激光原理与技术课件.pptx

1、激光原理与技术激光原理与技术 课程内容（课程内容（三部分三部分）激光原理激光原理激光器件激光器件激光技术激光技术 学时学时4848学时学时 学分学分3.03.0学分学分 考核方法考核方法期末考试占期末考试占8080平时成绩占平时成绩占2020学时短，不安排期中考试学时短，不安排期中考试 课程要求课程要求不无故缺勤不无故缺勤按时完成作业按时完成作业教材：教材：激光原理，周炳琨等编著；国防工业出版社激光原理，周炳琨等编著；国防工业出版社 2000,2004，2008参考书目：参考书目：1、激光原理与技术，安毓英等编著；科学出版社激光原理与技术，安毓英等编著；科学出版社 20102、激光原理，激光原

2、理，盛新志，娄淑琴；盛新志，娄淑琴；清华大学出版社清华大学出版社 2010 3、激光器件，马养武等；浙江大学出版社激光器件，马养武等；浙江大学出版社 20014、激光技术，蓝信钜；科学出版社激光技术，蓝信钜；科学出版社 20015、激光原理学习指导，高以智等编著；国防工业出版社激光原理学习指导，高以智等编著；国防工业出版社 20066、Principles of Lasers，Orazio Svelto；Plenum Press 1998绪论绪论激激 光光利用利用受激辐射受激辐射的的光光放大放大“LASER”stands for Light Amplification by the Stimu

3、lated Emission of Radiation一、多方面的应用需求激励激光器的研究一、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！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！激光核聚变、激光武器、非线性光学、激光加工等！(3)好的方向性要求好的方向性要求准直、激光导航、激光雷达等！准直、激光导航、激光雷达等！(4)良好的时间分辨率良好的时间分辨率观测超快过程：观测超快过程：(comp.:time scale o

4、f molecular vibrations 100 fs time scale of electronic motion 100 as)二、激光的发展简史二、激光的发展简史 History of laser developments1917 A.Einstein quantum mech.of radiation(spont.&stim.emission)1954 C.H.Townes et al.first maser,implemented with NH3 molecules （Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radi

5、ation）1954 N.G.Basov&A.M.Prokhorov maser theory1958 A.L.Schawlow&Ch.H.Townes laser theory1959 G.Gould laser patent LASER:Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation1960 T.H.Maiman first laser,made from a ruby crystal1961 A.Javan et al.first gas laser(HeNe)1961 E.Snitzer Nd3+:glass-laser(

6、1.06 m)1962 several authors GaAs diode laser(840 nm)1964 C.K.N.Patel CO2-laser(10 m)1964 J.E.Geusic et al.Nd3+:YAG-Laser(Y3Al5O12,1.06 m)(first)Ruby laser,T.H.Maiman(1927-2007),July,1960,at the Hughes Research Laboratories The word laser has been generally accepted since about 1965 The crystalline s

7、tructure 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.Physical and Optical PropertiesDensity3.98 g/cc Refractive index at 700 nm1.7638 Ordinary RayMeltin

8、g Point2040 C 1.7556 Extraordinary RayYoungs Modulus 345 Gpa Birefringence0.008MOR425 MPa Refractive Index vs.Chromium Concentration3 x 10-3(n/%Cr2O3)Compressive Strength 2.0 Gpa Fluorescent Lifetime at 0.05%Cr2O33 ms at 300 KHardness9 Mhos,2000 KnoopFluorescent Linewidth(R1)5.0 at 300KThermal Expan

9、sion 20 to 50 C5.8 x 10-6/COutput Wavelength(R1)6.94.3 nm 20 to 200 C7.7 x 10-6/CMajor Pump Bands404 nm and 554 nmThermal Conductivity at 0 C46.02 W/(mK)at 100 C25.10 W/(mK)1964 W.B.Bridges Ar+ion laser1965 J.V.V.Kasper&G.C.Pimentel chemical laser(HCl,3.8 m)1966 P.P.Sorokin&J.R.Lankard dye laser1971

10、 N.G.Basov et al.Xe2+-excimer laser1984 P.F.Moulton Ti-Sapphire laser(Ti3+:Al2O3)1961 R.J.Collins Q-switching1965 H.W.Mocker&R.J.Collins passive modelocking in a ruby laser1968 D.J.Bradley&A.J.F.Durrant synchroneous pumping1971 H.Kogelnik&C.V.Shank distributed feedback(DFB)-dye laser1984 W.H.Knox et

11、 al.pulse compression1985 D.Strickland&G.Mourou chirped pulse amplification1991 D.E.Spence et al.Kerr lens modelocking and many recent developments:e.g.single-cycle laser pulses,THz pulses,pulse shaping,generation of attosecond pulses,laser-based nuclear fusion,三、与激光及激光应用有关的诺贝尔奖三、与激光及激光应用有关的诺贝尔奖 Nob

12、el prizes for lasers and laser applications四、激光器的基本结构四、激光器的基本结构工作物质工作物质谐振腔谐振腔激励源激励源五、激光器的典型应用五、激光器的典型应用激光的产生有划时代意义！激光的产生有划时代意义！1 1、自然科学上：导致许多相关学、自然科学上：导致许多相关学科的诞生和发展！科的诞生和发展！非线性光学、激光光谱学、激光物理、激光化学、激光非线性光学、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。生物学、激光的原子冷却和钳制等。2 2、能源上：激光核聚变！、能源上：激光核聚变！3 3、信息处理上：激光全息、光通信等。、

13、信息处理上：激光全息、光通信等。4 4、医学上：激光美容、激光手术刀等。、医学上：激光美容、激光手术刀等。5 5、军事上：制成激光雷达和各种激光武器！、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、洲际导弹导弹等）、战略性武器（可以摧毁远程导弹、洲际导弹和卫星）。和卫星）。美国波音公美国波音公司用于反导司用于反导的机载激光的机载激光武器系统。武器系统。6 6、工业上：激光准直、激光导航、激光打孔、光刻集成、工业上：激光准直、激光导航、激光打孔、光刻集成电路等。电路等。美

14、研制步兵用激光武器美研制步兵用激光武器高能激光武器高能激光武器 “响尾蛇响尾蛇”AIM-9AIM-9系列空空导弹系列空空导弹 20152015年美国空军将装备激光炮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激光破坏威胁地球的小行星 用于侦查犯罪的袖珍激光器用于侦查犯罪的袖珍激光器 激光激光-氧气切割金属氧气切割金属激光打孔 用激光检验路面质量的专用汽车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工作物质形态工作物质形态 可以分为可以分为气体、固体、半导体、液体气体、固体、半导体、液体等等工作方式工作方式 连续工作连续工作(CW or continuous wave lase

15、rs)和和脉冲工作脉冲工作(Pulsed lasers)激光技术激光技术 调调Q激光器激光器(Q-switched lasers)、锁模激光器锁模激光器(Mode locked lasers)、倍倍频激光器频激光器(Frequency doubling lasers)、可调谐激光器可调谐激光器(Tunable lasers)、单模和多模激光器单模和多模激光器(Single-mode and Multi-mode lasers)等等六、激光器的分类六、激光器的分类七、课程七、课程内容安排内容安排 介绍激光的基础知识、介绍激光的基础知识、特性及产生机理特性及产生机理 介绍开放式光谐振腔理论及高斯光束的传输规律介绍开放式光谐振腔理论及高斯光束的传输规律阐明其基本物理过程和主要理论分析方法，主要介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绍速率方程理论在速率方程理论的基础上分析在速率方程理论的基础上分析激光器的工作特性激光器的工作特性介绍激光器的各种调制技术、调介绍激光器的各种调制技术、调Q Q与锁模技术、频与锁模技术、频率变换技术率变换技术介绍介绍各种激光器的原理、结构各种激光器的原理、结构