绪论
激 光——利用受激辐射的光放大
“LASER” stands for Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation
一、多方面的应用需求激励激光器的研究 (1)高的单色性和相干性要求 光纤通信、干涉计量、光全息、光谱分析等！ (2)高功率、高能量、高强度要求 激光核聚变、激光武器、非线性光学、激光加工等！ (3)好的方向性要求 准直、激光导航、激光雷达等！ (4)良好的时间分辨率 观测超快过程： (comp. : time scale of molecular vibrations ~ 100 fs time scale of electronic motion ~ 100 as)
2、能源上：激光核聚变！ 3、信息处理上：激光全息、光通信等。
4、医学上：激光美容、激光手术刀等。
5、军事上：制成激光雷达和各种激光武器！
致盲致眩武器、战术性武器（击毁装甲车、飞机、战术 导弹等）、战略性武器（可以摧毁远程导弹、洲际导弹 和卫星）。
美国波音公 司用于反导 的机载激光 武器系统。
6、工业上：激光准直、激光导航、激光打孔、光刻集成 电路等。
LASER : Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 1960 T. H. Maiman first laser, made from a ruby crystal 1961 A. Javan et al. first gas laser (HeNe) 1961 E. Snitzer Nd3+:glass - laser (1.06 μm) 1962 several authors GaAs – diode laser (840 nm) 1964 C. K. N. Patel CO2 - laser (10 μm) 1964 J. E. Geusic et al. Nd3+: YAG-Laser (Y3Al5O12, 1.06 μm)
Major Pump Bands
1.7638 Ordinary Ray
1.7556 Extraordinary Ray
0.008 3 x 10-3 (Δn / %
Cr2O3) 3 ms at 300 K
5.0 Å at 300K
6.94.3 nm
404 nm and 554 nm
1964 W. B. Bridges Ar+ ion laser 1965 J. V. V. Kasper & G. C. Pimentel chemical laser (HCl, 3.8 μm) 1966 P. P. Sorokin & J. R. Lankard dye laser 1971 N. G. Basov et al. Xe2+ - excimer laser 1984 P.F. Moulton Ti-Sapphire laser (Ti3+:Al2O3)
三、与激光及激光应用有关的诺贝尔奖 Nobel prizes for lasers and laser applications
四、激光器的基本结构
激励源
五、激光器的典型应用 激光的产生有划时代意义！ 1、自然科学上：导致许多相关学 科的诞生和发展！
工作物质 谐振腔
非线性光学、激光光谱学、激光物理、激光化学、激光 生物学、激光的原子冷却和钳制等。
美研制步兵用激光武器
高能激光武器
“响尾蛇”AIM-9系列空空导弹
2015年美国空军将装备激光炮
用激光破坏威胁地球的小行星
用于侦查犯罪的袖珍激光器
激光-氧气切割金属
激光打孔
用激光检验路面质量的专用汽车
激光核聚变装置
半导体激光器
六、激光器的分类
工作物质形态 可以分为气体、固体、半导体、液体等
二、激光的发展简史 History of laser developments
1917 A. Einstein quantum mech. of radiation (spont. & stim. emission) 1954 C. H. Townes et al. first maser, implemented with NH3 molecules
工作方式 连续工作(CW or continuous wave lasers)和脉冲工作(Pulsed lasers)
激光技术 调Q激光器(Q-switched lasers)、锁模激光器(Mode locked lasers)、倍
频激光器(Frequency doubling lasers)、可调谐激光器(Tunable lasers)、 单模和多模激光器(Single-mode and Multi-mode lasers)等
2008
参考书目：
1、激光原理与技术，安毓英等编著；科学出版社 2010 2、激光原理， 盛新志，娄淑琴； 清华大学出版社 2010 3、激光器件，马养武等；浙江大学出版社 2001 4、激光技术，蓝信钜；科学出版社 2001 5、激光原理学习指导，高以智等编著；国防工业出版社 2006 6、Principles of Lasers，Orazio Svelto；Plenum Press 1998
激光原理与技术
• 课程内容（三部分） –激光原理 –激光器件 –激光技术
• 学时 –48学时
• 学分 –3.0学分
• 考核方法 –期末考试占80％ –平时成绩占20％ –学时短，不安排期中考试
• 课程要求 –不无故缺勤 –按时完成作业
教材：
激光原理，周炳琨等编著；国防工业出版社 2000, 2004，
… and many recent developments : e.g. single-cycle laser pulses, THz pulses, pulse shaping, generation of attosecond pulses, laser-based nuclear fusion, …
（Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation） 1954 N. G. Basov & A. M. Prokhorov maser theory 1958 A. L. Schawlow & Ch. H. Townes laser theory 1959 G. Gould laser patent
第七章 激光器特性的控制与改善 –介绍激光器的各种调制技术、调Q与锁模技术、频 率变换技术
第九章 典型激光器和激光放大器 –介绍各种激光器的structure of ruby is similar to the one of corundum, i.e. a crystal of aluminum oxide (Al2O3), in which the small part of atoms of aluminum (about 0.05 %) is replaced with ions Cr +++, producing a 694.3 nm output.
七、课程内容安排 第一章 激光的基本原理
– 介绍激光的基础知识、特性及产生机理
第二章 开放式光腔与高斯光束 – 介绍开放式光谐振腔理论及高斯光束的传输规律
第四章 电磁场和物质的共振相互作用 –阐明其基本物理过程和主要理论分析方法，主要介 绍速率方程理论
第五章 激光振荡特性 –在速率方程理论的基础上分析激光器的工作特性
Physical and Optical Properties
Density
3.98 g/cc
Refractive index at 700 nm
Melting Point Young's Modulus MOR Compressive Strength Hardness
Thermal Expansion
(first) Ruby laser, T.H.Maiman(19272007), July, 1960, at the Hughes Research Laboratories
The word ‘laser’ has been generally accepted since about 1965
1961 R. J. Collins Q-switching 1965 H. W. Mocker & R. J. Collins passive modelocking in a ruby laser 1968 D. J. Bradley & A. J. F. Durrant synchroneous pumping 1971 H. Kogelnik & C. V. Shank distributed feedback(DFB) dye laser 1984 W. H. Knox et al. pulse compression 1985 D. Strickland & G. Mourou chirped pulse amplification 1991 D. E. Spence et al. Kerr lens modelocking …
20° to 50° C 20° to 200° C
at 0° C
Thermal Conductivity at 100° C
2040° C
345 Gpa
425 MPa
2.0 Gpa 9 Mhos, 2000
Knoop 5.8 x 10-6 / °
C 7.7 x 10-6 / °
C 46.02 W /
(m•K) 25.10 W /
(m•K)
Birefringence Refractive Index vs. Chromium Concentration Fluorescent Lifetime at 0.05% Cr2O3 Fluorescent Linewidth (R1)