容納2個(gè)電子，較高的軌道上則可容納8個(gè)電子等等。發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用

19、發(fā)展前景26 產(chǎn)生原理2.2物理概念能級(jí)原子能級(jí)圖手稿原子能級(jí)圖手稿能級(jí)是用來(lái)表達(dá)在一定能層上（K、L、M、N、O、P、Q）而又具有一定形狀具有一定形狀的電子云的電子云的電子?！澳芗?jí)”一詞是從物理學(xué)中借用過(guò)來(lái)的概念，原意是說(shuō)原子由原子核和核外繞核運(yùn)轉(zhuǎn)的電子構(gòu)成，電子由于具有不同的能量，就按照各自不同的軌道圍繞原子核運(yùn)轉(zhuǎn)，即能量不同的電子處于不同的相應(yīng)等能量不同的電子處于不同的相應(yīng)等級(jí)級(jí)，這種現(xiàn)象在管理學(xué)上同樣存在。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景27 產(chǎn)生原理2.2物理概念躍遷 電子可以通過(guò)吸收或釋放能量吸收或釋放能量從一個(gè)能級(jí)躍遷到另一個(gè)能級(jí)。例如當(dāng)電子吸收了一個(gè)光子時(shí)，它便

20、可能從一個(gè)較低的能級(jí)躍遷至一個(gè)較高的能級(jí)。同樣地，一個(gè)位于高能級(jí)的電子也會(huì)通過(guò)發(fā)射一個(gè)光子而躍遷至較低的能級(jí)。在這些過(guò)程中，電子釋放或吸收的光子能量總電子釋放或吸收的光子能量總是與這兩能級(jí)的能量差相等是與這兩能級(jí)的能量差相等。由于光子能量決定了光的波長(zhǎng)，因此，吸收或釋放的光具有固定的顏色。產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景28 產(chǎn)生原理2.2物理概念躍遷電子能級(jí)躍遷圖電子能級(jí)躍遷圖 電子可以通過(guò)吸收或吸收或釋放能量釋放能量從一個(gè)能級(jí)躍遷到另一個(gè)能級(jí)。例如當(dāng)電子吸收了一個(gè)光子時(shí)，它便可能從一個(gè)較低的能級(jí)躍遷至一個(gè)較高的能級(jí)。同樣地，一個(gè)位于高能級(jí)的電子也會(huì)通過(guò)發(fā)射一個(gè)光子而躍遷至較低的能級(jí)

21、。產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景29 產(chǎn)生原理2.2物理概念躍遷 如圖所示，在這些過(guò)程中，電子釋放或吸收的光子能量電子釋放或吸收的光子能量總是與這兩能級(jí)的能量差相總是與這兩能級(jí)的能量差相等等。由于光子能量決定了光的波長(zhǎng)，因此，吸收或釋放的光具有固定的顏色。產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景30 產(chǎn)生原理2.2物理概念自發(fā)輻射產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景31 產(chǎn)生原理2.2物理概念自發(fā)輻射 高能級(jí)的電子高能級(jí)的電子在沒(méi)有外界作用下自發(fā)地在沒(méi)有外界作用下自發(fā)地遷移至低能級(jí)，遷移至低能級(jí)，并在躍遷時(shí)產(chǎn)生光（電磁波）輻射，輻射光子能量為并在躍遷時(shí)產(chǎn)生光（電磁波）輻射，輻射光

22、子能量為hv=E2-E1，即兩個(gè)能級(jí)之間的能量差。，即兩個(gè)能級(jí)之間的能量差。 這種輻射的特點(diǎn)是每一個(gè)電這種輻射的特點(diǎn)是每一個(gè)電子的躍遷是子的躍遷是自發(fā)的、獨(dú)立進(jìn)行的自發(fā)的、獨(dú)立進(jìn)行的，其過(guò)程全無(wú)外界的影響，其過(guò)程全無(wú)外界的影響，彼此之間也沒(méi)有關(guān)系彼此之間也沒(méi)有關(guān)系。因此它們發(fā)出的光子的狀態(tài)是各不相。因此它們發(fā)出的光子的狀態(tài)是各不相同的。這樣的光相干性差，方向散亂。同的。這樣的光相干性差，方向散亂。光源的光主要是靠自發(fā)輻射產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景32 產(chǎn)生原理2.2物理概念受激吸收 受激吸收就是受激吸收就是處于低能態(tài)的原子吸收外界輻射而躍處于低能態(tài)的原子吸收外界輻射而躍遷到高能態(tài)

23、遷到高能態(tài)。 電子可通過(guò)吸收光子從低能級(jí)躍遷到高能電子可通過(guò)吸收光子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)級(jí)。 普通常見(jiàn)光源的發(fā)光（如電燈、火焰、太陽(yáng)等的發(fā)光）普通常見(jiàn)光源的發(fā)光（如電燈、火焰、太陽(yáng)等的發(fā)光）都是由于物質(zhì)在受到外來(lái)能量（如光能、電能、熱能等）都是由于物質(zhì)在受到外來(lái)能量（如光能、電能、熱能等）作用時(shí)，原子中的電子吸收外來(lái)能量而從低能級(jí)躍遷到作用時(shí)，原子中的電子吸收外來(lái)能量而從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，即原子被激發(fā)。激發(fā)的過(guò)程是一個(gè)高能級(jí)，即原子被激發(fā)。激發(fā)的過(guò)程是一個(gè)“受激吸收受激吸收”過(guò)程。過(guò)程。產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景33 產(chǎn)生原理2.2物理概念受激輻射產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)

24、用發(fā)展前景34 產(chǎn)生原理2.2物理概念受激輻射 受激輻射是指處于高能級(jí)的電子在光子的受激輻射是指處于高能級(jí)的電子在光子的“刺激刺激”或者或者“感感應(yīng)應(yīng)”下，躍遷到低能級(jí)，并輻射出一個(gè)和入射光子同樣頻率的光下，躍遷到低能級(jí)，并輻射出一個(gè)和入射光子同樣頻率的光子。子。 受激輻射的最大特點(diǎn)是受激輻射的最大特點(diǎn)是由受激輻射產(chǎn)生的光子與引起受激輻由受激輻射產(chǎn)生的光子與引起受激輻射的原來(lái)的光子具有完全相同的狀態(tài)射的原來(lái)的光子具有完全相同的狀態(tài)。它們具有相同的頻率，相。它們具有相同的頻率，相同的方向，完全無(wú)法區(qū)分出兩者的差異。這樣，通過(guò)一次受激輻同的方向，完全無(wú)法區(qū)分出兩者的差異。這樣，通過(guò)一次受激輻射，一

25、個(gè)光子變?yōu)閮蓚€(gè)相同的光子。這意味著光被加強(qiáng)了，或者射，一個(gè)光子變?yōu)閮蓚€(gè)相同的光子。這意味著光被加強(qiáng)了，或者說(shuō)光被放大了。說(shuō)光被放大了。這正是產(chǎn)生激光的基本過(guò)程。這正是產(chǎn)生激光的基本過(guò)程。產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景35 產(chǎn)生原理2.2物理概念受激吸收和受激輻射之間的關(guān)系 受激吸收和受激輻射之間的關(guān)系那么到底原子吸收外來(lái)的光子后，是表現(xiàn)為呢?還是表現(xiàn)為呢？產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景36 產(chǎn)生原理 在一個(gè)原子體系中，總有些原子處于高能級(jí)，在一個(gè)原子體系中，總有些原子處于高能級(jí)，有些處于低能級(jí)。而自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子既可以去有些處于低能級(jí)。而自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子既可以去刺激高能

26、級(jí)的原子使它產(chǎn)生受激輻射，也可能被低刺激高能級(jí)的原子使它產(chǎn)生受激輻射，也可能被低能級(jí)的原子吸收而造成受激吸收。因此，能級(jí)的原子吸收而造成受激吸收。因此，在光和原在光和原子體系的相互作用中，自發(fā)輻射、受激輻射和受激子體系的相互作用中，自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收總是同時(shí)存在的。吸收總是同時(shí)存在的。2.2物理概念受激吸收和受激輻射之間的關(guān)系產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景37 產(chǎn)生原理 如果想獲得越來(lái)越強(qiáng)的光，也就是說(shuō)產(chǎn)生越來(lái)越多如果想獲得越來(lái)越強(qiáng)的光，也就是說(shuō)產(chǎn)生越來(lái)越多的光子，就必須要使受激輻射產(chǎn)生的光子多于受激吸收的光子，就必須要使受激輻射產(chǎn)生的光子多于受激吸收所吸收的光子。怎樣才能

27、做到這一點(diǎn)呢？我們知道，光所吸收的光子。怎樣才能做到這一點(diǎn)呢？我們知道，光子對(duì)于高低能級(jí)的原子是一視同仁的。在光子作用下，子對(duì)于高低能級(jí)的原子是一視同仁的。在光子作用下，高能級(jí)原子產(chǎn)生受激輻射的機(jī)會(huì)和低能級(jí)的原子產(chǎn)生受高能級(jí)原子產(chǎn)生受激輻射的機(jī)會(huì)和低能級(jí)的原子產(chǎn)生受激吸收的機(jī)會(huì)是相同的。這樣，激吸收的機(jī)會(huì)是相同的。這樣，是否能得到光的放大就是否能得到光的放大就取決于高、低能級(jí)的原子數(shù)量之比。取決于高、低能級(jí)的原子數(shù)量之比。2.2物理概念受激吸收和受激輻射之間的關(guān)系產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景38 產(chǎn)生原理 若位于高能態(tài)的原子遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于位于低能態(tài)的原子，若位于高能態(tài)的原子遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于位于低

28、能態(tài)的原子，我們就得到被高度放大的光。但是，在通常熱平衡的原我們就得到被高度放大的光。但是，在通常熱平衡的原子體系中，原子數(shù)目按能級(jí)的分布服從子體系中，原子數(shù)目按能級(jí)的分布服從玻爾茲曼分布規(guī)玻爾茲曼分布規(guī)律律。 因此，位于高能級(jí)的原子數(shù)總是少于低能級(jí)的原子因此，位于高能級(jí)的原子數(shù)總是少于低能級(jí)的原子數(shù)。在這種情況下，為了得到光的放大，必須到非熱平數(shù)。在這種情況下，為了得到光的放大，必須到非熱平衡的體系中去尋找。衡的體系中去尋找。2.2物理概念受激吸收和受激輻射之間的關(guān)系產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景39 產(chǎn)生原理 一個(gè)誘發(fā)光子不僅能引起受激輻射，而且它也一個(gè)誘發(fā)光子不僅能引起

29、受激輻射，而且它也能引起受激吸收，所以只有當(dāng)處在高能級(jí)的原子數(shù)能引起受激吸收，所以只有當(dāng)處在高能級(jí)的原子數(shù)目比處在低能級(jí)的還多時(shí)，受激輻射才能超過(guò)受激目比處在低能級(jí)的還多時(shí)，受激輻射才能超過(guò)受激吸收，而占優(yōu)勢(shì)。由此可見(jiàn)，吸收，而占優(yōu)勢(shì)。由此可見(jiàn)，為使光源發(fā)射激光，為使光源發(fā)射激光，而不是發(fā)出普通光的關(guān)鍵是發(fā)光原子處在高能級(jí)的而不是發(fā)出普通光的關(guān)鍵是發(fā)光原子處在高能級(jí)的數(shù)目比低能級(jí)上的多數(shù)目比低能級(jí)上的多，這種情況，稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。，這種情況，稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。2.2物理概念粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)示意圖粒子數(shù)反轉(zhuǎn)示意圖產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景40 產(chǎn)生原理2.2物理概念粒子數(shù)反轉(zhuǎn)但是

30、在熱平衡條件下，原子幾乎都處于最低能級(jí)（基態(tài)）。在熱平衡條件下，原子幾乎都處于最低能級(jí)（基態(tài)）。如何才能達(dá)到粒子數(shù)反如何才能達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)呢？轉(zhuǎn)狀態(tài)呢？ 這需要利用激活媒質(zhì)。所謂激活這需要利用激活媒質(zhì)。所謂激活媒質(zhì)媒質(zhì)(也稱為放大媒質(zhì)或放大介質(zhì)），也稱為放大媒質(zhì)或放大介質(zhì)），就是可以使就是可以使某兩個(gè)能級(jí)間呈現(xiàn)粒子數(shù)某兩個(gè)能級(jí)間呈現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的物質(zhì)。反轉(zhuǎn)的物質(zhì)。它可以是氣體，也可以它可以是氣體，也可以是固體或液體。用二能級(jí)的系統(tǒng)來(lái)做是固體或液體。用二能級(jí)的系統(tǒng)來(lái)做激活媒質(zhì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是不可能的。激活媒質(zhì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是不可能的。要想獲得粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須使用多能要想獲得粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須使用

31、多能級(jí)系統(tǒng)。級(jí)系統(tǒng)。產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景41 產(chǎn)生原理2.2物理概念玻爾茲曼分布規(guī)律路德維希路德維希玻爾茲曼玻爾茲曼(Ludwig Edward Boltzmann 1844.2.20-1906.9.5)，熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的奠基人之一。，熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的奠基人之一。玻爾茲曼玻爾茲曼1844年出生于奧地利的維也納，年出生于奧地利的維也納，1866年獲得維也納大學(xué)博士學(xué)位。年獲得維也納大學(xué)博士學(xué)位。玻爾茲曼的貢獻(xiàn)主要在熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理方面。玻爾茲曼的貢獻(xiàn)主要在熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理方面。1869年，他將麥克斯韋速度分布律推廣到保守力年，他將麥克斯韋速度分布律推廣到保守力場(chǎng)作用下

32、的情況，得到了場(chǎng)作用下的情況，得到了玻爾茲曼分布律玻爾茲曼分布律。1872年，玻爾茲曼建立了年，玻爾茲曼建立了玻爾茲曼方程玻爾茲曼方程（又稱輸運(yùn)方（又稱輸運(yùn)方程），用來(lái)描述氣體從非平衡態(tài)到平衡態(tài)過(guò)渡的程），用來(lái)描述氣體從非平衡態(tài)到平衡態(tài)過(guò)渡的過(guò)程。過(guò)程。1877年他又提出了著名的年他又提出了著名的玻爾茲曼熵公式玻爾茲曼熵公式。產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景42 產(chǎn)生原理2.2物理概念玻爾茲曼分布規(guī)律 在通常熱平衡條件下，處于高能級(jí)E2上的原子數(shù)密度N2，遠(yuǎn)比處于低能級(jí)的原子數(shù)密度低，這是因?yàn)樘幱谀芗?jí)E的原子數(shù)密度N的大小時(shí)隨能級(jí)E的增加而指數(shù)減小，即Nee(-E/kT)，這就是著名的

33、波耳茲曼分布規(guī)律。Nee(-E/kT)于是在上、下兩個(gè)能級(jí)上的原子數(shù)密度比為：N2/N1e-(E2-E1)/kT 式中k為波耳茲曼常量，T為絕對(duì)溫度。因?yàn)镋2E1，所以N2N1。產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景43 產(chǎn)生原理2.2物理概念玻爾茲曼分布規(guī)律產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景44 產(chǎn)生原理2.2物理概念玻爾茲曼分布規(guī)律 值得注意的是，在環(huán)境溫度不同的條件下所測(cè)量求得的k值，并沒(méi)有受到影響，與理論推導(dǎo)值k=1.38066210-23J/K，相對(duì)誤差都在0.1%以內(nèi)，較精確地計(jì)算出k值。兩次的擬合指數(shù)均是0.99997，從而可以看出U2與U1之間能夠很好的滿足指數(shù)規(guī)律。實(shí)

34、驗(yàn)誤差產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景45 產(chǎn)生原理2.3激光產(chǎn)生過(guò)程產(chǎn)生激光的三大條件產(chǎn)生激光的三大條件能在外界激勵(lì)能源的作用下形成粒子數(shù)密度能在外界激勵(lì)能源的作用下形成粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的增益介質(zhì)；反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的增益介質(zhì)；要使受激發(fā)射光強(qiáng)超過(guò)受激吸收，必須實(shí)現(xiàn)要使受激發(fā)射光強(qiáng)超過(guò)受激吸收，必須實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)n n2 2-n-n1 1g g2 2/g/g1 100（方法是利用外界激（方法是利用外界激勵(lì)能源把大量粒子激勵(lì)到高能級(jí)）；勵(lì)能源把大量粒子激勵(lì)到高能級(jí)）；要使受激發(fā)射光強(qiáng)超過(guò)自發(fā)發(fā)射，必須提高要使受激發(fā)射光強(qiáng)超過(guò)自發(fā)發(fā)射，必須提高光子簡(jiǎn)并度光子簡(jiǎn)并度 。（方法：利

35、用光學(xué)諧振腔造成強(qiáng)輻射場(chǎng)，以提（方法：利用光學(xué)諧振腔造成強(qiáng)輻射場(chǎng)，以提高腔內(nèi)光場(chǎng)的相干性）。高腔內(nèi)光場(chǎng)的相干性）。n產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景46 產(chǎn)生原理2.3激光產(chǎn)生過(guò)程 首先首先，原子吸收外部注入的能量，躍遷至受激態(tài)（原子吸收外部注入的能量，躍遷至受激態(tài)（E3）。）。原子處于受激態(tài)的時(shí)間非常短，大約為原子處于受激態(tài)的時(shí)間非常短，大約為107秒后，它便會(huì)落秒后，它便會(huì)落到一個(gè)稱為亞穩(wěn)態(tài)（到一個(gè)稱為亞穩(wěn)態(tài)（E2）的中間狀態(tài)。原子在亞穩(wěn)態(tài)的時(shí)間很）的中間狀態(tài)。原子在亞穩(wěn)態(tài)的時(shí)間很長(zhǎng)，大約是長(zhǎng)，大約是103秒或更長(zhǎng)的時(shí)間。原子長(zhǎng)時(shí)間停留在亞穩(wěn)態(tài)，秒或更長(zhǎng)的時(shí)間。原子長(zhǎng)時(shí)間停留在亞穩(wěn)

36、態(tài)，導(dǎo)致在亞穩(wěn)態(tài)的原子數(shù)目多于在基態(tài)的原子數(shù)目，此時(shí)的狀導(dǎo)致在亞穩(wěn)態(tài)的原子數(shù)目多于在基態(tài)的原子數(shù)目，此時(shí)的狀態(tài)稱就是態(tài)稱就是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景47 產(chǎn)生原理2.3激光產(chǎn)生過(guò)程 以紅寶石激光器為例，它由一枝以紅寶石激光器為例，它由一枝閃光燈，激光介質(zhì)和兩面鏡所組成。閃光燈，激光介質(zhì)和兩面鏡所組成。激光介質(zhì)是紅寶石晶體，當(dāng)中有微量激光介質(zhì)是紅寶石晶體，當(dāng)中有微量的鉻原子。的鉻原子。微量的鉻原子微量的鉻原子產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景48 產(chǎn)生原理2.3激光產(chǎn)生過(guò)程 在開(kāi)始時(shí)，閃光燈發(fā)在開(kāi)始時(shí)，閃光燈發(fā)出的光射入激光介質(zhì)，使出

37、的光射入激光介質(zhì)，使激光介質(zhì)中的鉻原子受到激光介質(zhì)中的鉻原子受到激發(fā)，最外層的電子躍遷激發(fā)，最外層的電子躍遷到受激態(tài)。到受激態(tài)。 此時(shí)，有些電子會(huì)透過(guò)此時(shí)，有些電子會(huì)透過(guò)釋放光子，回到較低的能階。釋放光子，回到較低的能階。而釋放出的光子會(huì)被設(shè)于激而釋放出的光子會(huì)被設(shè)于激光介質(zhì)兩端的鏡子來(lái)回反射，光介質(zhì)兩端的鏡子來(lái)回反射，誘發(fā)更多的電子進(jìn)行受激輻誘發(fā)更多的電子進(jìn)行受激輻射，使激光的強(qiáng)度增加。射，使激光的強(qiáng)度增加。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景49 產(chǎn)生原理2.3激光產(chǎn)生過(guò)程 設(shè)在兩端的其中一面設(shè)在兩端的其中一面鏡子會(huì)把全部光子反射，鏡子會(huì)把全部光子反射，另一面鏡子則會(huì)把大部分另

38、一面鏡子則會(huì)把大部分光子反射，并讓其余小部光子反射，并讓其余小部分光子穿過(guò)而穿過(guò)鏡子分光子穿過(guò)而穿過(guò)鏡子的光子就構(gòu)成我們所見(jiàn)的的光子就構(gòu)成我們所見(jiàn)的激光。激光。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景50 產(chǎn)生原理2.3激光產(chǎn)生過(guò)程產(chǎn)生激光還有一個(gè)巧妙之處，就是要實(shí)現(xiàn)所謂產(chǎn)生激光還有一個(gè)巧妙之處，就是要實(shí)現(xiàn)所謂粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的狀態(tài)。的狀態(tài)。 以紅寶石激光為例以紅寶石激光為例 ，原子，原子首先首先吸收能量吸收能量，躍遷至受激態(tài)。，躍遷至受激態(tài)。原子處于受激態(tài)的時(shí)間非常短，原子處于受激態(tài)的時(shí)間非常短，大約大約10-7 秒后，它便會(huì)落到一秒后，它便會(huì)落到一個(gè)稱為個(gè)稱為亞穩(wěn)態(tài)亞穩(wěn)態(tài)的中間

39、狀。原子的中間狀。原子停留在亞穩(wěn)態(tài)的時(shí)間很長(zhǎng)，大停留在亞穩(wěn)態(tài)的時(shí)間很長(zhǎng)，大約是約是10-3秒或更長(zhǎng)的時(shí)間。電秒或更長(zhǎng)的時(shí)間。電子長(zhǎng)時(shí)間留在亞穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致在子長(zhǎng)時(shí)間留在亞穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致在亞穩(wěn)態(tài)的原子數(shù)目多于在基態(tài)亞穩(wěn)態(tài)的原子數(shù)目多于在基態(tài)的原子數(shù)目。的原子數(shù)目。 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是產(chǎn)生激光粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是產(chǎn)生激光的的關(guān)鍵關(guān)鍵，因?yàn)樗雇高^(guò)受激，因?yàn)樗雇高^(guò)受激輻射由亞穩(wěn)態(tài)回到基態(tài)的原輻射由亞穩(wěn)態(tài)回到基態(tài)的原子，比透過(guò)自發(fā)吸收由基態(tài)子，比透過(guò)自發(fā)吸收由基態(tài)躍遷至亞穩(wěn)態(tài)的原子為多，躍遷至亞穩(wěn)態(tài)的原子為多，從而保證了介質(zhì)內(nèi)的光子可從而保證了介質(zhì)內(nèi)的光子可以增多，以輸出激光。以增多，以輸出激光。產(chǎn)生原理產(chǎn)生原理發(fā)展歷史

40、產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景51 產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)工作物質(zhì)工作物質(zhì)激勵(lì)源激勵(lì)源（泵浦）（泵浦）諧振腔諧振腔的的產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景52 產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)工作物質(zhì)：工作物質(zhì)：激光的產(chǎn)生必須選擇合適的激光的產(chǎn)生必須選擇合適的工作介質(zhì)，可以是氣體、液體、固體或半導(dǎo)工作介質(zhì)，可以是氣體、液體、固體或半導(dǎo)體。體。關(guān)鍵是能在這種介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，關(guān)鍵是能在這種介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，以獲得產(chǎn)生激光的必要條件。以獲得產(chǎn)生激光的必要條件。顯然，亞穩(wěn)態(tài)顯然，亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的存在，對(duì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是非常有利能級(jí)的存在，對(duì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是非常有利的。的。工作物質(zhì)工作物質(zhì)產(chǎn)生原理發(fā)展

41、歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景53 產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)諧振腔諧振腔 有了合適的工作物質(zhì)和激勵(lì)源后，有了合適的工作物質(zhì)和激勵(lì)源后，可實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，但這樣產(chǎn)生的受可實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，但這樣產(chǎn)生的受激輻射強(qiáng)度很弱，無(wú)法實(shí)際應(yīng)用。激輻射強(qiáng)度很弱，無(wú)法實(shí)際應(yīng)用。 還需要將輻射的光進(jìn)行放大，于是還需要將輻射的光進(jìn)行放大，于是人們就想到了用人們就想到了用光學(xué)諧振腔光學(xué)諧振腔進(jìn)行進(jìn)行放大。放大。如何解決？如何解決？產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景54 產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)諧振腔諧振腔 所謂光學(xué)諧振腔，實(shí)際是在激光器兩端，平行裝上兩塊反射率很高的鏡片，一塊為全反射鏡片，一塊為部分反射、少量透

42、射鏡片。產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景55 產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)諧振腔諧振腔l全反射鏡片全反射鏡片的作用是將入射的光全部按原路徑反射回去的作用是將入射的光全部按原路徑反射回去l部分反射鏡片部分反射鏡片的作用是將能量未達(dá)到一定限度的部分光的作用是將能量未達(dá)到一定限度的部分光子按原路徑反射回去，而達(dá)到一定能量限度的光子則透射子按原路徑反射回去，而達(dá)到一定能量限度的光子則透射而出。而出。l這樣，透射而出的這部分光子就成為我們需要的，經(jīng)過(guò)這樣，透射而出的這部分光子就成為我們需要的，經(jīng)過(guò)放大了的激光；而被反射回工作介質(zhì)的光，則放大了的激光；而被反射回工作介質(zhì)的光，則繼續(xù)誘發(fā)新繼續(xù)誘發(fā)新一

43、輪的受激輻射，光將逐漸被放大一輪的受激輻射，光將逐漸被放大。產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景56 產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)諧振腔諧振腔 光在諧振腔中來(lái)回振光在諧振腔中來(lái)回振蕩，造成連鎖反應(yīng)，雪崩蕩，造成連鎖反應(yīng)，雪崩似的獲得放大，似的獲得放大，產(chǎn)生強(qiáng)烈產(chǎn)生強(qiáng)烈的激光的激光，直到能量達(dá)到一，直到能量達(dá)到一定的限度，從部分反射鏡定的限度，從部分反射鏡片中輸出。片中輸出。產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景57 產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu) 為了使工作介質(zhì)中出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須用一定的為了使工作介質(zhì)中出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須用一定的方法去激勵(lì)原子體系，使方法去激勵(lì)原子體系，使處于上能級(jí)的粒子

44、數(shù)增加處于上能級(jí)的粒子數(shù)增加。l電激勵(lì)：電激勵(lì)：一般可以用氣體放電的辦法來(lái)利用具有動(dòng)能一般可以用氣體放電的辦法來(lái)利用具有動(dòng)能的電子去激發(fā)介質(zhì)原子的電子去激發(fā)介質(zhì)原子l光激勵(lì)：光激勵(lì)：用脈沖光源來(lái)照射工作介質(zhì)用脈沖光源來(lái)照射工作介質(zhì)l熱激勵(lì)熱激勵(lì)l化學(xué)激勵(lì)化學(xué)激勵(lì)l 各種激勵(lì)方式被形象化地稱為泵浦或抽運(yùn)。為了不斷得到各種激勵(lì)方式被形象化地稱為泵浦或抽運(yùn)。為了不斷得到激光輸出，必須不斷地激光輸出，必須不斷地“泵浦泵浦”以維持處于上能級(jí)的粒子數(shù)比以維持處于上能級(jí)的粒子數(shù)比下能級(jí)多。下能級(jí)多。激勵(lì)源激勵(lì)源（泵浦）（泵浦）產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景58 產(chǎn)生原理2.4激光器的結(jié)構(gòu)l激光器的

45、分類激光器的分類V價(jià)值觀氣體激氣體激光器光器液體激液體激光器光器固體激固體激光器光器半導(dǎo)體半導(dǎo)體激光器激光器工作介質(zhì)工作介質(zhì)v 根據(jù)激光輸出方式的不根據(jù)激光輸出方式的不同又可分為連續(xù)激光器和同又可分為連續(xù)激光器和脈沖激光器，其中脈沖激脈沖激光器，其中脈沖激光的峰值功率可以非常大，光的峰值功率可以非常大，還可以按發(fā)光的頻率和發(fā)還可以按發(fā)光的頻率和發(fā)光功率大小分類。光功率大小分類。產(chǎn)生原理發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景59 Transition Page過(guò)渡頁(yè)* 發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景1234發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景60 技術(shù)應(yīng)用3.1激光器的應(yīng)用具體應(yīng)用光纖通信光纖通信軍事科

46、技軍事科技工業(yè)生產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)醫(yī)療衛(wèi)生醫(yī)療衛(wèi)生炫酷流行炫酷流行日常生活日常生活光纖常被電信公司用于傳達(dá)電話、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)等。跟傳統(tǒng)的銅線相比光纖的信號(hào)衰減小、抗干擾能力高，特別是在遠(yuǎn)距離、大容量傳輸場(chǎng)合，光纖的優(yōu)勢(shì)更為明顯。激光在科技、軍事上的應(yīng)用也有很多。如激光光譜、激光雷達(dá)、激光武器(遠(yuǎn)程擊毀導(dǎo)彈)等等。激光滅蚊的產(chǎn)品推出，利用激光消滅蚊子。激光器每秒可擊斃50只到100只蚊子。除了速度快之外，該激光器還很精準(zhǔn)，還能區(qū)別蝴蝶和蚊子，也能分辨雌蚊子和雄蚊子之類。如激光打標(biāo)、激光打孔、激光裁床、激光切割、激光繡花等等。激光的迅速準(zhǔn)確的特性能夠更好的在工業(yè)生產(chǎn)上發(fā)揮重要作用，同時(shí)也能夠更好的節(jié)約成本。如

47、激光生命科學(xué)研究、激光診斷、激光治療，其中激光治療又分為：激光手術(shù)治療、弱激光生物刺激作用的非手術(shù)治療和激光的光動(dòng)力治療。鐳射就是個(gè)很好的激光應(yīng)用例子，他可以把影像在空中投影，就是我們常說(shuō)的空氣投影，手表上就可以沒(méi)有表面，中間懸空顯示時(shí)間，保準(zhǔn)你回頭率高！發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景61 技術(shù)應(yīng)用3.2激光核聚變 核聚變核聚變是指由質(zhì)量小的是指由質(zhì)量小的原子，主要是指氘或氚，在原子，主要是指氘或氚，在一定條件下（如超高溫和高一定條件下（如超高溫和高壓），發(fā)生原子核互相聚合壓），發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質(zhì)量更重的作用，生成新的質(zhì)量更重的原子核，并伴隨著巨大的能原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應(yīng)形式。量釋放的一種核反應(yīng)形式。發(fā)展歷史產(chǎn)生原理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景62 技術(shù)應(yīng)用3.2激光核聚變激光核聚變主要有激光核聚變主要有種用途種用