《激光原理及应用》全套PPT课件.pptx

激光原理及应用 陈鹤鸣 赵新彦 1激 光 原 理 及 应 用Principles of Laser and Applications 激光原理及应用 陈鹤鸣 赵新彦 2Laser Light Amplified by Stimulated Emission of Radiation 激光原理及应用 陈鹤鸣 赵新彦 31.1 激光发展简史 1 爱因斯坦的理论贡献1917年，爱因斯坦（Albert Einstein）在研究光辐射与原子相互作用时，提出光的受激辐射的概念，从理论上预见了激光产生的可能性。 2 激光的发明与发展（1）1954年发明了氨分子微波振荡器——一种在微波波段的受激辐射放大器（Microwave amplification by stimulated emission of radiation，缩写为Maser）。 （2）汤斯和贝尔实验室（Bell Laborary）的肖洛于1958年在《物理评论》（Phys.Rev.1958,vol.112,1940）杂志上发表了题为《红外和光学激射器》（Infrared and Optical Maser）的论文。 （3）1960年5月，美国休斯公司（Hughes）实验室从事红宝石荧光研究的梅曼（Theodore H.Maiman），制成了世界上第一台红宝石固体激光器（波长694.3nm）。 随后，各种类型的激光器层出不穷，激光技术迅速发展。 与此同时，选频、稳频、调制、调Q、锁模等各种激光技术也相继出现。 激光原理及应用 陈鹤鸣 赵新彦 43 中国激光技术的发展我国第一台激光器于1961年8月研制成功，是中国科学院长春光学精密机械研究所王之江领导设计并和邓锡铭、汤星里、杜继禄等共同实验研制的，所以中国光学界尊称王之江为“中国激光之父”，也是红宝石激光器，但在结构上与梅曼的有所不同，最明显的地方是，泵浦灯不是螺旋氙灯，而是直管式氙灯，灯和红宝石棒并排地放在球形聚光器的附近。这是因为经过王之江的计算，这样会比螺旋氙灯获得更好的效果。实践证明，这种设想和计算是正确的，如今世界上的固体激光器大都是采用这种方式。 4 “激光”名称的由来1964年10月，钱学森致信《受激光发射译文集》（即现《国外激光》）编辑部），建议称为“激光”，同年12月，全国第三届光受激辐射学术会议上，正式采纳了这个建议，从此，“Laser”的中文译名统一称为“激光”。 激光原理及应用 陈鹤鸣 赵新彦 51.2 激光的特性 1. 高方向性 发散角由于谐振腔对光振荡方向的限制，激光只有沿腔轴方向受激辐射才能振荡放大，所以激光束具有很高的方向性。 激光原理及应用 陈鹤鸣 赵新彦 62. 单色性好或激光由原子受激辐射而产生，因而谱线极窄1.2 激光的特性 激光原理及应用 陈鹤鸣 赵新彦 73. 相干性好相干条件：振动方向相同、频率相同、相位差恒定 普通光源：非相干光 激光：相干光1.2 激光的特性 激光原理及应用 陈鹤鸣 赵新彦 83. 相干性好普通光源——自发辐射 激光——受激辐射【时间相干性】时间相干性描述沿光束传播方向上各点的相位关系，指光场中同一空间点在不同时刻光波场之间的相干性。 相干时间和单色性之间关系：相干长度指可以使光传播方向上两个不同点处的光波场具有相干性的最大空间间隔，即光源发出的光波列长度 1.2 激光的特性 激光原理及应用 陈鹤鸣 赵新彦 93. 相干性好【空间相干性】空间相干性描述垂直于光束传播方向的波面上各点之间的相位关系，指光场中不同的空间点在同一时刻光场的相干性，可以用相干面积来描述： —光束平面发散角 对于普通光源，只有当光束发散角小于某一限度，光束才具有明显的空间相干性。 对于激光来说，所有属于同一个横模模式的光子都是空间相干的，不属于同一个横模模式的光子则是不相干的。 1.2 激光的特性 激光原理及应用 陈鹤鸣 赵新彦 104. 高亮度空间高度集中：单色亮度比太阳表面高 倍。时间高度集中：功率峰值可达 瓦。 亮度：光源的明亮程度 光源在单位面积、单位频带宽度、单位立体角内发射的光功率普通光源如太阳、日光灯等的发散角都很大光谱范围很宽，能量分散，所以，尽管某些光源如太阳发出的光总功率很高，但单色亮度仍很小 。1.2 激光的特性 激光原理及应用 陈鹤鸣 赵新彦 11 1.3 激光应用简介1. 激光在信息领域的应用光纤的优越性：?通信容量大?通信质量高?保密性好?成本低光纤通信用光源： 短距离通信用0.85um；长距离通信用1.31um，1.55um 光纤通信系统：光发射器、光纤放大器、光探测器 光纤中传送的是一系