激光器簡(jiǎn)史及光纖激光器簡(jiǎn)介

激光器簡(jiǎn)史及光纖激光器簡(jiǎn)介目前一頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)概要激光器歷史概述激光器簡(jiǎn)史光纖激光器簡(jiǎn)史光纖激光器簡(jiǎn)介市場(chǎng)和應(yīng)用光纖激光器技術(shù)簡(jiǎn)介激光安全目前二頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)什么是激光?鐳射？LASER由受激輻射的光放大而產(chǎn)生的光（LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation）。目前三頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)激光發(fā)展簡(jiǎn)史–50年目前四頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)激光發(fā)展簡(jiǎn)史–激光與諾貝爾獎(jiǎng)1900年，普朗克提出了能量量子化概念，因此獲得了1918年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)："inrecognitionoftheservicesherenderedtotheadvancementofPhysicsbyhisdiscoveryofenergyquanta".1905年，愛(ài)因斯坦提出了光子假說(shuō)并成功解釋了光電效應(yīng)，并因此獲得了1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)："forhisservicestoTheoreticalPhysics,andespeciallyforhisdiscoveryofthelawofthephotoelectriceffect".AlbertEinsteinMaxPlanck目前五頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)激光發(fā)展簡(jiǎn)史–激光與諾貝爾獎(jiǎng)1913年，波爾借鑒了普朗克的量子理論提出了全新的原子結(jié)構(gòu)模型，因此獲得1922年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)："forhisservicesintheinvestigationofthestructureofatomsandoftheradiationemanatingfromthem".1917年，愛(ài)因斯坦在波爾的原子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提出了波爾借鑒了普朗克的量子理論提出了受激輻射理論，為激光的出現(xiàn)奠定了理論的基礎(chǔ)該理論預(yù)言：光子和原子相互作用包含三種過(guò)程:自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射；提出在物質(zhì)與輻射場(chǎng)的相互作用中，構(gòu)成物質(zhì)的原子或分子可以在光子的激勵(lì)下產(chǎn)生光子的受激發(fā)射或吸收，預(yù)示了有可能利用受激發(fā)射實(shí)現(xiàn)光放大（LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation—LASER）E1E2hv=E2-E1

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hvhvNielsBohr目前六頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)激光發(fā)展簡(jiǎn)史–激光與諾貝爾獎(jiǎng)1947年，蘭姆（Lamb）在氫原子光譜中發(fā)現(xiàn)了明顯的受激輻射，這是受激輻射第一次被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，因此蘭姆獲得了1955年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)："forhisdiscoveriesconcerningthefinestructureofthehydrogenspectrum".1950年，法國(guó)物理學(xué)家Kastler提出了光學(xué)泵浦的方法，兩年后該方法被實(shí)現(xiàn)。他因?yàn)樘岢隽诉@種利用光學(xué)手段研究微波諧振的方法而獲得1966年年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)："forthediscoveryanddevelopmentofopticalmethodsforstudyingHertzianresonancesinatoms".AlfredKastlerWillisEugeneLamb目前七頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)激光發(fā)展簡(jiǎn)史–激光與諾貝爾獎(jiǎng)1951年，Townes提出受激輻射微波放大，即MASTER的概念。1954年，第一臺(tái)氨分子Master建成，首次實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，其主要作用是放大無(wú)線電信號(hào)，以便研究宇宙背景輻射。TOWNES由于在受激輻射放大方面的成就而獲得1964年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)："forfundamentalworkinthefieldofquantumelectronics,whichhasledtotheconstructionofoscillatorsandamplifiersbasedonthemaser-laserprinciple".CharlesHardTownes1952年，韋伯（F.Weber）在受激輻射討論會(huì)上得到啟示，產(chǎn)生了利用受激輻射誘發(fā)原子或分子，從而放大電磁波的想法。他提出了微波激射器的原理。目前八頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)激光發(fā)展簡(jiǎn)史–史上最牛激光器1958年，Schawlow和Townes在Physicsreviewletter上面發(fā)表論文“InfraredandOpticalMaster”,標(biāo)志著激光作為一全新事物登上了歷史舞臺(tái)。1960年，休斯實(shí)驗(yàn)室的梅曼（Maiman）和蘭姆（Lamb）共同研制的紅寶石激光器發(fā)出了694.3nm的紅色激光，標(biāo)志著世上第一臺(tái)激光器的誕生。目前九頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)激光器發(fā)展簡(jiǎn)史–60’s1960年，BELL實(shí)驗(yàn)室制成了第一臺(tái)氦氖激光器；1961年，第一臺(tái)光纖激光器；1962年，第一臺(tái)GaAs半導(dǎo)體激光器；1963年，液體激光器；1964年，CO2氣體激光器；1964年，離子激光器；1964年，Nd:YAG固體激光器；1965年，HCL化學(xué)激光器；1966年，生物染料激光器。目前十頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)中國(guó)第一臺(tái)激光器（1961）目前十一頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)激光器的第一臺(tái)研制成功時(shí)間研制人He-Ne激光器1963年7月鄧錫銘等摻釹玻璃激光器1963年6月干福熹GaAs同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器1963年12月王守武CO2分子激光器1965年9月王潤(rùn)文等國(guó)內(nèi)激光技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史目前十二頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)激光技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史之二各種激光器的開(kāi)發(fā)工作物質(zhì)：固體，氣體，染料，化學(xué)，離子，原子，半導(dǎo)體，X射線輸出功率：大功率，低功率工作方式：短脈沖，脈沖，超短脈沖，連續(xù)輸出穩(wěn)定性：穩(wěn)頻率，穩(wěn)功率，穩(wěn)方向激光模式：多波長(zhǎng)，單一模式目前十三頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)激光技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史之三激光器在各個(gè)方面的應(yīng)用信息技術(shù)：激光通訊檢測(cè)技術(shù)：激光測(cè)距激光加工：激光打孔、激光切割、激光焊接醫(yī)學(xué)應(yīng)用：矯正近視、激光整容科學(xué)研究：激光核聚變目前十四頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)激光技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史之三1969年：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)。1971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。英國(guó)籍匈牙利裔物理學(xué)家DennisGabor憑借對(duì)全息攝像的研究獲得諾貝爾獎(jiǎng)。1974年:第一個(gè)超市條形碼掃描器出現(xiàn)。1975年:IBM投放第一臺(tái)商用機(jī)光打印機(jī)。1978年:飛利浦制造出第一臺(tái)激光盤(pán)(LD)播放機(jī)，不過(guò)價(jià)格很高。1982年:第一臺(tái)緊湊碟片(CD)播放機(jī)出現(xiàn)，第一部CD盤(pán)是美國(guó)歌手BillyJoel在1978年的專輯52ndStreet。1983年:里根總統(tǒng)發(fā)表了“星球大戰(zhàn)”的演講，描繪了基于太空的激光武器。1988年: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)。1990年：激光用于制造業(yè)，包括集成電路和汽車(chē)制造。1991年: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。1996年:東芝推出數(shù)字多用途光盤(pán)(DVD)播放器。2008年: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。2010年:美國(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。目前十五頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)激光技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史之三發(fā)明了近百種不同類型的激光器件，其發(fā)明者都有完全不同的專業(yè)背景各種學(xué)科和技術(shù)應(yīng)用激光并形成了許多重要的交叉學(xué)科：如光電子學(xué)、激光光譜學(xué)、激光化學(xué)、非線性光學(xué)、激光全息術(shù)、激光生物醫(yī)學(xué)、激光計(jì)量、超快光電子學(xué)、激光加工處理......形成了一系列重要技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，光電子產(chǎn)業(yè)方興未艾目前十六頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)激光器應(yīng)用StentmanufactureMarkingMicro-weldingCuttingWeldingPrint/gravureMicro-bendingSpotwelding目前十七頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)激光器應(yīng)用目前十八頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)激光器應(yīng)用案例–打印機(jī)目前十九頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)激光器應(yīng)用案例–打印機(jī)目前二十頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)激光器應(yīng)用案例–視力矯正目前二十一頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)E1E2hv=E2-E1

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hvhv激光器工作基本原理目前二十二頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)激光的特性及分類激光的特性

一般通稱激光的四大特性為：

方向性好

亮度高

相干性好

單色性好目前二十三頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)激光器的分類激光器的分類:按照工作方式分類連續(xù)光激光器;脈沖激光器(調(diào)Q，鎖模，脈沖調(diào)制)按照波長(zhǎng)范圍分類紫外光；紫光；藍(lán)光；綠光；紅光；紅外；中紅外，遠(yuǎn)紅外...193nm,244nm,248nm,355nm,488nm,632nm,1064nm,1310nm,1550nm,2um,10.3um……按照工作物質(zhì)分類氣體激光器；固體激光器；液體激光器；半導(dǎo)體激光器；光纖激光器CO2激光器；Nd:YAG激光器；紅寶石；HeNe激光器；光纖激光器；氬離子激光器按照泵浦工作方式電泵浦；光泵浦；燈泵半導(dǎo)體泵浦（側(cè)泵&端泵）幾類特殊激光器準(zhǔn)分子激光器；目前二十四頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)光纖激光器發(fā)展史1960-

E.Snitzer首次通過(guò)試驗(yàn)研究了摻稀土元素光纖激光器Snitzer,E.Proposedfibercavitiesforopticallasers.J.Appl.Phys.32:36–39,1961.1962-首次報(bào)道的摻鐿光纖激光器H.W.Etzel,etal.,“Stimulatedemissionofinfraredradiationfromytterbium-activatedsilicateglass,”Appl.Opt.,vol.1,1962.1974-

Stone,J報(bào)道了第一臺(tái)半導(dǎo)體激光器泵浦光纖激光器Stone,J.,etal.,Neodymiumfiberlasers:room-temperaturecwoperationwithaninjectionlaserpump.Appl.Opt.13:1256(1974).1985-英國(guó)南安普頓大學(xué)ORC采用改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積（MCVD）的方法成功地研制出單模摻稀土光纖1988-

E.Snitzer提出雙包層光纖概念E.Snitzer,etal.,“Double-clad,offsetcoreNdfiberlaser,”P(pán)roc.Conf.OpticalFiberSensors,PostdeadlinepaperPD5,1988.2003-英國(guó)南安普頓大學(xué)ORC研制出第一個(gè)超過(guò)一千瓦單模輸出的高功率光纖激光器2007-

IPG研發(fā)出超過(guò)3千瓦單模輸出的光纖激光器2010-JPT研發(fā)出基于MOPA結(jié)構(gòu)的10W脈沖光纖激光器

目前二十五頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)光纖激光器–輸出功率劇增1.4kWsingle-mode(ORC)0.4kWSF,SM,SPYbMOPA30W,Nd10W,Yb,SF110,Yb,SM(SDL)150W,Nd/Yb135W,Yb,SM272W,Yb(ORC)352W,Yb,SM(ORC)485W,Nd/Yb,SM1kW,Nd,MM2kW,Yb,MM10kW,Yb,MM20W,Yb,SF120W,Yb,SF87W,Er/Yb,SFMOPA(ORC)1.2mJ,380fs,Yb7.7mJ,10W,Yb(ORC)2.8mJ,50/100W,Yb8.4mJ,120W,Yb(ORC)1.2kWsingle-mode(ORC)366WJACYb(ORC)280W,JACYbPCF1kW,Yb,MM(ORC)0.8kW,Yb,SM(Dual-endoutput)610W,YbSM(ORC)1.3kW,M2<3(Jena)MMSF/PulsedSMto10kW?1.5kW(Jena)2kWsingle-mode(IPG)0.6kW,SM,polarized(ORC)160WEr/Yb80WTm.2mm150WSF,SM,Er:YbMOPA0.32kW,20ps,

YbMOPA264WSF,SM,SPYbMOPA17kW,Yb,MMThe3rdgeneration目前二十六頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)全球商用激光器銷售額以及比例分配目前二十七頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)2008年全球非半導(dǎo)體激光器銷售量目前二十八頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)IPGPhotonics光纖激光器目前二十九頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)IPG銷售－按應(yīng)用細(xì)分目前三十頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)IPG銷售－按市場(chǎng)區(qū)域細(xì)分目前三十一頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)激光器–基本構(gòu)成關(guān)鍵構(gòu)成要素：

增益介質(zhì)

泵浦能量注入

激光腔目前三十二頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)光纖激光器和普通激光器的比較項(xiàng)目光纖激光器普通激光器注釋熱性能優(yōu)良差光纖激光器可消除熱透鏡效應(yīng)光束質(zhì)量?jī)?yōu)良一般纖細(xì)的光纖芯徑?jīng)Q定了其優(yōu)良的光斑特性健壯性可靠性好差全光纖結(jié)構(gòu)保證了其健壯性和可靠性價(jià)格潛力較高一般光纖激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、用料少非線性差好非線性是光纖激光器中最大的一個(gè)限制因素反射鏡反射鏡激光增益介質(zhì)激光束輸出光纖光柵激光束輸出PumpLD有源光纖目前三十三頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)各類激光器中的光束質(zhì)量對(duì)比目前三十四頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)摻稀土光纖激光器激射波長(zhǎng)比較波長(zhǎng)范圍(nm)摻雜粒子能級(jí)躍遷躍遷類型*~550Er3+4S3/2→4I15/23L~850Er3+4S3/2→4I13/24L980~1000Er3+4I11/2→4I15/23L1500~1600Er3+4I13/2→4I15/23L1660Er3+2H11/2→4I9/24L1720Er3+4S3/2→4I9/24L900~950Nd3+4F3/2→4I9/23L1020~1150Nd3+4F3/2→4I11/24L1320~1400Nd3+4F3/2→4I13/24L970~1150Yb3+5F5/2→5F7/23L*:3L:三能級(jí);4L:四能級(jí)目前三十五頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)Yb有源光纖能級(jí)結(jié)構(gòu)和吸收激射特性YtterbiumElectronicstructure:4f145d06s22F5/2g11630f11000e10260cm-1d1490c1060b600a02F7/2CrossSectiondatafromNufern()ABDC目前三十六頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)光纖激光器和光纖放大器有源光纖泵浦源耦合器高反FBG低反FBG隔離器輸出尾纖有源光纖泵浦源耦合器隔離器輸出尾纖半導(dǎo)體激光器做種子源目前三十七頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)環(huán)形腔光纖激光器1480nmPumpdiodeEDFApodizedFBGCirculator90%10%1480/1550nmWDM321OutputExperimentalSetupOpticalspectrawithdifferentscanningspan5minutesinterval2hoursstabilityStabilityover2hours目前三十八頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)有源雙包層光纖技術(shù)折射率涂覆層外包層內(nèi)包層有源纖芯泵浦光輸入雙包層有源光纖激光輸出偏心內(nèi)包層D型內(nèi)包層矩形內(nèi)包層八邊形內(nèi)包層Claddingradius:400um目前三十九頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)雙包層光纖激光器-模式轉(zhuǎn)換目前四十頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)小NA大模場(chǎng)面積光纖設(shè)計(jì)目前四十一頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)小NA大模場(chǎng)面積光纖設(shè)計(jì)增加光纖中能量存儲(chǔ)能力;降低非線性效應(yīng);提高輸出功率利用低數(shù)值孔徑(NA)結(jié)構(gòu)減少光纖中模式數(shù)目;有源摻雜區(qū)集中在纖芯中間,對(duì)低階高斯模具有較大增益–限制高階模式獲得增益;折射率外環(huán)設(shè)計(jì)降低彎曲損耗。H.L.Offerhaus,N.G.Broderick,andD.J.Richardson,“Highenergysingle-transverse-modeQ-switchedfiberlaserbasedonamultimodelarge-mode-areaerbium-dopedfiber,”O(jiān)pticsLetters,Vol.23,No.21,1998.目前四十二頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)一種窄線寬單頻光纖激光器1480nmPumpdiodeEDFApodizedFBGCirculatorHighfinesseFBGFP90%10%1480/1550nmWDM321OutputExperimentalSetupOpticalSpectraoftheFBGsusedinthefiberringlaserOpticalspectrawithdifferentscanningsp