激光科學技術(shù)講解課件

第七章

激光科學技術(shù)第七章激光科學技術(shù)主要內(nèi)容第1節(jié)概述第2節(jié)激光及其特性第3節(jié)激光器第4節(jié)激光的應用及其發(fā)展主要內(nèi)容第1節(jié)概述第1節(jié)概述

激光技術(shù)、計算機技術(shù)、原子能技術(shù)、生物技術(shù)，并列為二十世紀最重要的四大發(fā)現(xiàn)。是人類探索自然和改造自然的強有力工具。40多年來，激光技術(shù)與應用發(fā)展迅猛，已與多個學科相結(jié)合形成多個應用技術(shù)領(lǐng)域，比如光電技術(shù)，激光醫(yī)療與光子生物學，激光加工技術(shù)，激光檢測與計量技術(shù)，激光全息技術(shù)，激光雷達，激光制導，激光可控核聚變，激光武器等等。1917年，愛因斯坦提出了受激輻射理論。強調(diào)光的物質(zhì)性；用量子觀點預言受激輻射

的存在和光放大的可能性。

第1節(jié)概述激光技術(shù)、計算機技術(shù)、原子能技術(shù)、生物激光的基本原理

E1E3E2按量子力學原理，原子只能穩(wěn)定地存在于一系列能量不連續(xù)的定態(tài)中，原子能量的任何變化（吸收或輻射）都只能在某兩個定態(tài)之間進行。我們把原子的這種能量的變化過程稱之為躍遷。光子與物質(zhì)原子相互作用過程中，存在三種類型的躍遷。即：受激吸收、自發(fā)輻射和受激輻射。基態(tài)激發(fā)態(tài)能級激光的基本原理E1E3E2按量子力學原 如圖1-1所示，有一個原子開始時處于基態(tài)E1，若不存在任何外來影響，它將保持狀態(tài)不變。如果有一個外來光子，能量為hv，與該原子發(fā)生相互作用。且，其中：E2為原子的某一較高的能量狀態(tài)——激發(fā)態(tài)。則原子就有可能吸收這一光子，而被激發(fā)到高能態(tài)去。這一過程被稱之為受激吸收。值得注意的是，只有外來光子的能量hv恰好等于原子的某兩能級之差時，光子才能被吸收。

受激吸收

E1E3E2原子吸收示意圖hvE1E3E2——低能級到高能級吸收能量 如圖1-1所示，有一個原子開始時處于基態(tài)E1與經(jīng)典力學中的觀點類似，處于高能態(tài)的原子是不穩(wěn)定的。它們在激發(fā)態(tài)停留的時間非常短（數(shù)量級約為10-8s），之后，會自發(fā)地返回基態(tài)去，同時放出一個光子。這種自發(fā)地從激發(fā)態(tài)躍遷至較低的能態(tài)而放出光子的過程，叫做自發(fā)輻射。原子在激發(fā)態(tài)的平均停留時間稱之為激發(fā)態(tài)的壽命。hv

自發(fā)輻射示意圖E1E3E2自發(fā)輻射——高能級到低能級放出能量與經(jīng)典力學中的觀點類似，處于高能態(tài)的原子是不穩(wěn)自發(fā)輻射的特點

這種過程與外界作用無關(guān)。各原子的輻射都是獨立地進行。因而所發(fā)光子的頻率、初相、偏振態(tài)、傳播方向等都不同。不同光波也是不相干的。例如霓虹燈管內(nèi)充有低壓惰性氣體，在管兩端加上高電壓來激發(fā)氣體原子，當它們從激發(fā)態(tài)躍遷返回基態(tài)時，便放出五顏六色的光彩。其頻率成分極為復雜，發(fā)光方向各向都有，初位相也各不相同。這正是普通光源的自發(fā)輻射。自發(fā)輻射的特點

處于激發(fā)態(tài)的原子，在其發(fā)生自發(fā)輻射前，若受到某一外來光子的作用，而且外來光子的能量恰好滿足，

原子就有可能從激發(fā)態(tài)E2躍遷至低能態(tài)E1，同時放出一個與外來光子具有完全相同狀態(tài)的光子。如圖1-3所示。這一過程被稱為受激輻射。

E1E2hvE1E2hvhv

受激輻射示意圖受激輻射——受外來光子影響發(fā)生輻射E1E2hvE1E2hvhv受激輻射示意圖

這種過程是在外界光子的刺激作用下發(fā)生的，而且受激輻射出的光子，與入射光子具有相同的頻率，相同的初相，相同的傳播方向，相同的偏振態(tài)等。即與外來光子具有完全相同的狀態(tài)。在受激輻射過程中，輸入一個光子，可以得到兩個狀態(tài)完全相同光子的輸出。并且這兩個光子可再作用于其他原子上，產(chǎn)生受激輻射，而獲得大量特征完全相同的光子。這便是受激輻射的光放大。這是激光器發(fā)明的理論基礎，由愛因斯坦奠定。受激輻射的特點hvhvhvhvhvhvhv輸入輸出光放大示意圖這種過程是在外界光子的刺激作用下發(fā)生的，而且受激輻射第2節(jié)激光及特性“激光”是利用光能、熱能、電能、化學能或核能等外部能量來激勵物質(zhì)，使其發(fā)生受激輻射而產(chǎn)生的一種特殊的光。（LASER）——受激輻射的光放大，“鐳射、萊塞”（LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation）。第2節(jié)激光及特性“激光”是利用光能、熱能、電能、化學能或激光的產(chǎn)生１．激光產(chǎn)生的物理過程：受激輻射而得到的加強光２．產(chǎn)生激光的困難：吸收大于輻射３．產(chǎn)生激光的辦法：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)Lightorlaser無輻射躍遷亞穩(wěn)態(tài)激光的產(chǎn)生１．激光產(chǎn)生的物理過程：受激輻射而得到的加強光Li激光的特性

1高亮度2高方向性3高單色性4好的相干性

激光的特性1高亮度光源亮度是指光源單位發(fā)光表面在單位時間內(nèi)沿單位立體角所發(fā)射的能量，普通光源的亮度相當?shù)?，例如，太陽表面的亮度比蠟燭大30萬倍，比白熾燈大幾百倍。而一臺普通的激光器的輸出亮度，比太陽表面的亮度大10億倍。激光器的輸出功率并不一定很高，但由于光束很細，光脈沖窄，光功率密度卻非常大。由于激光光源使光能量在時間和空間上高度集中，因此，能在直徑極小的區(qū)域內(nèi)(10-3毫米)產(chǎn)生幾百萬度的高溫。

高亮度激光束經(jīng)聚焦后，可產(chǎn)生幾百萬個單位的高溫高壓。千分之一秒內(nèi)使任何金屬汽化。高亮度光源亮度是指光源單位發(fā)光表面在單位時間內(nèi)沿單位立體角普通光源向四面八方發(fā)射能量，其能量分布在全空間4立體角內(nèi)。而激光則是沿一條直線傳播，能量集中在其傳播方向上。其發(fā)散角很小，一般為10-5～10-8球面度。若將激光束射向幾千米以外，光束直徑僅擴展為幾個厘米，而普通探照燈光束直徑則

已經(jīng)擴展為幾十米。激光的單向性

是由受激輻射原理和諧振腔的方向

選擇作用所決定的。激光這種良好

的單向性可用于定位、測距、導航

等。

高方向性——定向發(fā)光發(fā)散角小普通光源向四面八方發(fā)射能量，其能量分布在全空間具有單一頻率的光波稱為單色光。

任何光源所發(fā)出的光波都有一定的頻率（或波長范圍，在此范圍內(nèi)，各種頻率（或波長）所對應的強度是不同的。波長所對應的波長范圍越窄，光的單色性越好。

譜線寬度是標志譜線單色性好壞的物理量。從普通光源（如鈉燈、汞燈、氪燈等）得到的單色光的譜線寬度約為10-2納米，單色性最好的氪燈（86Kr）的譜線寬度為4.7×10-3納米。而氦氖激光器發(fā)射的632.8納米激光的譜線寬度只有10-9納米。600800400λnm熒光光譜普通光源熒光光譜譜線寬度約為：150nm高單色性具有單一頻率的光波稱為單色光。600800400λnm熒普通光源（如鈉燈、汞燈等）其相干長度只有幾個厘米，而激光的相干長度則可以達到幾十公里，比普通光源大幾個數(shù)量級。因此也可以說激光具有非常好的相干性。用激光做光源進行光的干涉、衍射實驗，可以得到非常好的效果。另外，激光問世以來，推動了全息光學技術(shù)、激光光譜技術(shù)的發(fā)展。

由于激光具有上述這些良好的特性，從而突破了傳統(tǒng)光源的種種局限性，引起了現(xiàn)代光學應用技術(shù)的革命性發(fā)展。同時促進了包括化學、生物學、醫(yī)學、工業(yè)加工與檢測技術(shù)、軍事等科學的迅速發(fā)展。

相干性好普通光源（如鈉燈、汞燈等）其相干長度只有幾個厘米，而

激光器是產(chǎn)生激光的裝置。它主要由工作物質(zhì)、激勵能源和諧振腔三部分組成。工作物質(zhì)：激光產(chǎn)生的內(nèi)因選擇具有適當能級結(jié)構(gòu)的工作物質(zhì)。激勵能源：粒子搬遷的動力可以是光源、電磁波發(fā)生器，作用在于向工作物質(zhì)輸入能源，使工作物質(zhì)的粒子處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)。諧振腔：激光的振蕩放大器選擇一個適當結(jié)構(gòu)的光學諧振腔。對所產(chǎn)生受激輻射光束的方向、頻率等加以選擇，從而產(chǎn)生單向性、單色性、強度等極高的激光束。第3節(jié)激光器激光器是產(chǎn)生激光的裝置。它主要由工作物質(zhì)、激勵能紅寶石激光器1960年，美國物理學家梅曼在實驗室中做成了第一臺紅寶石激光器。我國于1961年研制出第一臺激光器，從此以后，激光技術(shù)得到了迅速發(fā)展，

引起了科學技術(shù)領(lǐng)域的

巨大變化。紅寶石激光器1960年，美國物理學家梅曼在實驗室中做成了第激光科學技術(shù)講解課件激光器的種類按運轉(zhuǎn)（工作）方式分，有連續(xù)波、單脈沖、重復脈沖和波長可調(diào)激光器等；按激勵方式分，有光激勵、電激勵、熱激勵、化學激勵和核激勵激光器等；按工作物質(zhì)的不同，分為固體、氣體、半導體、染料、化學和自由電子激光器等。固體激光器。用固體材料作為激光器的工作物質(zhì)。這類激光器的特點是小而堅固，功率較高。氣體激光器。用氣體作為激光器的工作物質(zhì)。其特點是能以脈沖和連續(xù)兩種方式工作。半導體激光器。用半導體作為激光器的工作物質(zhì)。其最大的特點是體積小、種類多、效率高、使用方便。染料激光器。工作物質(zhì)是有機染料。其特點是工作波長連續(xù)可調(diào)(波長分布在0.32～1.3微米)，主要用于科研領(lǐng)域。激光器的種類按運轉(zhuǎn)（工作）方式分，有連續(xù)波、單脈沖、重復脈沖1．工業(yè)加工第四節(jié)激光的應用及發(fā)展1．工業(yè)加工第四節(jié)激光的應用及發(fā)展1．工業(yè)加工第四節(jié)激光的應用及發(fā)展（1）激光焊接：汽車車身厚薄板、汽車零件、鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等密封器件以及各種不允許焊接污染和變形的器件。目前使用的激光器有YAG(釔鋁石榴石)激光器，CO2激光器和半導體泵浦激光器。

（2）激光切割：汽車行業(yè)、計算機、電氣機殼、木刀模業(yè)、各種金屬零件和特殊材料的切割、圓形鋸片、壓克力、彈簧墊片、2mm以下的電子機件用銅板、一些金屬網(wǎng)板、鋼管、鍍錫鐵板、鍍亞鉛鋼板、磷青銅、電木板、薄鋁合金、石英玻璃、硅橡膠、1mm以下氧化鋁陶瓷片、航天工業(yè)使用的鈦合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。1．工業(yè)加工第四節(jié)激光的應用及發(fā)展（1）激光焊接：汽車車1．工業(yè)加工第四節(jié)激光的應用及發(fā)展（3）激光打孔：激光打孔主要應用在航空航天、汽車制造、電子儀表、化工等行業(yè)。激光打孔的迅速發(fā)展，主要體現(xiàn)在打孔用YAG激光器的平均輸出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。國內(nèi)目前比較成熟的激光打孔的應用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產(chǎn)及鐘表和儀表的寶石軸承、飛機葉片、多層印刷線路板等行業(yè)的生產(chǎn)中。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器為主，也有一些準分子激光器、同位素激光器和半導體泵浦激光器。1．工業(yè)加工第四節(jié)激光的應用及發(fā)展（3）激光打孔：激光打２．激光在通信中的應用激光是一種頻率更高的電磁波，它具有很好相干性，因而象以往電磁波（收音機、電視等）一樣可以用來作為傳遞信息的載波。由激光“攜帶”的信息(包括語言、文字、圖像、符號等)通過一定的傳輸通道(大氣、光纖等)送到接收器，再由光接收器鑒別并還原成原來的信息。第四節(jié)激光的應用及發(fā)展２．激光在通信中的應用第四節(jié)激光的應用及發(fā)展３．在農(nóng)業(yè)上的應用第四節(jié)激光的應用及發(fā)展３．在農(nóng)業(yè)上的應用第四節(jié)激光的應用及發(fā)展４．在醫(yī)學上的應用激光在醫(yī)學上的應用分為兩大類：激光診斷與激光治療。前者是以激光作為信息載體，后者則以激光作為能量載體。多年來，激光技術(shù)已成為臨床治療的有效手段，也成為發(fā)展醫(yī)學診斷的關(guān)鍵技術(shù)。光動力療法治癌；激光治療心血管疾?。患す饷廊菪g(shù)；激光纖維內(nèi)窺鏡手術(shù)；激光腹腔鏡手術(shù)；激光碎石術(shù)；激光外科手術(shù)；激光在口腔、頜面外科及牙科方面的應用；弱激光療法等。第四節(jié)激光的應用及發(fā)展４．在醫(yī)學上的應用激光在醫(yī)學上的應用分為兩大類：激光診5.軍事上的應用激光測距激光雷達激光制導激光通信激光武器第四節(jié)激光的應用及發(fā)展5.軍事上的應用第四節(jié)激光的應用及發(fā)展5.軍事上的應用----激光測距激光測距的原理是：通過向目標發(fā)射激光信號，根據(jù)激光信號往返于測點與目標之間所用的時間而求出距離的。激光測距在軍事上可用于地形測量，戰(zhàn)場前沿測距，坦克及火炮的測距，測量云層、飛機、導彈及衛(wèi)星的高度等。第四節(jié)激光的應用及發(fā)展5.軍事上的應用----激光測距第四節(jié)激光的應用及發(fā)展5.軍事上的應用----激光雷達利用激光束搜索、跟蹤和測量活動目標的裝置叫激光雷達。激光雷達的工作原理和微波雷達相似，都是利用電磁波照射目標并接收回波的方法，發(fā)現(xiàn)、識別和指示目標的，只是工作波段不同。在軍事上可用于武器鑒定試驗、武器火控、跟蹤識別、指揮導引、大氣測量等。第四節(jié)激光的應用及發(fā)展5.軍事上的應用----激光雷達第四節(jié)激光的應用及發(fā)展5.軍事上的應用----激光制導

應用激光作為跟蹤目標和傳輸信息的手段，將導彈、炮彈、航空炸彈等導向目標的技術(shù)。激光制導具有命中精度高、抗電磁干擾能力強等優(yōu)點，因而得到廣泛應用，是精確制導武器的一種重要制導方式。激光制導的種類主要有：半主動回波式制導、全主動回波式制導和波束式制導。目前應用較為普遍的是半主動回波式制導。第四節(jié)激光的應用及發(fā)展5.軍事上的應用----激光制導第四節(jié)激光的應用及發(fā)展5.軍事上的應用----激光通信激光通信是把光作為傳遞信息的載體，通過把信息（音頻信號）調(diào)制到光波上，經(jīng)介質(zhì)（大氣、光纜等）的傳輸，將信息傳至對方，再經(jīng)接收終端解調(diào)，還原成聲音而實現(xiàn)通信。按照激光傳播途徑的不同，激光通信可分為大氣激光通信，空間激光通信，水下激光通信和光導纖維通信等方式。光纖通信是以光導纖維為傳輸介質(zhì)的激光通信。主要用于遠距離的戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)，中短距離的局部通信系統(tǒng)，以及在飛機、艦艇、雷達、導彈、衛(wèi)星等軍事裝備和軍事設施內(nèi)部的信息傳遞和通信聯(lián)絡等。第四節(jié)激光的應用及發(fā)展5.軍事上的應用----激光通信第四節(jié)激光的應用及發(fā)展5.軍事上的應用----激光武器利用激光的能量直接摧毀目標或殺傷破壞其組成部分使之喪失戰(zhàn)斗力的武器稱為激光武器

根據(jù)激光器輸出功率的大小，激光武器可區(qū)分為低能激光武器和高能激光武器兩大類。低能武器主要指激光干擾與致盲武器，它是重要的光電對抗裝備，主要用于干擾和致盲敵方的光電傳感器和敵方官兵的眼睛

高能激光武器也稱死光武器，它是借助于激光束的熱能直接摧毀目標，可用于打擊導彈、衛(wèi)星、坦克、飛機等。第四節(jié)激光的應用及發(fā)展5.軍事上的應用----激光武器第四節(jié)激光的應用及發(fā)展激光科學技術(shù)講解課件激光科學技術(shù)講解課件激光對抗與防護激光對抗措施所謂激光對抗，就是交戰(zhàn)雙方采取專門措施，干擾、破壞對方的激光裝備，使其喪失功能和戰(zhàn)斗力，同時保護己方的軍事裝備和人員免遭激光武器的攻擊和傷害。

對抗措施主要有干擾、反干擾以及摧毀等。激光對抗與防護激光對抗措施激光對抗與防護激光防護措施一般防護措施一是利用地形、地物或設置遮障阻擋激光。二是在目標表面涂上對光具有強烈吸收能力的材料，使照射光束的能量被吸收。三是采用偽裝、隱身、示假以及機動、規(guī)避等手段，使敵難以發(fā)現(xiàn)、捕捉目標。四是研制和發(fā)展特種耐高溫材料的殼體，以及從技術(shù)上采取各種抗激光加固措施。對眼睛的防護：一是采用激光濾光片和護目鏡；二是施放煙幕；三是采用黑擋片罩。激光對抗與防護激光防護措施激光科學技術(shù)講解課件第七章

激光科學技術(shù)第七章激光科學技術(shù)主要內(nèi)容第1節(jié)概述第2節(jié)激光及其特性第3節(jié)激光器第4節(jié)激光的應用及其發(fā)展主要內(nèi)容第1節(jié)概述第1節(jié)概述

激光技術(shù)、計算機技術(shù)、原子能技術(shù)、生物技術(shù)，并列為二十世紀最重要的四大發(fā)現(xiàn)。是人類探索自然和改造自然的強有力工具。40多年來，激光技術(shù)與應用發(fā)展迅猛，已與多個學科相結(jié)合形成多個應用技術(shù)領(lǐng)域，比如光電技術(shù)，激光醫(yī)療與光子生物學，激光加工技術(shù)，激光檢測與計量技術(shù)，激光全息技術(shù)，激光雷達，激光制導，激光可控核聚變，激光武器等等。1917年，愛因斯坦提出了受激輻射理論。強調(diào)光的物質(zhì)性；用量子觀點預言受激輻射

的存在和光放大的可能性。

第1節(jié)概述激光技術(shù)、計算機技術(shù)、原子能技術(shù)、生物激光的基本原理

E1E3E2按量子力學原理，原子只能穩(wěn)定地存在于一系列能量不連續(xù)的定態(tài)中，原子能量的任何變化（吸收或輻射）都只能在某兩個定態(tài)之間進行。我們把原子的這種能量的變化過程稱之為躍遷。光子與物質(zhì)原子相互作用過程中，存在三種類型的躍遷。即：受激吸收、自發(fā)輻射和受激輻射。基態(tài)激發(fā)態(tài)能級激光的基本原理E1E3E2按量子力學原 如圖1-1所示，有一個原子開始時處于基態(tài)E1，若不存在任何外來影響，它將保持狀態(tài)不變。如果有一個外來光子，能量為hv，與該原子發(fā)生相互作用。且，其中：E2為原子的某一較高的能量狀態(tài)——激發(fā)態(tài)。則原子就有可能吸收這一光子，而被激發(fā)到高能態(tài)去。這一過程被稱之為受激吸收。值得注意的是，只有外來光子的能量hv恰好等于原子的某兩能級之差時，光子才能被吸收。

受激吸收

E1E3E2原子吸收示意圖hvE1E3E2——低能級到高能級吸收能量 如圖1-1所示，有一個原子開始時處于基態(tài)E1與經(jīng)典力學中的觀點類似，處于高能態(tài)的原子是不穩(wěn)定的。它們在激發(fā)態(tài)停留的時間非常短（數(shù)量級約為10-8s），之后，會自發(fā)地返回基態(tài)去，同時放出一個光子。這種自發(fā)地從激發(fā)態(tài)躍遷至較低的能態(tài)而放出光子的過程，叫做自發(fā)輻射。原子在激發(fā)態(tài)的平均停留時間稱之為激發(fā)態(tài)的壽命。hv

自發(fā)輻射示意圖E1E3E2自發(fā)輻射——高能級到低能級放出能量與經(jīng)典力學中的觀點類似，處于高能態(tài)的原子是不穩(wěn)自發(fā)輻射的特點

這種過程與外界作用無關(guān)。各原子的輻射都是獨立地進行。因而所發(fā)光子的頻率、初相、偏振態(tài)、傳播方向等都不同。不同光波也是不相干的。例如霓虹燈管內(nèi)充有低壓惰性氣體，在管兩端加上高電壓來激發(fā)氣體原子，當它們從激發(fā)態(tài)躍遷返回基態(tài)時，便放出五顏六色的光彩。其頻率成分極為復雜，發(fā)光方向各向都有，初位相也各不相同。這正是普通光源的自發(fā)輻射。自發(fā)輻射的特點

處于激發(fā)態(tài)的原子，在其發(fā)生自發(fā)輻射前，若受到某一外來光子的作用，而且外來光子的能量恰好滿足，

原子就有可能從激發(fā)態(tài)E2躍遷至低能態(tài)E1，同時放出一個與外來光子具有完全相同狀態(tài)的光子。如圖1-3所示。這一過程被稱為受激輻射。

E1E2hvE1E2hvhv

受激輻射示意圖受激輻射——受外來光子影響發(fā)生輻射E1E2hvE1E2hvhv受激輻射示意圖

這種過程是在外界光子的刺激作用下發(fā)生的，而且受激輻射出的光子，與入射光子具有相同的頻率，相同的初相，相同的傳播方向，相同的偏振態(tài)等。即與外來光子具有完全相同的狀態(tài)。在受激輻射過程中，輸入一個光子，可以得到兩個狀態(tài)完全相同光子的輸出。并且這兩個光子可再作用于其他原子上，產(chǎn)生受激輻射，而獲得大量特征完全相同的光子。這便是受激輻射的光放大。這是激光器發(fā)明的理論基礎，由愛因斯坦奠定。受激輻射的特點hvhvhvhvhvhvhv輸入輸出光放大示意圖這種過程是在外界光子的刺激作用下發(fā)生的，而且受激輻射第2節(jié)激光及特性“激光”是利用光能、熱能、電能、化學能或核能等外部能量來激勵物質(zhì)，使其發(fā)生受激輻射而產(chǎn)生的一種特殊的光。（LASER）——受激輻射的光放大，“鐳射、萊塞”（LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation）。第2節(jié)激光及特性“激光”是利用光能、熱能、電能、化學能或激光的產(chǎn)生１．激光產(chǎn)生的物理過程：受激輻射而得到的加強光２．產(chǎn)生激光的困難：吸收大于輻射３．產(chǎn)生激光的辦法：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)Lightorlaser無輻射躍遷亞穩(wěn)態(tài)激光的產(chǎn)生１．激光產(chǎn)生的物理過程：受激輻射而得到的加強光Li激光的特性

1高亮度2高方向性3高單色性4好的相干性

激光的特性1高亮度光源亮度是指光源單位發(fā)光表面在單位時間內(nèi)沿單位立體角所發(fā)射的能量，普通光源的亮度相當?shù)?，例如，太陽表面的亮度比蠟燭大30萬倍，比白熾燈大幾百倍。而一臺普通的激光器的輸出亮度，比太陽表面的亮度大10億倍。激光器的輸出功率并不一定很高，但由于光束很細，光脈沖窄，光功率密度卻非常大。由于激光光源使光能量在時間和空間上高度集中，因此，能在直徑極小的區(qū)域內(nèi)(10-3毫米)產(chǎn)生幾百萬度的高溫。

高亮度激光束經(jīng)聚焦后，可產(chǎn)生幾百萬個單位的高溫高壓。千分之一秒內(nèi)使任何金屬汽化。高亮度光源亮度是指光源單位發(fā)光表面在單位時間內(nèi)沿單位立體角普通光源向四面八方發(fā)射能量，其能量分布在全空間4立體角內(nèi)。而激光則是沿一條直線傳播，能量集中在其傳播方向上。其發(fā)散角很小，一般為10-5～10-8球面度。若將激光束射向幾千米以外，光束直徑僅擴展為幾個厘米，而普通探照燈光束直徑則

已經(jīng)擴展為幾十米。激光的單向性

是由受激輻射原理和諧振腔的方向

選擇作用所決定的。激光這種良好

的單向性可用于定位、測距、導航

等。

高方向性——定向發(fā)光發(fā)散角小普通光源向四面八方發(fā)射能量，其能量分布在全空間具有單一頻率的光波稱為單色光。

任何光源所發(fā)出的光波都有一定的頻率（或波長范圍，在此范圍內(nèi)，各種頻率（或波長）所對應的強度是不同的。波長所對應的波長范圍越窄，光的單色性越好。

譜線寬度是標志譜線單色性好壞的物理量。從普通光源（如鈉燈、汞燈、氪燈等）得到的單色光的譜線寬度約為10-2納米，單色性最好的氪燈（86Kr）的譜線寬度為4.7×10-3納米。而氦氖激光器發(fā)射的632.8納米激光的譜線寬度只有10-9納米。600800400λnm熒光光譜普通光源熒光光譜譜線寬度約為：150nm高單色性具有單一頻率的光波稱為單色光。600800400λnm熒普通光源（如鈉燈、汞燈等）其相干長度只有幾個厘米，而激光的相干長度則可以達到幾十公里，比普通光源大幾個數(shù)量級。因此也可以說激光具有非常好的相干性。用激光做光源進行光的干涉、衍射實驗，可以得到非常好的效果。另外，激光問世以來，推動了全息光學技術(shù)、激光光譜技術(shù)的發(fā)展。

由于激光具有上述這些良好的特性，從而突破了傳統(tǒng)光源的種種局限性，引起了現(xiàn)代光學應用技術(shù)的革命性發(fā)展。同時促進了包括化學、生物學、醫(yī)學、工業(yè)加工與檢測技術(shù)、軍事等科學的迅速發(fā)展。

相干性好普通光源（如鈉燈、汞燈等）其相干長度只有幾個厘米，而

激光器是產(chǎn)生激光的裝置。它主要由工作物質(zhì)、激勵能源和諧振腔三部分組成。工作物質(zhì)：激光產(chǎn)生的內(nèi)因選擇具有適當能級結(jié)構(gòu)的工作物質(zhì)。激勵能源：粒子搬遷的動力可以是光源、電磁波發(fā)生器，作用在于向工作物質(zhì)輸入能源，使工作物質(zhì)的粒子處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)。諧振腔：激光的振蕩放大器選擇一個適當結(jié)構(gòu)的光學諧振腔。對所產(chǎn)生受激輻射光束的方向、頻率等加以選擇，從而產(chǎn)生單向性、單色性、強度等極高的激光束。第3節(jié)激光器激光器是產(chǎn)生激光的裝置。它主要由工作物質(zhì)、激勵能紅寶石激光器1960年，美國物理學家梅曼在實驗室中做成了第一臺紅寶石激光器。我國于1961年研制出第一臺激光器，從此以后，激光技術(shù)得到了迅速發(fā)展，

引起了科學技術(shù)領(lǐng)域的

巨大變化。紅寶石激光器1960年，美國物理學家梅曼在實驗室中做成了第激光科學技術(shù)講解課件激光器的種類按運轉(zhuǎn)（工作）方式分，有連續(xù)波、單脈沖、重復脈沖和波長可調(diào)激光器等；按激勵方式分，有光激勵、電激勵、熱激勵、化學激勵和核激勵激光器等；按工作物質(zhì)的不同，分為固體、氣體、半導體、染料、化學和自由電子激光器等。固體激光器。用固體材料作為激光器的工作物質(zhì)。這類激光器的特點是小而堅固，功率較高。氣體激光器。用氣體作為激光器的工作物質(zhì)。其特點是能以脈沖和連續(xù)兩種方式工作。半導體激光器。用半導體作為激光器的工作物質(zhì)。其最大的特點是體積小、種類多、效率高、使用方便。染料激光器。工作物質(zhì)是有機染料。其特點是工作波長連續(xù)可調(diào)(波長分布在0.32～1.3微米)，主要用于科研領(lǐng)域。激光器的種類按運轉(zhuǎn)（工作）方式分，有連續(xù)波、單脈沖、重復脈沖1．工業(yè)加工第四節(jié)激光的應用及發(fā)展1．工業(yè)加工第四節(jié)激光的應用及發(fā)展1．工業(yè)加工第四節(jié)激光的應用及發(fā)展（1）激光焊接：汽車車身厚薄板、汽車零件、鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等密封器件以及各種不允許焊接污染和變形的器件。目前使用的激光器有YAG(釔鋁石榴石)激光器，CO2激光器和半導體泵浦激光器。

（2）激光切割：汽車行業(yè)、計算機、電氣機殼、木刀模業(yè)、各種金屬零件和特殊材料的切割、圓形鋸片、壓克力、彈簧墊片、2mm以下的電子機件用銅板、一些金屬網(wǎng)板、鋼管、鍍錫鐵板、鍍亞鉛鋼板、磷青銅、電木板、薄鋁合金、石英玻璃、硅橡膠、1mm以下氧化鋁陶瓷片、航天工業(yè)使用的鈦合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。1．工業(yè)加工第四節(jié)激光的應用及發(fā)展（1）激光焊接：汽車車1．工業(yè)加工第四節(jié)激光的應用及發(fā)展（3）激光打孔：激光打孔主要應用在航空航天、汽車制造、電子儀表、化工等行業(yè)。激光打孔的迅速發(fā)展，主要體現(xiàn)在打孔用YAG激光器的平均輸出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。國內(nèi)目前比較成熟的激光打孔的應用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產(chǎn)及鐘表和儀表的寶石軸承、飛機葉片、多層印刷線路板等行業(yè)的生產(chǎn)中。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器為主，也有一些準分子激光器、同位素激光器和半導體泵浦激光器。1．工業(yè)加工第四節(jié)激光的應用及發(fā)展（3）激光打孔：激光打２．激光在通信中的應用激光是一種頻率更高的電磁波，它具有很好相干性，因而象以往電磁波（收音機、電視等）一樣可以用來作為傳遞信息的載波。由激光“攜帶”的信息(包括語言、文字、圖像、符號等)通過一定的傳輸通道(大氣、光纖等)送到接收器，再由光接收器鑒別并還原成原來的信息。第四節(jié)激光的應用及發(fā)展２．激光在通信中的應用第四節(jié)激光的應用及發(fā)展３．在農(nóng)業(yè)上的應用第四節(jié)激光的應用及發(fā)展３．在農(nóng)業(yè)上的應用第四節(jié)激光的應用及發(fā)展４．在醫(yī)學上的應用激光在醫(yī)學上的應用分為兩大類：激光診斷與激光治療。前者是以激光作為信息載體，后者則以激光作為能量載體。多年來，激光技術(shù)已成為臨床治療的有效手段，也成為發(fā)展醫(yī)學診斷的關(guān)鍵技術(shù)。光動力療法治癌；激光治療心血管疾??；激光美容術(shù)；激光纖維內(nèi)窺鏡手術(shù)；激光腹腔鏡手術(shù)；激光碎石術(shù)；激光外科手術(shù)；激光在口腔、頜面外科及牙科方面的應用；弱激光療法等。第四節(jié)激光的應用及發(fā)展４．在醫(yī)學上的應用激光在醫(yī)學上的應用分為兩大類：激光診5.軍事上的應用激光測距激光雷達激光制導激光通信激光武器第四節(jié)激光的應用及發(fā)展5.軍事上的應用第四節(jié)激光的應用及發(fā)展5.軍事上的應用----激光測距激光測距的原理是：通過向目標發(fā)射激光信號，根據(jù)激光信號往返于測點與目標之間所用的時間而求出距離的。激光測距在軍事上可用于地形測量，戰(zhàn)場前沿測距，