激光在日常生活中的应用.doc全文

发布时间：2024-11-21 05:06

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激光在日常生活中的应用.doc

世界上第一个激光器的成功演示距今已有约50年了。50年来，激光科学技术以其强大的生命力谱写了一部典型的学科交叉的创造发明史。导致激光发明的理论基础可以追溯到1917年，爱因斯坦在量子理论的基础上提出了一个崭新的概念：在物质与辐射场的相互作用中，构成物质的原子或分子可以在光子的激励下产生光子的受激发射或吸收。这就已经隐示了，如果能使组成物质的原子（或分子）数目按能级的热平衡（波尔兹曼）分布出现反转，就有可能利用受激发射实现光放大。后来的理论物理学家又证明：受激发射光子（波）和激励光子（波）具有相同的频率、方向、相位和偏振。这些都为激光器的出现奠定了理论基础。 §1.1固体激光器概述 1.1.1激光技术概论激光技术是集光学、电子、机械、材料以及特种工艺等多种技术于一体的综合技术，应用领域广、渗透性强。它在工业、农业、自然科学和军事等各个领域中都得到了不同程度的应用，因而吸引了广大科技工作者致力于其基础和应用方面的研究，使激光技术获得了迅速发展。通常的激光器都是由三部分组成的，即激光工作物质、泵浦源和光学谐振腔。下面分别介绍这三部分的结构和作用。为了形成稳定的激光，首先必须要有能够形成粒子数反转的发光粒子，我们称之为激活粒子。它们可以是分子、离子或原子。这些激活粒子有些可以独立存在，有些则必须依附于某些材料中。为激活粒子提供寄存场所的材料称为基质，它们可以是固体或液体。基质与激活粒子统称为激光工作物质。产生激光的必要条件是实现粒子数反转，而为了实现粒子数反转，就必须有适合的激活粒子的能级系统。在激活粒子的能级系统中，首先必须有激光上能级和激光下能级，除此之外，还需有一些其他相关能级。为了形成粒子数反转，需要对激光工作物质进行激励，完成这一任务的是泵浦源。不同的激光工作物质往往采取不同的泵浦源。例如固体激光器一般是用普通光源如氙灯作为泵浦源，对激光工作物质进行光照，又称光泵。对于气体激光工作物质，常常是将它们密封在细玻璃管内，两端加电压，通过放电的方法来进行激励[1]。仅仅使激光工作物质[2]处于粒子数反转状态，虽可获得激光，但它的寿命很短，强度也不会太高，并且光波模式多、方向性很差。这样的激光几乎没有什么实用价值。为了得到稳定持续、有一定功率的高质量激光输出，激光器还必须有一个光学谐振腔。光学谐振腔的作用主要有以下两个方面：（1）产生与维持激光振荡。（2）改善输出激光的质量。激光器按工作物质分类，可分为固体(晶体和玻璃)激光器、液体激光器、半导体激光器和气体激光器，虽然半导体也是固体的一种，但人们习惯上所称的固体激光器，其激光工作物质是把具有能产生受激辐射作用的金属离子掺入到晶体或玻璃基质中而人工制成的。激光棒(激活介质)、谐振腔、泵浦手段、聚光冷却系统和电源是固体激光器的基本组成部分。谐振腔可以采用平行平面反射镜，但目前许多固体激光器都采用多种形式的球面镜以获得质量更好的光束。泵浦手段(或称激发源)是使处于基态的激光工作物质激发到高能激发态，实现所谓粒子数反转，从而使该工作物质具有增益，通过谐振腔的正反馈，产生受激振荡。 §1.2固体激光器的工作物质固体激光工作物质是由基质材物质的物理性能主要取决于基质材所决定。激光工作物质中的发光中壳层的电子可以处于不同轨道运动子的未满内壳层电子能级。由于受会受到晶体场太强的影响，因而在大体相似。这表示这些激光跃迁线射跃迁较弱（能级间跃迁寿命较长 1、基质材料固体基质材料主要有晶体和玻性能，以便能承受实际激光器的苛易于加工等。理想情况下，掺入离对于基质材料为晶体的情况，排列的，称为晶格（点阵）。基质晶离子，而成为掺杂的离子型晶体。同，因而离子谱线主要为均匀加宽选择合适的基质晶体必须考虑（1）晶体必须有良好的光学性（2）晶体必须具有良好的机械不会引起过度应力；（3）晶体必须具有能够接受掺以感应所希望的光谱。通常离子在约10 -20 cm 2 ；（4）必须能够规模生长掺杂晶 2、激活离子固体激光工作物质中所采用的（一）三价稀土金属离子如钕（Nd 3+ ）、镨（Pr 3+ ）、钐（镱（Yb 3+ ）等。由于这类离子的未满因而在不同基质中的这类离子光谱结构多属于四能级系统。（1）钕（Nd 3+ ）在三价稀土离种不同的基质材料用钕离子掺杂获于任何其它四能级材料。在室温下由于钕的这些跃迁终态与基态较远（2）铒（Er 3+ ），激光振荡的波微米附近的受激发射。因为人眼对网膜遭受损伤。（二）二价稀土离子如钐（Sm 2+ ）、铒（Er 2+ ）、镝（辐射或加热作用下，价态容易发生运转来说是不利的。（三）过渡金属离子如铬（Cr 3+ ）、钛（Ti 3+ ）、镍（层为最外层电子壳层，没有更外层受基质晶体场影响比较明显，与非（四）锕系金属离子由于锕系

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