激光原理与应用技术毕业论文
激光原理与应用技术毕业论文
目 录
摘要 ............................................................... 1 引言 ............................................................... 1 1.激光特性简介 ................................................... 1 2.激光原理 ........................................................ 2
2.1 激光产生的物理基础 ............................................ 2 2.2 激光产生的基本原理和方法 ...................................... 5
3.激光技术的应用 ................................................. 8
3.1 激光技术在工业中的应用 ........................................ 8 3.2 激光技术在医疗方面的应用 ..................................... 10 3.3 激光技术在信息方面的应用 ..................................... 11 3.4 激光技术在军事上的应用 ....................................... 12
4.结束语 ......................................................... 13 参考文献 ......................................................... 14 致谢 .............................................................. 15
激光原理与应用技术简介
摘 要：由于激光具有方向性好、亮度高、单色性好和高相干性的特点，激光被广泛应用于工业、医疗、信息、军事和其他一些领域。本文简要的介绍了激光的这四个特性，又在激光产生的物质基础和激光的基本原理与方法等方面做了主要介绍。文章最后从工业、医疗、信息、军事等领域论述了激光技术的重要应用及其发展前景。
关键词：激光；辐射；光学谐振腔；激光技术
The Introduction of Laser Principle and Application Technology
Abstract：Because of its good direction, and high brightness, good color, high coherent, laser is now widely used in industrial, medical, information, military and several other areas. This paper briefly describes the four characteristics of it and then introduces the material foundation, basic principles and the methods of laser. It discusses the important application of laser technology and its development prospect from the field of industrial, medical, information, military and others in the latter half of this article.
Key Words：Laser；Radiation；Optical Resonator；Laser Technology
引 言
激光是上世纪最大的、也是最实用的发明，是与热核技术、半导体、电子计算机和航天技术相媲美的一个举世瞩目的重大科技成就。经过50多年的发展，激光的应用已经遍及科技、经济、军事和社会发展的许多领域，远远超出了人们原有的预想：激光针灸、激光裁剪、激光切割、激光焊接、激光淬火、激光唱片、激光测距仪、激光陀螺仪、激光铅直仪、激光手术刀、激光炸弹、激光雷达、激光枪、激光炮??，在不久的将来，激光肯定会有更广泛的应用。
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1. 激光特性简介
激光的最初中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词，意思是“受激辐射的光放大”， 受激辐射是基于爱因斯坦的理论：在组成物质的原子中，有不同数量的电子分布在不同的能级上，在高能级上的电子受到某种光子的激发，会从高能级跃迁到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。激光主要有四大特性：激光高亮度、高方向性、高单色性和高相干性[1]。
⑴亮度高：激光是当代最亮的光源，只有氢弹爆炸瞬间强烈的闪光才能与它比拟。但是，激光的总能量并不一定很大，由于激光能量高度集中，很容易在某一微小点处产生高压和几万摄氏度甚至几百万摄氏度高温。激光打孔、切割、焊接和激光外科手术就是利用了这一特性。
⑵方向性好：普通光源向四面八方发光，而激光的发光方向可以限制在小于几毫弧度立体角内，这就使得在照射方向上的照度提高千万倍。激光准直、导向和测距就是利用方向性好这一特性。
⑶单色性好：普通光源发出的光通常包含着各种波长，是各种颜色光的混合。而某种激光的波长只集中在十分窄的光谱波段或频率范围内。由于激光的单色性好，为精密仪器测量和激励某些化学反应等科学实验提供了极为有利的手段。
⑷相干性好：干涉是波动现象的一种属性。基于激光具有高方向性和高单色性的特性，它必然相干性极好，激光的这一特性使全息照相成为现实。
2. 激光原理
2.1 激光产生的物理基础 2.1.1光子基本性质
光量子学说认为，光是一种以光速c运动的光子流，光子和其他基本粒子一样，具有能量、动量和质量。它的粒子属性和波动属性之间的关系如下：⑴光子
Eh??，c2c2?????光子的静止质量为零；⑶光子的动量P与单色平面波的波矢k对应P??k；⑷光
能量E与光波频率?对应E=h?；⑵光子具有运动质量m，并可表示为m? 2
子具有两种可能的独立偏振状态，对应于光波场的两个独立偏振方向；⑸光子具有自旋，并且自旋量子数为整数。上述基本关系式为康普顿散射实验所证实，并在现代量子电动力学中得到理论解释。量子电动力学从理论上把光的电磁理论和光子理论在电磁场量子化的基础上统一起来，阐明了光的波粒二象性[2]。 2.1.2光的受激辐射过程
光与物质的共振相互作用，特别是这种相互作用中的受激辐射过程是激光器的物理基础。爱因斯坦认为光和物质原子的相互作用过程包含原子的自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。为了简化问题，我们只考虑原子的两个能级E1和E2，则
E2?E1?h? ⑴
如图1所示。
E2 E1 图1 二能级原子能级图
⑴ 自发辐射
处于高能级E2的一个原子自发地向低能级E1跃迁，并发射一个能量为h?的光子，这种过程称为自发辐射过程，如图2所示。
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E2 E2 自发辐射光h??E2?E1 E1E1 图2 原子自发辐射
⑵ 受激辐射
处于高能级E2的原子在满足
??(E2?E1)h ⑵ 的辐射场作用下，跃迁至低能级E1并辐射出一个能量为h?且与入射光子全同光子，如图3所示。受激辐射跃迁发出的光波称为受激辐射。
E2 E2 入射光h??E2?E1 入射光h??E2?E1 E1 受激辐射h??E2?E1 E1 图3 原子受激辐射
⑶ 受激吸收
受激辐射的反过程就是受激吸收。处于低能级E1的一个原子，在频率为?的 辐射场作用下吸收一个能量为h?的光子，并跃迁至高能级E2，这种过程称为受激吸收，如图4所示。
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