南京理工大学研究生研究型课程考试课程名称：现代物理学导论考试形式：□专题研究报告√论文□大作业□综合考试学生姓名：王慧学号： *********评阅人：王清华时间：2013年6 月激光的发展历程及应用王慧（南京理工大学机械工程学院南京210094）摘要：自1960年第一台激光器发明以来，经过儿十年的发展，激光技术的研究取得了飞越性的发展并广泛应用于人们生活的各个领域。
本文主要介绍了激光的应用领域以及一此处于研究前沿领域的技术。
关键词：激光发展；激光历史；激光应用The Development and Application Prospects Of Laser TechnologyAbstract：Since the advent of the first optical maser, there has been several dacades. In the short years laser technology has made transilient progress and has applied to in many affairs civil use. The article is about the application of laser technology which is under application and advancing front of study.Key words：Laser Development; Laser history; Laser Applications一．引言自1960年7月梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器以来，经过四十多年的发展，人们在激光的研究上突破了许多技术难题并取得了相当的成就。
激光被发明以来，以其方向性强、单色性好、高亮度和高度的时空相干性引起了科学家们特别是军事家们的广泛关注，经过科学家们的不懈努力，今天的激光仪器无论是从工作原理、实验手段，还是制造工艺都已逐步成熟。
激光日益受到各大军事强国的重视，并有望成为未来军事技术发展中最活跃的一个领域之一。
迄今为止，激光在军事领域已经广泛应用于定向能武器、航空航天、侦察与反侦察、制导、通信等诸多领域，大大提高了军队在高技术战争条件下的打击与防御能力。
同时，激光的军转民技术也得到了很大的发展。
二．激光的发展历程早在1917年,爱因斯坦在光量子假设基础上,提出了光的两种不同性质的辐射—自发辐射和受激辐射.从理论上预言了存在受激辐射光的可能性。
1928年,德国的denburg,H.Kopferman用实验证明了受激辐射假设成立。
到本世纪五十年代,实验上验证了粒子数反转现象,并提出爱激辐射放大理论,由这个理论所预见的粒子数反转体系对入射电磁场产生受激放大作用的可能性,首先在无线电电子学的微波技术领域内得以实现。
1954年,氮分子气体微波量子放大器诞生。
微波量子放大器技术的出现和进展。
促进人们在光频波段的探索。
1957年9月,美国的c.H.Townes第一次提出光频受激辐射放大设想,同每11月,美国的R.G.Gould 独立提出光频受激辐射放大构思并提出证据公证。
继而许多人提出了各种激光器建议.1960年5月」.5日第一台红宝石激光器〔69招A。
)由美国人T.H.Maiman研制成功至此,激光技术就以科学史上罕见的高速度向前发展着,激光理论和激光应用也很快开拓。
在理论研究方面.激光技术的出现极大地促进了光辐射理论的发展。
激光以前所有各类光源的发光纂本上属于自发辐射机制.光辐射与物质的作用属于弱光与物质的相互作用,其辐射理论属于有关弱光辐射的产生机理,基本性质及其与物质相互作用的理论,经其描述的特点是麦克斯韦方程组中介质电极化强度矢量与辐射场的场强矢量成线性关系,而量子描述的特点是在进行量子力学处理l对.往往只取一级微扰近似。
激光的发光机制是基于粒子数反转体系的受激发射.在发谐振腔内由于感应辐射的连锁反应.雪崩似的获得放大效果而产生强烈的光辐射,有关强光辐射的产生机制,基本性质及其与物质相互作用的理论得到了重大发展.这些新理论的经典描述特点是介质电极化强度矢量与辐射场的场强矢量成非线性点系,而量子化描述的特点是在进行量子力学处理时往往要取二级或更高级的微扰近似,从1963年建立了激光器的半经典理论,到七十年代,有关激光的三种基本理论—经典,半经典和量子理论,都已基本形成。
量子电动力学是整个激光物理学的严格的理论基础,但在处理具体问题时.往往不都是采用这种理论的全部观点和全套处理方法,而是根据所要讨论的激光物理现象属性特点的不同.而采用不同的理论处理方法。
在讨论有关光学谐振腔和激光传输问题时,一般采用经典描述方法;半经典描述方法能反映与场的波性有关现象的规律性;全量子描述方法不但能成功地解释有关光的发射,吸收,散射等大部分涉及到光与物质相互作用现象的规律,而且在原则上同洋能以统一的观点去解释与光的传播特性(干涉、衍射等)有关现象的规律性,但有时在数学处理上过于繁杂,基本量子电动力学的基本观点或基本结果,还可派生出一些专门的课题理论,如光子统计学理论和速率方程理论。
在技术应用激光有着广泛的市场,如工业上的材料加工处理(包括退火、制作合金、淬火和材料切割等)、’光通讯、测距、计量标准、医疗技术的新工具、太阳能人造卫星的能量聚束、控制核聚变、同位素分离、激光打印机、激光复印机,农业上用激光辐照种子和植株提高产量从及军事上的激光武器、目标照明、空间通风系统等等,不同的应用领域对激光技术有不同的要求,促进了激古器技术的不断发展。
从1960年第一台激光黔,,J 世以来,各种激光器新器件如雨后春笋。
1960年未研制成了HeNe混合气体连续激光器,]961年提出了Q调制皮术,同年夏天在实验上以克尔盒作为Q开关,制成了第一台调Q激光器,这一年还制成了诗玻璃激光器,1962年,美国三个研空小组几乎同时分别公布了关于砷化稼半导体激光器传的报导,1964年研制成了氢离子激光器,二氧化碳激光器、化学激光器,碘原子激光器乃掺钦的忆铝石榴石激光器,1965’激光器,1965年实现了妮酸铿光学参量振荡器,同年,人们招叻半经典理论预言了锁模疚的存在,1966年研制成功固体锁模激光器,获得了超矩激光脉冲.同年还研制成染料激光器,铜蒸汽激光器。
60年代获得高功率的方法是制作由漫布式横向政电和纵向放电所激励的很长的气体放电激光器,所有这类装置都有一个热量如何散逸的问题。
1967年.航空公司的Arthur Kantrowitz及其同事在这方面有重大突破,靠不断流动的气休进行热散逸,1968年这种激光器功率增大到135千瓦。
70年代,TRw公司制造了400千瓦的氟化氖(DF)化学激光器,以及后来的 2.2兆瓦DF激光器,这一时期研制出的多种放电激光器包括金属蒸汽激光器,横向激励的大气压激光器(TEA)及准分子激光器。
1974年美国联合公司运转了第一台紫翠宝石连续波激光器。
1975年美国的J.Madey研制成功第一台将CO2激光束放大的白由激光器。
1977年美国的D.A.G.Deacon研制的自由电子激光器问世。
80年代.大功率激光器的主要推动力是在自适应光学系统方而,与空间平台相适应的泵浦源方面及短波长激光器方面,如准分子激光器和自由电子激光器以及198d年10月普林期顿大学和里弗莫尔实验室分别报导的x射线激光器。
这一时期Itt 界各国还建立起一些大型的激光装置。
1985美国里弗莫尔建成巨型诺瓦装置,可提供1.06u m×1000KJ、l00Tw和0.35u m×25KJ激光辐射,满载时0.35um三倍频能量为50~8OKJ.激光脉宽 1.5~3ns;洛斯阿拉莫斯建成96路KrF准分子激光系统,脉冲能量10KJ,脉宽5Ps;罗彻斯特大学建成24束欧米加钦玻璃激光装置,正准备改成32束,能量约10KJ,用0.35um三倍频波长,它将成为美国直接驱动聚变的主要实验设施;由TRW‘公司承建的HF化学激光一器.发射波长2.7um,功率2Mw,满载功率10Mw,是目前定向能武器中最成熟的装置.处二于试验阶段、另一台DF连续波中红外先进化学激光器,发射波长3.8um,功率大于IMW.光束孔径14×14CM,它将用于定向能武器的光束“净化”实验中功率准分子喇曼频移激光器.波长0.35um.Ps 脉宽,重复频率100Hz,平均功率大于5000w。
苏联的高能激光武器,到80年代未,建立了六个以上的大型研制工厂和试验场,用于武器的激光器有准分子激光器、HF/DF激光器、自由电子激光器、CO2激光器、X射线和Y射线激光器,水下通讯用兰—绿激光器。
西欧各国在尤里卡计划中的欧洲激光计划协调下,联合协作.促进了激光业的兴旺发达。
该计划的主要项目是研究与开发工业用10~IOOKwco:激光器,1一SKw固体激光器,IOKw准分子激光器.SKwCo激光器,自由电子激光器及其它医用与工业用激光系统。
英国的卢瑟福.阿普尔顿实验室建成世界上第一个运转的多束短波长高功率激光器-一“火神”装置,1980年起单路打靶和6路对称打靶系统投入运转,该装置被用来进行激光等离子体基础研究和x射线激光研究。
到80年代,我国研制成功的激光器几乎复盖了已问世的所有固体、气体、液体、半导体激光器的族谱。
1985年我国研制的Pbsnse等系列半导体可调谐激光器,用于分子法激光分离同位素。
我国中科院上海光机所于1987年6月建成1俨w大型高功率激光系统—“神光”装置,为开展激光核聚变研究奠定了坚实的基础,使我国成为世界上拥有这种大型激光装置的少数几个国家之一,对促进x射线激光、激光等离子体物理、武器物理、激光将作出重要贡献。
日本在1978年通产省设立“超高性能激光应用复合生产系统”,1985年设立“激光机动加工”等大型项目,仅几年时间,便使日本激光加工进入世界先进行列。
在激光同位素分离方面,1987年成立‘旧本激光原子法分离工程研究协会”,为政府与工业界联合投资大大加快了激光原子法的进程。
80年代起,日本开始重视基础研究,对激光核聚变进行了大量投资,大阪大学激光核聚变中心的整套设备由日电承包,从1980年起开始一个为期十年的“金刚计划”,最终目标要达到得失相当,为设计实用反应堆作前期准备工作。
到80年代,已经有了固体、气体、液体、化学、染料、半导体等各种激光器,分立激光谱线有几千条,波长复盖从真空紫外到毫米波,长波一端已与微波波段重迭,短波一端正向硬x辐射和丫辐射进军,染料、色心、铅盐和可调谐晶体提供了可见、近红外、红外波段的可调谐性,脉冲输出工率密度超牲1019W/CM2,最短光脉冲达6×10-15sec。