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LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation缩写为Laser,它表示“辐射的受激发射的光放大”。•激光是20世纪的四项重大的发明之一一:激光原理简介光是什么?光学现象:光沿直线传播、反射、折射、干涉、衍射、偏振等现象。光的特性:波动性、粒子性AlbertEinstein1879----1955*光除了具有波动性外,还具有粒子性。1900年普朗克提出能量量子化假设,产生了能量量子化概念.1905年爱因斯坦提出光子理论和光的波粒二象性。将光解释成一种能量的集合—光子ε=hν。光子与原子系统的相互作用1.原子能级及粒子数正常分布能级:原子(分子或离子)具有一系列不同的运动状态,每一种运动状态都有其确定的能量值。这些不同状态的能量值是分立的,称为能级。EE1E2excitedstategroundstate辐射跃迁:原子由于发射或吸收光子而从一个能级改变到另一个能级。发射或吸收光子的频率满足选择定则12EEh无辐射跃迁:原子只是通过与外界碰撞或其它交换能量的过程,而从一个能级改变到另一个能级。(即不吸收也不发射光子)⑴自发辐射自发辐射:在没有外来光子的情况下,原子自发跃迁发出的光子。N2N1E2E1两能级满足跃迁选择定则N2N1E2E1自发地、各自独立地、彼此无关地、无规律地特点:是个随机过程,各波列间没有固定位相关系,可以有不同的偏振方向、传播方向、相互间不相干,自发辐射的能量平均地分配到腔内所有模式上。所以:自发辐射为主的光源,方向性、相干性、单色性差。⑵受激辐射E2能级的原子有可能受到外来光的激励作用,而跃迁到能级E1上,同时发射一个与外来光子完全相同的光子。N2N1E2E1两能级满足跃迁选择定则受激辐射的特点⑴必须有外来光子,其能量ε=hν=E2-E1才能发生。⑵受激辐射的光子与外来光子同属一个光子态(特性完全相同)。⑶可使外来光得到放大。(3)受激吸收N2N1E2E1两能级满足跃迁选择定则ε=hν=E2-E1光的受激吸收是同受激辐射相反的过程。原子受外来光作用,完全吸收外来光子,并跃迁到E2能级。*必须有外来光子4.光的吸收和增益外来光子激励时,受激辐射和受激吸收两个过程同时发生(当外来光足够强时,自发辐射可以忽略)。受激辐射受激吸收入射光宏观上表现为光吸收受激辐射受激吸收入射光宏观上表现为光放大(1)N2N1,受激辐射受激吸收,光吸收(2)N2N1,受激辐射受激吸收,光放大产生光放大的必要条件粒子数反转分布N2N12:形成激光的三个条件部分反射镜激励能源全反射镜激光输出工作物质光学谐振腔——工作物质——激励能源——光学谐振腔产生激光必要条件1.实现粒子数反转2.使原子被激发3.要实现光放大激光的发展史1958年,贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经典论文,奠定了激光发展的基础。1960年,美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器。1965年,第一台可产生大功率激光的器件--二氧化碳激光器诞生。1967年,第一台X射线激光器研制成功。1997年,美国麻省理工学院的研究人员研制出第一台原子激光器。因对激光及其应用的创造性贡献而先后获诺贝尔物理学奖的科学家共有10位.红宝石激光器3:激光的特性方向性好亮度高单色性好相干性好这些特性决定了激光在许多领域的广泛应用方向性好单色性高亮度激光的空间相干性激光的时间相干性二:激光的应用由于激光具有方向性好、亮度高、单色性好、相干性好等特点而在许多领域得到广泛应用:1:激光应用于军事领域2:激光在信息技术领域---全息照相与光存储中的应用3:激光在光通信领域领域的应用4:激光在医学领域的应用5:激光在工业加工领域中的应用6:激光在物理、化学、生物领域的应用7:激光应用于科学研究领域:激光冷冻原子与原子钟、激光引发核聚变1:激光在军事上的应用-----激光武器激光武器的杀伤机理一是烧蚀效应二是激波效应三是辐射效应激光武器的优点1.无需进行弹道计算2.无后座3.操作简便,机动灵活,使用范围广4.无放射性污染,效费比高1983年,美国空军在夏威夷把400千瓦功率的二氧化碳激光器装在NKC-135运输机上,成功地用激光击毁了从太平洋水中发射的洲际弹道导弹,为其用于实战展现了良好的前景。3)自由电子激光武器自由电子激光武器,是使加高压电后发生的电子在巨大的加速装置中运动,再把运动能变成激光束,并经过放大而产生巨大能量的一种激光器。它发射的激光频率宽,输出功率高,使用寿命长,大气贯穿性好。但是,它体积大,重量重,在较短的时间内还不能部署到太空。不过,该武器可以在地面部署,通过太空中的反射镜来把它发射的激光束反射到目标上。4)X射线激光武器X射线激光武器是把核当量1000吨以下的小规模核弹爆炸后所产生的X射线或者γ射线储存在特殊的容器内,再射向敌方目标。X射线激光武器是美国计划重点建设的项目之一。它与其它激光武器相比,具有体积小,重量轻,易在太空中使用;能量高,可同时拦截多个目标;系统比较简单,价格便宜等优点。由存储X射线的容器头部发射出的激光功率非常大,相当于现在世界总用电量的数百倍。X射线激光武器从技术上讲已经可以用于实战。2:激光在信息技术领域的应用-----全息照相、光存、大屏幕显示(1)全息照相清朝全息相片之谜清朝全息相片之谜清朝时候,有个姓汪的官员外出,乘马车走在一处河堤上。天空忽然阴云密布,随即雷鸣电闪,大雨倾盆。汪某急忙让车子停在一棵大柳树下躲避。雨过天晴,汪某下车方便,回头时猛地看见车窗内有几个人影,心中不禁一惊。揭开车帘看,车厢里空无一人,仔细审视,原来人影是在车窗玻璃上。回家后,人影依然不散,家人都以为神异,就把这块玻璃取下供奉起来。20几年后,汪家的儿童用弓箭游戏,不小心打碎了玻璃。奇怪的是,每一块碎片上的影像仍然是完整的。汪某的外甥,翰林院侍读张亮基得到一块碎片,拿去给他的好友姚元之看。姚元之把自己看到的情况记录下来,并收入他所写的《竹叶亭杂记》书中。书中记载:放平了看,这是一块残缺的玻璃片,但斜向阳光看去,就有一个“仙人”坐在里面,仪容端庄,面色微红,双目炯炯,胸前飘着长长的白须,头戴红色道冠,,穿紫色衣服,右手执一柄羽毛扇,身旁还侍立着一个童子。姚元之在清代嘉庆、道光两朝,做官近40年,经历丰富,博学能文,著述严谨。囿于当时认识水平,姚元之把这一奇异现象解释为在雷雨时刻,一位避劫的仙灵精气聚合不散,附着在玻璃上而成。神秘的女神像在墨西哥瓜德罗普大教堂的祭坛上,有一幅圣女像。据传,是十六世纪三十年代初印第安人的作品。一九二九年,该教堂的一位名叫阿方索·马吉尔埃的摄影师,偶然在这位圣女的右眼中发现了一个奇怪的人影。当时的教会知道了此事后,请求这位墨西哥人别声张出去。这样,这则消息直到一九五一年,当另一个名叫卡洛斯·萨利纳斯的画家也同样发现这一奇迹时才公开。于是轰动了世界,招来许多外科医生、五官科专家以及历史学家。从此,圣女像便成了科学家们研究的对象。通过二十多位著名的专家在放大四十倍的显微镜下仔细观察,证实圣女像的右眼中确实有人影,并且能够辨认出这是一个右手捋着胡子、头发已经斑白的印第安人半身像,从他的神情看来,若有所思。这就引起了更多人的兴趣。一九七九年二月,美国纽约大学的琴·阿斯特·汤斯曼教授,利用电脑装置,把图像放大二千七百倍,终于在圣女像的双眼中发现了十二影,有坐着做祈祷的半裸体印第安人,有手捋胡子的白发老人,有带着一群孩子的年轻妇人,还有手拿帽子、带着披风的印第安老农等。在仅有八毫米的圣女像的双眼中,竟容纳这么多人,这在科学上是很难解释的。这些图像是怎样形成的?还有待科学家们进一步考察和探索。全息照相的原理激光束用分光镜一分为二,其中一束照到被拍摄的景物上,称为物光束;另一束直接照到感光胶片即全息干板上,称为参考光束。当光束被物体反射后,其反射光束也照射在胶片上,就完成了全息照相的摄制过程全息照片和普通照片截然不同用肉眼去看,全息照片上只有些乱七八糟的条纹用一束激光去照射该照片,眼前就会出现逼真的立体景物从不同的角度去观察,可以看到原来物体的不同侧面每一片碎片都包括被摄物体的完整信息英女王全息图全息图再现像用于艺术创作,视角超过100°,景深达6英尺.多路合成角度全息用于艺术品展示全息激光防伪标签,已经是一个很大的产业(2)激光全息存储利用激光干涉原理将图文等信息记录在感光介质上的大容量信息存储技术通过将缩微胶片上的影像转变为光信息,然后制出存储密度更大的全息图全息图是由干涉条纹组成的影像,该条纹记录了入射光线的全部信息—振幅和相位阅读还原时,需在激光照射下利用条纹影像的衍射原理使其再现激光全息存储的优点信息存储容量大---可达1Tb/cm3记录速度快记录信息不易丢失---寿命可达数百年便于长期保存---每一碎片都包含完整信息便于拷贝、复制3)DPL大屏幕显示采用二极管泵浦的固体激光器,倍频输出红绿蓝三基色的激光全色显示具有色彩十分丰富多彩,亮度高、清晰度高等优点预计未来10年内在计算机投影仪、大屏幕高清晰显示和数字电视方面得到广泛应用RGBTVSETDiodePumpedLaser转换产生RGB世界首台大屏幕彩色风冷激光电视样机近日通过吉林省科技厅主持的科技成果鉴定。专家认为,该成果达到国家领先水平。目前,该激光电视的市场是大型公共场所,而进入寻常百姓家则需要时日。技术达到世界领先水平激光电视指用彩色激光电视显示器代替彩色显像管的电视。激光显示器主要由大功率全固态红、绿、蓝激光器、光偏转器和屏幕组成。在前不久举行的科技成果鉴定会上,鉴定组专家认为,由中科院长春光学精密机械与物理研究所、长春新产业光电技术有限公司联合研制的世界首台大屏幕彩色风冷激样机,使用风冷大功率红、绿、蓝激光器作为光源,采用了具有自主知识产权的颜色变换和虚拟扩展技术、同频激光耦合技术、消干涉等技术,研制出的激光电视色彩艳丽,比普通电视的色域大二至三倍,能更真实地表现自然界的丰富色彩,甚至可以表现自然界通常看不到的高饱和度单色光。该激光电视除了卓越的色彩优势外,还兼备高清晰和数字化功能,该项成果在国际上处于领先地位。中国研制出世界首台大屏幕激光电视机2006-10-259:09:08据了解,中科院长春光机所与下属的长春新产业光电技术有限公司在2004年已合作开发出我国第一台风冷激光彩色电视样机,当时的尺寸为50英寸。2005年,它们又成功研制出60英寸和200英寸的彩色激光电视样机,其性能达到了国际领先水平,同年参加了国家“十五”科技成果大会等展会,以其优良的性能赢得展会观众的好评。彩色激光电视原理样机的研制成功,标志着我国已进入国际彩色激光电视的先进行列,为抢占彩色激光电视产业制高点奠定了坚实基础。激光电视竞争优势明显与其他种类电视(等离子体、液晶电视等)相比,激光电视在技术上具有明显优势。据专家介绍,彩色电视机自1954年问世至本世纪初以来,一直以阴极射线管为基础,通过提高荧光粉的发光效率、增大显示屏的尺寸、平面化荧光屏的显示表面、改进接收和播放信号处理系统等提高彩色电视机的技术含量和增强市场竞争力。随着科技的进步和发展,以阴极射线管作为显示器,逐步暴露出越来越多的缺点和不足,如会产生对使用者身体健康非常有害的电磁辐射、荧光粉不能完美显示影像的颜色、显示屏的尺寸难以做大、彩色电视机整机体积大,重量大等。鉴于此,国际上自20世纪90年代起纷纷开始发展新型彩色电视显示技术,形成产品的主要有液晶电视、背投影电视、等离子体电视等。液晶电视和等离子体电视具有厚度薄、无辐射等优点,但是观看视场小、亮度低、色域相对较小,难以实现大画面;背投影电视,采用高亮度阴极射线管、LCD和再成像技术增大画面,其缺点是,亮度和对比度比阴极射线管低、视角小、需要冷却、体积笨大、寿命短。而激光电视却具有三方面优点:一是色纯度高、色域大。由于激光单色性好,色纯度极高达到100%,按三色合成原理,它在色度图上形成的颜色三角形区域最大,因而有着比
本文标题:激光概述
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