激光原理与激光技术课件
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目录
壹
激光基础知识
贰
激光器的分类
叁
激光技术应用
肆
激光器的构造
伍
激光技术的发展
陆
激光安全与防护
激光基础知识
第一章
激光的定义
激光具有高度的相干性，意味着其光波在空间和时间上保持一致，这是普通光源所不具备的。
光的相干性
激光的方向性非常强，它几乎沿直线传播，散射极小，这使得激光能够用于精确的测量和切割。
方向性
激光的单色性极佳，它几乎只包含一个特定波长的光，与白光等多色光源形成鲜明对比。
单色性
01
02
03
激光的工作原理
受激发射过程
激光通过受激发射产生，当外部光子与激发态原子相互作用时，产生相同频率、相位和偏振态的光子。
谐振腔的作用
谐振腔是激光器的关键部分，它通过反射镜来回反射光子，增强特定频率的光，形成稳定的激光输出。
粒子数反转
激光产生需要实现粒子数反转，即高能级的粒子数多于低能级，这样光子在介质中传播时才能持续放大。
激光的特性
激光的方向性非常好，几乎所有的光能量都沿着一个非常狭窄的光束传播，这使得激光在远程通信和切割材料中非常有效。
方向性
激光的相干性极强，光波之间保持固定的相位关系，这使得激光能够用于全息成像和精密定位。
相干性
激光具有极高的单色性，意味着它由单一波长的光组成，这使得激光在精密测量和通信中非常有用。
单色性
激光器的分类
第二章
固体激光器
泵浦方式
工作物质与激活介质
固体激光器使用掺杂的固体材料作为激活介质，如红宝石或掺钕的钎铝石榴石（Nd:YAG）。
固体激光器的泵浦方式包括闪光灯泵浦和激光二极管泵浦，后者效率更高，寿命更长。
应用领域
固体激光器广泛应用于材料加工、医疗手术、科研等领域，如激光切割和激光打标。
气体激光器
氦氖激光器是气体激光器的一种，广泛应用于指示、测量和光谱学领域，因其稳定性和长寿命而受到青睐。
氦氖激光器
01
二氧化碳激光器利用二氧化碳气体作为增益介质，常用于工业切割和医疗手术，因其高效率和高功率而闻名。
二氧化碳激光器
02
准分子激光器通过激发稀有气体和卤素的化合物产生激光，主要用于眼科手术和半导体制造中。
准分子激光器
03
液体激光器
染料激光器利用有机染料作为增益介质，能够产生宽波段的可调谐激光输出。
染料激光器
01
02
液体离子激光器通过特定的液体溶液中的离子来产生激光，常用于科研和医疗领域。
液体离子激光器
03
固态染料激光器结合了固体激光器和染料激光器的特点，提供高效率和稳定的激光输出。
固态染料激光器
激光技术应用
第三章
工业加工应用
激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的精确切割，如汽车制造和航空航天领域。
激光切割
激光焊接以其高精度和高速度在汽车、电子等行业中得到广泛应用，提高了生产效率。
激光焊接
激光打标技术用于在产品上永久标记信息，如日期、序列号，广泛应用于制造业和珠宝行业。
激光打标
医疗领域应用
激光在眼科手术中广泛应用，如激光矫正视力手术，能精确地重塑角膜，改善视力。
激光手术
利用激光技术进行内窥镜检查，可以更准确地诊断胃肠道疾病，提高诊断效率和准确性。
激光辅助诊断
激光治疗技术用于去除纹身、治疗痤疮和皮肤色素沉着，效果显著且副作用小。
激光治疗皮肤疾病
通信技术应用
激光在光纤通信中用于传输高速数据，如互联网和电话信号，实现远距离通信。
光纤通信
利用激光进行卫星间的高速数据传输，提高了通信的带宽和信号质量。
卫星通信
激光技术在量子通信中用于实现量子密钥分发，保障通信的安全性。
量子通信
激光器的构造
第四章
激光介质
01
固体激光介质
固体激光介质如红宝石或掺杂的玻璃棒，通过激发产生相干光束，是早期激光技术的核心。
03
液体激光介质
染料激光器使用液体染料作为介质，能够产生宽波段的可调谐激光输出。
02
气体激光介质
气体激光器使用如氦-氖或二氧化碳等气体作为介质，广泛应用于指示和切割。
04
半导体激光介质
半导体激光器利用半导体材料的电子跃迁产生激光，常见于光盘驱动器和光纤通信。
泵浦源
固体激光器的泵浦源
固体激光器常用闪光灯或半导体激光作为泵浦源，提供能量激发激光介质。
气体激光器的泵浦源
气体激光器如氦氖激光器，通常使用直流或射频放电作为泵浦源，产生激光。
液体激光器的泵浦源
染料激光器作为液体激光器的代表，其泵浦源多为另一激光器或强光灯。
光学谐振腔
光学谐振腔由两个或多个反射镜组成，形成闭合的光路，是激光产生和放大的关键部分。
谐振腔的基本组成
为了确保激光的稳定输出，谐振腔必须满足一定的稳定性条件，这涉及到腔长和镜面曲率半径的精确计算。
谐振腔的稳定性条件
通过调整谐振腔的几何结构和反射镜的特性，可以控制激光的模式，实现单模或多模激光输出。
谐振腔的模式选择
激光技术的发展
第五章
历