1、 激光喷泉激光喷泉激光雷达激光雷达水幕激光 绪论绪论一一.什么是激光什么是激光二二.激光产生的原理激光产生的原理三三.激光器的激光器的基本结构基本结构和种类和种类四四.激光的发展历史激光的发展历史五五.激光的应用激光的应用 普通光源普通光源-自发辐射自发辐射 激光光源激光光源-受激辐射受激辐射一一.什么是激光什么是激光 激激 光光(Laser)(Light Amplication by Stimulated Emission of Radiation)“辐射的受激发射光放大辐射的受激发射光放大”“激光激光”钱学森在钱学森在196196年提出年提出 激光和普通光有什么不同？激光和普通光有什么不同
2、？1.激光的单色性好激光的单色性好2.激光的方向性好激光的方向性好3.激光的亮度极高激光的亮度极高4.激光的相干性好激光的相干性好1.1.单色性好单色性好单色性最好的氪灯单色性最好的氪灯Kr86 =4.710-3 nm 稳频稳频HeNe激光器激光器 910 nm 激光的单色性比普通光高激光的单色性比普通光高 倍倍.10102.2.方向性好方向性好 （发散角（发散角10-4弧度）弧度）一束激光射到一束激光射到38万万km的月的月球上，光斑的直径只有球上，光斑的直径只有2km手电筒的光射到手电筒的光射到m处，处，扩展成很大的光斑。扩展成很大的光斑。激光的颜色非常单纯，而且只向着一个方向发光，亮度极
3、高激光的颜色非常单纯，而且只向着一个方向发光，亮度极高3.3.亮度极高亮度极高 脉冲瞬时功率大脉冲瞬时功率大（可达（可达10 14瓦）瓦）激光在屏上形成的小光斑，有极大的激光在屏上形成的小光斑，有极大的照度照度太阳表面的亮度比白炽灯大几百倍。太阳表面的亮度比白炽灯大几百倍。普通的激光器的输出亮度，比太阳普通的激光器的输出亮度，比太阳表面的亮度大表面的亮度大10亿倍。亿倍。4 4 相干性好相干性好l空间相干性好，有的激光波面上各个点几乎都是相干光源。空间相干性好，有的激光波面上各个点几乎都是相干光源。l时间相干性好（时间相干性好（10-8埃），相干长度可达几十公里。埃），相干长度可达几十公里。二
4、二.激光产生的原理激光产生的原理自发辐射自发辐射-在没有外来光子的情况下，原在没有外来光子的情况下，原 子自发跃迁发出的光子。子自发跃迁发出的光子。N2N1E2E1自发地、各自独立地、自发地、各自独立地、彼此无关地、无规律彼此无关地、无规律地地特点：特点：是个随机过程，各波是个随机过程，各波列间没有固定位相关系，可以列间没有固定位相关系，可以有不同的偏振方向、传播方向有不同的偏振方向、传播方向、相互间不相干。所以：自发、相互间不相干。所以：自发辐射的光源，方向性、相干性辐射的光源，方向性、相干性、单色性差。单色性差。受激辐射受激辐射N2N1E2E1=h=E2-E1外来光子外来光子 必须有外来光
5、子，其能量必须有外来光子，其能量=h=E=h=E2 2-E-E1 1 才能发生。才能发生。受激辐射的光子与外来光子同属一个光受激辐射的光子与外来光子同属一个光 子态（特性完全相同）。子态（特性完全相同）。可使外来光得到放大。可使外来光得到放大。受激辐射的特点受激辐射的特点:受激辐射受激辐射是在外界辐射场的控制下的发光过程，是在外界辐射场的控制下的发光过程，受激辐射场与受激辐射场与入射辐射场具有相同的频率、相位、波矢入射辐射场具有相同的频率、相位、波矢(传播方向传播方向)和偏振，和偏振，因而是因而是相干的。相干的。受激辐射的相干性受激辐射的相干性受激辐射与自发辐射的重要区别受激辐射与自发辐射的重
6、要区别-相干性。相干性。自发辐射自发辐射是原子在不受外界辐射场控制情况下的自发过程。因是原子在不受外界辐射场控制情况下的自发过程。因此，大量原子的自发辐射场的相位是无规则分布的，因而是此，大量原子的自发辐射场的相位是无规则分布的，因而是不不相干的相干的。此外，自发辐射场的传播方向和偏振方向也是无规则。此外，自发辐射场的传播方向和偏振方向也是无规则分布的。分布的。（3 3）受激吸收受激吸收N2N1E2E1两能级满足跃迁选择定则两能级满足跃迁选择定则=h=E2-E1光的受激吸收是同受激辐射相反的过程。光的受激吸收是同受激辐射相反的过程。原子受外来光作用，原子受外来光作用，完全吸收外来光子，完全吸收
7、外来光子，并跃迁到并跃迁到E2能级。能级。国防科技大学光电科学与工程学院标志着我国砷化镓基近红外波段光电子材料与器件的研究水平已进入世界先进行列。此外，自发辐射场的传播方向和偏振方向也是无规则分布的。作战使用效费比高，化学激光武器仅消耗燃料，每发费用为数千美元，远低于防空导弹的单发费用（爱国者为万美元/枚，尾刺为万美元/枚）。华中科技大学激光技术与工程研究院作战使用效费比高，化学激光武器仅消耗燃料，每发费用为数千美元，远低于防空导弹的单发费用（爱国者为万美元/枚，尾刺为万美元/枚）。激光的单色性比普通光高 倍.激光喷泉血管病变和消化道出血病变。1965年实现了铌酸锂光学参量振荡器，借助普通光源
8、的发光机理:受激吸收和自发辐射利用激光束的高亮度产生热效应、激光束好的单色性产生的生物效应可以治疗疾病。他们的论文使在光学领域工作的科学家马上兴奋起来，纷纷提出各种实现粒子数反转的实验方案，从此开辟了崭新的激光研究领域。必须有外来光子，其能量=h=E2-E1以色列边境部署的激光炮现代高能激光武器的特点神光高功率激光系列装置是我国独立研制成功的大型高功率激光聚变实验装置，配备有物理实验靶场系统及全套激光参数诊断设备，是世界上为数不多的激光器系统。可使外来光得到放大。1966年研制成了固体锁模激光器,获得了超短脉冲普通光源的发光（如电灯、火焰、太阳等）是由于物质在受到外来能量（如光能、电能、热能等
9、）作用时，原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级，即原子被激发。普通光源的发光机理普通光源的发光机理:受激吸收和自发辐射受激吸收和自发辐射普通光源的发光（如电灯、火焰、太阳等）是由于物普通光源的发光（如电灯、火焰、太阳等）是由于物质在受到外来能量（如光能、电能、热能等）作用时，质在受到外来能量（如光能、电能、热能等）作用时，原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级，即原子被激发。激发的过程是一个能级，即原子被激发。激发的过程是一个“受激吸收受激吸收”过程。过程。处在高能级（处在高能级（E E2 2)的电子寿命很短（一般为的电子
10、寿命很短（一般为10108 810109 9秒），秒），在没有外界作用下会自发地向低能级（在没有外界作用下会自发地向低能级（E E1 1）跃）跃迁，跃迁时将产生光（电磁波）辐射。辐射光子能量迁，跃迁时将产生光（电磁波）辐射。辐射光子能量为为 ,这种辐射是一种这种辐射是一种自发辐射自发辐射过程。过程。12EEh三三.激光器的基本结构和种类激光器的基本结构和种类1.激光器基本结构激光器基本结构按工作物质分类按工作物质分类固体激光器固体激光器气体激光器气体激光器液体激光器液体激光器半导体激光器半导体激光器按运转方式分类按运转方式分类连续激光器连续激光器脉冲激光器脉冲激光器超短脉冲激光器超短脉冲激光器
11、按工作波段分类按工作波段分类远红外、红外激光器远红外、红外激光器可见光激光器可见光激光器紫外、真空紫外激光器紫外、真空紫外激光器X X光激光器光激光器2.2.激光器的种类激光器的种类四四.激光的发展历史激光的发展历史19171917年年,爱因斯坦在研究光辐射与原子爱因斯坦在研究光辐射与原子相互作用的时候发现，除了相互作用的时候发现，除了受激吸收受激吸收和自发辐射跃迁和自发辐射跃迁过程外，还存在过程外，还存在受激受激辐射跃迁辐射跃迁过程过程,提出了受激辐射可实现提出了受激辐射可实现光放大的概念光放大的概念,为激光发明奠定了理为激光发明奠定了理论基础论基础。19581958年年，美国两位微波领域的
12、科学家，美国两位微波领域的科学家汤斯汤斯（）和（）和肖洛肖洛（发表发表了著名论文了著名论文红外与光学激射器红外与光学激射器，指出了受激辐射为主的，指出了受激辐射为主的发光的可能性，以及必要条件是实现发光的可能性，以及必要条件是实现“粒子数反转粒子数反转”。他们。他们的论文使在光学领域工作的科学家马上兴奋起来，纷纷提出的论文使在光学领域工作的科学家马上兴奋起来，纷纷提出各种实现粒子数反转的实验方案，从此开辟了崭新的激光研各种实现粒子数反转的实验方案，从此开辟了崭新的激光研究领域。究领域。同年同年苏联科学家苏联科学家巴索夫和普罗霍巴索夫和普罗霍洛洛夫夫发表了发表了实现三能级粒实现三能级粒子数反转和
13、半导体激光器建议子数反转和半导体激光器建议论文论文.19591959年年汤斯汤斯又提出了制造红宝石激光器的建议又提出了制造红宝石激光器的建议.The Nobel Prize in Physics 1964(1964(1964年，汤斯、年，汤斯、普罗霍洛夫和普罗霍洛夫和巴索夫由于对激光研究的贡巴索夫由于对激光研究的贡献分享了诺贝尔物理学奖献分享了诺贝尔物理学奖)1960年年7月月，世界第一台红宝石固态激光器问，世界第一台红宝石固态激光器问世，标志了激光技术的诞生世，标志了激光技术的诞生。美国休斯公司实验室美国休斯公司实验室梅曼梅曼（T.H.Maiman）演演示的。示的。波长为波长为694.3nm
14、的激光的激光激光与原子能、半导体、电子计算机一起，被誉为当代科学激光与原子能、半导体、电子计算机一起，被誉为当代科学技术的技术的 四大发明四大发明。至此，一门新的科学至此，一门新的科学技术技术激光技术以科学史激光技术以科学史上罕见的高速度向前发展！上罕见的高速度向前发展！有人提出了有人提出了Q调制技术，调制技术，并制成第一台调并制成第一台调Q激光器。激光器。制成了钕玻璃脉冲激光器。制成了钕玻璃脉冲激光器。1961年年 2月（月（A.Javan）研制成了）研制成了 HeNe混合气体激光器。混合气体激光器。1962年美国三个研究小组几乎同时分别发布砷化年美国三个研究小组几乎同时分别发布砷化镓（镓（
15、GaAs）半导体激光器的报道。）半导体激光器的报道。仅19611962年间世界各国发表的激光方面的论文达200篇以上。1963年建立了激光的半经典理论。年建立了激光的半经典理论。对激光的频率特性和功率特性进行了比较完对激光的频率特性和功率特性进行了比较完 善的探讨。善的探讨。1964年研制成了年研制成了 氩离子（氩离子（A+r）离子气体激光器）离子气体激光器 二氧化碳气体激光器二氧化碳气体激光器 化学激光器（化学激光器（HF氟化氢）氟化氢）掺钕的钇铝石榴石固体激光器掺钕的钇铝石榴石固体激光器 1965年实现了铌酸锂光学参量振荡器，借助年实现了铌酸锂光学参量振荡器，借助 半经典理论预言了半经典理
16、论预言了锁模锁模效应的存在。效应的存在。把组织蛋白凝固。激光未来的发展，充满着：因此，大量原子的自发辐射场的相位是无规则分布的，因而是不相干的。受激辐射与自发辐射的重要区别-相干性。自发辐射是原子在不受外界辐射场控制情况下的自发过程。激光打孔主要应用在:激光在工业加工领域中的应用激光的单色性比普通光高 倍.这种激光器不仅能发射紫外激光，经过调整后还能发射从蓝色到深紫外的激光。激光技术已成为医学中的新技术，已形成一个新医学分支激光医学。原子受外来光作用，完全吸收外来光子，并跃迁到E2能级。激光切割激光在医学领域的应用如今形形色色的激光器据统计，已有数百种之多美国YAL-1A型激光攻击机神光高功率
17、激光系列装置是我国独立研制成功的大型高功率激光聚变实验装置，配备有物理实验靶场系统及全套激光参数诊断设备，是世界上为数不多的激光器系统。目前使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半导体泵浦激光器。在古希腊，阿基米德利用巨大的反光聚焦镜摧毁了入侵者的兵舰，但那时的船还是由木头做的。激发的过程是一个“受激吸收”过程。1917年,爱因斯坦在研究光辐射与原子相互作用的时候发现，除了受激吸收和自发辐射跃迁过程外，还存在受激辐射跃迁过程,提出了受激辐射可实现光放大的概念,为激光发明奠定了理论基础。1966年研制成了固体锁模激光器年研制成了固体锁模激光器,获得了超短脉冲获得了超短脉冲1970年研制成了准
18、分子激光器年研制成了准分子激光器1977年研制成了红外波段的自由电子激光器年研制成了红外波段的自由电子激光器 1984年研制出光孤子激光器年研制出光孤子激光器20012001年，美国加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员年，美国加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员在相当人的头发丝千分之一的氧化锌纳米导线上制造在相当人的头发丝千分之一的氧化锌纳米导线上制造出世界最小的激光器出世界最小的激光器纳米导线激光器纳米导线激光器。这种激光器。这种激光器不仅能发射紫外激光，经过调整后还能发射从蓝色到不仅能发射紫外激光，经过调整后还能发射从蓝色到深紫外的激光。这种纳米激光器最终有可能被用于鉴深紫外的激光。这种纳米激
19、光器最终有可能被用于鉴别化学物质，提高计算机磁盘和光子计算机的信息存别化学物质，提高计算机磁盘和光子计算机的信息存储量储量 如今形形色色的激光器据统计，已有数百种之多如今形形色色的激光器据统计，已有数百种之多 u1964:Townes1964:Townes,Basov,Prokhorov,Basov,Prokhorov,微波激射器和激光器的发明微波激射器和激光器的发明u1981:1981:哈佛大学的布隆姆贝根和斯坦福大学的肖洛哈佛大学的布隆姆贝根和斯坦福大学的肖洛,激光光谱学激光光谱学u1997:1997:朱隶文朱隶文等三人等三人,激光冷却和陷俘原子激光冷却和陷俘原子 说明说明:朱隶文系美籍华
20、人朱隶文系美籍华人,1948,1948年生于密苏里州年生于密苏里州,其父台湾中央研究其父台湾中央研究 院院士院院士 20052005：罗伊罗伊 格劳伯，对光学相干的量子理论的贡献格劳伯，对光学相干的量子理论的贡献 约翰约翰 霍尔、奥多尔霍尔、奥多尔汉斯：基于激光的精密光谱学研究汉斯：基于激光的精密光谱学研究19611961年夏，在王之江主持下，在中国科学院（长春）年夏，在王之江主持下，在中国科学院（长春）光学精密仪器机械研究所研制成功光学精密仪器机械研究所研制成功我国第一台红宝石我国第一台红宝石激光器激光器中国的激光发展情况中国的激光发展情况:我国各类激光器的我国各类激光器的“第一台第一台”:
21、He-NeHe-Ne激光器激光器 (1963(1963年年7 7月月 邓锡铭等邓锡铭等)()(上海光机所上海光机所)掺钕玻璃激光器掺钕玻璃激光器 (1963(1963年年6 6月月 干福熹等干福熹等)()(上海光机上海光机所所)GaAsGaAs同质结半导体激光器同质结半导体激光器 (1963(1963年年1212月月 王守武等王守武等)脉冲脉冲Ar+Ar+激光器激光器 (1964(1964年年1010月万重怡等月万重怡等)()(中科院电子中科院电子所所)COCO2 2分子激光器分子激光器 (1965(1965年年9 9月月 王润文等王润文等)()(上海光机所上海光机所)CH3ICH3I化学激光
22、器化学激光器 (1966(1966年年3 3月月 邓锡铭等邓锡铭等)YAG(YAG(钇铝石榴石钇铝石榴石)激光器激光器 (1966(1966年年7 7月月 屈乾华等屈乾华等)(西南技术物理研究所西南技术物理研究所 )19641964年，我国第一所，也是当时世界上第一所激光年，我国第一所，也是当时世界上第一所激光技术的专业研究所技术的专业研究所中国科学院上海光学精密机中国科学院上海光学精密机械研究所（简称械研究所（简称“上海光机所上海光机所”）成立）成立 在基础研究和关键技术方面、一系列新概念、新方法在基础研究和关键技术方面、一系列新概念、新方法和新技术（如腔的和新技术（如腔的Q Q突变及转镜调
23、突变及转镜调Q Q、行波放大、自由、行波放大、自由电子振荡辐射等）纷纷提出并获得实施，其中不少具电子振荡辐射等）纷纷提出并获得实施，其中不少具有独创性。有独创性。在王淦昌、王大珩的指导下，中国科学院和中国工程物在王淦昌、王大珩的指导下，中国科学院和中国工程物理研究院从理研究院从8080年代开始联合攻关，承担了年代开始联合攻关，承担了“神光神光”系列系列激光系统的研制激光系统的研制.其中，其中，“神光神光-”激光装置于激光装置于19861986年建成，输出功率年建成，输出功率2 2万亿瓦，达到国际同类装置的先进水平。万亿瓦，达到国际同类装置的先进水平。9090年代又研制了规模扩大年代又研制了规模
24、扩大4 4倍、性能更为先进的倍、性能更为先进的“神光神光-”装置。装置。19951995年，年，“863863计划计划”立项，开始研制跨世纪立项，开始研制跨世纪的巨型激光驱动器的巨型激光驱动器“神光神光-”装置装置.神光神光高功率激光系列装置是我国独立研制高功率激光系列装置是我国独立研制成功的成功的大型高功率激光聚变实验装置大型高功率激光聚变实验装置，配备有，配备有物物理实验靶场系统理实验靶场系统及及全套激光参数诊断设备全套激光参数诊断设备，是世，是世界上为数不多的激光器系统。界上为数不多的激光器系统。激光的单色性比普通光高 倍.标志着我国砷化镓基近红外波段光电子材料与器件的研究水平已进入世界
25、先进行列。对激光的频率特性和功率特性进行了比较完1977年研制成了红外波段的自由电子激光器华北光电技术研究所固体激光技术国家重点实验室 受激辐射的光子与外来光子同属一个光很久以前，有人幻想一种“死光武器”的出现。激光切割激光打孔的发展主要体现在打孔用YAG激光器的平均输出功率已由5年前的400w提高到800w至1000w。中科院西安光机所(飞秒激光技术)1970年研制成了准分子激光器目前，在激光理论，激光技术，激光应用等各个方面，都取得了巨大进展，而且带动了全息光学，非线性光学，傅里叶光学，激光光谱光，光化学，光通讯，光存贮，光信息等新兴学科的发展。激光在舞台表演中的应用激 光(Laser)普
26、通光源的发光机理:受激吸收和自发辐射机载激光武器假象图的反冲压力将靶丸向心压缩，利用激光束的高亮度产生热效应、激光束好的单色性产生的生物效应可以治疗疾病。子自发跃迁发出的光子。使用的激光器主要有YAG激光器和CO2激光器。19961996年，中国新一代飞秒超强激光装置研制成功年，中国新一代飞秒超强激光装置研制成功（中国工程物理研究院）。这标志着中国的强激光技（中国工程物理研究院）。这标志着中国的强激光技术又踏上一个新台阶。这个设备是中国第一台用于超术又踏上一个新台阶。这个设备是中国第一台用于超短超强激光研究的精密装置，专家认为它的研制成功短超强激光研究的精密装置，专家认为它的研制成功为中国强场
27、中的物质及行为研究开拓了道路，是国际为中国强场中的物质及行为研究开拓了道路，是国际上重大研究项目之一。上重大研究项目之一。20042004年年,中科院上海光机所昨天在其建所中科院上海光机所昨天在其建所4040周年周年之际宣布：之际宣布：小型化超短超强激光功率成功突破小型化超短超强激光功率成功突破100100太瓦太瓦（1 1太瓦太瓦10121012瓦）大关，输出峰值功率达到瓦）大关，输出峰值功率达到120120太瓦太瓦/36/36飞秒，这标志着上海在这一领域已进入飞秒，这标志着上海在这一领域已进入了国际同类研究的前沿了国际同类研究的前沿.20052005年年,由中国科学院半导体研究所承担的国家由
28、中国科学院半导体研究所承担的国家“973973”项目、项目、“863863”项目和中科院重大项目项目和中科院重大项目“新一代镓铟氮新一代镓铟氮砷砷(GaInNAs)(GaInNAs)长波长光电子材料与器件长波长光电子材料与器件”近日取得重要近日取得重要突破。在国内首次制备出第一只镓铟氮砷突破。在国内首次制备出第一只镓铟氮砷/镓砷镓砷(GaInNAs/GaAs)(GaInNAs/GaAs)量子阱边发射激光器量子阱边发射激光器，实现室温连续，实现室温连续激射，激射波长激射，激射波长1.301.30微米，输出功率大于微米，输出功率大于3030毫瓦。标毫瓦。标志着我国砷化镓基近红外波段光电子材料与器件
29、的研志着我国砷化镓基近红外波段光电子材料与器件的研究水平已进入世界先进行列。究水平已进入世界先进行列。五五.激光的应用激光的应用由于激光具有方向性好、亮度高、单色性好、由于激光具有方向性好、亮度高、单色性好、相干性好等特点而在许多领域中得到广泛应用相干性好等特点而在许多领域中得到广泛应用1.1.激光应用于军事领域激光应用于军事领域2.2.激光在工业加工领域中的应用激光在工业加工领域中的应用3.3.激光在医学领域的应用激光在医学领域的应用4.4.激光在生活中的应用激光在生活中的应用5.5.激光在新能源中的应用激光在新能源中的应用6.6.激光在科学研究领域中的应用激光在科学研究领域中的应用 很久以
30、前，有人幻想一种很久以前，有人幻想一种“死光武器死光武器”的出现。的出现。在古希腊，阿基米德利用巨大的反光聚焦镜摧毁了在古希腊，阿基米德利用巨大的反光聚焦镜摧毁了入侵者的兵舰，但那时的船还是由木头做的。入侵者的兵舰，但那时的船还是由木头做的。现代的激光让人们有可能实现古代的梦想，制造出现代的激光让人们有可能实现古代的梦想，制造出可以摧毁一切的激光武器。可以摧毁一切的激光武器。美国现在全力研制的美国现在全力研制的“星球大战星球大战”防卫体系，所依防卫体系，所依赖的重要一环就是用激光束来击毁入侵的导弹。赖的重要一环就是用激光束来击毁入侵的导弹。可可以设想，一枚载着核弹头的导弹在强激光的照射下以设想
31、，一枚载着核弹头的导弹在强激光的照射下会迅速化为一阵烟雾消散在空中，这该是多么神奇会迅速化为一阵烟雾消散在空中，这该是多么神奇的事！的事！1.1.激光应用于军事领域激光应用于军事领域.反应迅速反应迅速:光束以每秒万公里传光束以每秒万公里传输，打击目标时输，打击目标时无需计算射击提前量无需计算射击提前量，瞬发瞬发即中即中。现代高能激光武器的特点现代高能激光武器的特点 激光武器是利用激光束直接毁激光武器是利用激光束直接毁伤目标或使之失效，与火炮、导弹伤目标或使之失效，与火炮、导弹等武器相比，具有许多优异的技术等武器相比，具有许多优异的技术特性：特性：.可在电子战环境中工作激光传输可在电子战环境中工
32、作激光传输不受不受外界电磁波的干扰外界电磁波的干扰，目标难以利用电磁干扰手，目标难以利用电磁干扰手段避开激光武器的射击。段避开激光武器的射击。.转移火力快转移火力快,激光束发射时无后座力，激光束发射时无后座力，可连续射击，可连续射击，能在很短时间内转移射击方向能在很短时间内转移射击方向，是拦截多目标的理想武器。是拦截多目标的理想武器。.作战使用作战使用效费比高效费比高，化学激光武器仅消，化学激光武器仅消耗燃料，每发费用为数千美元，远低于防空导耗燃料，每发费用为数千美元，远低于防空导弹的单发费用（爱国者为万美元弹的单发费用（爱国者为万美元/枚，尾刺为万美元枚，尾刺为万美元/枚）。枚）。目前的激光
33、武器可分为两类目前的激光武器可分为两类:一类是一类是战术武器战术武器，也就是像常规武器那样直接杀伤，也就是像常规武器那样直接杀伤敌方人员、击毁坦克、飞机等。这种武器的主要代敌方人员、击毁坦克、飞机等。这种武器的主要代表有激光枪和激光炮，它们能够发出很强的激光束表有激光枪和激光炮，它们能够发出很强的激光束来打击敌人。来打击敌人。另一类是另一类是战略武器战略武器，用于对付敌方的远程导弹、军，用于对付敌方的远程导弹、军事卫星等空间武器。研究战略武器的关键是制造大事卫星等空间武器。研究战略武器的关键是制造大功率高能量的激光器，其能量和功率足以摧毁导弹功率高能量的激光器，其能量和功率足以摧毁导弹和卫星。
34、和卫星。激光战斗卫星假象图激光战斗卫星假象图战略激光武器作战示意图战略激光武器作战示意图美军配备的打迫击炮的激光武器美军配备的打迫击炮的激光武器 机载激光武器假象图机载激光武器假象图激激光光眩眩目目枪枪时间相干性好（10-8埃），相干长度可达几十公里。自发辐射是原子在不受外界辐射场控制情况下的自发过程。“激光”钱学森在196年提出激光器的基本结构和种类照射靶丸快速加热表面.这种纳米激光器最终有可能被用于鉴别化学物质，提高计算机磁盘和光子计算机的信息存储量很久以前，有人幻想一种“死光武器”的出现。有人提出了Q调制技术，美军配备的打迫击炮的激光武器个燃料，从而释放核能，并大今天，激光技术已经融入我
35、们的日常生活之中了。1977年研制成了红外波段的自由电子激光器特点：是个随机过程，各波列间没有固定位相关系，可以有不同的偏振方向、传播方向、相互间不相干。例如吉列牌剃须刀片，每个刀片厚度仅0.华中科技大学激光技术与工程研究院现代高能激光武器的特点标志着我国砷化镓基近红外波段光电子材料与器件的研究水平已进入世界先进行列。普通光源的发光（如电灯、火焰、太阳等）是由于物质在受到外来能量（如光能、电能、热能等）作用时，原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级，即原子被激发。自发地、各自独立地、彼此无关地、无规律地子自发跃迁发出的光子。美美国国战战术术激激光光炮炮战略激光武器组图战略激光武器组
36、图激光雷达激光雷达 美国美国YAL-1AYAL-1A型激光攻击机型激光攻击机 激光在传统加工领域中具有十分激光在传统加工领域中具有十分广泛的应用，可以对材料广泛的应用，可以对材料(包括金包括金属与非金属属与非金属)进行进行切割切割、焊接焊接、表表面处理面处理、打孔打孔、微加工微加工等。等。2.2.激光在工业加工领域中的应用激光在工业加工领域中的应用激光切割技术可以应用于激光切割技术可以应用于:汽车行业、计算机、电气机壳、各种金属零件汽车行业、计算机、电气机壳、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、弹簧垫片、和特殊材料的切割、圆形锯片、弹簧垫片、2mm2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、
37、钢管、以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm1mm以下氧化铝陶瓷以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。片、航天工业使用的钛合金等等。使用的激光器主要有使用的激光器主要有YAGYAG激光器激光器和和COCO2 2激光器激光器。激光雕刻激光雕刻处在高能级（E2)的电子寿命很短（一般为108109秒），在没有外界作用下会自发地向低能级（E1）跃迁，跃迁时将产生光（电磁波）辐射。的反冲压力将靶丸向心压缩，(1)加热:激光（或离子束，X光辐射）标志着我国砷化
38、镓基近红外波段光电子材料与器件的研究水平已进入世界先进行列。1958年，美国两位微波领域的科学家汤斯（）和肖洛（发表了著名论文红外与光学激射器，指出了受激辐射为主的发光的可能性，以及必要条件是实现“粒子数反转”。2005：罗伊 格劳伯，对光学相干的量子理论的贡献目前使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半导体泵浦激光器。中科院上海光机所(高功率激光,强场激光)激光打孔的发展主要体现在打孔用YAG激光器的平均输出功率已由5年前的400w提高到800w至1000w。水幕电影半经典理论预言了锁模效应的存在。激光雕刻激光未来的发展，充满着：激 光(Laser)现代高能激光武器的特点 2月（A.子自
39、发跃迁发出的光子。压力达到108大气压，推力约为激光在传统加工领域中具有十分广泛的应用，可以对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工等。Maiman）演示的。激光焊接技术主要应用于汽车车激光焊接技术主要应用于汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、心身厚薄板、汽车零件、锂电池、心脏起搏器、密封继电器等密封器件脏起搏器、密封继电器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形器以及各种不允许焊接污染和变形器件的焊接中。目前使用的激光器有件的焊接中。目前使用的激光器有YAGYAG激光器激光器，COCO2 2激光器激光器和和半导体泵半导体泵浦激光器浦激光器。激光打孔主要应用在激光打孔主要应
40、用在:航空航天、汽车制造、电子航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。激光打仪表、化工等行业。激光打孔的发展主要体现在打孔用孔的发展主要体现在打孔用YAGYAG激光器激光器的平均输出功率的平均输出功率已由已由5 5年前的年前的400w400w提高到提高到800w800w至至1000w1000w。目前使用的激光器多以目前使用的激光器多以YAGYAG激光器激光器和和COCO2 2激光器激光器为主，也为主，也有一些有一些准分子激光器准分子激光器、同位同位素激光器素激光器和和半导体泵浦激光半导体泵浦激光器器。激光打孔仪激光打孔仪 激光加工不仅极大地提高了工效和质量，激光加工不仅极大地提高了工效和质量
41、，而且有些加工工艺非激光莫属。而且有些加工工艺非激光莫属。例如吉列牌剃例如吉列牌剃须刀片，每个刀片厚度仅须刀片，每个刀片厚度仅0.10.1毫米，要用毫米，要用1313个个焊点焊在焊点焊在0.20.2毫米的托架上，就是用一台激光毫米的托架上，就是用一台激光焊接饥在半秒钟内完成的。焊接饥在半秒钟内完成的。如今，激光加工已成为激光传统应用的最如今，激光加工已成为激光传统应用的最大领域！大领域！3.3.激光在医学领域的应用激光在医学领域的应用 利用激光束的高亮度产生热效应、激光束好利用激光束的高亮度产生热效应、激光束好的单色性产生的生物效应可以治疗疾病。的单色性产生的生物效应可以治疗疾病。激光技术已成
42、为医学中的新技术，已形成一激光技术已成为医学中的新技术，已形成一个新医学分支个新医学分支激光医学激光医学。可以医治：眼科、妇科、皮肤科、内科、肿瘤科可以医治：眼科、妇科、皮肤科、内科、肿瘤科 内的内的200 200 多种疾病。多种疾病。治疗的方法主要有：治疗的方法主要有：（1）激光刀激光刀优点优点（1）手术时出血量少，激光刀可以对肝、脾）手术时出血量少，激光刀可以对肝、脾 等血管丰富的部位动手术；等血管丰富的部位动手术；（2）激光刀与手术部位是非接触的，是自身）激光刀与手术部位是非接触的，是自身 消毒的手术，适宜处理感染性病变。消毒的手术，适宜处理感染性病变。被聚焦的、运动的激光束被聚焦的、运
43、动的激光束生物体组织生物体组织机理：激光束能量使机理：激光束能量使组织在短时间内烧灼组织在短时间内烧灼和气化。和气化。激光刀在切开组织的激光刀在切开组织的同时，其能量把组织同时，其能量把组织中的血管烧结封闭。中的血管烧结封闭。（2）光凝治疗光凝治疗机理：激光把生物组织细胞的水分蒸发，机理：激光把生物组织细胞的水分蒸发，把组织蛋白凝固。把组织蛋白凝固。可治疗：眼科中的视网膜脱落、皮肤粘膜可治疗：眼科中的视网膜脱落、皮肤粘膜 血管病变和消化道出血病变。血管病变和消化道出血病变。（3）光照射治疗光照射治疗 低功率激光束照射生物体，通过生物效应，低功率激光束照射生物体，通过生物效应，能对人体起消炎、消
44、肿、镇痛和促进伤口愈合的能对人体起消炎、消肿、镇痛和促进伤口愈合的作用，直径细小的激光束照射体穴、耳穴、能获作用，直径细小的激光束照射体穴、耳穴、能获得银针针灸的效果，激光针灸，安全方便，不出得银针针灸的效果，激光针灸，安全方便，不出现晕针、断针、刺伤血管、神经及内脏的情况。现晕针、断针、刺伤血管、神经及内脏的情况。4.4.激光在生活中的应用激光在生活中的应用激光电视激光电视 激光照排技术激光照排技术 激光唱机、激光视盘激光唱机、激光视盘 全息照片全息照片舞台表演等舞台表演等 激光可以应用于：激光可以应用于：激光在舞台表演中的应用激光在舞台表演中的应用水幕电影水幕电影氩离子激光表演等氩离子激光
45、表演等水幕激光水幕激光在舞台表演中，激光的应用主在舞台表演中，激光的应用主要有以下几种形式要有以下几种形式 水幕电影水幕电影 形形色色的激光艺术形形色色的激光艺术 用氩离子激光表演器作空间用氩离子激光表演器作空间光束扫描，能产生各种美妙的灯光束扫描，能产生各种美妙的灯光效果，营造一种流光溢彩的气光效果，营造一种流光溢彩的气氛。氛。激光核聚变激光核聚变5.激光在新能源中的应用激光在新能源中的应用-1.1.激光核聚变激光核聚变 利用高功率激光束作用于由氘、氚利用高功率激光束作用于由氘、氚或氘或氘-氚制成的靶丸，使氘、氚核发生氚制成的靶丸，使氘、氚核发生聚合，同时释放出巨额核能量的技术。聚合，同时释
46、放出巨额核能量的技术。在宇宙中，核聚变是产生能量的主要在宇宙中，核聚变是产生能量的主要机制。两个氘核聚合成氦原子，释放机制。两个氘核聚合成氦原子，释放3.2MeV的能量，一个氘核和一个氚核聚合的能量，一个氘核和一个氚核聚合成氦原子核，释放出成氦原子核，释放出17.6MeV的能量。用的能量。用核能量做燃料燃烧值非常高，核能量做燃料燃烧值非常高，1kg核燃料产核燃料产生的热量相当于生的热量相当于2*107kg煤产生的热量。煤产生的热量。海水中蕴藏着大量的氘、氚，数量约为海水中蕴藏着大量的氘、氚，数量约为20万吨，所以核聚变技术能为人类提供几乎万吨，所以核聚变技术能为人类提供几乎是用之不尽的能源。是
47、用之不尽的能源。(1)(1)加热加热:激光（或离子束，激光（或离子束，X X光辐射）光辐射）照射靶丸快速加热表面照射靶丸快速加热表面.(2)(2)压缩压缩:靶丸表面物质向外喷射，形成靶丸表面物质向外喷射，形成 的反冲压力将靶丸向心压缩，的反冲压力将靶丸向心压缩，压力达到压力达到10108 8大气压，推力约为大气压，推力约为 航天飞机的航天飞机的100100倍倍.(3)(3)点火点火:靶心燃料被压缩到靶心燃料被压缩到2020倍铅密倍铅密 度，并在度，并在10108 8度高温下点火度高温下点火.(4)(4)燃烧燃烧:发生热核爆炸并迅速扩展到整发生热核爆炸并迅速扩展到整 个燃料，从而释放核能，并大个
48、燃料，从而释放核能，并大 于输入能量若干倍于输入能量若干倍.目前，在激光理论，激光技术，激光应用等各个方目前，在激光理论，激光技术，激光应用等各个方面，都取得了巨大进展，而且带动了全息光学，非面，都取得了巨大进展，而且带动了全息光学，非线性光学，傅里叶光学，激光光谱光，光化学，光线性光学，傅里叶光学，激光光谱光，光化学，光通讯，光存贮，光信息等新兴学科的发展。通讯，光存贮，光信息等新兴学科的发展。随着科学技术日益加深和拓广，激光技术的应随着科学技术日益加深和拓广，激光技术的应用将不断地给人类带来新的惊奇！用将不断地给人类带来新的惊奇！6.激光在科学研究领域中的应用激光在科学研究领域中的应用-今
49、天，激光技术已经融入我们的日今天，激光技术已经融入我们的日常生活之中了。在未来的岁月中，激光常生活之中了。在未来的岁月中，激光会带给我们更多的奇迹。会带给我们更多的奇迹。激光未来的发展，充满着：激光未来的发展，充满着：巨大的机遇、挑战和创巨大的机遇、挑战和创新空间！新空间！1.1.生物技术生物技术 2.2.信息技术信息技术 3.3.新材料技术新材料技术 4.4.先进制造技术先进制造技术 5.5.先进能源技术先进能源技术 6.6.海洋技术海洋技术 7.7.激光技术激光技术 8.8.空天技术空天技术 国家中长期科学和技术发展规划纲要国家中长期科学和技术发展规划纲要(全文全文)（20062020年）
50、年）(五、前沿技术五、前沿技术)华中科技大学华中科技大学激光技术与工程研究院激光技术与工程研究院中科院上海光机所中科院上海光机所(高功率激光高功率激光,强场激光强场激光 )中科院安徽光机所中科院安徽光机所 (激光通讯激光通讯,激光雷达激光雷达)中科院西安光机所中科院西安光机所(飞秒激光技术飞秒激光技术)国内主要激光研究单位国内主要激光研究单位中科院长春光机所中科院长春光机所中科院物理所中科院物理所中科院半导体所中科院半导体所清华大学清华大学,北京大学北京大学,天津大学天津大学国防科技大学光电科学与工程学院国防科技大学光电科学与工程学院 华北光电技术研究所固体激光技术国家重点实验室华北光电技术研
