激光原理技术及应用论文

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1、激光原理技术及应用论文5激光原理与应用技术摘要：本文简要的介绍了一下激光的产生和发展史，简述了产生激光的基本原理和激光器的组成，并在此基础上从工业、医疗、信息、军事等几个主要领域简单介绍了激光技术的重要应用及其发展前景。关键词：激光；辐射；光学谐振腔；激光器引言：自1960年美国梅曼先生首先研制成功红宝石激光器以来，激光作为一门新颖科学技术发展极快，经过50多年的发展，激光的应用已经遍及科技、经济、军事和社会发展的许多领域，远远超出了人们原有的预想：激光针灸、激光裁剪、激光焊接、激光淬火、激光唱片、激光测距仪、激光手术刀、激光炸弹、激光雷达、激光枪

2、、……，在不久的将来，激光肯定会有更广泛的应用。一、激光特性简介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的各单词的头一个字母组成的缩写词，意思是“受激辐射的光放大”，受激辐射是基于爱因斯坦的理论：在组成物质的原子中，有不同数量的电子分布在不同的能级上，在高能级上的电子受到某种光子的激发，会从高能级跃迁到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫

3、做“受激辐射的光放大”，简称激光。激光主要有四大特性：激光高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。[1]二、激光原理2.1、激光产生的物质基础光与物质的共振相互作用，特别是这种相互作用中的受激辐射过程是激光器的物理基础。爱因斯坦从光量子概念出发，重新推导了黑体辐射的普朗克公式，认为光和物质原子的相互作用过程包含原子的自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。为了简化问题，我们只考虑原子的两个能级和，处于两个能级的原子数密度分别为和，如图2-1所示。构成黑体物质原子中的辐射场能量密度为，并有。5图2-1二能级原子能级图（Ⅰ）、自发辐射处于高能级

4、的一个原子自发地向低能级跃迁，并发射一个能量为的光子，这种过程称为自发跃迁过程，如图2-2所示。自发辐射光图2-2原子自发辐射（Ⅱ）、受激辐射处于高能级的原子在满足的辐射场作用下，跃迁至低能级并辐射出一个能量为且与入射光子全同光子，如图2-3所示。受激辐射跃迁发出的光波称为受激辐射。入射光入射光受激辐射图2-3原子受激辐射（Ⅲ）、受激吸收受激辐射的反过程就是受激吸收。处于低能级的一个原子，在频率为的辐射场作用下吸收一个能量为的光子，并跃迁至高能级，这种过程称为受激吸收，如图2-4所示。5入射光原子吸收入射光子并跃迁至高能级图2-4原子受激吸收受激辐

5、射和自发辐射的重要区别在于相干性。自发辐射是不受外界辐射场影响的自发过程，因此，大量原子的自发辐射场的相位是无规则分布的，因而是不相干的；受激辐射是在外界辐射场控制下的发光过程，受激辐射光子与入射光子属于同一光子态，特别是大量粒子在同一辐射场激励下产生的受激辐射处于同一光场模式或同一光子态，因而受激辐射是相干的[2]。2.2、激光产生的基本原理和方法2.2.1光学谐振腔及其反馈作用由受激辐射和自发辐射相干性可知，相干辐射的光子简并度很大。激光器就是采用各种技术措施减少腔内光场模式数、使介质的受激辐射恒大于受激吸收等来提高光子简并度，从而达到产生激光

6、的目的。光腔的反馈作用——光放大器在许多大功率装置中广泛地用来把弱的激光束逐级放大，但在光放大的同时通常还存在着光的损耗，根据研究光强达到稳定的极限值只与放大器本身的参数有关，而与初始光强无关这样，沿轴向传播的光波模在两反射镜间往返传播，就等于增加放大器长度。这种作用称为光学谐振腔的反馈作用。[2]2.2.2产生激光的基本条件及激光器的组成部分产生激光的基本条件是：①能在外界激励能源的作用下形成粒子数密度反转分布状态的增益介质；②要使受激发射光强超过受激吸收，必须实现粒子数反转；③要使受激发射光强超过自发发射，必须提高光子简并度。激光器的组成部分及

7、其作用：一个激光器应包含泵浦源、光放大器和光学谐振腔三部分。其作用分别是使激光物质成为激活物质、对弱光信号进行放大、模式选择和提供轴向光波模的反馈。三、激光技术的应用5激光的应用，按照激光探头是否与激光作用的物质接触，分为接触式和非接触式两种工作模式。激光应用的领域，主要有工业、医疗、商业、科研、信息和军事六个领域。下面主要从激光在工业、医疗、信息和军事四个方面来简单介绍一下激光技术的应用：3.1激光技术在工业中的应用工业应用中，主要有材料加工和测量控制。激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理

8、、打孔、微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主，也有一些准分子激光器