激光原理及其應用簡介

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1、激光原理及其應用簡介內容摘要繼原子能、計算機、半導體之后，激光是上世紀人類的又一重大發(fā)明。早在1917年，著名物理學家愛因斯坦就發(fā)現(xiàn)了激光的原理，但直到1958年，激光才被首次成功制造。它一問世，即獲得超乎尋常的飛快發(fā)展，不僅使古老的光學及其技術煥發(fā)青春，也生發(fā)了許多新興的學科。激光正以特殊的方式深刻影響著人們生活。本文描述了激光的基本原理和特性，并在此基礎上簡單地介紹了激光技術在工業(yè)、信息、軍事等幾個領域內的重要應用及發(fā)展前景。關鍵詞：激光受激輻射粒子數反轉相干性一、激光發(fā)展史激光技術的啟蒙研究發(fā)展就完全印證了上面的話。最早對激光做出理論研究的人是愛因斯坦，1916年愛因斯

2、坦提出受激輻射的概念，即處于高能級的原子受外來光子作用，當外來光子的頻率與其躍遷頻率恰好一致時，原子就會從高能級躍遷到低能級，并發(fā)射與外來光子完全相同的另一光子，新發(fā)出的光子不僅在頻率方面與外來光子相一致，而且在發(fā)射方向、偏振態(tài)以及位相等方面均與外來光子相一致，因此，受激輻射具有相干性；在發(fā)生受激輻射時，一個光子變成了兩個光子，利用這個特點，可實現(xiàn)光放大，并且能夠得到自然條件下得不到的相干光。受激輻射提出后，陸續(xù)有科學家進行研究。如1916-1930年間拉登堡及其合作者對氖的色散的研究并于1933年繪制出色散系數隨放電帶電流密度變化的曲線。1940年法布里坎特首先注意到了負吸

3、收現(xiàn)象。這一階段發(fā)展并不迅速。到了第二次世界大戰(zhàn)之后，1947年蘭姆和雷瑟夫指出通過粒子數反轉可以受激輻射，從此激光理論的研究開始突破。1952年帕塞爾及其合作者實現(xiàn)了粒子數反轉，觀察到了負吸收現(xiàn)象。第二年，韋伯產生了利用受激輻射誘發(fā)原子或分子，從而放大電磁波的思想，進而提出了微波輻射器的原理。1957年斯科威爾實現(xiàn)了固體順磁微波激射器。既然微波可以激發(fā)受激輻射，那么紅外乃至可見光等也應該可以。1958年湯斯和肖洛發(fā)表了著名的“紅外與光學激射器”一文，1959年湯斯提出了建造紅寶石激光器的建議。終于1960年由休斯航空公司的萊曼建造出第一部可用的激光裝置。（我國第一臺紅寶石激

4、光器于15個月后的1961年8locatedintheTomb,DongShenJiabang,deferthenextdayfocusedontheassassination.Linping,Zhejiang,1ofwhichliquorwinemasters(WuzhensaidinformationisCarpenter),whogotAfewbayonets,duetomissedfatal,whennightcame月建成。）從此人類擁有了激光這一利器。由于生產技術不成熟，激光技術產生之初并未有太多實際用途。后雖有切割，光束武器等應用，但又受制于制造成本高昂和氣候條

5、件復雜等。幾十年來各方面工程師和專家一直努力改進創(chuàng)新激光技術及應用，隨著激光技術的發(fā)展成熟，今天，它已經廣泛地應用于生產生活的各方面。二、激光產生原理2.1、激光產生的物質基礎光與物質的共振相互作用，特別是這種相互作用中的受激輻射過程是激光器的物理基礎。愛因斯坦認為光和物質原子的相互作用過程包含原子的自發(fā)輻射躍遷、受激輻射躍遷和受激吸收躍遷三種過程。為了簡化問題，我們只考慮原子的兩個能級和，處于兩個能級的原子數密度分別為和，如圖2-1所示。構成黑體物質原子中的輻射場能量密度為，并有。圖2-1二能級原子能級圖（Ⅰ）、自發(fā)輻射處于高能級的一個原子自發(fā)地向低能級躍遷，并發(fā)射一個能量

6、為的光子，這種過程稱為自發(fā)躍遷過程，如圖2-2所示。locatedintheTomb,DongShenJiabang,deferthenextdayfocusedontheassassination.Linping,Zhejiang,1ofwhichliquorwinemasters(WuzhensaidinformationisCarpenter),whogotAfewbayonets,duetomissedfatal,whennightcame自發(fā)輻射光圖2-2原子自發(fā)輻射（Ⅱ）、受激輻射處于高能級的原子在滿足的輻射場作用下，躍遷至低能級并輻射出一個能量為且與入射光子全同

7、光子，如圖2-3所示。受激輻射躍遷發(fā)出的光波稱為受激輻射。入射光入射光圖2-3原子受激輻射（Ⅲ）、受激吸收受激輻射的反過程就是受激吸收。處于低能級的一個原子，在頻率為的輻射場作用下吸收一個能量為的光子，并躍遷至高能級，這種過程稱為受激吸收，如圖2-4所示。locatedintheTomb,DongShenJiabang,deferthenextdayfocusedontheassassination.Linping,Zhejiang,1ofwhichliquorwinemasters(Wuzhensai