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激光 理论 培训 培训目的：模糊 业余 一、激光器的产生和发展 1 二、激光相关名词解释 3 三、激光原理的简单介绍 9 四、激光产生的五个条件 11 五、激光的特点 12 六、?激光器的结构 15 七、激光器的种类 16 一、激光器的产生和发展 激光学是20世纪60年代发展起来的一门新兴学科，是继原子能、计算机和半导体技术之后的重大科技成果之一。被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。 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”。激光的英文全名已完全表达了制造激光的主要过程。 1916年 爱因斯坦提出的“自发和受激辐射”理论是现代激光系统的物理学基础。 注释：爱因斯坦在玻尔工作的基础上于1916年发表《关于辐射的量子理论》。文章提出了激光辐射理论，而这正是激光理论的核心基础。因此爱因斯坦被认为是激光理论之父。 1960年 梅曼（Theodore Maiman）成功地应用人工合成的淡红色宝石晶体制造出世界上第一台激光器，为输出波长694.3nm，脉能400mJ的相干光，被称做激光。为了表明其威力，Maiman用毫米波的脉冲激光在一打剃须刀片上成功地进行了一次钻孔实验。 注释：1960年5月15日，在休斯公司的一个研究室里，年轻的美国物理学家梅曼正在进行一项重要的实验。他的实验装置里有一根人造红宝石棒。突然，一束深红色的亮光从装置中射出，它的亮度是太阳表面的4倍！这是一种完全新型的光，科学家渴望多年而自然界中并不存在的光， 1961年， Java等研制成功了波长1150nm、近红外线的氦氖（He－Ne）激光器；同年，Johnson发明了掺铷钇铝石榴石（Nd ：YAG）激光器； 1962年， Bennett研制成功了波长为488nm的氩（Argon）激光器； 1964年， Pate等又发明了二氧化碳（CO2）激光器。随后，多种固体、气体和半导体激光器相继问世，标志着一门新兴学科——激光技术的形成。 1961年 我国研制出第一台红宝石激光器。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。 二、激光相关名词解释 当原子内所有电子处于可能的最低能 级时，整个原子的能量最低，我们称原子处于基态。当一个或多个电子处于较高的能级时，我们称原子处于受激状态。电子可 通过吸收或释放在能级之间跃迁。跃迁又可分为三种形式﹕  1.受激吸收 电子透过吸收光子从低能阶跃迁到高能阶 注释：受激吸收低能级E1的粒子当吸收一定频率的外来光能时，粒子的能量就会增加，粒子就从低能级E1跃迁到高能级E2上，这一过程叫做受激吸收。 2.自发幅射 – 电子自发地透过释放光子从高能阶跃迁到较低能阶 注释：处于高能级的粒子很不稳定，不可能长时间的停留在高能级上。以氢原子为例，在高能级停留的时间只有10-8秒（粒子在高能级停留的时间为粒子的寿命，寿命长的为亚稳态能级）。因此，在高能级E2中的粒子会迅速跃迁到低能级E1上。 这种辐射的特点是每一个原子的跃迁是自发的、独立进行的，其过程全无外界的影响，彼此之间也没有关系。因此它们发出的光子的状态是各不相同的。这样的光相干性差，方向散乱。 3.受激幅射 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。入射光子与释放的光子有相同的波长和相，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，最後就变成两个相同的光子。 注释1：受激辐射是处于高能级的原子在光子的“刺激”或者“感应”下，跃迁到低能级，并辐射出一个和入射光子同样频率的光子过程。通过一次受激辐射，一个光子变为两个相同的光子。这意味着光被加强了，或者说光被放大了。　 ???处于高能级E2的电子在外来光场的感应下（感应光子的能量hv? = E2 -?E1）发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1，该过程称为光的受激辐射过程。 受激辐射它是与受激吸收的相反过程。处于高能级的粒子，在某种频率光子诱发下，从原来所在的能级上E2，放出与外来光子完全相同光子，此时既产生了一个光子（受激发前后共有2个光子），使原来的能量减少。把高能级上的粒子跃迁到低能级E1上的这一过程称做受激辐射。 受激辐射的特点本身不是自发跃迁，而是受外来光子的刺激产生。因而粒子释放出的光子与原来光子的频率、方向传播、相位及偏振等完全一样，无法区别出哪一个是原来的光子，哪一个是受激发后而产生的光子，受激辐射中由于光辐射的能量与光子数成正比例，因而在受激辐射以后，光辐射能量增大一倍。以波动观点看，设外来