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1、激光器的发展历史及现状,主讲人：欧阳国霞,目录,简介,激光器的发明,分类,主要用途,世界激光器市场发展现状,未来展望,1.简介,英文名称：laser定义：利用受激辐射原理使光在某些受激发的物质中放大或振荡发射的器件。,红绿蓝可见波长纤绿激光,除自由电子激光器外，各种激光器的基本工作原理均相同，产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗。故装置中必不可少的组成部分有激励源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。激励使工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级使受激辐射占主导地位，从而实现光放大。激
2、光器中常见的组成部分还有谐真振腔，谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的方向性和相干性。,2.激光器的发明,2.1历史由来激光器的诞生史大致可以分为几个阶段，其中1916年爱因斯坦提出的受激辐射概念是其重要的理论基础。这一理论指出，处于高能态的物质粒子受到一个能量等于两个能级之间能量差的光子的作用，将转变到低能态，并产生第二个光子，同第一个光子同时发射出来，这就是受激辐射。,2.2发展阶段此后，量子力学的建立和发展使人们对物质的微观结构及运动规律有了更深入的认识，微观粒子的能级分布、跃迁和光子辐射等问题也得到了更有力的证明，这也在客观上更加完善了爱因斯坦的受激辐
3、射理论，为激光器的产生进一步奠定了理论基础。20世纪40年代末，量子电子学诞生后，被很快应用于研究电磁辐射与各种微观粒子系统的相互作用，并研制出许多相应的器件。这些科学理论和技术的快速发展都为激光器的发明创造了条件。1951年，美国物理学家珀塞尔和庞德在实验中成功地造成了粒子数反转，并获得了每秒50千赫的受激辐射。稍后，美国物理学家查尔斯汤斯以及苏联物理学家马索夫和普罗霍洛夫先后提出了利用原子和分子的受激辐射原理来产生和放大微波的设计。然而上述的微波波谱学理论和实验研究大都属于“纯科学”，对于激光器到底能否研制成功，在当时还是很渺茫的。,2.3成熟阶段1954年，美国物理学家汤斯终于制成了第一
4、台氨分子束微波激射器，成功地开创了利用分子和原子体系作为微波辐射相干放大器的先例,但所研制的微波激射器只产生了1.25厘米波长的微波，功率很小。1958年，汤斯与阿瑟肖洛将微波激射器与光学、光谱学的理论知识结合起来，提出了采用开式谐振腔的关键性建议，并预防了激光的相干性、方向性、线宽和噪音等性质。同期，巴索夫和普罗霍洛夫等人也提出了实现受激辐射光放大的原理性方案。1960年，美国物理学家西奥多梅曼在佛罗里达州迈阿密的研究实验室里，勉强赢得了这场世界范围内的研制竞赛。1960年12月，出生于伊朗的美国科学家贾万率人终于成功地制造并运转了全世界第一台气体激光器氦氖激光器。1962年，有三组科学家几
5、乎同时发明了半导体激光器。1966年，科学家们又研制成了波长可在一段范围内连续调节的有机染料激光器。此外，还有输出能量大、功率高，而且不依赖电网的化学激光器等纷纷问世。,3.分类,1.按工作物质分类固体激光器气体激光器液体激光器半导体激光器自由电子激光器,二氧化碳激光器,绿光固体激光器,半导体激光器,二氧化碳激光器,2.按激励方式分类 光泵式激光器 电激励式激光器 化学激光器 核泵浦激光器,光泵式激光器,化学氧碘激光器,电激励式激光器,3.按运转方式分类连续激光器 单次脉冲激光器 重复脉冲激光器 调激光器,连续激光器,脉冲激光器,4.按输出波段范围分类远红外激光器中红外激光器 近红外激光器 可
6、见激光器 近紫外激光器 真空紫外激光器 X射线激光器,X射线激光器,近紫外激光器,远红外激光器,4.主要用途,由于激光器具备的种种突出特点，因而被很快运用于工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、医疗、军事等各方面，并在许多领域引起了革命性的突破。激光在军事上除用于通信、夜视、预警、测距等方面外，多种激光武器和激光制导武器也已经投入实用。1、激光用作热源。激光光束细小，且带着巨大的功率，如用透镜聚焦，可将能量集中到微小的面积上，产生巨大的热量。比如，人们利用激光集中而极高的能量，可以对各种材料进行加工，能够做到在一个针头上钻200个孔；激光作为一种在生物机体上引起刺激、变异、烧灼、汽化等效
7、应的手段，已在医疗、农业的实际应用上取得了良好效果。2、激光测距。激光作为测距光源，由于方向性好、功率大，可测很远的距离，且精度很高。3、激光通信。在通信领域，一条用激光柱传送信号的光导电缆，可以携带相当于2万根电话铜线所携带的信息量。4、受控核聚空中的应用。将激光射到氘与氚混合体中，激光所带给它们巨大能量，产生高压与高温，促使两种原子核聚合为氦和中子，并同时放出巨大辐射能量。由于激光能量可控制，所以该过程称为受控核聚变。,5.世界激光器市场发展现状,世界激光器市场可划分为三大区域：美国（包括北美）占 55%，欧州占 22%，日本及太平洋地区占 23%。在世界激光市场上日本在光电子技术方面占首
8、位，美国占第二位；在激光医疗及激光检测方面则美国占首位；1、美国激光产业发展现状 在激光医疗方面，美国处于世界领先地位。激光医疗设备不仅在美国获得广泛应用，而且大量出口，美国的激光医疗设备由美国食品药物管理局（FDA）统一管理，只有经过批准注册方可使用和生产，这样就保证了激光医疗设备的产品的质量和可靠性与安全性。2、日本激光产业发展现状 日本激光医疗始于 Ar 激光眼底凝固、外科二氧化碳激光刀、内科 Nd：YAG 激光内窥镜等迎来了光能热利用激光医疗第一代。随着激光技术的进步，激光化学效益治疗法诞生，开辟了激光医疗的康庄大道，现今，日本所有医疗领域中都应用了激光。,6.未来展望,染料激光器的激励源是光泵，可以用脉冲氙灯，也可以用氮分子激光器发出的激光。用一种颜色的激光作光泵，能产生其他颜色的激光，可以说是染料激光器的特点之一。这种根据需要可以随时改变产生激光的波长的激光器，主要用于光谱学研究，许多物质会有选择地吸收某些波长的光，产生共振现象。科学家用这些现象分析物质，了解材料结构，还用这些激光器来产生新的激光，研究一些奇异的光学和光谱学现象。,谢谢观赏！,Thanks!,
