簡論激光原理及應(yīng)用論文

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1、簡論激光原理及應(yīng)用論文簡論激光原理及應(yīng)用論文導讀：激光的基本條件是：①能在外界激勵能源的作用下形成粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的增益介質(zhì)；②要使受激發(fā)射光強超過受激吸收，必須實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)n2?n1g2?0（方法是利用外界激勵能源把大g1量粒子激勵到高能級。）；③要使受激發(fā)射光強超過自發(fā)發(fā)射，必須提高光子簡并度n（方法：利用光學諧振腔造成強輻射場，以提高腔內(nèi)光場的相干性。）。激光的原理及應(yīng)用班級：11121楊文杰學號：1112134摘要：激當前激光技術(shù)發(fā)展的越來越迅速和成熟，在我們生活中的各個行業(yè)應(yīng)用的非

2、常廣泛。由于激光技術(shù)的先進性，精確性，所以在當前，在很多行業(yè)都得以應(yīng)用和實現(xiàn)。本文通過對激光技術(shù)的學習，大概闡述了激光產(chǎn)生原理，以及激光在各個方面的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：激光原理躍遷諧振腔應(yīng)用一.激光簡介激光是在1960年正式問世的。但是，激光的歷史卻已有100多年。確切地說，遠在1893年，在波爾多一所中學任教的物理教師布盧什就已經(jīng)指出，兩面靠近和平行鏡子之間反射的黃鈉光線隨著兩面鏡子之間距離的變化而變化。他雖然不能解釋這一點，但為未來發(fā)明激光發(fā)現(xiàn)了一個極為重要的現(xiàn)象。1917年愛因斯坦提出“受激輻射”的

3、概念，奠定了激光的理論基礎(chǔ)。激光，又稱鐳射，英文叫“LASER”，是“LightAmplificationbyStimuIatadEmissionofRadiation”的縮寫，意思是“受激發(fā)射的輻射光放大”。激光的英文全名已完全表達了制造激光的主要過程。1964年按照我國著名科學家錢學森建議將“光受激發(fā)射”改稱“激光”。二、激光產(chǎn)生原理2.1、激光產(chǎn)生的物質(zhì)基礎(chǔ)光與物質(zhì)的共振相互作用，特別是這種相互作用中的受激輻射過程是激光器的物理基礎(chǔ)。愛因斯坦認為光和物質(zhì)原子的相互作用過程包含原子的自發(fā)輻射躍遷

4、、受激輻射躍遷和受激吸收躍遷三種過程。為了簡化問題，我們只考慮原子的兩個能級E1和E2，處于兩個能級的原子數(shù)密度分別為n1和n2，如圖2-1所示。構(gòu)成黑體物質(zhì)原子中的輻射場能量密度為?，并有E2?E1?h?。（Ⅰ）、自發(fā)輻射處于高能級E2的一個原子自發(fā)地向低能級E1躍遷，并發(fā)射一個能量為h?的光子，這種過程稱為自發(fā)躍遷過程，如圖2-2所示。（Ⅱ）、受激輻射處于高能級E2的原子在滿足??(E2?E1)h的輻射場作用下，躍遷至低能級E1并輻射出一個能量為h?且與入射光子全同光子，如圖2-3所示。受激輻射

5、躍遷發(fā)出的光波稱為受激輻射。圖2-3原子受激輻射（Ⅲ）、受激吸收受激輻射的反過程就是受激吸收。處于低能級E1的一個原子，在頻率為?的輻射場作用下吸收一個能量為h?的光子，并躍遷至高能級E2，這種過程稱為受激吸收，如圖2-4所示。受激輻射和自發(fā)輻射的重要區(qū)別在于相干性。自發(fā)輻射是不相干的；受激輻射是相干的2.2、激光產(chǎn)生的基本原理和方法2.2.1光學諧振腔及其選模和反饋作用由受激輻射和自發(fā)輻射相干性可知，相干輻射的光子簡并度很大。普通光源在紅外和可見光波段實際上是非相干光源。如果能夠創(chuàng)造這樣一種情況：

6、使得腔內(nèi)某一特定模式的??很大，而其他所有模式的都很小，就能夠在這一特定模式內(nèi)形成很高的光子簡并度。也就是說，使相干的受激輻射光子集中在某一特定模式內(nèi)，而不是平均分配在所有模式中。激光器就是采用各種技術(shù)措施減少腔內(nèi)光場模式數(shù)、使介質(zhì)的受激輻射恒大于受激吸收等來提高光子簡并度，從而達到產(chǎn)生激光的目的。光腔的反饋作用——光放大器在許多大功率裝置中廣泛地用來把弱的激光束逐級放大，但在光放大的同時通常還存在著光的損耗，根據(jù)研究光強達到穩(wěn)定的極限值只與放大器本身的參數(shù)有關(guān)，而與初始光強無關(guān)。特別是，不管初始光

7、強多么弱，只要放大器足夠長，就總能形成確定大小的光強穩(wěn)定極限值，而實際上，既不需要給激活物質(zhì)輸入一個弱光信號，也不需要真正把激活物質(zhì)的長度無限增加，而只要在具有一定長度的光放大器兩端放置前述的光學諧振腔。這樣，沿軸向傳播的光波模在兩反射鏡間往返傳播，就等于增加放大器長度。這種作用稱為光學諧振腔的反饋作用。2.2.2光的受激輻射放大條件實現(xiàn)光放大的兩個條件：①激勵能源——把介質(zhì)中的粒子不斷地由低能級抽運到高能級去；②增益介質(zhì)——能在外界激勵能源的作用下形成粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)。2.2.3產(chǎn)生激光的基

8、本條件及激光器的組成部分產(chǎn)生激光的基本條件是：①能在外界激勵能源的作用下形成粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的增益介質(zhì)；②要使受激發(fā)射光強超過受激吸收，必須實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)n2?n1g2?0（方法是利用外界激勵能源把大g1量粒子激勵到高能級。）；③要使受激發(fā)射光強超過自發(fā)發(fā)射，必須提高光子簡并度n（方法：利用光學諧振腔造成強輻射場，以提高腔內(nèi)光場的相干性。）。激光器的組成部分及其作用：一個激光器應(yīng)包含泵浦源、光放大器和光學諧振腔三部分。其作用分別是使激光物質(zhì)成為激活物質(zhì)、對弱光信