激光 理论 培训(原稿)

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1、激光理论培训培训目的：模糊业余一．了解激光发展史二．激光如何产生的1.激光器的产生和发展2.激光的相关名词解释3.激光的原理简介4.产生激光的五个条件5.激光的特性一．激光器的产生和发展1.激光学是20世纪60年代发展起来的一门新兴学科，是继原子能、计算机和半导体技术之后的重大科技成果之一。被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。2.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LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation的各单词

2、的头一个字母组成的缩写词。意思是“受激辐射的光放大”。激光的英文全名已完全表达了制造激光的主要过程。3.1916年爱因斯坦提出的“自发和受激辐射”理论是现代激光系统的物理学基础。注释：爱因斯坦在玻尔工作的基础上于1916年发表《关于辐射的量子理论》。文章提出了激光辐射理论，而这正是激光理论的核心基础。因此爱因斯坦被认为是激光理论之父。4.1960年梅曼（TheodoreMaiman）成功地应用人工合成的淡红色宝石晶体制造出世界上第一台激光器，为输出波长694.3nm，脉能400mJ的相干光，被称做激光。为了表明其威力，Maiman用毫米波的脉

3、冲激光在一打剃须刀片上成功地进行了一次钻孔实验。注释：1960年5月15日，在休斯公司的一个研究室里，年轻的美国物理学家梅曼正在进行一项重要的实验。他的实验装置里有一根人造红宝石棒。突然，一束深红色的亮光从装置中射出，它的亮度是太阳表面的4倍！这是一种完全新型的光，科学家渴望多年而自然界中并不存在的光，1.1961年，Java等研制成功了波长1150nm、近红外线的氦氖（He－Ne）激光器；同年，Johnson发明了掺铷钇铝石榴石（Nd：YAG）激光器；2.1962年，Bennett研制成功了波长为488nm的氩（Argon）激光器；3.19

4、64年，Pate等又发明了二氧化碳（CO2）激光器。随后，多种固体、气体和半导体激光器相继问世，标志着一门新兴学科——激光技术的形成。4.1961年我国研制出第一台红宝石激光器。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”。一．激光相关名词解释注释：在一个原子体系中，总有些原子处于高能级，有些处于低能级。而自发辐射产生的光子既可以去刺激高能级的原子使它产生受激辐射，也可能被低能级的原子吸收而造成受激吸收。因此，在光和原子体系的相互作用中，自发辐射、受激辐射和受激吸收总是同时存在的。如果想获得越来越强的光，也就是说产生越来

5、越多的光子，就必须要使受激辐射产生的光子多于受激吸收所吸收的光子。怎样才能做到这一点呢？我们知道，光子对于高低能级的光子是一视同仁的。在光子作用下，高能级原子产生受激辐射的机会和低能级的原子产生受激吸收的机会是相同的。这样，是否能得到光的放大就取决于高、低能级的原子数量之比。若位于高能级的原子远远多于位于低能级的原子，我们就得到被高度放大的光。但是，在通常热平衡的原子体系中，原子数目按能级的分布服从玻尔兹曼分布率。因此，位于高能级的原子数总是少于低能级的原子数。在这种情况下，为了得到光的放大，必须到非热平衡的体系中去寻找。所谓非热平衡体系，是

6、指热运动并没有达到平衡、整个体系不存在一个恒定温度的原子体系。这种体系的原子数目按能级的分布不服从玻尔兹曼分布率，位于高能级上的原子数目有可能大于位于低能级上的原子数目。这种状态称为“粒子数反转”。如何才能达到粒子数反转状态呢？这需要利用激活媒质。所谓激活媒质(也称为放大媒质或放大介质），就是可以使某两个能级间呈现粒子数反转的物质。它可以是气体，也可以是固体或液体。用二能级的系统来做激活媒质实现粒子数反转是不可能的。要想获得粒子数反转，必须使用多能级系统。普通常见光源的发光（如电灯、火焰、太阳等地发光）是由于物质在受到外来能量（如光能、电能、

7、热能等）作用时，原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级，即原子被激发。激发的过程是一个“受激吸收”过程。处在高能级（E2)的电子寿命很短（一般为10－8～10－9秒），在没有外界作用下会自发地向低能级（E1）跃迁，跃迁时将产生光（电磁波）辐射。辐射光子能量为                             hυ=E2-E1   这种辐射称为自发辐射。原子的自发辐射过程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面八方，另外未位相、偏振状态也各不相同。由于激发能级有一个

8、宽度，所以发射光的频率也不是单一的，而有一个范围。在通常热平衡条件下，处于高能级E2上的原子数密度N2，远比处于低能级的原子数密度低，这是因为处于能级E的原子数密度