1. 工业应用 精密测量(距离、位移) 激光加工(切割、焊接、打孔、雕刻) 光谱分析
2. 医学应用 眼科 普通外科 牙科 皮肤科
激光原理课件
激光原理 . 绪论
3. 军事应用 激光测距 激光侦察 大气激光通信
激光制导
激光原理 . 绪论
激光原理课件
激光武器
激光原理 . 绪论
激光原理课件
4. 日常应用 激光打印机 电脑光驱 激光防伪 激光霓虹灯 CD/VCD
激光原理
激光原理课件
内容概要
第一章：概述激光器基本原理
第二章：开放式光谐振腔理论 与高斯光束 第四章：阐明光和物质相互作用的基本物理过程 第五章、第六章：激光振荡和放大理论 第七章：介绍控制和改善激光器特性的基本技术 第九章：介绍典型激光器的工作原理及特性
目标
对激光技术中的物理问题有较系统全面的认识； 建立正确的基本概念； 掌握一定的有关激光器技术方面的知识。
条形码扫描器
激光原理 . 绪论
激光原理课件
激光原理 . 绪论
激光原理课件
5. 通信领域的应用 （1）空间激光通信
激光原理 . 绪论
激光原理课件
（2）光纤通信
光纤的优越性： • 宽带 • 不受电磁干扰 • 重量轻 • 低损耗
激光原理 . 绪论
光纤通信用光源： 短距离通信用0.85um； 长距离通信用1.31um，1.55um
xLx R
Lx R
x 2Βιβλιοθήκη 2光源的相干面积激光原理课件
光源的相干体积：
激光原理 . 第一章
Vc
Ac Lc
2
c
c3
3 ( )2
Phcn0，
Ph
c
P
x
P
h c
P
y
P
h c
Pz
P
h c
h3 3 ( )2
PxPyPz
c3
c3
xyz 2 ( )2 Vc
结论3：相格的空间体积 相干体积。 激光原理课件
xyzpxpypzh3 P h k
2
3 3
kxkykz
xyz V
结论2：一个光波模式 一个光子态。 激光原理课件
二、光子的相干性
激光原理 . 第一章
相干光波：频率相同、振动方向一致、位相差恒定的两束光波。
相干长度：沿传播方向的相干长度。 空间相干性 相干面积：垂直于光传播方向截面上的相干面积。
相干体积：空间体积 V c 内各点的光波场都具有明显 的相干性，则V c 为相干体积。
有限空间V内：存在具有特定波矢的单色平面驻波。
y
x
/2
V xyz
x
m
2
y n 2
驻波条件
z
q
2
激光m原、理课n件、q为正整数
k2/
kx
2
ky
2
kz
2
x
m
2
y
n 2
z
q 2
激光原理 . 第一章
kx
x
m
ky
y
n
kz
z
q
每组m、n、q对应一种光波模式 （含两个偏振态）
激光原理课件
相邻模间隔：kx
x
, ky
y
, kz
z
波矢空间中每个光波模式所占体积：
3 3
kxkykz
xyz V
第一象限中 k k dk区间体积：
kx
激光原理 . 第一章
kz k ky
14k2dk1k2dk
8
2
此体积内光波模式数：
1k2dk
2
3 k2dk V22 V
k 2 2 c
2 d
dk c激光原理课件
V体积空腔内，
频率 d内
光波模式数：
8 2d
M c3 V
2. 光子（状）态：
相空间： x， y， z， px， py， pz
空间坐标
动量
相空间内一点表示质点的一个运动状态。
激光原理 . 第一章
测不准关系： xyzpx py pzh3
相格：同一光子态的光子所占的相空间体积元。
结论1：同一相格中的光子运动状态无法区分， 它们属于同一光子态。
一、光波模式与光子态
波动说－电磁理论 －波动属性： 光波模式
光的波粒二象性
微粒说－光子理论 －粒子属性： 光子态
激光原理课件
1. 光波模式（用波动观点求光波模式数）
激光原理 . 第一章
波矢： k kn0
k2/
n 0 ：波的传播方向
一个波矢对应两个光波模式
激光原理课件
激光原理 . 第一章
自由空间中：具有任意波矢的单色平面波都可能存在；
激光原理课件
激光原理
一、激光的特性
1. 方向性好
绪论
激光原理 . 绪论
激光原理课件
2. 单色性好
激光原理 . 绪论
激光原理课件
3. 能量集中 空间高度集中：亮度比太阳表面高 1 0 倍1 0 。 时间高度集中：功率峰值为 1 0 瓦1 2 。
4. 相干性好
激光原理 . 绪论
激光原理课件
二、激光的应用
结论：
激光原理 . 第一章
相格空间体积
一个光波模式所占空间体积
同一光子态所占空间体积
相干体积
三、光子简并度 n
处于同一相格中的光子数， 处于同一模式中的光子数， 处于相干体积内的光子数， 处于同一光子态的光子数。
决定了相干光强，反映光源的单色亮度。
Vc Ac Lc
激光原理课件
激光原理 . 第一章
相干时间：光沿传播方向通过相干长度 L c 所需的时间。
c Lc c
I ( )
I
I
2
0
c
1
c
Lc
单色性越好，相干性就越好
激光原理课件
由杨氏双缝干涉实验讨论光波的相干体积：
x
S1
x
Lx
z
激光原理 . 第一章
S2
R
S1、S2 两光波场具有明显相干性的条件：
激光原理课件
五、激光器种类 根据工作物质
激光原理 . 绪论
固体激光器 ：红宝石，Nd:YAG，钕玻璃 气体激光器 ：He—Ne，CO2，离子激光器 液体激光器 ：染料激光器 半导体激光器
激光原理课件
第一章 激光的基本原理
激光原理 . 第一章
§1.1 相干性的光子描述 光波模式、光子状态、相格、相干体积
光纤放大器： 1.55um波段的掺铒光纤放大器（EDFA）； 1.31um的掺镨光纤放大器（PDFA）； 1.27～1.67um全光波段的拉曼放大器 （RFA）
1480nm和980nm波长的半导体激光器是EDFA的泵浦光源
激光原理课件
三、激光技术发展史
激光原理 . 绪论
1.1917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;
2. 20世纪50年代：汤斯和肖洛的光激射器理论； 激光器方案的提出；
3. 1960年：梅曼(Maiman)制成世界上第一台激光器；
4.1960年至今：激光技术飞速发展。
四、 Laser －“激光” Laser
Light Amplification of Stimulated Emission of Radiation “通过受激辐射实现光放大”