激光原理及应用名词解释大题知识点总结考试专用

第一章1、自发辐射：在没有外界影响时，它们会自发的从高能级E2向低能级E1跃迁，同时放出能量为hu的光子，这种与外界影响无关的、自发进行的辐射称为自发辐射。

2、受激辐射：如果原子系统的两个能级E2和E1满足辐射跃迁选择定则，当受到外来能量hu=E2-E1的光照射时，处在E2能级的原子有可能受到外来光的激励作用而跃迁到较低的能级E1上去，同时发射一个与外来光子完全相同的光子。

3、自发辐射和受激辐射的区别：①自发辐射是非相干光，受激辐射是相干光。②自发辐射跃迁几率就是自发辐射本身，而受激辐射的跃迁几率决定于受激辐射系数与外来光单色辐射能量密度的乘积。③当受激辐射系数B21一定时，外来光的单色辐射能量密度越大，受激辐射几率越高。

4、受激吸收：处于低能级E1的原子受到一个外来光子的激励作用，完全吸收该光子的能量而跃迁到高能级E2的过程，叫作受激吸收。

5、自发辐射、受激辐射、受激吸收之间的关系：在光和大量原子系统的相互作用中，三者之间三种过程是同时发生的。A21n2dt+B21n2ρvdt=B12n1ρvdt（自发辐射光子数+受激辐射光子数=受激吸收光子数）

6、自然增宽:在不受外界影响时，处于激发态的粒子会自发的向低能态跃迁。也就是说，在自发辐射发光过程中，能量不断衰减，电偶极子的正负中心不再做简谐振动，从而导致光谱线有一定的宽度，叫做自然增宽。(洛伦兹线型函数)

7、均匀增宽介质和非均匀增宽介质的区别:均匀增宽：(1)自然加宽（普遍存在，但在固体工作物质中可忽略）—源于不确定性原理(2)碰撞加宽（存在于气体工作物质中）—源于气体分子碰撞导致的上能级粒子寿命变化(3)晶格振动加宽（存在于固体工作物质中）—源于固体中激光工作粒子在晶格附近的热振动。非均匀增宽：(1)多普勒加宽（存在于气体工作物质中）——源于工作物质不断地运动而产生的多普勒频移(2)晶格缺陷加宽（存在于固体工作物质中）——源于固体加工时内部产生的晶格缺陷导致工作粒子所处状态不完全相同8、光谱线宽度:通常定义Δv=v2-v1,即相对光强为最大值的1/2处的频率间隔叫做光谱线的半(值)宽度，简称光谱线宽度。

9、碰撞增宽:是由于发光原子间的相互作用造成的，对于气体激光器而言，由于大量气体做无规则的热运动，他们之间会频繁地发生碰撞，结果是原来处于激发状态的原子有可能无辐射跃迁到其他能级，这也就相当于缩短了原子激发状态的寿命，使原子发光中断或光波相位发生突变，这种由于原子碰撞引起的增宽称为碰撞增宽。(洛伦兹线型函数)

10、多普勒增宽:在大量同类原子发光时，气体原子的热运动是无规则的，原子的运动速度各不相同，不同速度的原子所发出的光被接收时的频率也不同，因而引起谱线频率增宽。（高斯线型函数）

11、均匀增宽:光源中每个发光粒子由于某种物理因素的影响，使光谱线在原来的自然线宽基础上又加宽了，而中心频率保持不变，每一发光粒子对谱线加宽完全一样，不能把线型函数上的某一特定频率和某些特定粒子联系起来。

12、非均匀增宽:由于某些物理因素的影响，使得光源中某些发光粒子的中心频率发生变化，不同发光粒子因所处物理环境不同，造成中心频率的变化也不同，这样就会使各个发光粒子光谱线叠加而成的光源光谱线会加宽,光谱线的线型函数不再与单个粒子的光谱线线型函数相同，取决于各个发光粒子中心频率的分布，这种谱线加宽称为非均匀加宽。

13、非均匀加宽的特点:原子体系中不同发光粒子只对谱线内与其表现中心频率相应的部分有贡献。

14、非均匀加宽最典型的代表就是气体激光器中的多普勒增宽。

15、激光产生必须具备的三个条件:①有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子(原子、分子、离子)有适合于产生受激辐射的能级结构②有外界激励源，将下能级的

粒子抽运到上能级，使激光上下能级之间产生粒子数反转③有光学谐振腔，增长激活介质的工作长度，控制光束的传播方向，选择被放大的受激辐射光频率以提高单色性。

16、光学谐振腔:光波在其中来回反射从而提供光能反馈的空腔。激光器的必要组成部分，通常由两块与激活介质轴线垂直的平面或凹球面反射镜构成。

17、光学谐振腔的作用:提高光能密度，控制光的传播方向，输出有极好的方向性。

18、激光的特点:方向性好，相干性好，亮度高。

第二章1、共轴球面腔的稳定性条件: 0<(1-L/R1)(1-L/R2)<1

2、稳定腔:双凹稳定腔、平凹稳定腔、凹凸稳定腔、共焦腔、半共焦腔。临界腔:平行平面腔、共心腔、半共心腔。

3、小信号工作状态：参数Δn^0对应着激光谐振腔尚未发出激光时的状态叫做小信号工作状态，而参数Δn^0就被称作是小信号工作时的粒子数密度反转分布。

4、均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应：当腔内光强的影响不能忽略时，粒子数密度反转分布值将随光强的增加而减小的现象。

5、均匀增宽介质的增益系数G ：标志介质受激放大能力的物理量。

6、均匀增宽介质的增益饱和：在抽运速率一定的条件下，当入射光的光强很弱时，增益系数是一个常数；当入射光强增大到一定程度后，增益系数随光强增大而减小的现象。

7、均匀增宽介质和非均匀增宽介质的增益饱和区别：频率为v1、强度为I 的光波使非均匀增宽型介质发生增益饱和的速率要比对均匀增宽型介质的情况缓慢；光强为I 的光波使均匀增宽型介质对各种频率光波的增益系数都下降同样的倍数，而对非均匀增宽型介质光强为I 的光波只能引起以光波频率为v1为中心频率、频宽范围内的增益系数下降，而且孔内不同频率处增益系数下降的值不同。

8、介质在小信号时的粒子数密度反转分布值：111

9、非均匀增宽型介质的小信号增益系数：111

10、非均匀增宽型介质稳定情况下的增益饱和：在非均匀增宽型介质中，频率为v1、强度为I 的光波只在附近宽度为（I+I/Is ）Δv 的范围内有增益饱和作用。

11、激光器的损耗分类:增益介质内部损耗和镜面损耗。

12、增益介质内部损耗:由于成分不均匀、粒子数密度不均匀或有缺陷而使光产生折射、散射，使部分光波偏离原来的传播方向，以及其他对光能的吸收，造成光能量损耗。

13、镜面损耗:镜面的散射、吸收，由于光的衍射便光束扩散到反射镜面以外造成的损耗以及由镜面上透射出去作为激光器的有用输出部分。

14、形成激光所要求的增益系数的条件为（阈值条件）（增益与损耗关系）G>=a 总 G 阈＝G^0/1+IM/Is ＝a 总。

第三章1、自再现模:开腔镜面上的经一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的自再现摸。2、纵模序数：Vmnq ＝qc/2uL

3、纵模频率间隔：△Vq ＝Vq+1-Vq ＝c/2uL

4、00TEM 是基横模，当m ＝0，n ＝0时，基横模TEM00场分布为πλ/00002

2L y x e C u +-=可见镜面

上的场分布与镜面的半宽度a 无关，沿横向的分布是高斯型分布。

5、方形镜共焦腔单程附加相移为2/)1(πφ++=∆n m mn ，可见其附加相位超前，其超前量随横模阶数而变。

6、高斯光束①束腰半径②相位分布③远场发散角④高亮度⑤波阵面曲率半径⑥光束有效截面半径⑦镜面光束半径

7、稳定球面腔与等价对称共焦腔关系：任意一个满足稳定性条件的球面腔只可唯一的与一个对称共焦腔等价。

8、均匀增宽型介质与非均匀增宽型介质区别：非均匀增宽型介质对腔内各纵模的增益系数仅受本纵模光强的影响，基本上与其他纵模的光强无关。

第四章1、纵模竞争:通过增益的饱和效应，使某个纵模逐渐把别的纵模的振荡抑制下去，最后只剩下该纵模的振荡的现象。

2、单纵模选取的方法:短腔法、法布里—珀罗标准具法、三反射镜法。

3、短腔法:缩短腔长，使△vq的宽度大于增益曲线阈值以上所对应的宽度。

4、短腔法优缺点:优点:方法简单。缺点:腔长受到限制，工作物质长度受限制，从而限制输出功率。当谱线荧光宽度很宽时，就要使腔长很短，激光工作物质的长度则要缩短，难于实现粒子数反转和激光输出。

5、法布里-珀罗：在外腔激光器的谐振腔内，沿几乎垂直于腔的轴方向插入一个法布里-珀罗标准具。

6、法布里—珀罗标准具法优缺点:由于标准具总要带来透射损失，因此此方法对低增益激光器不太合适，但对高增益激光器十分有效.

7、损耗分为两种:与横模阶数有关的衍射损耗、其他损耗。

8、单横模选取:光阑法、聚焦光阑法、腔内望远镜法

9、激光调制:利用激光作为载波携带低频信号进行调制的过程。

10、激光调制分为内调制、外调制。调制方法有强度调制，相位调制

11、电光强度调制:利用晶体的电光效应，可控制光在传播过程中的强度

12、电光相位调制:外加电场产生的光电效应不再对光强进行调制，而是改变偏振光的相位

13、偏转技术的分类:机械偏转、电光偏转、声光偏转。

14、机械偏转:是利用反射镜或棱镜等光学元件的旋转或振动，改变反射光或折射光的方向，从而获得光束偏转的方法。

15、电光偏转:利用泡克耳斯效应，通过施加在电光晶体上的电场来改变晶体的折射率，使光束偏转。

16、声光效应:超声波通过介质时会造成介质的局部压缩和伸长而产生弹性应变，该应变随时间和空间作周期性变化，使介质出现疏密相同的现象，如同一个相位光栅。当光通过这一受到超声波扰动的介质时就会发生衍射现象，这种现象称为声光效应。

17、衍射光最强条件：是入射光满足布拉格条件。

18、品质因数Q:激光谐振腔的性能指标，与中介质的增益系数无关。（谐振腔的损耗大，Q 值低，损耗小，Q值高；与腔长无关）

19、Q与单程损耗：Q=2πW/P=2π/λa总

20、调Q的原理:当激光上能级积累的反转粒子数不多时，人为地控制激光器阈值，使其很高，抑制激光振荡的产生。在这种情况下，由于光束的激励，激光上能级将不断地积累粒行子数。当反转粒子数达到最大数量时，突然降低激光器的阈值。此时亚稳态上的粒子的能量很快转换为光子能力，光子像雪崩-样以极高的速率增长，输出峰值功率高、宽度窄的激光巨脉冲。

21、调Q的分类:1）电光调Q：利用晶体的电光效应作为Q开关的原件，(控制反射损耗)。2）声光调Q：在激光谐振腔内放置声光偏转器，当光通过介质中的超声场时，由于衍射造成的光偏折，就会增加损耗而改变Q值，(控制吸收损耗)。3）染料调Q：利用某种材料对光的吸收系数会随光强变化的特性来达到目的，(控制衍射损耗)。

22、锁模技术:锁模技术是进一步对激光进行特殊的调制，强迫激光器中振荡的各个纵模的相位固定，使各模式相干迭加得到超短脉冲的技术。锁模技术分类:主动锁模、被动锁模。

1、激光的生物作用机制

1）激光的生物效应：激光与生物体相互作用的结果，既可能使激光参量发生改变，也可能使生物组织发生形态或功能的改变，这两类改变都称为激光生物效应。

2）第一类激光生物效应：因生物组织作用使激光参量发生改变的现象。（激光诊断的依据）第二类激光生物效应：因激光作用使生物组织发生形态或功能的改变的现象。（激光治疗疾病的基础）

3）强激光：直接造成了该生物组织的不可逆损伤。主要用于手术，即用“光刀”对患者进行切割、气化和凝固治疗。弱激光：不直接造成生物组织的不可逆损伤。主要用作理疗照射或穴位照射，用来促使细胞生长和调整功能。

光学特性：激光束照射到生物组织时，在组织表面及内部会发生反射、吸收、散射、透射现象，其比例由受照组织的光学性质决定。

①皮肤与光学特性：皮肤对光的反射、散射、吸收、透射。

反射：入射到皮肤表面的角度不同，皮肤对光的反射是漫反射：角质层毛玻璃；皮肤对光的反射与光波长有关：小于300nm，紫外线，5％；大于2000nm，远红外线，5％；（400-1400）nm，可见光与近红外光波段，10％-65％。皮肤对光的反射与肤色有关：可见光范围内白色皮肤的反射率较黑色皮肤的反射率大。对波长为0.5µm的蓝绿光，白肤色的反射率约为40%，而黑肤色皮肤的反射率约为10%。

②眼的光学特性：光在眼球从外到里经过角膜、房水、晶状体和玻璃体四部分屈光介质，光在各层介质中发生反射、折射、散射和吸收。

反射：主要发生在角膜与空气的界面上：光垂直入射时，反射率为：R=[(n2-n1 )/(n2+n1 )]2 （n1、n2分别是界面前后介质的折射率）。光线由空气垂直射到角膜的界面上，反射率仅为2.4%（空气1.000，角膜1.376）入射角在0 °-40 °时，反射率变化不大，当入射角大于60 °时，反射率随入射角增大而明显增加。

吸收：角膜吸收、晶状体吸收、玻璃体吸收、房水吸收。

透射：激光进入眼内，经过各层屈光介质以后，角膜、房水、晶状体和玻璃体对可见光都吸收很少，对可见光有很高的透过率。透射率与波长有关：400-900nm波段上眼屈光介质对光的总透射率高达80%以上，且变化小，在近红外波段，波长越长透射率越小。

近视眼治疗中的应用：准分子激光角膜切削术、激光原位角膜磨镶术、激光原位角膜磨镶术。

1.激光的生物作用：发生激光生物效应的过程称为激光生物作用。是导致激光生物效应的原因，也是激光诊治疾病的依据。

分类：热作用（为生物组织被汽化、切割、凝固、热杀和热敷、热化反应和热致压强）、光化作用（光致分解、光致氧化、光致聚合、光致敏化）、压强作用、电磁场作用、弱激光的生物刺激作用。

2.弱激光作用过程：生物组织吸收光子、生物刺激作用、生物反应（只有在大于刺激阈值和小于损伤阈值之间的激光剂量才是引起生物刺激作用所可能需要的量）

弱激光的生物刺激效应：对生物细胞的影响、对细菌和微生物的作用（当激光能量密度较小时，对细菌生长起到刺激作用；只有能量密度大到一定值时，才对其生长起抑制作用。）、对生物过程的刺激效应（血红蛋白的合成、白细胞的吞噬作用、肠绒毛运动、黏膜再生和创伤的愈合、消炎作用、皮片长合和骨折再生）、对机体免疫功能的影响、对神经的影响、对内分泌腺的影响、对血液系统的影响。

弱激光的生物刺激效应作用：伤口愈合、组织修复，调整神经功能和免疫功能，提高机体的抗病能力等功能。

3.激光治疗的特点：①治疗范围广，治疗方法多样。②激光内窥镜治疗。③激光参量与疾病治疗密切相关。

激光治疗分类：激光手术治疗、激光非手术治疗

1）激光手术治疗：按其生物作用机制（热刀、冷刀）、按激光手术的功能（激光焊接、止血、打孔、切割、汽化、凝固、引爆碎石）。特点；①出血少或不出血。②手术精度高。③无接触。④可进入内腔进行手术。基本方法：切割术、汽化术、凝固术。

激光非手术治疗：①激光理疗方法：原光束照射法、扩束照射法、光线直接照射法、光线内窥镜照射法。②激光血管内照射疗法：低强度激光血管没照射疗法（适用范围：循环系统、神经系统、免疫系统、呼吸系统等各种疾病）：将低强度激光导入静脉血管照射循环的血液，利用激光对血液的各种生物作用，清除体内“毒素”达到治病的目的。作用：改变血液流变学性质、调节机体免疫、改善机体的中毒状态。③激光鼻腔内照射疗法：弱激光血管内照射：长期血管穿刺和光纤针导入易损害血管内皮细胞。④激光针灸治疗：是将弱激光通过光纤导出，作为“光针”进行穴位照射，以代替传统针灸的刺激作用，从而达到治疗疾病的目的。

4.激光器：固体激光器、气体激光器、染料激光器、半导体激光器。

1）固体激光器：构成：工作物质、泵浦系统、谐振腔和冷却、滤光系统。特点：输出能量大、峰值功率高、结构紧凑牢固耐用、输出波长丰富。缺点：工作物质贵，结构及制造复杂、能量转换效率低。输出特性：固体激光器的激光脉冲特性、转换效率。

①红宝石激光器：红宝石是在三氧化二铝中掺入少量氧化铬生长成的晶体。吸收光谱特性主要是取决于铬离子。属于三能级系统。它的荧光谱线有两条R1线（0.6943μm）和R2线（0.6929μm）。优点：机械强度高，容易生长大尺寸晶体，容易获得大能量的单模输出，输出的红颜色激光不但可见，而且适于用硅探测器进行探测。缺点：阈值高和温度效应非常严重。在室温情况下，红宝石激光器不适于连续和高重复工作，但在低温下，可以连续运转。

②掺钕钇铝石榴石（YAG）激光器：将一定比例的Al2O3、Y2O3和Nd2O3在单晶炉中进行熔化，并结晶而成的，呈淡紫色。激活粒子是钕离子。属于四能级系统。优点：阈值低和具有优良的热学性质。

2）气体激光器：是以气体或蒸汽作为工作物质的激光器。优点：输出的光束的质量好（单色性、相干性、光束方向性和稳定性等）。

①氦氖激光器：分为内腔式、外腔式和半内腔式三种。它的工作物质是Ne原子，即激光辐射发生在Ne原子的不同能级之间。充入一定比例的He气，主要起提高Ne原子泵浦速率的辅助作用。主要谱线是0.6328μm的红光，其他的还有黄光（0.594μm）、绿光（0.543μm）、橙光（0.606μm）。输出特性：谱线竞争、输出功率特性。

②二氧化碳激光器：以CO2气体分子作为工作物质的气体激光器，其激光波长为10.6μm

和9.6μm。输出激光波长为10.6。结构：腔片、放光管、电极、电源。优点：能连续工作、脉冲工作、输出功率大，效率高。输出特性：放电特性、温度效应。

③氩离子激光器：激活粒子是氩离子，激光谱线主要分布在蓝绿光区，以0.4880μm蓝光和

0.5145μm绿光两条谱线最强。结构：放电管、谐振腔、轴向磁场、回气管。工作特性：多普线工作、输出功率与放电电流的关系（放电电流较小，输出与放电成四次方关系；放电电流增大，输出与放电成平方关系。）

3）染料激光器：工作物质是有机染料溶液。利用巨脉冲红宝石激光器泵浦氯化铝酞化菁（CAP）和花菁类染料，获得了受激辐射。优点：输出激光波长可调谐、激光脉冲宽度可以很窄、输出功率大、价格便宜、具有均匀性好等优良的光学质量。

4）半导体激光器：是注入式的受激光放大器。以半导体材料作为工作物质的激光器。优点：超小型、高效率、结构简单、价格便宜、高速工作。

光动力学疗法是指某些生物染料能被恶性肿瘤组织摄取和潴留，在特定波长光的照射下，通过O2的参与，能起敏化作用，破坏敏化剂所在的组织。这一系列化学反应过程被称为光动力学过程，利用这个过程治疗疾病，称为光动力学疗法，以激光作为光源的光动力学疗法

称为激光光动力学疗法.光动力疗法，是光敏剂与相应波长的光相作用发生光动力反应，产生单态氧，从而杀死肿瘤细胞的治疗方法。

光动力作用机制其过程是，特定波长的光照射使组织摄取的光敏剂受到激发，而激发态的光敏剂又把能量传递给周围的氧，生成活性很强的单态氧，单态氧和多种生物大分子发生氧化反应，对细胞膜、线粒体、溶酶体等亚细胞结构造成不可逆的损伤，最终导致细胞死亡。激光光动力疗法、光动力效应的四要素：光源、氧、光敏剂、基质

光敏剂是指一种能够吸收光子而被激发、将吸收的光能传递给另一组分的分子、使其被激发而本身回到基态的物质

光动力学作用的基质，宏观上可以是正常的或异常的生物机体组织、细胞等；微观上则是蛋白质、脂质、多糖、核酸等生物大分子。这些重要的生物大分子的光化作用光谱多在紫外光波段，对可见光不敏感，需借助于光敏剂才能启动光动力作用。理论要求这种光敏剂不但光化作用光谱波长较长，而且能进入细胞（基质）并与之紧密结合。在光敏化过程中，光敏剂本身起着能量转换作用而不被消耗

临床应用的光敏剂应具备的条件（1）对生物体安全无毒（2）药物能被癌组织特异性吸收和储存（3）荧光效应强，皮肤光毒作用少，对癌细胞杀伤力强（4）易排泄无积累副作用少光源适合光敏剂的特定波长的光

光动力学作用的光源的波长应位于或接近HPD荧光激发光谱和吸收光谱的峰值波长，从而来获得高效率的荧光激发和光动力学效应。光源还要有一定的强度以激发出较强的荧光和达到理想的光动力学效应。接受光动力作用的物质统称为基质

分子氧：O2的存在是能够启动光动力作用的前提。但是，它与其余3种要素如何发生关系，则有两种假设（1）自由基的光氧化作用；（2）单态氧的光氧化作用.O2普遍尊在于生物体内，所以治疗时无需特别供O2

光动力治疗步骤（1）静脉或局部给药（2）激光定点照射病变组织（3）光敏剂吸收光能发挥光毒性破坏病变组织。

光动力治疗的基本要素（1）药剂:光敏剂（2）药物注射和照射之间的时间间隔（3）波长：适合光敏剂的特定波长的光（4）光：能量J/cm2、功率mW/cm2

光动力疗法在肿瘤治疗中的优势（1）创伤小,毒性小:安全性好，痛苦少，毒副作用少而轻，病人较易接受（2）选择性好:早期癌可获得根治、中晚期癌可获得明显的姑息效果（3）适用性好:可用于身体各个部位、各种类型的恶性肿瘤（4）可重复治疗,无耐药性（5）可姑息治疗（6）可协同手术提高疗效（7）可消灭隐性癌病灶（8）可保护容貌及重要器官功能肿瘤光动力疗法的临床应用早期肿瘤(癌前病变)-可达到根治、中晚期肿瘤-姑息治疗、解除或部分缓解梗阻、其他治疗后的复发或残留、缩小肿瘤，赢得手术机会、改善生存质量、延长生命。

理想的光敏剂：病变组织靶向性、光敏感性适中，治疗窗口宽、稳定性、溶解性、生物利用度好、高产、合成路径简单易得。当前以血卟啉衍生物为代表的光敏剂具有明显优势

安全与防护

1.产生激光的介质主要有四种类型：固体（晶体、玻璃等）、气体（原子气体、离子气体、分子气体）、液体（有机或无机液体）和半导体。

2.激光特殊性质：单色性、相干性、亮度特性及定向性。

3.激光对机体可能造成的损伤：主要有热损伤，机械损伤，光化学损伤，生物刺激损伤。

4.受损伤的部位：主要有眼,皮肤,神经系统。

4.致伤阈值：在特定波长的激光照射下，致组织最轻损伤时，受照组织处的激光功率密度或能量密度。致伤阈值是判断组织有无损伤的分界线。

5.致伤阈值影响因素：波长，受照机体的部位（不同部位致伤阈值不同，不同肤色致伤阈值

不同，人种差异性）。

6.激光具体危害：强烈的激光辐射干扰人体的生物钟，产生头痛、乏力、记忆力衰退、激动、心悸、心率失常、血压失常等症状。对脑和神经系统的影响：松果体素减少、节律紊乱。损伤细胞膜，影响儿童发育，影响生殖系统。直接激光辐射：对视力造成永久性伤害甚至失明。直接的激光辐射：灼伤人的皮肤（特别是紫外到蓝光波段）。

7.激光对眼损伤影响因素：入射激光波长，激光强度，瞳孔大小等，视网膜上视像光斑的大小，激光的入射角度，眼底颜色的深浅。

8.激光对眼的慢性损伤：漫反射引起的损伤：长期从事激光工作的人员，常会眼睛不舒适、视觉功能降低、光感和对比感下降，光感阈值增高，视网膜点状病灶，角膜炎、结膜炎。晶状体白内障：晶状体蛋白质凝固和变性，导致晶状体浑浊，造成白内障。闪光致盲和视觉后像：眼睛突然受激光照射时，未造成器质性损伤，但长时间看不清东西，甚至看不见东西---闪光致盲，当激光停照后，眼还仍隐约看到这样一个光源在继续照射---视觉后像。

9. 激光辐射对皮肤的危害：与激光对眼睛的损伤相比激光对皮肤的损伤要轻得多。激光对皮肤的损伤程度与激光的照射剂量、激光的波长、肤色深浅、组织水分以及皮肤的角质层厚薄诸因素有关，以前三个因素为主要。

10. 3A类激光：其连续波输出功率达（1-5）mW，通常应加防护措施，其工作区及激光源本身均应挂相应的警告标记，另外，利用光学仪器直视这类激光源会对眼睛带来危害，也应加强防护。例如:激光棒及直线校准仪器。

11. 3B类激光：其输出功率为（5-500）mW，直接靠近这类激光源会对身体有危害；通过漫反射器观看这类激光源，距离在150mm以上。观看时间短于10s则是安全的。此类激光源应设警告标记。例如:用于物理治疗的激光治疗仪等。

12. 4类激光：激光输出功率在0.5W以上，即使通过漫反射也有可能引起危害，会灼伤皮肤，引燃可燃物。用户操作这类激光源时应特别小心。这类激光源应配备明显的警告标记。例如:大功率激光表演机、激光工业加工机等。

激光原理及应用

一．激光与应用 ①方向性好：激光准直仪、激光手术刀 ②亮度大：红宝石激光器 ③相干性好：全息技术（全息储存、全系测量、全息电影、摄影） ④能量密度高：激光打孔、激光焊接、激光切割 ⑤单色性好：氪灯，临床选择性治疗光谱技术 【① ② ③为主要特点】 二．爱因斯坦模型 ①一定种类的光子能量与一定的光的频率相对应 ε= h ν （考虑相对论 ） ②一定种类的光子质量 ③一定种类的光子具有动量P ，与一定的光的频率和传播方向相联系 ④一定种类的光子具有一定得偏振态 ⑤光子具有自旋，故光子是“玻色”子，即处于相同状态的光子数目是无限制的 三．光与物质的相互作用 （1）①自发辐射：在无外电磁场作用时， 粒子自发地从E 2跃迁到E 1，发射光子h ν ②受激辐射：原处于高能级E 2的粒子，受到能亮洽为 h ν=E 2 －E 1的光子的激励，发出与入 射光子相同的一个光子而跃迁到低能级E 1 ③受激吸收：原处于低能级E 1的粒子，受到能量洽为 h ν=E 2 －E 1的光子照射而吸收该光子的 能量，跃迁到高能级E 2 （2）受激辐射是产生激光的最重要机理 （3）三种作用是否同时存在？请说明理由 这三种过程是同时发生的，若某原子自发辐射产生的光子，对于其他原子来讲是外来光子，会引起受激辐射和受激吸收，故三者同时发生，紧密联系 四．推导光与物质相互作用之间的关系 （1）画图 【图见第三点】 （2）假定：设想要把研究的原子系统充入绝对温度为T 的空腔内，使光和物质的相互作用达到热平衡（空腔黑体内辐射场ρν与物质原子相互作用的结果应该维持黑体处于温度为T 的热平衡腔内） （3）关系依赖于哪几种过程： 玻尔兹曼分布规律： 腔内存在： 表示的热平衡黑体辐射

激光原理技术与应用习题解答

习题I 1、He-Ne 激光器m μλ63.0≈，其谱线半宽度m μλ12 10-≈∆，问λλ/∆为多少？要使其相干长度达到1000m ，它的单色性λλ/∆应是多少？ 解：63.01012 -=∆λλ λλδτ∆===2 1v c c L c 相干 ==∆相干L λ λλ 2、He-Ne 激光器腔长L=250mm ，两个反射镜的反射率约为98%，其折射率η=1，已知Ne 原子m μλ6328.0=处谱线的MHz F 1500=∆ν，问腔内有多少个纵模振荡？光在腔内往返一次其光子寿命约为多少？光谱线的自然加宽ν∆约为多少？ 解：MHz Hz L c v q 6001062521032810 =⨯=⨯⨯==∆η

5.2=∆∆q F v v s c R L c 8101017.410 3)98.01(25)1(-⨯=⨯⨯-=-=τ MHz Hz L c R v c c 24104.2)1(21 7=⨯=-≈=πτδ 3、设平行平面腔的长度L=1m ，一端为全反镜，另一端反射镜的反射率90.0=γ，求在1500MHz 频率范围内所包含的纵模数目和每个纵模的频带宽度？ 解：MHz Hz nL c v q 150105.1100 21032810 =⨯=⨯⨯==∆ 10150 1500==∆∆q v v L c R v c c )1(21 -≈=πτδ 4、已知CO 2激光器的波长m μλ60.10=处光谱线宽度MHz F 150=∆ν，问腔长L 为多少时，腔内为单纵模振荡（其中折射率η=1）。

解：L c v v F q η2=∆=∆，F v c L ∆=2 5、Nd 3—YAG 激光器的m μ06.1波长处光 谱线宽度MHz F 51095.1⨯=∆ν，当腔长为10cm 时，腔中有多少个纵模？每个纵模的频带宽度为多少？ 解：MHz L c v q 310 105.11021032⨯=⨯⨯==∆η 130=∆∆q F v v L c R v c c )1(21 -≈=πτδ 6、某激光器波长m μλ7.0=，其高斯光束束腰光斑半径mm 5.00=ω。 ①求距束腰10cm 、20cm 、100cm 时，光斑半径)(z ω和波阵面曲率半径)(z R 各为多少？ ②根据题意，画出高斯光束参数分布图。

激光原理及其应用简介

激光原理及其应用简介 内容摘要 继原子能、计算机、半导体之后，激光是上世纪人类的又一重大发明。早在1917年，著名物理学家爱因斯坦就发现了激光的原理，但直到1958年，激光才被首次成功制造。它一问世，即获得超乎寻常的飞快发展，不仅使古老的光学及其技术焕发青春，也生发了许多新兴的学科。激光正以特殊的方式深刻影响着人们生活。本文描述了激光的基本原理和特性，并在此基础上简单地介绍了激光技术在工业、信息、军事等几个领域内的重要应用及发展前景。 关键词：激光受激辐射粒子数反转相干性 一、激光发展史 激光技术的启蒙研究发展就完全印证了上面的话。最早对激光做出理论研究的人是爱因斯坦，1916年爱因斯坦提出受激辐射的概念，即处于高能级的原子受外来光子作用，当外来光子的频率与其跃迁频率恰好一致时，原子就会从高能级跃迁到低能级，并发射与外来光子完全相同的另一光子，新发出的光子不仅在频率方面与外来光子相一致，而且在发射方向、偏振态以及位相等方面均与外来光子相一致，因此，受激辐射具有相干性；在发生受激辐射时，一个光子变成了两个光子，利用这个特点，可实现光放大，并且能够得到自然条件下得不到的相干光。 受激辐射提出后，陆续有科学家进行研究。如1916-1930年间拉登堡及其合作者对氖的色散的研究并于1933年绘制出色散系数随放电带电流密度变化的曲线。1940年法布里坎特首先注意到了负吸收现象。这一阶段发展并不迅速。到了第二次世界大战之后，1947年兰姆和雷瑟夫指出通过粒子数反转可以受激辐射，从此激光理论的研究开始突破。1952年帕塞尔及其合作者实现了粒子数反转，观察到了负吸收现象。第二年，韦伯产生了利用受激辐射诱发原子或分子，从而放大电磁波的思想，进而提出了微波辐射器的原理。1957年斯科威尔实现了固体顺磁微波激射器。既然微波可以激发受激辐射，那么红外乃至可见光等也应该可以。1958年汤斯和肖洛发表了著名的“红外与光学激射器”一文，1959年汤斯提出了建造红宝石激光器的建议。终于1960年由休斯航空公司的莱曼建造出第一部可用的激光装置。（我国第一台红宝石激光器于15个月后的1961年8月建成。）从此人

激光原理考研真题及答案解析

激光原理考研真题及答案解析 近些年来，激光技术在各个领域的应用越来越广泛，因此对激光原理的理解和掌握成为很多学术考试的重点。本文将对激光原理考研真题进行分析，并对答案进行解析，希望能够帮助考生更好地理解和掌握激光原理。 【第一题】激光的产生过程中，以下描述正确的是？ A. 激光的产生是因为物质在受激辐射的作用下产生的 B. 激光是一种单色、相干、聚束的光 C. 激光的产生需要外界的能量输入 D. 激光的产生是由于物体表面的反射造成的 【解析】正确答案是B。激光的产生是因为物质在受激辐射的作用下产生的，这是错误的。激光是一种单色、相干、聚束的光，这是激光的基本特性。激光的产生并不需要外界的能量输入，因此C也是错误的。D选项是错误的，激光的产生并不是由于物体表面的反射造成的。 【第二题】激光的特点不包括以下哪一项？ A. 激光具有单色性 B. 激光具有高亮度

C. 激光具有高时空相干性 D. 激光具有高频率 【解析】正确答案是D。激光的特点中，并不包括高频率。激光 具有单色性，即具有很窄的频谱宽度，因此可以产生非常纯净的颜色。激光具有高亮度，这是因为激光具有非常高的能量密度。激光具有高 时空相干性，即在时间和空间上的波动性非常强。 【第三题】以下关于激光的应用描述正确的是？ A. 激光器可以用来进行医疗手术 B. 激光可以用于切割和焊接材料 C. 激光可以用来进行物体的三维扫描 D. 激光可以用来进行图像的显示 【解析】正确答案是A、B、C。激光器可以用来进行医疗手术， 这是因为激光具有高聚焦性和高能量密度，可以实现对细胞和组织的 精确操作。激光可以用于切割和焊接材料，这是因为激光具有高亮度 和高时空相干性，可以实现对材料的精确处理。激光可以用来进行物 体的三维扫描，这是因为激光可以通过测量物体与激光的反射时间来 获取物体的形状和表面特征。激光并不适用于图像的显示，这是因为 激光是单色的，无法产生丰富多彩的图像。 【第四题】以下关于激光的安全性描述正确的是？ A. 激光对人体的损伤主要是由光热效应引起的

激光原理复习知识点

激光原理复习知识点 一名词解释 1. 损耗系数及振荡条件: 0)(m ≥-=ααS o I g I ,即α≥o g 。α为包括放大器损耗和谐振腔损耗在内 的平均损耗系数。2. 线型函数：引入谱线的线型函数p v p v v )(),(g 0~ = ，线型函数的单位是S ，括号中的0v 表示线型函数的中心频率，且有 +∞∞-=1),(g 0~v v ，并在0v 加减2v ?时下降至最大值的一半。按上式定义的v 称为谱线宽度。 3. 多普勒加宽:多普勒加宽是由于做热运动的发光原子所发出的辐射的多普勒频移所引起的加宽。 4. 纵模竞争效应：在均匀加宽激光器中，几个满足阈值条件的纵模在震荡过程中互相竞争，结果总是 靠近中心频率0v 的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其他纵模都被抑制而熄灭的现象。 5. 谐振腔的Q 值:无论是LC 振荡回路，还是光频谐振腔，都采用品质因数Q 值来标识腔的特性。定义 p v P w Q ξπξ 2==。ξ为储存在腔内的总能量，p 为单位时间内损耗的总能量。v 为腔内电磁场 的振荡频率。 6. 兰姆凹陷：单模输出功率P 与单模频率q v 的关系曲线，在单模频率等于0的时候有一凹陷，称作兰 姆凹陷。 7. 锁模：一般非均匀加宽激光器如果不采取特殊的选模措施，总

是得到多纵模输出，并且由于空间烧 孔效应，均匀加宽激光器的输出也往往具有多个纵模，但如果使各个振荡的纵模模式的频率间隔保持一定，并具有确定的相位关系，则激光器输出的是一列时间间隔一定的超短脉冲。这种使激光器获得更窄得脉冲技术称为锁模。 8. 光波模：在自由空间具有任意波矢K 的单色平面波都可以存在，但在一个有边界条件限制的空间V 内，只能存在一系列独立的具有特定波矢k 的平面单色驻波;这种能够存在腔内的驻波成为光波模。 9. 注入锁定：用一束弱的性能优良的激光注入一自由运转的激光器中，控制一个强激光器输出光束的 光谱特性及空间特性的锁定现象。（分为连续激光器的注入锁定和脉冲激光器的注入锁定）。 10. 谱线加宽：实际中的谱线加宽由于各种情况的影响，自发辐射并不是单色的，而是分布在中心频率 /)(12E E -附近一个很小的频率范围内。这就叫谱线加宽。 11. 频率牵引：在有源腔中，由于增益物质的色散，使纵模频率比无源腔纵模频率更靠近中心频率，这 种现象叫频率牵引。 12. 自发辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子自发的向Ｅ１跃迁，并产生一个能量为ｈｖ的光子 13. 受及辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子在频率为ｖ的辐射场作用下，向Ｅ１跃迁，并产生一个能量 为ｈｖ的光子 14. 激光器的组成部分：谐振器，工作物质，泵浦源 15. 腔的模式：将光学谐振腔内肯能存在的电磁场的本征态称为‘’。 16. 光子简并度：处于同一光子态的光子数。含义：同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积 内的光子数、处于同一相格内的光子数

激光原理考点总结

对了课本两遍，基本覆盖所有考点，部分小四字体重在辅助理解。有填空、名词解释、计算、简答。计算题四个中出三个。↖(^ω^)↗ 第一章 1、光的基本性质：波粒二象性；波动性（电磁波），粒子性（光子流）。 2、光与物质的相互作用有：自发辐射、受激辐射、受激吸收。普通光源中（自发辐射）占主要；激光器中（受激辐射）占主要。 3、简答：自发辐射、受激辐射、受激吸收之间关系： A21n2dt+B21n2ρv dt=B12n1ρv dt 在光和大量原子系统的相互作用中，三者是同时发生的。在单位体积中，在dt时间内，由高能级E2通过自发辐射和受激辐射而跃迁到低能级E1的原子数，应等于低能级E1吸收光子而跃迁到高能级E2的原子数。 4、光谱的（线型）和（宽度）与光的（时间相干性）直接相关。自然增宽的线型函数：f N(v)=A/(4π2(v-v0)2+(1/2τ)2) f N(v)表示在频率v附近单位频率间隔的相对光强随频率的分布。A为比例常数。所得谱线的自然增宽是因为作为电偶极子看待的原子做衰减振动而造成的谱线增宽。 5、（名词解释）光的多普勒效应：随着光源和接收器的相对运动而发生光源的频率发生改变（频移）称为多普勒效应。运动对向接受体频率增高，背向接受体频率降低。 6、（名词解释）均匀增宽与非均匀增宽：

均匀增宽：自然增宽和碰撞增宽中每一个原子所发的光对谱线内任一频率都有贡献，而且这个贡献对每个原子都是等同的，这种增宽为均匀增宽。 非均匀增宽：不同粒子对谱线不同频率部分的贡献不同, 即可分辨谱线线型哪一频带是由哪些特定粒子发射的(∵热运动速度矢量相同的粒子引起的频移相同) 7、（简答）实现光的放大的条件： 1）需要一个激励能源，用于把介质的粒子不断地由低能级抽送到高能级上去； 2）需要合适的发光介质（激光工作物质），它能在激励能源的作用下形成n2/g2>n1/g1的粒子数密度反成分布状态。 8、（简答）产生激光的条件： 1）有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子（原子、分子或离子）有适合于产生受激辐射的能级结构； 2）有外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能级之间产生粒子数反转； 3）有光学谐振腔，增长激光介质的工作长度，控制光束的传播方向，选择被放大的受激辐射光频率以提高单色性。 9、计算：已知氢原子第一激发态E2与基态E1之间能量差为1.64*10-18J,火焰(T=2700K)中含有1020个氢原子。设原子按玻尔兹曼分布，且4g1=g2，求：（1）能级E2上的原子数n2为多少；（2）设火源中每秒发射的光子数为108n2，求光的功率为多少瓦。

激光原理与应用课试卷试题答案

激光原理及应用[陈家璧主编] 一、填空题（20分，每空1分） 1、爱因斯坦提出的辐射场与物质原子相互作用主要有三个过程，分别是（自发辐射）、（受激吸收）、（受激辐射）。 2、光腔的损耗主要有（几何偏折损耗）、（衍射损耗）、（腔镜反射不完全引起的损耗）和材料中的非激活吸收、散射、插入物损耗。 3、激光中谐振腔的作用是（模式选择）和（提供轴向光波模的反馈）。 4、激光腔的衍射作用是形成自再现模的重要原因，衍射损耗与菲涅耳数有关，菲涅耳数的近似表达式为（错误!未找到引用源。），其值越大，则衍射损耗（愈小）。 5、光束衍射倍率因子文字表达式为（错误!未找到引用源。）。 6、谱线加宽中的非均匀加宽包括（多普勒加宽），（晶格缺陷加宽）两种加宽。 7、CO2激光器中，含有氮气和氦气，氮气的作用是（提高激光上能级的激励效率），氦气的作用是（有助于激光下能级的抽空）。 8、有源腔中，由于增益介质的色散，使纵横频率比无源腔频率纵模频率更靠近中心频率，这种现象叫做（频率牵引）。 9、激光的线宽极限是由于（自发辐射）的存在而产生的，因而无法消除。 10、锁模技术是为了得到更窄的脉冲，脉冲宽度可达（错误!未找到引用源。）S，通常有（主动锁模）、（被动锁模）两种锁模方式。 二、简答题（四题共20分，每题5分） 1、什么是自再现？什么是自再现模？ 开腔镜面上的经一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的自在现摸 2、高斯光束的聚焦和准直，是实际应用中经常使用的技术手段，在聚焦透镜焦距F一定的条件下，画出像方束腰半径随物距变化图，并根据图示简单说明。 3、烧孔是激光原理中的一个重要概念，请说明什么是空间烧孔？什么是反转粒子束烧孔？ 4、固体激光器种类繁多，请简单介绍2种常见的激光器（激励方式、工作物质、能级特点、可输出光波波长、实际输出光波长）。 三、推导、证明题（四题共40分，每题10分）

激光原理_名词解释

一 名词解释 1. 损耗系数及振荡条件: 0)(m ≥-=ααS o I g I ,即α≥o g 。α为包括放大器损耗和谐振腔损耗在内的平均损耗 系数。 2. 线型函数：引入谱线的线型函数p v p v v )(),(g 0~= ，线型函数的单位是S ，括号中的0v 表示线型函数的中心频率，且有 ⎰+∞∞-=1),(g 0~v v ，并在0v 加减2v ∆时下降至最大值的一半。按上式定义的v ∆称为谱线宽度。 3. 多普勒加宽:多普勒加宽是由于做热运动的发光原子所发出的辐射的多普勒频移所引起的加宽。 4. 纵模竞争效应：在均匀加宽激光器中，几个满足阈值条件的纵模在震荡过程中互相竞争，结果总是靠近中心频 率0v 的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其他纵模都被抑制而熄灭的现象。 5. 谐振腔的Q 值:无论是LC 振荡回路，还是光频谐振腔，都采用品质因数Q 值来标识腔的特性。定义 p v P w Q ξπξ 2==。ξ为储存在腔内的总能量，p 为单位时间内损耗的总能量。v 为腔内电磁场的振荡频率。 6. 兰姆凹陷：单模输出功率P 与单模频率q v 的关系曲线，在单模频率等于0的时候有一凹陷，称作兰姆凹陷。 7. 锁模：一般非均匀加宽激光器如果不采取特殊的选模措施，总是得到多纵模输出，并且由于空间烧孔效应，均 匀加宽激光器的输出也往往具有多个纵模，但如果使各个振荡的纵模模式的频率间隔保持一定，并具有确定的相位关系，则激光器输出的是一列时间间隔一定的超短脉冲。这种使激光器获得更窄得脉冲技术称为锁模。 8. 光波模：在自由空间具有任意波矢K 的单色平面波都可以存在，但在一个有边界条件限制的空间V 内，只能存 在一系列独立的具有特定波矢k 的平面单色驻波;这种能够存在腔内的驻波成为光波模。 9. 注入锁定：用一束弱的性能优良的激光注入一自由运转的激光器中，控制一个强激光器输出光束的光谱特性及 空间特性的锁定现象。（分为连续激光器的注入锁定和脉冲激光器的注入锁定）。 10. 谱线加宽：实际中的谱线加宽由于各种情况的影响，自发辐射并不是单色的，而是分布在中心频率 /)(12E E -附近一个很小的频率范围内。这就叫谱线加宽。 11. 频率牵引：在有源腔中，由于增益物质的色散，使纵模频率比无源腔纵模频率更靠近中心频率，这种现象叫频 率牵引。 12. 自发辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子自发的向Ｅ１跃迁，并产生一个能量为ｈｖ的光子 13. 受激辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子在频率为ｖ的辐射场作用下，向Ｅ１跃迁，并产生一个能量为ｈｖ的光 子 14. 激光器的组成部分：谐振器，工作物质，泵浦源 15. 腔的模式：将光学谐振腔内肯能存在的电磁场的本征态称为‘’。 16. 光子简并度：处于同一光子态的光子数。含义：同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、 处于同一相格内的光子数 17. 激光的特性：1.方向性好，最小发散角约等于衍射极限角2.单色性好3.亮度高4.相干性好 18. 粒子数反转：在外界激励下，物质处于非平衡状态，使得n2>n1 19. 增益系数：光通过单位长度激活物质后光强增长的百分数 20. 增益饱和：在抽运速率一定的条件下，当入射光的光强很弱时，增益系数是一个常数；当入射光的光强增大到 一定程度后，增益系数随光强的增大而减小。 21. Q 值：是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标——品质因数。 22. 纵模：在腔的横截面内场分布是均匀的，而沿腔的轴线方向即纵向形成驻波，驻波的波节数由q 决定将这种由 整数q 所表征的腔内纵向场分布称为纵模 23. 横模：腔内垂直于光轴的横截面内的场分布称为横模

激光原理及应用

激光原理及应用 第1章 辐射理论概要与激光产生的条件 1.光波：光波是一种电磁波，即变化的电场和变化的磁场相互激发，形成变化的电磁场在空间的传播.光波既是电矢量→E 的振动和传播,同时又是磁矢量→B 的振动和传播。在均匀介质中，电矢量→E 的振动方向与磁矢量→B 的振动方向互相垂直，且→E 、→B 均垂直于光的传播方向→k 。(填空） 2.玻尔兹曼分布:e g n g n kT n n m m E E n m )(--=（计算） 3.光和物质的作用：原子、分子或离子辐射光和吸收光的过程是与原子的能级之间的跃迁联系在一起的。物质（原子、分子等)的相互作用有三种不同的过程，即自发辐射、受激辐射及受激吸收。对一个包含大量原子的系统，这三种过程总是同时存在并紧密联系的.在不同情况下，各个过程所占比例不同，普通光源中自发辐射起主要作用，激光器工作过程中受激辐射起主要作用.（填空） 自发辐射：自发辐射的平均寿命A 211=τ（A 21指单位时间内发生自发辐射的粒子 数密度，占处于E 2能级总粒子数密度的百分比） 4.自发辐射、受激吸收和受激吸收之间的关系 在光和大量原子系统的相互作用中,自发辐射、受激辐射和受激吸收三种过程是同时发生的，他们之间密切相关。在单色能量密度为ρV 的光照射下,dt 时间内在光 和原子相互作用达到动平衡的条件下有下述关系：dt dt dt v v n B n B n A ρρ112221221=+ （自发辐射光子数） （受激辐射光子数) （受激吸收光子数） 即单位体积中，在dt 时间内，由高能级E2通过自发辐射和受激辐射而跃迁到低能

级E1的原子数应等于低能级E1吸收光子而跃迁到高能级E2的原子数。（简答） 5.光谱线增宽:光谱的线型和宽度与光的时间相干性直接相关，对许多激光器的输出特性（如激光的增益、模式、功率等）都有影响，所以光谱线的线型和宽度在激光的实际应用中是很重要的问题。（填空) 光谱线增宽的分类：自然增宽、碰撞增宽、多普勒增宽 自然增宽：自然增宽的线型函数的值降至其最大值的1/2时所对应的两个频率之差称作原子谱线的半值宽度,也叫作自然增宽. 碰撞增宽：是由于发光原子间的相互作用造成的。 多普勒增宽:是由于发光原子相对于观察者运动所引起的谱线增宽。当光源和接收器之间存在相对运动时，接收器接收到的光波频率不等于光源与接收器相对静止时的频率，叫光的多普勒效应。 6.按照谱线增宽的特点可分为均匀增宽和非均匀增宽两类。 7.要实现光的放大，第一需要一个激励能源,用于把介质的粒子不断地由低能级抽运到高能级上去；第二需要有合适的发光介质（或称激光工作物质），它能在外界激励能源的作用下形成g n g n 1 122 的粒子数密度反转分布状态。 8.要使受激辐射起主要作用而产生激光，必须具备三个条件: （1）有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子（原子、分子或者离子）有适合于产生受激辐射的能级结构； （2）有外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能级之间产生粒子数反转；

激光原理与技术的名词解释

激光原理与技术的名词解释 激光（Laser）是一种通过光的放大和受激辐射而产生的高度聚焦的、单色的、高能量的光束。激光技术是一项重要的现代科学技术，广泛应用于医疗、通信、制造业等领域。本文将从激光原理、激光器种类、激光应用等方面对激光技术进行深入解释。 激光原理是指通过特定的装置和工作介质来产生激光的物理过程。激光原理的关键在于能级跃迁和受激辐射。能级跃迁是指原子或分子在受到外界能量激发后，电子从低能级跃迁到高能级，然后再从高能级跃迁回到低能级释放出光子。受激辐射是指在一个已经存在的光子的作用下，原子或分子激发态上的电子从高能级跃迁回到低能级，产生与外界光子一致的光子。通过这种循环的过程，激光得以产生和放大。 根据激光器的工作方式和工作介质的不同，激光器可以分为气体激光器、固体激光器和半导体激光器。气体激光器利用气体（如氦氖）放电时的原子或分子跃迁产生激光。固体激光器则利用固体晶体（如钛宝石）中的掺杂物在激光器外加入能量时跃迁产生激光。而半导体激光器是基于半导体材料的PN结构或异质结构，在电流作用下产生激光。 激光技术具有独特的特点和广泛的应用。首先，激光具有高度聚焦的特点，可以实现对微小区域的精确加工和切割。例如，在制造业中，激光切割可用于金属板材、塑料制品等的切割加工。其次，激光具有高单色性，在通信领域中，激光器可以作为发射源，通过光纤传输信息。另外，激光还可以用于医疗领域，例如激光手术刀可实现精确切割，激光治疗可用于皮肤病的治疗。此外，激光还可以应用于测距、测速、材料分析等领域。 除了常见的激光器外，还有一些特殊种类的激光器。例如，有色激光器是指通过改变激光输出波长，使激光具有红、绿、蓝等特定颜色的激光器。这种激光器广泛应用于舞台灯光、激光显示器等领域。另外，超快激光器是指脉冲宽度极短的激

激光原理技术及应用

激光原理技术及应用 激光（Laser）是一种高度凝聚、高亮度的光束，具有单色、单频、方向性和相干性等特点。激光的产生是通过在激光器中对激光介质进行电能、光能或化学能输入，使其产生受激辐射而得到的。 激光的产生要满足三个条件：1. 受激辐射条件，即至少有一部分倾向于与已存在的辐射产生一致性增强; 2. 高反射构型条件，即在激活的介质中，必须有一个结构，使每个光子具有与大部分原子共振的倾向，从而可以同时与之发生相互作用；3. 线形因素条件，即产生受激辐射的电场分量必须与入射的外界场的幅度、相位分量相一致，并且处于相位的增加区域。 激光的应用领域非常广泛。首先，激光在医学领域有着广泛应用。激光能够通过对生物组织的选择性作用，实现无创治疗和准确切割，如激光手术刀、激光美容、激光治疗癌症等。其次，激光在通信领域有着重大意义，激光通信的高频率和可控性，使得数据传输速率显著提高，成为现代通信技术的重要组成部分。另外，在制造业中，激光也被广泛应用于切割、打标、焊接等工艺过程中，具有高精度、高效率和节能环保的优点。激光还用于材料表面处理、表面合成等领域，可以提高材料的硬度、精细度和功能性。此外，激光也在测距、测速、光谱分析等方面有着广泛应用。 激光技术的原理主要包括三个方面：激活介质，选择性受激辐射和谐振腔。激活介质是指能吸收和放射光子的介质，如晶体、气体、液体等。选择性受激辐射是

指通过受激辐射来增强输入的光的辐射能。在激光器中，通过光刺激物质中的原子或分子，使它们从基态跃迁到激发态，再由基态跃迁到较低的能级上，释放出来的能量被输入进来的光共享，从而获得高度的相干度。谐振腔是指光线在通过激光器的过程中反复地倍返射，使得激光光束增强和放大。谐振腔分为共振腔和光学腔，其中共振腔是用需要反射的金属或介质制成的封闭结构，而光学腔则是由两个或多个镜子组成的。 激光技术的应用非常广泛。在制造业中，激光切割、打标和焊接成为重要工艺。激光切割通过激光在材料表面产生高热和熔化，实现对各种材料的快速、高精度切割；激光打标通过高能激光束对材料表面进行物理或化学反应，实现永久性的打标；激光焊接则是利用高能激光束对焊缝进行加热和熔化，实现材料的连接。在医学领域，激光手术刀被广泛应用于手术中，通过激光的高能量和精确控制，可以实现无血、无痛、快速恢复的手术，用于治疗肿瘤、白血病和眼科疾病等。此外，激光在激光雷达、航天、军事和科研等领域也有广泛应用，如激光测距、激光制导、激光测速和激光光谱分析等。 总而言之，激光技术具有广泛的应用前景和经济效益。它被广泛应用于各个领域，如医学、通信、制造业和科研等，展示出了其巨大的潜力和价值。随着科技的不断发展和创新，激光技术将继续为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。

激光原理及应用

激光原理及应用 近年来，激光技术已经渗透到我们的日常生活中。无论是医疗、军事、电子、半导体等行业，都离不开激光技术的应用。那么， 什么是激光？激光有哪些应用呢？本文将从原理和应用两个方面，为您介绍激光技术。 一、激光的原理 激光是光的一种，它具有单色性、相干性和高直线性。从物理 学的角度来理解，激光是利用物质放射出能量的过程，其放射过 程是在一定的能级结构下进行的。 1.激光的放大原理 激光的放大来自于物质在两个能级之间跃迁的辐射。一般来说，能够产生激光的有两种：一种是固体激光，包括了晶体激光、玻 璃激光等；另一种是气体激光，包括了He-Ne激光、氩离子激光等。它们放出的光线波长不同，普遍在几百纳米到几微米之间。

放大过程中，光线进入放大器后，通过能级结构跃迁过程向加入能量，从而放大了光线，使它得到了更高的能量。而放大过程的根本机理在于，多个光子通过能级跃迁后，将激励一个带有更高能量的光子，使其跃迁至更高的能级状态，从而实现了对光线的放大。 2.激光的无衰减传输 激光具有无衰减传输的特性，这意味着，激光传输距离可以远达几百公里，甚至上千公里。这一特性在通信、军事等领域得到了广泛应用。 3.激光的相干性 激光具有非常高的相干性，它的相位一致性很高，不同光束之间的相位差异非常小，因此可以形成干涉图案。在光学干涉仪、激光测量、光学成像等领域得到了广泛应用。 二、激光的应用

激光在医疗、半导体、电子、军事等领域中都有广泛应用。下 面将从医疗、制造业、军事三个方面介绍激光的应用。 1.激光在医疗领域中的应用 激光在医疗领域的应用极为广泛。激光可以通过切割、钻孔、 焊接等方式，帮助医生完成手术。同时，激光还可以用于治疗、 美容等，如激光去斑、激光祛痘、激光除皱等。激光治疗相较于 传统的手术方式来说，具有创伤小、恢复快、无出血等优点。 2.激光在制造业领域中的应用 激光在制造业领域的应用也是非常广泛的。激光可以对金属、 陶瓷、玻璃等材料进行细微加工，如切割、钻孔、打标等。同时，利用激光还可以制造出精密模具、电路板等，而且在半导体、电 子等领域也大量应用。激光在制造业中的出现，不仅增强了产品 的质量，同时也带来了巨大的生产效率提升。 3.激光在军事领域中的应用

激光原理-名词解释

一 名词解释 1. 损耗系数及振荡条件: 0)(m ≥-=ααS o I g I ,即α≥o g 。α为包括放大器损 耗和谐振腔损耗在内的平均损耗系数。 2. 线型函数：引入谱线的线型函数p v p v v )(),(g 0~=，线型函数的单位是S ，括号中的0v 表示线型函数的中心频率，且有⎰+∞∞-=1),(g 0~v v ， 并在0v 加减2v ∆时下降至最大值的一半。按上式定义的v ∆称为谱线宽度。 3. 多普勒加宽:多普勒加宽是由于做热运动的发光原子所发出的辐 射的多普勒频移所引起的加宽。 4. 纵模竞争效应：在均匀加宽激光器中，几个满足阈值条件的纵模在震荡过程中互相竞争，结果总是靠近中心频率0v 的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其他纵模都被抑制而熄灭的现象。 5. 谐振腔的Q 值:无论是LC 振荡回路，还是光频谐振腔，都采用品 质因数Q 值来标识腔的特性。定义p v P w Q ξπξ 2==。ξ为储存在腔内 的总能量，p 为单位时间内损耗的总能量。v 为腔内电磁场的振荡频率。 6. 兰姆凹陷：单模输出功率P 与单模频率q v 的关系曲线，在单模频率等于0的时候有一凹陷，称作兰姆凹陷。 7. 锁模：一般非均匀加宽激光器如果不采取特殊的选模措施，总是 得到多纵模输出，并且由于空间烧孔效应，均匀加宽激光器的输出也往往具有多个纵模，但如果使各个振荡的纵模模式的频率间

隔保持一定，并具有确定的相位关系，则激光器输出的是一列时间间隔一定的超短脉冲。这种使激光器获得更窄得脉冲技术称为锁模。 8. 光波模：在自由空间具有任意波矢K 的单色平面波都可以存在， 但在一个有边界条件限制的空间V 内，只能存在一系列独立的具有特定波矢k 的平面单色驻波;这种能够存在腔内的驻波成为光波模。 9. 注入锁定：用一束弱的性能优良的激光注入一自由运转的激光器中，控制一个强激光器输出光束的光谱特性及空间特性的锁定现象。（分为连续激光器的注入锁定和脉冲激光器的注入锁定）。 10. 谱线加宽：实际中的谱线加宽由于各种情况的影响，自发辐射并不是单色的，而是分布在中心频率 /)(12E E 附近一个很小的频率范围内。这就叫谱线加宽。 11. 频率牵引：在有源腔中，由于增益物质的色散，使纵模频率比无 源腔纵模频率更靠近中心频率，这种现象叫频率牵引。 12. 自发辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子自发的向Ｅ１跃迁，并产生一个能量为ｈｖ的光子 13. 受激辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子在频率为ｖ的辐射场作用下，向Ｅ１跃迁，并产生一个能量为ｈｖ的光子 14. 激光器的组成部分：谐振器，工作物质，泵浦源 15. 腔的模式：将光学谐振腔内肯能存在的电磁场的本征态称为‘’。 16. 光子简并度：处于同一光子态的光子数。含义：同态光子数、同

激光原理_名词解释

名词解释 1. 损耗系数及振荡条件：| m = (g° - I S即g° _ ：为包括放大器损耗和谐振腔损耗在内的平均损耗1a 系数。 2. 线型函数：引入谱线的线型函数g~(v,V o) = 型，线型函数的单位是S,括号中的V o表示线型函数的中心频 p -bo 率，且有［g~(v,v0) =1，并在v0加减心%时下降至最大值的一半。按上式定义的也v称为谱线宽度。 3. 多普勒加宽：多普勒加宽是由于做热运动的发光原子所发出的辐射的多普勒频移所引起的加宽。 4. 纵模竞争效应：在均匀加宽激光器中，几个满足阈值条件的纵模在震荡过程中互相竞争，结果总是靠近中心频 率V。的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其他纵模都被抑制而熄灭的现象。 5. 谐振腔的Q值:无论是LC振荡回路，还是光频谐振腔，都采用品质因数Q值来标识腔的特性。定义 Q r Wp =2：v p。■为储存在腔内的总能量，P为单位时间内损耗的总能量。v为腔内电磁场的振荡频率。 6. 兰姆凹陷：单模输出功率P与单模频率V q的关系曲线，在单模频率等于0的时候有一凹陷，称作兰姆凹陷。 7. 锁模：一般非均匀加宽激光器如果不采取特殊的选模措施，总是得到多纵模输出，并且由于空间烧孔效应，均匀加宽激光器的输出也往往具有 多个纵模，但如果使各个振荡的纵模模式的频率间隔保持一定，并具有确定的相位关系，则激光器输出的是一列时间间隔一定的超短脉冲。这种使激光器获得更窄得脉冲技术称为锁模。 8. 光波模：在自由空间具有任意波矢K的单色平面波都可以存在，但在一个有边界条件限制的空间V内，只能存 在一系列独立的具有特定波矢k的平面单色驻波；这种能够存在腔内的驻波成为光波模。 9. 注入锁定：用一束弱的性能优良的激光注入一自由运转的激光器中，控制一个强激光器输出光束的光谱特性及 空间特性的锁定现象。(分为连续激光器的注入锁定和脉冲激光器的注入锁定) 。 10. 谱线加宽：实际中的谱线加宽由于各种情况的影响，自发辐射并不是单色的，而是分布在中心频率(E2—E i" 一附近一个很小的频率范围内。这就叫谱线加宽。 11. 频率牵引：在有源腔中，由于增益物质的色散，使纵模频率比无源腔纵模频率更靠近中心频率，这种现象叫频率牵引。 12. 自发辐射：处于高能级E2的一个原子自发的向E1跃迁，并产生一个能量为hv的光子 13. 受激辐射：处于高能级E2的一个原子在频率为v的辐射场作用下，向E1跃迁，并产生一个能量为hv的光子 14. 激光器的组成部分：谐振器，工作物质，泵浦源 15. 腔的模式：将光学谐振腔内肯能存在的电磁场的本征态称为‘’。 16. 光子简并度：处于同一光子态的光子数。含义：同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数 17. 激光的特性：1.方向性好，最小发散角约等于衍射极限角 2.单色性好3.亮度高4.相干性好 18. 粒子数反转：在外界激励下，物质处于非平衡状态，使得n2>n1 19. 增益系数：光通过单位长度激活物质后光强增长的百分数 20. 增益饱和：在抽运速率一定的条件下，当入射光的光强很弱时，增益系数是一个常数；当入射光的光强增大到一定程度后，增益系数随光强的 增大而减小。 21. Q值：是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标一一品质因数。 22. 纵模：在腔的横截面内场分布是均匀的，而沿腔的轴线方向即纵向形成驻波，驻波的波节数由q决定将这种由 整数q所表征的腔内纵向场分布称为纵模 23. 横模：腔内垂直于光轴的横截面内的场分布称为横模

激光原理及应用 复习提纲

《激光原理及应用》复习提纲 一、名词解释 1.光波模式——光学上把具有一定频率、一定偏振状态和传播方向的光波称作光波的一种模式。 2.受激辐射——如果原子系统的两个能级E2和E1满足辐射跃迁选择定则，当受 到外来能量hν=E 2-E 1 的光照射时，处在E 2 能级的原子受到外来光激励作用跃迁 到较低能级E 1 上并发射一个与外来光子完全相同的光子的过程。 3.粒子数反转——当高能态的粒子数大于低能态的粒子数（E m>E n），有 n m /g m >n n /g n 的情况叫做粒子数反转。 4.激光纵模——谐振腔内正反两列沿轴线相反方向传播的同频率光波叠加形成驻波，谐振腔内的驻波场称为激光纵模。 5.激光横模——自再现模积分方程的本征函数解u mn表示的是在激光谐振腔中存在的稳定的横向场分布，叫做激光横模。 6.谱线加宽——实际光强分布总在一个有限宽度的频率范围内,每一条谱线都有一定的宽度, v = v0只是谱线的中心频率，这种现象称为谱线加宽。 7.激活物质——能把处于低能级上的粒子大量地抽运到高能级上去，造成 n 2/g 2 >n 1 /g 1 的粒子数密度反转分布的状态的介质。 8.辐射跃迁——因发射或吸收光子从而使原子造成能级间跃迁的现象。 9.增益饱和——在抽运速率一定的条件下，当入射光的光强很弱时，增益系数是一个常数；当入射光的光强增大到一定程度后，增益系数随光强的增大而减小。 10.光谱线型——表征某一谱线在单位频率间隔的相对光强分布线型函数f(v)。

11.高斯光束——基横模行波输出在与光束前进方向的垂直平面上的强度分布呈高斯线型，称为高斯光束。 12.自再现模——对于两个镜面完全相同的的谐振腔，光束的横向场分布在腔内经单程渡越后实现再现，这个稳定的横向场分布就是激光谐振腔的自再现模。 二、基本公式与概念 （第一章1-6；第二章7-9；第三章10-13；第四章14-19） 1.光子能量与动量：k h h P π ν ν ε2c h = = =。 2.两能级上原子数分布(玻尔兹曼分布)：kT E E n n m m n m e g n g )(//n --=，粒子数反转指的就 是n n m m g n g //n >。 3.原子自发辐射平均寿命，等于原子数密度由初始降为1/e 所用的时间21/1A =τ 4.爱因斯坦系数之间的关系：21 212133 21218B g B g c h B A == νπ，热平衡空腔的单色辐射能量密度 11 8113 32211122121-⨯=-=kT h kT h e c h e g B g B B A ννννπρ，受激辐射光功率体密度与自发辐射光功率体密度之比 kT h e A B t q t q ννρ1 )()(21 21==自激。 5.谱线的线型函数⎰= =ν ννννd I I I I f )() ()()(0 ，其归一化条件⎰∞ ∞-=1)(ννd f 。 6.光波在介质中的相对衰减速率dz z dI z I A ) ()(1-= ，介质的增益系数 dz z dI z I h f c B n g g n G )()(1)()(211122=- =ννμ；如果测的增益介质光强I 0、穿过增益 介质后出射的光强I 以及增益介质长度L ，那么平均增益系数0 ln 1I I L G = 。

激光原理及应用 试卷讲解

激光原理及应用试卷 班级姓名成绩 一、填空题（1×20=20分） 1.光与物质的相互作用有三种不同基本过程，即，受激辐射及 A21称为：B21称为：B12称为： 2.谱线在单位内的分布，叫做光谱线的线型函数。常见的线型函数有两种，一种是自然增宽和生成的；一种是多普勒增宽生成的 3.激光器的基本结构包括，光学谐振腔和三个部分。其中光学谐振腔有三个方面的作用：（1） （2）（3） 4.光的一个基本性质是具有。一方面光是电磁波，具有波动性质，有一定的和。另一方面光是光子流，是具有一定 和的物质粒子流。 二、问答题（5×4=20分） 1.叙述用兰姆凹陷稳频的工作原理。 2.三种谱线增宽形式中哪些是均匀增宽？哪些是非均匀增宽，为什么？ 3.为什么一般来说均匀增宽的稳定态激光器的输出通常是单纵模的，而非均匀增宽的稳定态激光器输出通常是多个纵模？ 4.激光器为什么要选取单纵模？一般有哪几种选模方法？

三、计算题（60分） 1.（10分）用下图中双散射光路测水速。两束光夹角为450，水流方向与光轴方向垂直，流水中掺有散射颗粒，若光电倍增管接收到的信号光频率为1MHz，所用光源为He-Ne，其波长为63 2.8nm ，求水流的速度。 2.（10分）一台氩离子激光器发出的激光，其荧光谱线中心波长为488nm，谱线宽度为6×108Hz，谐振腔为1m长，试问其输出激光的纵模有几个？若该激光器的谐振腔是对称共焦腔，且经过选模得到单横模输出，用该激光器作舞台彩色背景，当幕布离激光器40m时，激光斑有多大？ 3.（10分）输出功率为1KW的CO2激光器发出波长为10.6μm的基横模高斯光束，其束腰位于谐振腔出射面上，半径为1mm，若在离出射面500mm处放置一块f=10mm的薄透镜进行聚焦，问聚焦产生的光束束腰离该透镜距离为多少？若不考虑传播损失，束腰处平均功率密度有多大？

激光原理及应用 激光小结整理

第一章 主要内容：1.光的波粒二象性。2. 原子的能级和辐射跃迁。3. 光的受激辐射。4. 光谱线宽度5. 激光形成的条件。 1.光的偏振特性：激光器的输出多为线偏振光，而普通光源发出的光基本上是自然偏振光。 2.真空中光速、频率和波长之间的关系： 3.平面波的行波方程： 4.光子的能量公式： ，光子能量公式在研究激光的激发时是经常用到的。 5.表征电子运动状态的四个量子数：主量子数、辅量子数、磁量子数、自旋量子数。 6.波尔兹曼定律（统计规律）： 7.辐射跃迁与非辐射跃迁的主要区别：辐射跃迁伴随光子的发射或吸收，遵守跃迁选择定则；而非辐射跃迁并不伴随光子的发射和吸收，不遵守跃迁选择定则。 8.普朗克黑体辐射的单色辐射能量密度公式： 9.自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系： 10.受激辐射光功率体密度与自发辐射光功率体密度比： 11.多普勒效应引起的频率改变： 12.自然增宽 、碰撞增宽、多普勒增宽之间的关系：①综合增宽是均匀增宽和非均匀增宽的迭加。②均匀增宽包括自然增宽和碰撞增宽，其线型函数为洛伦兹函数。③非均匀增宽主要是多普勒增宽，其线型函数为高斯函数。④气体激光器中自然增宽要远小于碰撞增宽和多普勒增宽。固体激光器中均匀增宽主要是自然增宽。 13.工作介质中光强衰减公式： 14.工作介质中光强增益公式： 15.产生激光必须具备的三个条件：工作物质、激励源、谐振腔。 第二章 主要内容：1. 激光器的主要组成部分——光学谐振腔及其稳定性。2. 激光器工作过程的数学模型——速率方程。 （1）粒子数密度反转条件（2）均匀介质中的增益系数和增益饱和（3）非均匀介质中的增 ν λ0=c () t i U U ωex p ~=h ν =εkT E i i i e g n -∝1 1833-⨯ =kT h νe c h νπρνdt n B dt n B dt n A νν1 12221221ρρ=+νν νh ν c A B A t n h νB t n h νt q t q ρπρρ3321212122128)()()(==⋅⋅=自激）（0 11ν c υc υν-+=Az e I z I -=)0()(Gz e I z I )0()(=