应用光电第二章——激光技术及应用

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1、1第二章第二章 激光技术及应用激光技术及应用激光：LaserLight Amplification by Stimulated Emission of Radiation 激光是光的受激辐射光学量子放大器，镭射，莱塞激光（钱学森）2第二章第二章 激光技术及应用激光技术及应用o 1 1、方向性、方向性 激光发散角小，可达激光发散角小，可达mradmrad量级，接近于衍射极限。量级，接近于衍射极限。o 2 2、单色性、单色性 激光的谱线宽度很窄，单色性很好。激光的谱线宽度很窄，单色性很好。o 3 3、高亮度、高亮度 激光的发光面小，发散角小，线宽窄，所以有很高的光激光的发光面小，发散角小，线宽窄，

2、所以有很高的光谱辐亮度。谱辐亮度。 o 4 4、相干性、相干性 激光的发散角小，线宽窄，所以空间和时间相干性都很激光的发散角小，线宽窄，所以空间和时间相干性都很好。例如，稳频的好。例如，稳频的He-NeHe-Ne激光器线宽可达激光器线宽可达v v10kHz10kHz，相干，相干长度达长度达LcLc= =c c/v v=30km=30km。3第二章第二章 激光技术及应用激光技术及应用爱因斯坦爱因斯坦1917年，提出受激辐射概念，年，提出受激辐射概念，预测了受激辐射放大。预测了受激辐射放大。R.C.Tolman1924年，提出具有粒子数翻转年，提出具有粒子数翻转的介质，具有光学增益（激光产生的条件

3、之一）。的介质，具有光学增益（激光产生的条件之一）。激光器发展历史激光器发展历史4第二章第二章 激光技术及应用激光技术及应用Townes and Prokhorov1953年，分别独立报道年，分别独立报道微波受激辐射放大器（微波受激辐射放大器（Maser），激光的实验基础），激光的实验基础Townes and Schawlow1958年，抛弃了尺寸年，抛弃了尺寸必须和波长可比的封闭或者谐振腔的思路，提出尺寸必须和波长可比的封闭或者谐振腔的思路，提出尺寸远大于波长的开放式谐振腔实现远大于波长的开放式谐振腔实现laser的新思想。的新思想。TownesProkhorov激光器发展历史激光器发展历史

4、5第二章第二章 激光技术及应用激光技术及应用Maiman1960年年5月月16日，利用红宝石棒首次观察日，利用红宝石棒首次观察到激光（美国休斯公司）。到激光（美国休斯公司）。7月月7日，向世界演示。日，向世界演示。8月月16日，在日，在Nature发表简短报道。发表简短报道。激光器发展历史激光器发展历史6第二章第二章 激光技术及应用激光技术及应用激光器发展历史激光器发展历史邓锡铭，王之江邓锡铭，王之江1961年年7第二章第二章 激光技术及应用激光技术及应用激光器发展历史激光器发展历史8第二章第二章 激光技术及应用激光技术及应用激光器的种类激光器的种类工作物质：固体、气体、液体、染料、离子、原子

5、、半导体、工作物质：固体、气体、液体、染料、离子、原子、半导体、X射线射线输出功率：大功率、低功率输出功率：大功率、低功率工作方式：超短脉冲、短脉冲、脉冲、连续工作方式：超短脉冲、短脉冲、脉冲、连续输出稳定性：稳频、稳功率、稳方向输出稳定性：稳频、稳功率、稳方向9第二章第二章 激光技术及应用激光技术及应用激光应用技术激光应用技术1. 利用其能量 2. 利用其它参数，相位、波长、偏振等，传递信息信息技术方面应用：光通讯，光存储，光放大，光计算检测技术方面：测长，测距，测速，测角，测三维形状激光加工：焊接，打孔，切割，热处理医学应用：外科手术，眼科手术，激光辐照（皮肤科，妇产科）科学研究：激光核聚

6、变，激光光谱，激光对生物组织的作用，激光制冷1. 激光加工激光加工第二章第二章 激光技术及应用激光技术及应用长脉宽激光作用于材料时，通过焦耳加热吸收激光能量，经晶格/电子热传导使材料辐照区域升温，熔化至汽化完成材料的去除。“热加工”效应所引起的热影响区、熔凝残渣及应变裂纹是限制工件加工精度、效率和工艺重复性提高的主要原因。激光冷加工：激光冷加工：消除激光对材料“热加工”作用就必须抑制激光能量输入所产生的热传导效应。如果激光光子的作用时间可以小于材料导带电子/晶格的热振动传递时间，就有可能因为来不及进行热传递，而通过光子作用下的碰撞电离、光致电离或隧道电离等机制激发电子从价带跃迁至导带，电子浓度

7、会伴随电离的进行而不断增强，在脉冲结束之前通过库仑爆炸达到临界阈值，引发材料晶格结构不可恢复的破坏，宏观表象即为被作用材料无“热效应”的去除，这就是超短脉冲激光实现“冷加工”的基本物理基础。不同材料电子与离子间的能量弛豫时间为 1061012 s。23第二章第二章 激光技术及应用激光技术及应用2. 惯性约束核聚变（激光点火，王淦昌，惯性约束核聚变（激光点火，王淦昌，1964）24寻找新能源E=mc2 核能o 历史回顾1896. A. H. Becqueral发现铀放射现象1897. 居里夫妇发现钚和镭1903. 卢瑟福证实，就是4He和电子，接着 提出核 模型1919. 第一个人工核反应193