激光与非线性光学—1.ppt

激光与非线性光学 ※课程涉及的内容 ※教材与参考书※ ※教材※ ?《激光技术》兰信钜主编, 科学出版社 ※参考书※ ?《固体激光工程》W.克希奈尔著 华光译 科学出版社 ?《晶体光学》李家泽等 北京理工大学出版社 ?《激光原理器件与技术》北京理工大学出版社 ?《非线性光学》范琦康等 江苏科技出版社 第一章 绪论 §1.1激光技术的发展历史回顾 §1.2激光的基本特点 §1.3激光的主要应用领域 * 讲义－1 ?激光原理 ?激光器件 ?激光技术 ?非线性光学 ?激光是如何产生的? ?如何设计各种激光器? ?如何使输出激光符合特定的应用要求? ?非线性光学现象 ? ? ?光受激辐射放大理论的提出 ? 1916年爱因斯坦提出了受激辐射的概念 激光的主要物理基础 概念：受激辐射 当处于高能级的原子，受外来光子作用，且外来光子的频率与其跃迁频率一致时，它就会从高能级跃迁到低能级，并发出一个与入射光子完全相同的光子。 ?直到1933年在研究反常色散问题时触及了光的放大 1940年苏联物理学家法布里坎特提出了“粒子数反转”的物理思想； 1946年瑞士科学家布洛赫在研究核磁感应时，首次观察到了粒子数反转信号； 1947年兰姆和雷瑟福在关于氢的精细结构的论文中，指出通过“粒子数反转”可实现期望实现受激辐射； 1949年法国物理学家卡斯特勒发展了光泵方法，利用光辐射改变光子能级集居数的一种方法，为此获1971年诺贝尔物理奖； ?二战期间，雷达的广泛应用，促成了微波激射器的诞生 1952年韦伯提出了“微波激射器”的原理； 1954年汤斯(C.Townes)利用分子受激辐射原理研制成功了微波量子放大器，成为Maser； “Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation” ? 1958年美国的L.Shawlow等提出了把微波受激辐射放大的工作原理引申到光学波段的可能性，称为光受激放大器 “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” 肖洛和汤斯的论文于1958年12月发表在《物理评论》上，引起极大反响。汤斯因此获1964年诺贝尔物理学奖； ?第一台激光器的诞生 ? 1960年5月美国的T.H. Maiman制成了世界上第一台红宝石激光器，标志着激光技术的诞生 聚光腔 红宝石棒 闪光灯 M2 M1 Laser Beam 第一台红宝石激光器结构（λ＝694.3nm） （我国第一台：1961年，王之江院士） ? 1962年美国的贾范研制成功了He－Ne激光器，第一台气体激光器 ?激光器的基本组成 工作介质、激励系统和光学谐振腔 液体 工作介质 固体 气体 半导体 核心部分，产生光受激辐射的物质体系 激励系统 光激励 气体放电激励 化学激励 热激励 光学谐振腔 稳定腔 介稳腔 非稳腔 ?激光器的分类 按工作物质分 固体激光器 气体激光器 液体激光器 半导体激光器 按运转方式分 连续波激光器（CW） 准连续激光器（QCW） 脉冲激光器 按波段范围分 紫外激光器 可见光激光器 红外激光器 ?激光技术的发展过程 ? 1960年到1970年 ：激光理论逐渐完善，各类激光器件相继问世，激光器品种繁多，并逐渐走向系列化，商品化 ? 1970年以后 ：结合重大应用及其相应理论和技术发展的开拓阶段 （新波段激光器，新型激光器，提高激光器效率和寿命，激光器件小型化 ） ?激光技术发展方向 ?波段的扩展 ； ?宽波段可调谐激光器的研制 ； ?功率密度的提高，并进一步提高电－光转换效率（DPSS）； 单色性好 方向性好 稳频单频特种He－Ne Laser，Δλ/ λ可达10-10~10-13量级；激光出现以前，单色性最好的光源为氪－86灯，λ＝605.7nm，Δλ＝0.00047nm, Δλ/ λ=10-6量级 衍射极限，通常mrad量级； 波长1微米的激光，光束直径1mm时，发散角约为1mrad；这样一束激光在10Km处光斑只有2cm。 亮度高 太阳发光亮度103瓦/厘米2球面度，而采用调Q技术的大功率脉冲固体激光器，其输出激光亮度可高达1014~1017瓦/厘米2球面度 量级以上，亦即比太阳的亮度高几千亿倍以上 激光加工 将激光作为热源，对材料进行热加工； 其大体过程为：激光束照射材料，材料吸收光能，光能转化为热能从而对材料加工。 激光加工的优越性 ： ?光点小，能量集中，加工点位置以外的热影响小； ?非接触加工，对工件不污染； ?能穿透透光外壳对被密封的内部材料进行加工； ?加