激光原理及在军事上的应用1一.ppt

* 激光及其在军事上的应用 20世纪的四项重要发明： 原子弹、半导体，电子计算机，激光。 引言： Military Application of laser 自从美国人梅曼制造出第一台激光器以后，到今天人们对激光并不陌生，如激光开 刀，可自动止血；全息激光照片可以假乱真；还有激光照排、激光美容等….。事实上激光首先是应用在军事上。现代战争离不开激光。 未来的战争可能是激光战争。 -----邓小平 1963年，肯尼迪在美国国会展示了一只 被激光打了一个洞的普通钢尺。 次日，前苏联部长会议在记者招待会也 展示了一只被激光打了一个洞的普通钢尺。 两只钢尺拉开了激光武器的序幕。 一、激光技术发展史 二、激光的特点 三、复习光的波粒二象性 四、激光的产生 激光原理 一、激光技术发展史 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; 1917年以后近四十年内： 量子理论的发展; 粒子数反转的有效实现; 电子学与微波技术的发展 1954：美国汤斯(C.H.Townes) 前苏联巴索夫(N.G.Basov) 普洛霍洛夫 (A.M.Prokhorov) 第一次实现氨分子微波量子振荡器(MASER) 1958: 美国汤斯(Towns)与肖洛(A.L.Schawlow)) 提出利用开放式光学谐振腔实现光振荡的新思想; 布隆伯根(N.Bloembergen) 提出利用光泵浦三能级系统实现粒子数反转分布的新构思; 1960.7：美国休斯公司实验室梅曼(T.H.Maiman) 世界上第一台红宝石固态激光器诞生; 1997: 朱棣文、菲利普(W.Phillips)和塔罗季（C.Tannoudi) 利用激光冷却和钳制原子的研究; 2000: 赫伯特·克雷歇尔（H.Pressel） 提出了双异质结构，实现半导体激光器室温工作。 1）方向性好---激光的发散角小。 =2~5mrod（毫弧度） (1km时光斑直径10m) 二、激光的特点 激光器 Laser He--Ne激光经纬仪 测月红宝石激光器 ?=0.031mrod ?=4?10-5mrod D=1.6km 光源 2）亮度高、能量集中 大功率激光器 ?S E ?? 光源亮度--单位面积、单位时间在垂直于光源 表面的单位立体角内发射的能量。 立体角定义： ? = S /r2 S r ? 可使一切金属熔化 可使一切非金属化为一缕青烟 3）单色性好 激光所包含的波长或频率范围极小 一束普通的红光 Laser 6328埃的He--Ne激光（中心频率 （理论值，实际几赫兹） 频率范围： 又如单色性最好的氪灯，其中心波长60576埃 波长范围： He-Ne Laser 中心波长 波长范围： 4）相干性好 相干性是指光波场中光振动之间的相关程度。 相干性越好则光场中各点光振动在频率、振 动方向的一致性越好，相位的关联性也越好。 相干性越好则光场中任取两点作光源所产生 的干涉和衍射的条纹越清晰。 杨氏双缝干涉 单 缝 双 缝 屏 I r 圆孔衍射 注意：光的单色性越好，则其相干性也越好。 二者是统一的. 光波是一种电磁波，如图（1-1）所示。习惯上常把电矢量叫做光矢量。 图（1-1）电磁波的传播 光波 三、复习光的波粒二象性 1、光的偏振 (1)线偏振光 z 传播方向 z 传播方向 (2)自然光 光波 Ex x y Ey 2、光速、频率和波长三者的关系 在真空中 在不同介质中传播时，速度不同 3、单色平面波 (1)平面波：波阵面是平面 波矢 (2)单色平面波：具有单一频率的平面波 准单色波 理想的单色平面波的表示（简谐波） (3)平面波的复数表示法 线偏振单色平面波的复数表示： 复振幅 :模量 代表振幅在空间的分布，辐角(-kz)代表位相在空间的分布 或 (4)球面波及其复数表示法 球面简谐波方程： 球面波的复数表示法： 或 边界条件 电磁波解的形式 场分布形式： 本征模式 以波矢 标记 自由空间(无边界)： 本征模式：单色平面波 具有任意波矢和频率的单色平面波都可以存在; 受限空间(有边界) 驻波 波矢取特定值，频率取特定值. 任意形式电磁场（光场）均可展开为本