Maiman
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激光技术发展简史之一
Maiman的第一台激光器
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中国第一台激光器（1961）
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激光技术发展简史之二
各种激光器的开发: 工作物质：固体，气体，染料，化学，离子，原 子，半导体，X射线 输出功率：大功率，低功率 工作方式：短脉冲，脉冲，超短脉冲，连续 输出稳定性：稳频率，稳功率，稳方向
No
No
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单色平面波
(1) 平面波 波阵面或等相位面：光波相位相同的空间各点所连成的面 平面波：波阵面是平面 实际生活中无穷远处传来的光，透镜前焦点上光源通过透 镜形成的光束可以看成平面波
(2) 单色平面波：具有单一频率的平面波 准单色波：实际上不存在完全单色的光波，总有一定的
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激光技术发展简史之一
理论基础： ➢ R.C.Tolman指出：
具有粒子数反转的介 质具有光学增益（产 生激光的基本条件之 一）（1924）。
Tolman
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激光技术发展简史之一
实验基础：
➢ Prokhorov和 H.Townes分别 独立报导了第一 个微波受激辐射 放大器(Maser) （1953）
激光应用技术
➢ 信息技术方面的应用：光通讯，光存储，光放大，光计算， 光隔离器
➢ 检测技术方面的应用：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，快速成型 ➢ 医学应用：外科手术，激光幅照（皮肤科、妇产科），眼
科手术，激光血照ห้องสมุดไป่ตู้，视光学测量 ➢ 科学研究方面的应用：激光核聚变，重力场测量，激光光
Townes
Prokhorov
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激光技术发展简史之一
1958年Townes和 Schawlow抛弃了尺度必 须和波长可比拟的封闭 式谐振腔的老思路，提 出利用尺度远大于波长 的开放式光谐振腔实现 Laser的新想。
Schawlow
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激光技术发展简史之一
美国休斯公司实验室一位从事 红宝石荧光研究的年轻人梅曼 在1960.5.16利用红宝石棒首 次观察到激光； 梅曼在7月7日正式演示了世 界第一台红宝石固态激光器； 他在Nature(8月16日)发表了 一个简短的通知。
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光的波粒二象性
波动性：传播过程 ➢ 具有频率、波长、偏振
粒子性：光与物质相互作用 ➢ 具有能量、动量、运动质量
光波是电磁波 ➢ 振动的电场； ➢ 振动的磁场
l 光与大多数探测器作用时，主要是电矢量起作用，故把电 矢量称作光矢量
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光的波粒二象性
光波是横波，有偏振方向，激光本质上讲是偏振光---偏振 方向有时随时间变化
激光测距与激光雷达
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激光切割
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长度测量
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生物和医学应用
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激光技术涉及的学科
物理（光学） 精密加工（光学谐振腔的制作） 光学加工（光学镀膜、光学装调） 电子技术（激光电源、控制电路） 应用技术基础（数学方法、误差理论）
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1辐射理论概要与激光产生条件
§1.1 光波、光子——光的波粒二象性 §1.2 原子能级和辐射跃迁 §1.3 受激辐射 §1.4 光谱线增宽 §1.5 激光形成条件
频率宽度，如 称为准单色波。
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单色平面波
理想的单色平面波
单色平面波的表示---行波方程
No U U 0co s tc z U 0co s 2 T pt2 p lz
Image 单色平面波的复数表示 U U 0 e x p it k z U e x p ( it)
➢复振幅 U~ : 代表振幅在空间的分布，辐角(-kz)代表位相在
c l0
各种介质中传播时，保持其原有频率不变，而速度各不相同
υcυl(ll0)
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折射率始终大于1？
自然界中所有材料的折射率均大于1，各种气体的折射率 近似等于1；
负折射率材料：当介电常数<0，磁导率<0时，折射率 n=-()1/2，小于零（人造材料，2000年后）
用复负折射率 材料做增益介 质？
y
Ey
E
(1)线偏振光
x Ex
(2)自然光
传播方向 z
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光速、频率和波长三者的关系
(1)波长:振动状态在经历一个周期的时间内向前传播的距离。
(2)光速 c 2 .9 9 8 1 0 8 m /s 3 1 0 8 m /s
(3)频率：光矢量每秒钟振动的次数 1
T
(4)三者的关系
在真空中
2-2 激光原理及应用
1
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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2
普通光源
普通光源是光的自发辐射。 特点：多波长、任意方向、 不相干。 普通光源向四面八方辐射, 光线分散到4p球面度的立体 角内.
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我国激光器研究情况
激光器的第一台
研制成功时间 研 制 人
红宝石激光器（我国第一台) 1961年11月
He-Ne激光器
掺钕玻璃激光器 GaAs同质结半导体激光器 CO2分子激光器
1963年7月
1963年6月 1963年12月 1965年9月
邓锡铭、 王之江 邓锡铭等
干福熹 王守武 王润文等
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激光技术发展简史之三
谱，激光对生物组织的作用，激光制冷，激光诱导化学过 程等等
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光盘存储器原理—激光刻蚀与读出
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偏振光显微镜
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激光全息防伪人民币（建国50周年纪念币）
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激光控制核聚变
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天文台（激光导航星）
来自纳层 的反射光 （高度约
100km)
最大高度 约35km
来自空气 分子的
Rayleigh光
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激光
5
激光
粒子数反转
激光原理就是要研究光 的受激辐射是如何在激 光器内产生并占主导地 位而抑制自发辐射！
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激光技术发展简史之一
理论基础： ➢ 爱因斯坦的光子学说
(1905)； ➢ 波粒二象性(1909) ➢ 辐射理论(1917)：提出
了受激辐射的概念，预 测到光可以产生受激辐 射放大。
Einstein
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激光
激光：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation （Laser）。 激光是光的受激辐射。 激光的特点：单色性好,方 向性好；相干性好；亮度高. 基本沿某一条直线传播,通 常发散角限制在10-6球面度 量级的立体角内.
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辐射跃迁： ➢受激吸收； ➢自发辐射； ➢受激辐射