1、激光原理與技術(shù)北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院2009年9月課程目錄前言、1） 激光的發(fā)明與發(fā)展2） 激光的特性與應(yīng)用第一章 激光的基本原理與特性1）光子的相干性2）光的受激輻射 3）光的自激震蕩4）激光器的基本組成5）激光的輸出特性第二章光與物質(zhì)的相互作用1）光和物質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論2）譜線加寬和線型函數(shù)3）激光的速率方程4）均勻加寬工作介質(zhì)的增益函數(shù)5）非均勻加寬工作介質(zhì)的增益函數(shù)6）激光器的振蕩域值7）激光的輸出功率8）單模線寬和頻率牽引課程目錄第三章 光學(xué)諧振腔和高斯光束的傳輸1）光學(xué)諧振腔及其特性2）諧振腔的基本參量3）光學(xué)諧振腔的幾何理論4）菲涅耳-基爾霍夫衍射積分和自再現(xiàn)模5）共焦腔中

2、的高斯光束6）高斯光束的傳輸及變換規(guī)律第四章 半導(dǎo)體激光器1）半導(dǎo)體激光器原理2）半導(dǎo)體激光器的基本結(jié)構(gòu)3）半導(dǎo)體激光器的特性4）幾種典型半導(dǎo)體激光器件5）半導(dǎo)體激光器的耦合封裝6）半導(dǎo)體激光器的典型應(yīng)用介紹課程目錄第五章 常用激光器介紹* 1） 固體激光器2） 氣體激光器3） 染料激光器4） 化學(xué)激光器*5） 自由電子激光器*第六章 激光器的模式選擇調(diào)制解調(diào)技術(shù)1） 激光模式選擇極其意義2） 橫模選擇技術(shù)3） 縱模選擇技術(shù)4） 激光模式測量技術(shù)5） 激光調(diào)制的基本概念6） 激光調(diào)制技術(shù)課程目錄第七章 激光超短脈沖和穩(wěn)頻技術(shù)1） 激光調(diào)Q技術(shù)2） 激光鎖模技術(shù)3） 光脈沖壓縮技術(shù)4） 超短光脈

3、沖的測量技術(shù)5） 激光穩(wěn)頻技術(shù)1參考教材：（1） 激光原理 周炳琨 編 清華大學(xué)出版社 （2）激光技術(shù) 藍(lán)信鉅 等 科學(xué)出版社 （3） 激光器件 科學(xué)出版社 （4）激光諧振腔H. 韋伯（1）Lasers Siegman （2）Quantum Electronics, Yariv（3）Fundamentals Of PhotonicsSaleh & Teich PPT課件下載： 第八章 激光的應(yīng)用*1）光通信2）光學(xué)頻率標(biāo)準(zhǔn)3）慣性約束核聚變4）激光對長度及位置的測量和控制5）激光對速度和振動(dòng)的測量6）激光雷達(dá)7）激光信息的存貯和讀出8）激光醫(yī)療前言1）激光的發(fā)明與發(fā)展2）激光的特性與應(yīng)用195

4、8年美國科學(xué)家H，湯斯和A. L. 肖洛提出來的，蘇聯(lián)科學(xué)家普羅霍洛夫和巴索夫也提出了相同的概念。第一次研制出激光器則是在1960年由美國休斯公司的T. 梅曼(1927.7.11-2007.5. 11) 用紅寶石作為工作物質(zhì)實(shí)現(xiàn)的。而先后得到諾貝爾獎(jiǎng)的卻是前面的人而不是梅曼。 什么是激光LASERlight amplification by stimulated emission of radiation20世紀(jì)物理領(lǐng)域四大發(fā)明之一(原子能、半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)、激光器 )愛因斯坦湯斯 Townes1915/7/28-Townes and his Maser88歲的湯斯精神矍鑠步履矯健思維敏捷（20

5、03年）激光發(fā)明的歷史1917年 愛因斯坦提出受激輻射的概念1954年 Charles Townes (Columbia University assisted by J.P. Gordon and H. Zeiger) ammonia beam maser, 微波頻率=2.4GHz，非常微弱MASER microwave amplification by stimulated emission of radiation同時(shí)，前蘇聯(lián)：G.Basov and A.M. Prokhorov 進(jìn)行了上述相同的實(shí)驗(yàn)接著，人們利用分子束與固體磁光共振在無線電與微波波段做了實(shí)驗(yàn)，1956年 Nicolaa

6、s Bloembergen (Harvard University)提出連續(xù)三能級泵浦方案獲得 Maser，在固體中獲得一系列微波參量放大器。1958年，Charles Townes and A.L. Schawlow 提出Optical maser 方案：“Infrared and optical maser” Phys. Rev. 112, 1940-1949(1958)激光發(fā)明的歷史同年，N.G.Basov 和 M.Prohorov 發(fā)表實(shí)現(xiàn)三能級粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和半導(dǎo)體激光建議1959年， 首屆國際量子電子學(xué)會(huì)議在英國倫敦召開1959年，Townes 提出紅寶石激光器建議，Javan 提出H

7、e-Ne激光器建議1960年，T.H.Maiman （美國Hughes Research Laboratories)，5月15日宣布獲得694.3nm 深紅色激光(flash lamp pumped ruby laser)1960年， Ali Javan(Bell實(shí)驗(yàn)室），He-Ne 激光 1.15 um, 1961年獲得633nm 激光。1962年，半導(dǎo)體激光發(fā)明激光技術(shù)的發(fā)展60年紅寶石激光器61年He-Ne激光器；同年提出調(diào)Q技術(shù)，夏天第一臺(tái)Q開關(guān)激光器問世；這一年還制成了釹玻璃激光器；1962年美國的三個(gè)小組幾乎同時(shí)公布了砷化鎵半導(dǎo)體激光器運(yùn)轉(zhuǎn)的消息；1963年建立了激光的半經(jīng)典理論；

8、1964年研制成功了氬離子激光器、二氧化碳激光器、化學(xué)激光器和摻釹釔鋁石榴石激光器；1965年實(shí)現(xiàn)了鈮酸鋰參量振蕩器，同年，人們借助半經(jīng)典理論預(yù)言了鎖模效應(yīng)的存在；同年，研制成功固體鎖模激光器，獲得超短光脈沖；染料激光器也在這一年問世。激光技術(shù)的發(fā)展 1966年，有機(jī)染料激光；皮秒脈沖激光； 1967年，激光頻率測定； 1969年，亞皮秒脈沖； 1970年，首次研制成功準(zhǔn)分子激光器 1971年，環(huán)形染料激光器； 1972年，波導(dǎo)激光器； 1973年， DFB半導(dǎo)體激光 1974年，連續(xù)色心激光器； 1977年，紅外波段的自由電子激光器問世 1980年，光孤子； 1981年，飛秒級脈沖激光； 1

9、982年，陣列半導(dǎo)體激光器； 1984年，半導(dǎo)體激光泵浦固體激光器； 1986年，光纖放大器；鈦寶石連續(xù)波長可調(diào)激光器； 梅曼第一臺(tái)激光器的泵浦閃光燈梅曼第一臺(tái)激光器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1958年激光原理提出，1960年梅曼制成第一臺(tái)激光器。圖為“神光II號(hào)”裝置。 1990年美國研制成功畸變（應(yīng)變)量子阱激光器1992年日本推出高輸出功率半導(dǎo)體激光器。世界第一臺(tái)激光器內(nèi)部結(jié)構(gòu)中國激光研究的歷程（一）中國第一束激光 的誕生1960年前，中國科學(xué)院長春光機(jī)所王之江小組，研究提高光的亮度。1961年8月，“小球照明的紅寶石”激光器誕生，設(shè)計(jì)師：王之江，比美國晚15個(gè)月。王之江院士（二）“激光”的中文翻譯“l(fā)

10、aser” light amplification by stimulated emission of radiation 受激發(fā)射的輻射光放大，音譯： “萊射”、“鐳射”等。在臺(tái)灣、新加坡、馬來西亞等地應(yīng)用。 1964年10月 錢學(xué)森 致函受激光發(fā)射譯文集編輯部，建議將“光受激發(fā)射”改為“激光”1964年12月，上海召開第三次激光學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)，由嚴(yán)濟(jì)慈主持，討論正式采納錢學(xué)森的建議：將受激輻射光放大譯為“激光”。錢學(xué)森院士（三）激光器的研究與應(yīng)用（1）光頻標(biāo)1963年開始研究激光穩(wěn)頻1978年 CH4-HeNe激光 不確定度 10-12第17屆國際計(jì)量大會(huì)通過光速統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：C=29979245

11、8m/s1980，1984，612納米 I2-HeNe 激光器 10-11(2)飛秒記錄1962年 鄧錫銘提出Q開關(guān)原理，1963年制成轉(zhuǎn)鏡Q開關(guān)激光器，1987年，中科院西安光機(jī)所陳國夫（英國），環(huán)型染料激光器 19 fs 1989年，西安光機(jī)所研究成功脈沖為21500 fs 可調(diào)激光器。鄧錫銘院士王育竹院士（3）“神光”1987年6月，1012瓦大功率激光器神光裝置， 鄧錫銘（4）1985年，清華大學(xué)無線電系，對理論上復(fù)合結(jié)構(gòu)的參數(shù)匹配和二極管表面增透等問題進(jìn)行系統(tǒng)分析，并在半導(dǎo)體激光上獲得單縱模輸出，邊模抑制比為40dB。（5）1985年11月，激光人造衛(wèi)星測距，60008000公里距離

12、內(nèi)，測距精度達(dá)5厘米。（6）1963年，王淦昌提出激光聚變的概念，1986至今系列實(shí)驗(yàn)王淦昌院士徐至展院士范滇元院士激光的特性與應(yīng)用單色性方向性高亮度短脈沖頻率標(biāo)準(zhǔn)；時(shí)間、長度精密計(jì)量光學(xué)現(xiàn)象的研究，干涉、衍射全息照相、光通信，WDM遠(yuǎn)距離測距、工程和軍事系統(tǒng)的準(zhǔn)直和校準(zhǔn)；空間通信工業(yè)和軍事應(yīng)用，激光焊接、鉆孔，激光武器，激光醫(yī)療、激光手術(shù)刀；非線性光學(xué)、激光倍頻、參量振蕩超短脈沖、超快現(xiàn)象、飛秒光梳、阿秒物理學(xué)、固體激光器倍頻氣體激光器氦氖激光器二氧化碳激光器半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光泵浦器件光電探測器激光光鑷原子噴泉示意圖原子噴泉鐘激光技術(shù)照亮21世紀(jì)之光 激光是20世紀(jì)最大、最實(shí)用的發(fā)明，是與熱核技術(shù)、半導(dǎo)體、電子計(jì)算機(jī)和航天技術(shù)相媲美的一個(gè)舉世矚目的重大科技成就。激光也 是光，它與電子