激光原理-第一章.pptx

激 光 原 理 及 技 术陈 俊 学 Email:cjxuelaser@163.com西南科技大学理学院第一部分激光原理何为激光（laser）?Light Amplification by StimuIated Emission of Radiation受激辐射光放大镭射：LASER的音译高方向性与普通光源相比激光束的特点高亮度高单色性和相干性激光发展的历史一、激光概念的产生1900年普朗克用谐振子模型建立了黑体辐射的理论。1917年爱因斯坦根据黑体与空腔壁原子间的热平衡条件，提出了原子的受激辐射；1928年，Landenburg证实了受激辐射和“负吸收”的存在。二、激光器的发明及历史1、maser的诞生：第二次世界大战因雷达分辨技术的需要，促进了“微波激射放大器”的研究，并导致第一台微波放大器“脉塞”（Micro-wave amplification by stimulated emission of radiation）的诞生。2、在maser的启发下“laser”—光波放大器诞生了。（1）1959年各种激光器的设计方案陆续出台 肖洛、汤斯提出用“F-P干涉仪”作谐振腔，钾灯泵浦钾蒸汽的红外激光器； 贾迈提出用电流连续泵浦，制造“氦氖激光器”的方案； 美国休斯公司的年轻工程师梅曼提出用掺钕红宝石、脉冲氙灯泵浦的红宝石激光器方案； 前苏联的巴索夫提出以半导体为工作物质的半导体激光器方案（2）1960年7月，梅曼首先制成了红宝石激光器。梅曼和他的红宝石激光器3. 1961年 ⑴ 2月（A.Javan）研制成了 He—Ne混合气体激光器。 ⑵ 有人提出了Q调制技术， 并制成第一台调Q激光器。 ⑶ 制成了钕玻璃脉冲激光器。4. 1962年美国三个研究小组几乎同时分别发布砷化镓（GaAs）半导体激光器运转的报道。仅1961—1962年间世界各国发表的激光方面的论文达200篇以上。5. 1963年建立了激光的半经典理论。 对激光的频率特性和功率特性进行了比较完 善的探讨。 6. 1964年研制成了 氩离子（A+r）离子气体激光器 二氧化碳气体激光器 化学激光器（HF氟化氢） 掺钕的钇铝石榴石固体激光器 7. 1965年实现了铌酸锂光学参量振荡器，借助 半经典理论预言了锁模效应的存在8. 1966年研制成了固体锁模激光器获得了超短脉冲。9. 1970年研制成了准分子激光器。10. 1977年研制成了红外波段的自由电子激光器 （FEL）11. 1984年研制出光孤子激光器（SL）12、美国电话电报公司贝尔实验室的研究人员于1992年研制出当时世界上最小的固体激光器它在扫描电子显微镜下看起来就像一个个微型图钉，其直径只有2至10微米。在一个大头针的针头上，可以装下1万个这样的新型半导体激光器。最小的固体激光器？spasersurface plasmon amplification by stimulated emission of radiation 目前最快的晶体管相比，spaser虽具有同等的纳米尺度，但其速度要快上1000倍，这为制造速度超快的放大器、逻辑元件和微处理器提供了可能。 发展功率更大为了进行高能物理、热核聚变等方面的研究工作，激光器产生的能量密度和功率不断提高。现在世界上功率最大的激光器是美国的国家点火工程（NIF）中使用的NOVA激光系统，其峰值功率达到1.3PW（1015W）。 ( built in 1986 2beam /f200mm, 1.6KJ/1w/1ns )神光-I 装置的两路激光系统体积更小各种工业指示、标记、探测用的半导体激光器或者半导体泵浦固体激光器向着小型化方向发展；更集成各种通信用的激光模块，往往包含十几个甚至几十个半导体激光器，并且集成了调制、功率检测、温度监测等功能模块。更快更高的调制频率：GHz；更短的脉冲宽度：飞秒激光器(FemtoSecond Laser)；更多样化多样化的泵浦方式：光泵浦、电泵浦、化学能泵浦、热泵浦等、磁泵浦；多样化的工作物质：固体（Nd：YAG）、气体（He-Ne、CO2）、液体、染料、半导体、自由电子等；三、激光的应用1.工业应用： 切割：速度快、无接触、精度高、切缝光滑； 焊接：焊接点均匀、美观、精度高 表面处理； 芯片刻蚀等。在强度为 情况下，激光持续时间大约10ms，这时发生的主要过程是物质的快速加热，对于钢铁等物质，可以作为表面淬火硬化。功率密度在 范围内，物质会被快速熔化和汽化，这种激光的典型作用时间为4ms，主要用于熔化，焊接和表面合金等。当激光脉冲功率达到