- 信息材料课件-固体激光材料 [兼容模式].pdf

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1、信号与系统一、激光与激光器1信号与系统1、激光及激光器概述l20世纪四大发明：Ø原子能Ø计算机Ø半导体Ø激光器l激光应用Ø通信：Ø激光武器Ø医学2信号与系统1、激光及激光器概述l英文名：LASER(LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation)“镭射”、“莱塞”l中文名：1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”ü“最快的刀”ü“最准的尺”ü“最亮的光”《奇异的激光》——小学五年级语文课文3信号与系统2、激光原理—电光是如何转换的？(a)：自发辐射处于高能级态的原子自发跃迁到低能级态，并同时向

2、外辐射出一个光子；光子能量：h=EE2121宏观表现：发光4信号与系统2、激光原理—电光是如何转换的？(b)：受激吸收处于低能级态的原子在一定条件下的辐射场作用下，吸收一个光子，跃迁到高能级态；宏观表现：光被吸收5信号与系统2、激光原理—电光是如何转换的？(c)：受激辐射处于高能级态的原子在一定条件下的辐射场作用下，跃迁到低能级态，并同时辐射出一个与入射光子完全一样的光子。宏观表现：光被放大6信号与系统2、激光原理—电光是如何转换的？p自发辐射与受激辐射的区别ü自发辐射：完全是一种随机过程，各发光原子的发光过程各自独立，互不关联，即所辐射的光在发射方向上是无规则的射向四

3、面八方，另外位相、偏振状态也各不相同。由于激发能级有一个宽度，所以发射光的频率也不是单一的，而有一个范围。ü受激辐射：原子可发出与诱发光子全同的光子，不仅频率（能量）相同，而且发射方向、偏振方向以及光波的相位都完全一样。7信号与系统2、激光原理—电光是如何转换的？p结论：受激辐射是产生激光的唯一渠道。受激辐射占主导之必要条件；受激辐射>受激吸收8信号与系统2、激光原理—电光是如何转换的？p实现受激辐射>受激吸收的方法：ü使处在高能级的原子数目比处在低能级的多—粒子数反转；如何从技术上实现粒子数反转？9信号与系统2、激光原理—电光是如何转换的？l泵浦源：用外界能量来激励工

4、作物质，建立粒子数反转分布状态、使粒子从低能级抽运到高能级态的装置l泵浦方式：光激励方式，气体辉光放电或高频放电方式，直接注入电子方式，化学反应方式还有热激励、冲击波、电子束、核能等方式。信号与系统3、激光器的基本结构11信号与系统3、激光器的基本结构工作物质常用激光器由三部分组成：泵浦源光学谐振腔激励能源工作物质激光M谐振腔M12激光器结构示意图信号与系统4、激光发生过程1.受激原子自发辐射出光子13信号与系统4、激光发生过程2.受激原子在光子照射下发生受激辐射14信号与系统4、激光发生过程3.光振荡：受激辐射光在反射镜反射下产生新的受激辐射，使得谐振腔内沿轴向的光骤

5、然增加，形成激光。15信号与系统5、激光的特点及应用1.方向性好：Ø发散角小：激光器发射的激光，天生就是朝一个方向射出，光束的发散角极小，大约为0.001rad，接近平行。1962年，人类第一次用激光照射月球，地球距离月球的距离大约为38万公里，但激光在月球表面的光斑不到两公里；16信号与系统5、激光的特点及应用1.方向性好：Ø亮度高：由于激光的发射能力强和能量的高度集中，所以亮度很高，它比普通光源高亿万倍，比太阳表面的亮度高几百亿倍。亮度是衡量一个光源质量的重要指标，若将中等强度的激光束经过会聚，可在焦点出产生几千到几万度的高温。17信号与系统5、激光的特点及应用激光

6、能量在时间和空间上高度集中，能在极小区域产生几百万度的高温。激光加工、激光手术、激光武器等就利用了高亮度的特点。激光切割信号与系统5、激光的特点及应用2.单色性好：Ø单色性好：光的颜色由光的不同波长决定，不同的颜色，是不同波长的光作用于人的视觉的不同而反映出来。激光的波长基本一致，谱线宽度很窄，颜色很纯，单色性很好。由于这个特性，激光传递信息的容量大，实现光通信。19信号与系统5、激光的特点及应用计量工作的标准光源、激光通讯等利用了单色性好的特点。光缆信号与系统5、激光的特点及应用3.相干性好：Ø相干性是所有波的共性，但由于各种光波的品质不同，导致它们的相干性也有高低之

7、分。普通光是自发辐射光，不会产生干涉现象。激光不同于普通光源，它是受激辐射光，具有极强的相干性，所以称为相干光。相干条件（CoherentCondition）：①振动方向相同；②振动频率相同；③相位相同或相位差保持恒定那么在两束光相遇的区域内就会产生干涉现象。21信号与系统5、激光的特点及应用激光具有很好的相干性。普通光源的相干长度约为1毫米至几十厘米，激光可达几十公里。全息照相、全息存储等就利用了相干性好的特点。信号与系统二、固体激光材料23信号与系统常见激光器的种类l固体激光器（晶体、玻璃）l气体激光器（原子、分子、离子）l液体激光器