材料激光加工-概论课件.ppt

激光定义： 通过辐射的受激发射实现光的放大。 两个重要因素：受激辐射，光放大。 （什么是受激辐射？，怎么样使光得到放大？） 激光一名得自钱学森（1965） 1964年10月，钱学森致函《受激光发射译文集》建议将“光受激发射”改为“激光”； 1964年12月，上海、严济慈主持第三次激光学术会议，会议讨论正式确认“激光” * 19世纪初，由于冶金和照明工业的发展，人们急需找到黑体辐射强度和辐射频率之间的关系。所谓黑体，是指这样一种物体，在任何温度下，它将入射的任何波长的电磁波全部吸收，没有一点反射，而在相同温度下，它所发射出的热辐射比任何其他物体都强。在自然界中，不存在这种理想的黑体，但在某些条件下我们可以找到近似于黑体的物体。可是，科学家在研究黑体辐射问题时却遇到了著名的“紫外发射”悖论。 英国物理学家瑞利与金斯根据经典电动力学和经典统计物理学，把光看作是振动着的波的汇集，提出了另一个公式。但这个公式适用于长波领域，并不适用于短波领域。特别值得指出的是，使用这个公式却推导出一个荒谬的结论：在短波紫外光区，理论值随波长的减少而很快增长，以致趋向于无穷大，即在紫色一端发散；这显然与实际不符。因为在一个有限的空腔内，根本不可能存在无限大的能 量。面对理论结论与试验结果之间出现的这个巨大矛盾，当时的物理学家无法作出合理的解释，所以，后来人们就把这个科学难题称为“紫外灾难”。 * 经典理论（瑞里-金森公式）在短波部分出现了能量密度无穷大值 * 从1895年起，德国柏林大学教授普朗克也在研究这个问题。1900年普朗克尝试寻找一个不与观测资料相矛盾的普遍公式，并试着应用了一个热力学上凑合出来的假定，再运用数学技巧——内插法推导出了一个公式。这个公式相当复杂，又没有明显的物理意义，一些人就称他这个公式“纯粹是一些不相关联的量的偶然结合”。奇怪的是这个公式与当时的测量值极好地相符合。普朗克还从自己的公式推出了玻尔兹曼定律。只有一点使普朗克费解，这个公式不能从经典定律中推导出来，经典能量的概念和他的公式是格格不入的。普朗克决心寻找隐藏在公式后面的物理实质。普朗克面临的考验是：作旧理论体系的奴隶呢，还是尊重实验事实，大胆创新呢？普朗克经过八周的艰苦工作，终于放弃了经典的能量均分原理，提出了一个完全背离经典物理学的假设：把黑体空腔壁看作为由赫兹振子集聚而成，并假设每一个自然频率为v的线性谐振子只能够不连续地取得或释放能量，能量值必须是某一最小能量hv的整数倍。普朗克把这每一小份能量叫做一个“量子”。这就是著名的普朗克量子假说。1900年12月14日，普朗克在柏林物理学学会上发表了题为《论正常光谱的能量分布定律的理论》的论文，提出了著名的能量子假说。标志着量子力学的诞生。 * 普朗克的公式在长波和短波部分均与实验吻合。 * 　　受激辐射，基于伟大的科学家爱因斯坦在1916年提出了的一套全新的理论。这一理论是说在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光。 * * 爱因斯坦指出：物质受激辐射后将会发出与入射光完全相同的光。人们意思到：如果能将辐射出得光加以利用，使之继续激励物质，就可能实现光的雪崩似放大。这就是光学光学谐振腔的初步构想。 如何构造出一个光学谐振腔呢？ * 二战中，微波放大研究取得了长足进步。 至今，已经有10多项与激光相关的Nobel奖。 * * * 物理学家。江苏常州人。1952年毕业于大连大学工学院物理系。中国科学院上??王之江 海光学精密机械研究所研究员。在光学设计方面，发展了象差理论和象质评价理论，形成了新的理论体系，完成了大批光学系统设计（如照相物镜系统、平面光栅单色仪、长工作距反射显微镜、非球面特大视场目镜、105#大型电影经纬仪物镜等）；在激光科学技术方面，领导研制成中国第一台激光器，并在技术和原理上有所创新。70年代领导完成了高能量、高亮度钕玻璃激光系统。在这项工作中解决了一系列理论、技术及工艺问题。关于某些激光重大应用对亮度要求的判断，使工作避免了盲目性，对于中国激光科学技术起了积极作用。倡议和具体领导了中国“七五”攻关中激光浓缩铀项目。对中国光信息处理和光计算起了倡导作用。1991当选为中国科学院院士（学部委员）。 * * * * * 超快激光可以为我们提供瞬态过程研究的手段，如飞秒时间分辨光谱术，飞秒化学，飞秒生物学。飞秒激光也可用在强场物理上，如核聚变，裂变，模拟宇宙爆炸灯。Zewail 用飞秒时间分辨光谱来观察化学反应的过渡态而获得nobel奖。 相干性好。激光的频率、振动方向、相位高度一致，使激光光波在空间重叠时，重叠区的光强分布会出现稳定的强弱相间现象。这种现象叫做光的干涉，所