激光的原理及激光材料ppt课件.ppt

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1、激光的原理及激光材料激光的原理及激光材料Laser materials1.激光的发展EinsteinTolmanMaimanMaiman的第一台激光器1.激光的发展激光是光的激光是光的受激辐射受激辐射。激光的特点：激光的特点：单色性好单色性好,方向性好；相干性好；亮度高方向性好；相干性好；亮度高.2.激光的原理激光（激光（Laser）：）：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation基本沿某一条直线传播基本沿某一条直线传播,通常发散角限制在通常发散角限制在1010-6-6球球面度量级的立体角内面度量级的立体角内.原原子子内内电电

2、子子的的跃跃迁迁过过程程 入射光子与释放的光子有相同的波长和入射光子与释放的光子有相同的波长和相相位位，此波长对应于两个能阶的能量差。一，此波长对应于两个能阶的能量差。一个光子诱发一个原子发射一个光子，最后就个光子诱发一个原子发射一个光子，最后就变成两个相同的光子变成两个相同的光子 2.激光的原理自发吸收自发吸收：电子透过吸收光子从低能阶跃迁电子透过吸收光子从低能阶跃迁到高能阶。到高能阶。自发辐射自发辐射：电子自发地透过释放光子从高能电子自发地透过释放光子从高能阶跃迁到较低能阶阶跃迁到较低能阶 受激辐射受激辐射：光子射入物质诱发电子从高能阶光子射入物质诱发电子从高能阶跃迁到低能阶，并释放光子。

3、跃迁到低能阶，并释放光子。激光基本上就是激光基本上就是由由受激辐射受激辐射机制机制所产生所产生的的图三 红宝石激光的示意图图四 粒子数反转的状态2.激光的原理2.激光的原理（1）形成分布反）形成分布反转转，使得，使得受激受激辐辐射射占占优势优势（2）具有共振腔，以）具有共振腔，以实现实现光量子放大光量子放大（3）至少达到）至少达到阀值电阀值电流密度，使得流密度，使得增益至少增益至少等于等于损损耗耗要获得激光发射，必须满足以下三个基本条件：要获得激光发射，必须满足以下三个基本条件：2.激光的原理激光器的构成激光器的构成激光器通常由三部分构成：(1).工作物质；(2).激励源；(3).谐振腔 红宝

4、石脉冲激光器示意图红宝石脉冲激光器示意图 2.激光的原理激光加工装置激光加工装置激光应用设备激光应用设备3.激光材料及分类3.激光材料及分类常用的激光材料激光晶体材料激光晶体材料激光玻璃激光玻璃红外材料红外材料大多数激光晶体是含有激活离子的荧光晶大多数激光晶体是含有激活离子的荧光晶体，按晶体的组成分类，它们可分为体，按晶体的组成分类，它们可分为掺杂掺杂型激光晶体型激光晶体和和自激活激光晶体自激活激光晶体两类。两类。激光玻璃激光玻璃因因储能大，制造工艺成熟，以及储能大，制造工艺成熟，以及价格便宜等特点，在高功率光系统、纤维价格便宜等特点，在高功率光系统、纤维激光器和光放大器，以及其他重复频率不激

5、光器和光放大器，以及其他重复频率不高的中小激光器中得到了广泛的应用，与高的中小激光器中得到了广泛的应用，与激光晶体一起构成了固体激光材料的两大激光晶体一起构成了固体激光材料的两大类，并得到了迅速的发展。类，并得到了迅速的发展。红外材料是指与红外线的辐射、吸收、透红外材料是指与红外线的辐射、吸收、透射和探测等相关的一些材料。射和探测等相关的一些材料。工业上利用激光的高密度、高亮度和高工业上利用激光的高密度、高亮度和高定向性的特点，可以把激光辐射能量集定向性的特点，可以把激光辐射能量集中在较小的一定空间范围内，产生几千中在较小的一定空间范围内，产生几千度到几万度以上的高温，因此可利用激度到几万度以

6、上的高温，因此可利用激光进行多种特殊的非接触特种加工作业。光进行多种特殊的非接触特种加工作业。目前比较成熟的应用有激光打孔、激光目前比较成熟的应用有激光打孔、激光焊接、激光切割、激光表面处理和激光焊接、激光切割、激光表面处理和激光印刷、激光信息存储等。印刷、激光信息存储等。在医学领域，随着激光技术的出现，一在医学领域，随着激光技术的出现，一种新型的以激光为基础的医疗和诊断手种新型的以激光为基础的医疗和诊断手段得到了迅速的发展，激光治疗的方式段得到了迅速的发展，激光治疗的方式包括辐照、烧灼、光刀切割以及光针针包括辐照、烧灼、光刀切割以及光针针炙等。炙等。4.激光材料的应用及前景 在在军军事事和和

7、航航天天方方面面，可可用用于于红红外外伪伪装装和和红红外外诱诱饵饵器器。红红外外伪伪装装的的最最基基本本原原理理是是降降低低和和消消除除目目标标和和背背景景的的辐辐射射差差别别，以以降降低低目目标标被被发发现现和和识识别的可能性。别的可能性。4.激光材料的应用及前景 在在航航天天领领域域中中，航航天天器器用用红红外外辐辐射射涂涂层层是是一一种种高高温温高高发发射射率率涂涂层层，涂涂在在航航天天器器蒙蒙皮皮表表面面上上，作作为为辐辐射射防防热结构。热结构。（1）激光器技术开发向高功率、高光束质量、高）激光器技术开发向高功率、高光束质量、高可靠性、高智能化和低成本方向发展。可靠性、高智能化和低成本

8、方向发展。（2）激光器研究向固态方向发展，半导体激光器、）激光器研究向固态方向发展，半导体激光器、半导体泵浦固体激光器和光纤激光器成为激光器发展半导体泵浦固体激光器和光纤激光器成为激光器发展方向的代表。方向的代表。（3）激光技术与其他学科结合，不断拓展新兴应）激光技术与其他学科结合，不断拓展新兴应用领域，特别是精密和微细加工领域的应用是激光加用领域，特别是精密和微细加工领域的应用是激光加工的重点应用方向，在高度精密加工的场合得到进一工的重点应用方向，在高度精密加工的场合得到进一步推广和应用。步推广和应用。4.激光材料的应用及前景ThankThank You You！N2N1时，即实现粒子数反转

9、，才能实现光放大。时，即实现粒子数反转，才能实现光放大。N2：E2能级的原子数，能级的原子数，N1：E1能级的原子数能级的原子数半导体激光器半导体激光器基本结构：基本结构：由由掺掺杂杂浓浓度度很很高高的的半半导导体体材材料料形形成成p-n结结，利利用用半半导导体体能能带带跃跃迁迁的的复复合合发发光光引引发发受受激激辐射辐射而形成激光。而形成激光。加电压后，加电压后，n区向区向p区注入电子，区注入电子，p区向区向n区注入空穴区注入空穴电激励电激励半导体薄膜半导体薄膜GaAs、GaSb、InAs、InSb、PbSe、PbTe、InGaAsP、AlGaAsSb通过通过分立发光中心分立发光中心吸收光泵能量吸收光泵能量 后转换成激光输出后转换成激光输出氧化铝、钇铝石榴石、硅酸盐玻璃、氧化铝、钇铝石榴石、硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、氟化物玻璃磷酸盐玻璃、氟化物玻璃