4.4激光的应用 课件 (2)32张PPT
文档属性
| 名称 | 4.4激光的应用 课件 (2)32张PPT |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2017-01-06 10:02:52 | ||
图片预览
文档简介
课件32张PPT。激光的应用第一讲 激光技术的发展和应用1 激光发展史
1）激光50年大事件
2）国外发展史
3）国内发展史
2 激光概述（产业方面）
1）国外激光产业发展现状
2）我国激光产业发展现状及存在的主要问题
3 辐射与物质的相互作用
1）普通光源的发光——受激吸收和自发辐射
2）受激辐射和光的放大
3）粒子数反转1 激光发展史 1）激光50年大事件第一束激光。1960年，
西奥多·梅曼
（Theodore Maiman）
在加利福尼亚州马里布的
休斯研究实验室设计和建
造了一台小型的激光发生
器。将闪光灯线圈缠绕在
指尖大小的红宝石棒上，
产生了第一条激光，
从此开启了激光时代。 1 激光发展史1961年8月 王之江院士设计制造。“中国激光之父”激光武器。军事机构和小说家目睹了射线枪从漫画书里的虚构变
为现实的过程，所以他们在激光刚刚被发明时，就看到了激光作
为武器的潜力。1964年，007电影《金手指》中大反派“金手指”
奥瑞克威胁邦德，要用激光将他锯成两半——这在当时，还是纯
粹的幻想。 1 激光发展史1 激光发展史激光轻武器1 激光发展史美国激光攻击机试验机1 激光发展史美国地基激光武器三维激光。全息技术
发明于1948年，以提
高电子显微镜的分辨
率，但埃米特·利斯
（Emmett Leith）和朱
瑞斯·乌帕特尼克斯
（Juris Upatnieks ）
在1964年使用激光对
全息技术进行了彻底
改造，发明了第一个
不需要特制眼镜就能
看到的三维图像。他们用分裂的激光光束将全息图记录在感光片上，其中一束激光先被
反射到被摄物体上，然后再与另一束会合，在感光片上成像。用一束
与成像时相同方向的激光照射感光片，就会在观看者眼前产生一幅逼
真的三维图像。这张玩具火车图是这两位科学家在密歇根大学的
威洛·鲁恩实验室第一次记录的全息图。1 激光发展史1 激光发展史《蒙娜丽莎》三维成像分析梦幻激光：刚开始时，激光的色彩是相当有限的：氦氖激光器和红宝石发出红光，
其他激光器则产生不可见的红外光。第一次实现七彩激光的是离子激光器，它通过
在氩或氪中的高压放电产生激光。氩气产生蓝色和绿色的光，氪产生其他几种颜色，
两种气体的混合可以产生整个可见光谱中的颜色。激光秀从此诞生。 1 激光发展史1 激光发展史广州亚运会开幕式激光表演1 激光发展史激光投影电视无处不在的激光。激光技术第一次走进日常生活，是美国超市使用发出红色氦氖激光的条形
码扫描枪实现收款自动化。若尔斯·阿尔费罗夫（Zhores Alferovand ）和赫伯特·克勒默
（Herbert Kroemer）发明了制作半导体二极管激光器的改进方法，让激光真正地无处不在。
他们因此获得了2000年的诺贝尔物理奖。（图中所示为一个半导体二极管激光器和五美元
钞票大小的对比。）如今，这样的芯片随处可见，比如说CD播放器、蓝光播放器、红色
激光笔和全球电信网络的骨干中。1 激光发展史无尽的刀片。在工业上，激光被用来作为锯和钻头，而且它永远不会变钝。激光第一次作此
用途是加工硬度很高的材料，如钻石，或非常柔软的材料，例如婴儿奶瓶的奶嘴。低功率激
光可以切割和焊接塑料；高功率激光可以切割和焊接金属。早期的工业激光器，必须要非常
庞大才能提供足够的能量，但新的固态激光器却令人吃惊的小巧：如今一段细光纤或几分之
一毫米厚、扑克大小的盘片就能产生千瓦级的能量，足以切开几厘米厚的金属片。 1 激光发展史1 激光发展史国产激光焊接机1 激光发展史激光数控切割机1 激光发展史进口高精度激光雕刻机激光外科手术。激光在医学上的首次成功应用是进行眼内手术，但是不需要切开眼球。早在
1962年，一台红宝石激光器将病人脱落的视网膜与眼球重新连接，使他恢复了视力。更大的
成功在1968年到来，外科医生弗朗西斯·莱斯佩朗斯和贝尔实验室的工程师使用氩离子激光
器破坏异常的血管，以避免这些血管在视网膜中扩散，致使糖尿病人失明。这种治疗方法已
经挽救了数百万人的视力。如今，激光也被用来切割角膜，以矫正视力，或者使胎记和刺青
褪色。1 激光发展史1 激光发展史1064nm激光
医疗设备（去斑等）心脏动脉血管支架激光之母。受控核聚变很久以来都是人们认为最理想的清洁能源发电方式。1962年，劳伦斯
利弗莫尔国家实验室的物理学家约翰·纳科尔斯（John Nuckolls）在加利福尼亚州利弗莫尔，
提出用激光脉冲加热和压缩的重氢同位素块实现受控核聚变。从那以来，利弗莫尔实验室
一直追寻着这个理念，他们使用的激光器也越来越大，终于在美国国家点火实验设施中达
到巅峰。 这是一个复杂的系统，可以同时发出192束激光，去年，在十亿分之几秒的时间内，
产生了能量达到100万焦耳的激光脉冲，使之成为有史以来能量最强的激光器。
（美国国家点火实验设施 (NIF)是美国出于研究核聚变反应设想而建造的试验装置。）1 激光发展史1 激光发展史超连续谱激光器1 激光发展史钛宝石激光器高次谐波能产生as脉冲1 激光发展史掺镱光纤超短脉冲激光器脉冲宽度：33fs
中心波长：1030nm
重复频率：29MHz
单脉冲能量：1nJOL V.31, P1340, 2006
美国，康奈儿大学
1 激光发展史飞秒掺铒光纤激光器脉冲宽度：46.2fs
中心波长：1550nm
重复频率：38.3MHz
单脉冲能量：2.08nJOL V.32, P41, 20071 激光发展史无锁模飞秒激光脉冲脉宽：516fs
能量：3.5nJ
中心波长：1550nmOL V.32, P1408, 2007, 美国，康奈儿大学1 激光发展史CCLRC Rutherford Appleton Laboratory, Chilton, Didcot, Oxon., OX11 0QX, UK(2006)output pulse with energy of 35J
Compression to 85fs(70nm in FWHM)
potential power of between 300 TW and 400TW(350TW)激光国内大事记 1 激光发展史2 激光概述（产业方面） 国外激光产业发展现状
根据《激光集锦》1997年报导， 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；而在激光材料加工设备
方面则是 德国占首位。因此我们选择美国、日本、 德国三个国家，
介绍他们激光产业发展情况，也就反映了世界激光市场的基本情况
及其发展趋势。我国激光产业发展现状及存在的主要问题2 激光概述（产业方面） 主要问题是：
???? (1) 科研与生产结合得不好，科研成果转化为生产力的能力较差，
许多具有市场前景的成果 仍停留在实验样机阶段；
??? ?(2) 资金投入不足，市场开拓不够，一些重要激光产品尚未形成
规模生产，效益较低；
??? (3) 产品质量较差，在安全性、稳定性、可靠性及标准化等方面
还有待进一步提高；
?? ??(4) 激光系统的配套能力较差，增加了用户使用的困难；
?? ??(5) 创新能力较差，高档次的激光产品少，智能化、自动化程度
较低，缺乏市场竞争能力；
???? (6) 从技术管理上看，激光产品缺少国家标准，激光产业没有
归口主管部门，产品质量监督不够，这些都不利于激光产
业的发展。3 辐射与物质的相互作用1)普通光源的发光——受激吸收和自发辐射2)受激辐射和光的放大3)粒子数反转3 辐射与物质的相互作用
1）激光50年大事件
2）国外发展史
3）国内发展史
2 激光概述（产业方面）
1）国外激光产业发展现状
2）我国激光产业发展现状及存在的主要问题
3 辐射与物质的相互作用
1）普通光源的发光——受激吸收和自发辐射
2）受激辐射和光的放大
3）粒子数反转1 激光发展史 1）激光50年大事件第一束激光。1960年，
西奥多·梅曼
（Theodore Maiman）
在加利福尼亚州马里布的
休斯研究实验室设计和建
造了一台小型的激光发生
器。将闪光灯线圈缠绕在
指尖大小的红宝石棒上，
产生了第一条激光，
从此开启了激光时代。 1 激光发展史1961年8月 王之江院士设计制造。“中国激光之父”激光武器。军事机构和小说家目睹了射线枪从漫画书里的虚构变
为现实的过程，所以他们在激光刚刚被发明时，就看到了激光作
为武器的潜力。1964年，007电影《金手指》中大反派“金手指”
奥瑞克威胁邦德，要用激光将他锯成两半——这在当时，还是纯
粹的幻想。 1 激光发展史1 激光发展史激光轻武器1 激光发展史美国激光攻击机试验机1 激光发展史美国地基激光武器三维激光。全息技术
发明于1948年，以提
高电子显微镜的分辨
率，但埃米特·利斯
（Emmett Leith）和朱
瑞斯·乌帕特尼克斯
（Juris Upatnieks ）
在1964年使用激光对
全息技术进行了彻底
改造，发明了第一个
不需要特制眼镜就能
看到的三维图像。他们用分裂的激光光束将全息图记录在感光片上，其中一束激光先被
反射到被摄物体上，然后再与另一束会合，在感光片上成像。用一束
与成像时相同方向的激光照射感光片，就会在观看者眼前产生一幅逼
真的三维图像。这张玩具火车图是这两位科学家在密歇根大学的
威洛·鲁恩实验室第一次记录的全息图。1 激光发展史1 激光发展史《蒙娜丽莎》三维成像分析梦幻激光：刚开始时，激光的色彩是相当有限的：氦氖激光器和红宝石发出红光，
其他激光器则产生不可见的红外光。第一次实现七彩激光的是离子激光器，它通过
在氩或氪中的高压放电产生激光。氩气产生蓝色和绿色的光，氪产生其他几种颜色，
两种气体的混合可以产生整个可见光谱中的颜色。激光秀从此诞生。 1 激光发展史1 激光发展史广州亚运会开幕式激光表演1 激光发展史激光投影电视无处不在的激光。激光技术第一次走进日常生活，是美国超市使用发出红色氦氖激光的条形
码扫描枪实现收款自动化。若尔斯·阿尔费罗夫（Zhores Alferovand ）和赫伯特·克勒默
（Herbert Kroemer）发明了制作半导体二极管激光器的改进方法，让激光真正地无处不在。
他们因此获得了2000年的诺贝尔物理奖。（图中所示为一个半导体二极管激光器和五美元
钞票大小的对比。）如今，这样的芯片随处可见，比如说CD播放器、蓝光播放器、红色
激光笔和全球电信网络的骨干中。1 激光发展史无尽的刀片。在工业上，激光被用来作为锯和钻头，而且它永远不会变钝。激光第一次作此
用途是加工硬度很高的材料，如钻石，或非常柔软的材料，例如婴儿奶瓶的奶嘴。低功率激
光可以切割和焊接塑料；高功率激光可以切割和焊接金属。早期的工业激光器，必须要非常
庞大才能提供足够的能量，但新的固态激光器却令人吃惊的小巧：如今一段细光纤或几分之
一毫米厚、扑克大小的盘片就能产生千瓦级的能量，足以切开几厘米厚的金属片。 1 激光发展史1 激光发展史国产激光焊接机1 激光发展史激光数控切割机1 激光发展史进口高精度激光雕刻机激光外科手术。激光在医学上的首次成功应用是进行眼内手术，但是不需要切开眼球。早在
1962年，一台红宝石激光器将病人脱落的视网膜与眼球重新连接，使他恢复了视力。更大的
成功在1968年到来，外科医生弗朗西斯·莱斯佩朗斯和贝尔实验室的工程师使用氩离子激光
器破坏异常的血管，以避免这些血管在视网膜中扩散，致使糖尿病人失明。这种治疗方法已
经挽救了数百万人的视力。如今，激光也被用来切割角膜，以矫正视力，或者使胎记和刺青
褪色。1 激光发展史1 激光发展史1064nm激光
医疗设备（去斑等）心脏动脉血管支架激光之母。受控核聚变很久以来都是人们认为最理想的清洁能源发电方式。1962年，劳伦斯
利弗莫尔国家实验室的物理学家约翰·纳科尔斯（John Nuckolls）在加利福尼亚州利弗莫尔，
提出用激光脉冲加热和压缩的重氢同位素块实现受控核聚变。从那以来，利弗莫尔实验室
一直追寻着这个理念，他们使用的激光器也越来越大，终于在美国国家点火实验设施中达
到巅峰。 这是一个复杂的系统，可以同时发出192束激光，去年，在十亿分之几秒的时间内，
产生了能量达到100万焦耳的激光脉冲，使之成为有史以来能量最强的激光器。
（美国国家点火实验设施 (NIF)是美国出于研究核聚变反应设想而建造的试验装置。）1 激光发展史1 激光发展史超连续谱激光器1 激光发展史钛宝石激光器高次谐波能产生as脉冲1 激光发展史掺镱光纤超短脉冲激光器脉冲宽度：33fs
中心波长：1030nm
重复频率：29MHz
单脉冲能量：1nJOL V.31, P1340, 2006
美国，康奈儿大学
1 激光发展史飞秒掺铒光纤激光器脉冲宽度：46.2fs
中心波长：1550nm
重复频率：38.3MHz
单脉冲能量：2.08nJOL V.32, P41, 20071 激光发展史无锁模飞秒激光脉冲脉宽：516fs
能量：3.5nJ
中心波长：1550nmOL V.32, P1408, 2007, 美国，康奈儿大学1 激光发展史CCLRC Rutherford Appleton Laboratory, Chilton, Didcot, Oxon., OX11 0QX, UK(2006)output pulse with energy of 35J
Compression to 85fs(70nm in FWHM)
potential power of between 300 TW and 400TW(350TW)激光国内大事记 1 激光发展史2 激光概述（产业方面） 国外激光产业发展现状
根据《激光集锦》1997年报导， 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；而在激光材料加工设备
方面则是 德国占首位。因此我们选择美国、日本、 德国三个国家，
介绍他们激光产业发展情况，也就反映了世界激光市场的基本情况
及其发展趋势。我国激光产业发展现状及存在的主要问题2 激光概述（产业方面） 主要问题是：
???? (1) 科研与生产结合得不好，科研成果转化为生产力的能力较差，
许多具有市场前景的成果 仍停留在实验样机阶段；
??? ?(2) 资金投入不足，市场开拓不够，一些重要激光产品尚未形成
规模生产，效益较低；
??? (3) 产品质量较差，在安全性、稳定性、可靠性及标准化等方面
还有待进一步提高；
?? ??(4) 激光系统的配套能力较差，增加了用户使用的困难；
?? ??(5) 创新能力较差，高档次的激光产品少，智能化、自动化程度
较低，缺乏市场竞争能力；
???? (6) 从技术管理上看，激光产品缺少国家标准，激光产业没有
归口主管部门，产品质量监督不够，这些都不利于激光产
业的发展。3 辐射与物质的相互作用1)普通光源的发光——受激吸收和自发辐射2)受激辐射和光的放大3)粒子数反转3 辐射与物质的相互作用