激光原理及其应用

四川师范大学本科毕业论文

激光原理及其应用

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张明 物理与电子工程学院 物理学 2008 级 2 班 2008072068 冯一兵（教授） 2012年 5月 10 日

激光原理及其应用

学生姓名：张明 指导教师：冯一冰（教授） 内容摘要：

激光技术是六十年代初发展起来的一门以原子理论、量子理论、光学技术和电子技术为基础的高新技术，激光是靠受激辐射产生，激光还分为不同种类并且它有自己独特的性质，这些性质也决定了它广泛的用途。目前激光技术已经被推广应用于农业、工业、医疗、科学研究、军用武器及航天技术等多个领域，带来了巨大的效益。超大型二极管泵浦固体激光器时代正在来临，更加突出了激光的用途。本文将对激光发展、原理、性质、种类及其应用进行一个简单的讨论。 关键字：激光原理 激光应用 受激辐射

Laser Light Principle and Its Application

Abstract：

Laser technology is a high and new technology which based on atomic theory, quantum theory, optical technology and electronic technology, it was developed in the early 1960s. Laser produce by stimulated radiation. Laser is divided into different sorts and it has itself’s unique properties. These properties also decided to its wide range of purposes. Currently laser technology has been applied in agriculture, industrial, medical, scientific research, and military weapons and space technology etc, which has brought great benefit. An era which super large diode pumped solid state lasers is coming, the purposes of laser was highlighted significantly. In this paper, the principle, We will do a simple discuss on development, properties, types and application of laser.

Keyword： laser principle Laser application Stimulated radiation

目录

1.激光的发展历史.................................................... 3

1.1激光发展史................................................... 3

1.2从微波振荡器到光波振荡器..................................... 3

2.激光产生原理及其特性.............................................. 4

2.1什么是激光................................................... 4

2.2激光产生原理................................................. 4

2.3激光特性..................................................... 4

3.激光的分类........................................................ 6

3.1激光的种类................................................... 6

3.2几种常见的激光器............................................. 6

4.激光技术的应用.................................................... 7

4.1激光技术在工业上的应用....................................... 7

4.2 激光技术在医学上的应用 ...................................... 8

4.3 激光技术在军事上的应用 ...................................... 8

4.4最新应用：超大型二极管泵浦固体激光器时代正在来临............. 9

4.4.1新型掺镱激光材料 ....................................... 9

4.4.2用于泵浦的高功率半导体激光器巴条 ...................... 10

4.4.3泵浦引擎 .............................................. 11

5.激光技术的应用前景............................................... 11

结论............................................................... 12

致谢............................................................... 12

参考文献........................................................... 13

激光原理及其应用

1.激光的发展历史

激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后人类的又一重大发明。从历史上看，任何科学发明或科学发现，都不外是两条道路：一是自然界业已存在，当人们自觉或不自觉地发现以后再产生理论，并加以证明和利用，如万有引力、氧气、电磁等，这种情况称为“科学发现”；二是自然界（至少地球上的自然界）并不存在的事物，但人们先从理论上推导、预测，然后再通过努力加以证明和实现，如相对论、核衰变、核聚变等，这种情况称为“科学发明”。而后者则更有科学理论性和挑战性，激光的诞生过程就是属于后着。

1.1激光发展史

激光发明的理论基础可以追溯到1917年，著名的物理学家爱因斯坦再研究光辐射与原子相互作用的时候发现，除了受激辐射和自发辐射跃迁过程外，还存在受激辐射跃迁过程。

20世纪50年代初，电子学和微波技术的应用提出了将无线电技术从微波推向光波的要求。

1952年，美国马里兰大学的韦伯开始应用以上理论去放大电磁波。

1.2从微波振荡器到光波振荡器

微波振荡器的实现原理：一个尺度和波长可比拟的封闭的谐振腔；利用自由电子与电磁场的相互作用实现电磁波的放大和振荡。

1954年，美国的汤斯（Charles H.Towns）、苏联的巴索夫（Nikolai G.Basov）和普洛霍洛夫（Aleksander M.Prokhorov）第一次实现了氨分子微波量子振荡器（Maser），抛弃了利用自由电子与电磁场的相互作用实现电磁波的发达和振荡，利用原子或分子中的束缚电子与电磁场的相互作用来放大电磁波。

1958年，汤姆和肖洛（Arthur L.Schawlow）抛弃了一个尺度和波长可比拟的封闭的谐振腔，提出了利用尺度远大于波长的开放式光谐振腔，实现了激光器的新思想。不拢伯根（Nicolaas Bloembergen）提出了利用光（石水）浦三能级原子系统实现原子数反转分布的新构想。

汤斯和肖洛在Physis Revies 上发表论文，指出了实现受激辐射为主的可能性，并给出了实现这个愿望需要满足的条件。

汤斯1954年在量子电子学研究中实现了氨分子的粒子数反转，研制了微波激射器和激光器；普罗霍罗夫和巴索夫1958年几乎同时在量子电子学的基础研究中，根据微波激射器和激光器原理研制了振荡器和放大器。以上工作导致了激光器的发明。

1960年7月，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。 至此，一门新的科学技术——量子电子学中的激光技术以科学史上罕见的高

速度向前发展！

2.激光产生原理及其特性

2.1什么是激光

激光的最初中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词。意思是“受激辐射的光放大”。

2.2激光产生原理

受激辐射产生激光：1917年爱因斯坦从理论上指出：除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。他指出当频率为

E2 E1 h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相

同的光子，这个过程称为受激辐射。