激光检测技术课件硕士09-10

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1、一、什么是检测？二、检测的目的？三、检测的两个过程？四、检测的三种功能？五、检测技术的发展？1、检测理论方面2、检测领域方面3、测量工具和方法激光检测技术主要内容:一、激光的形成原理二、激光的特性与用途三、激光器四、激光检测技术的应用激光技术发展史1.1917年：爱因斯坦在《关于辐射的量子力学»一文预言了原子受激辐射发光的可能性，即存在激光的可能性;2.20世纪50年代：激光器方案的提出；3.1960年：梅曼(Maiman)制成世界上第一台激光器；4.1960年至今：激光技术飞速发展。1961年9月中国科学院长春光学精密机

2、械研究所制成了我国第一台激光器。激光的形成原理光和物质的相互作用基态能级、激发能级、激发态、激发、能级的寿命、亚稳态激发态τ:～10-8s亚稳态τ:～10-3s实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子，同时改变自身运动状况的表现。微观粒子都有它特有的一套能级。任何时刻，一个粒子只能处于与某一个能级相对应的状态（或者简单地表达为处在某一个能级上）。与光相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射一个光子。光子的能量值为此两能级间的能量差△E，频率为△E/h（h为普朗克常量）。跃迁：跃迁：原子从某一能级吸收或

3、释放能量，变成另一能级。吸收跃迁：低吸收能量高辐射跃迁：高辐射能量低（自发辐射）光和物质的相互作用有三种不同的基本过程：自发辐射、受激辐射和受激吸收当外界给予原子一定的能量时，就有可能把电子送到较外层的轨道上去，这时候，我们就说原子从低能级跃迁到高能级；处在高能级上的原子不如在低能级上稳定，它有返回低能级的趋势，当原子自发地从高能级跃迁到低能级时就会发光，这就是辐射。自发辐射处在高能级上的粒子，如存在着可以接纳它的较低能级，即使没有外界的作用，也有一定的概率，自发地从高能级（E2）向低能级（E1）跃迁。同时辐射出能量是E2

4、-E1的光子，称为自发辐射。发光前发光后普通光源（白炽灯、日光灯、高压水银灯）的发光过程为自发辐射。非相干光。自发跃迁几率（自发跃迁爱因斯坦系数）：原子在能级的平均寿命只与原子本身性质有关，与辐射场无关自发辐射是一个随机的过程,处在高能级的原子,什么时候向低能级跃迁发射出光子,带有很大的偶然性,因而气体中原子自发辐射过程中所发射的光子,其相位,偏振态,传播方向都没有确定的关系.即自发光波是不相干的.受激吸收吸收前吸收后受激吸收跃迁几率：：受激吸收跃迁爱因斯坦系数只与原子本身性质有关与原子本身性质和辐射场能量密度有关处于较低

5、能级的粒子在受到外界的激发，吸收了能量时，跃迁到与此能量相适应的较高能级上去。称为受激吸收。发光前发光后受激辐射当外来光子的频率满足时，使原子中处于高能级的电子在外来光子的激发下向低能级跃迁而发光。：受激辐射跃迁爱因斯坦系数只与原子本身性质有关受激辐射跃迁几率：与原子本身性质和辐射场能量密度有关当光与原子相互作用时，总是同时存在这三种过程1917年爱因斯坦指出，除自发辐射之外，当频率为ν=（E2-E1）/h的光子入射时，粒子也会以一定的概率，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

6、向等都相同的光子，这个过程称为受激辐射。所以是相干的。可以设想，如果大量原子处在高能级E2上，当有一个频率ν的光子入射，从而激励E2上的原子产生受激辐射，得到两个特征完全相同的光子，这两个光子又激励E2能级上原子，又使其产生受激辐射，可得到四个特征相同的光子，这意味着原来的光信号被放大了。它使入射光波(外来光)加强,增加其通量密度。这种在受激辐射过程中产生并被放大的光，就是激光。激光就是受激辐射的光放大。简单地说，普通光是物质的原子自发辐射产生的，而激光是物质的原子受激辐射产生的。Laser－“激光”LightAmplif

7、icationbyStimulatedEmissionofRadiation“通过受激辐射实现光放大”形象的音译为“镭射”，在1964年，根据钱学森的建议，将其改称为“激光”。这也就是我们目前最常见的称呼了。结论：1.其他条件相同时，受激辐射和受激吸收具有相同几率。2.热平衡状态下，高能级上原子数少于低能级上原子数，故正常情况下，吸收比发射更频繁，其差额由自发辐射补偿。受激辐射的相干性自发辐射：相互独立、互不相关。受激辐射：受激辐射产生的光子与引起受激辐射的外来光子具有相同的特征（频率、相位、振动方向及传播方向均相同）。受

8、激辐射光子与入射光子属同一光子态。不相干相干光粒子数反转分布及泵浦过程受激辐射的概念爱因斯坦1917提出，激光器却在1960年问世，相隔43年，为什么？主要原因是普通光源中的粒子，产生受激辐射的概率极小。当频率一定的光射入工作物质时，受激辐射和受激吸收两过程同时存在，因受激辐射使光子数增加，受激吸收使光