激光器簡史及光纖激光器簡介

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1、激光器簡史及光纖激光器簡介,概要,激光器歷史概述 激光器簡史 光纖激光器簡史 光纖激光器簡介 市場和應用 光纖激光器技術簡介 激光安全,什么是激光?,鐳射？,LASER,由受激輻射的光放大而產(chǎn)生的光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）。,激光發(fā)展簡史 50 年,,激光發(fā)展簡史 激光與諾貝爾獎,1900年，普朗克提出了能量量子化概念，因此獲得了1918年諾貝爾物理學獎： in recognition of the services he rendered to the advancement of Physics by

2、 his discovery of energy quanta.,1905年，愛因斯坦提出了光子假說并成功解釋了光電效應，并因此獲得了1921年諾貝爾物理學獎： for his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect.,Albert Einstein,Max Planck,激光發(fā)展簡史 激光與諾貝爾獎,1913年，波爾借鑒了普朗克的量子理論提出了全新的原子結構模型，因此獲得1922年諾貝爾物理學獎： for his servi

3、ces in the investigation of the structure of atoms and of the radiation emanating from them.,1917年，愛因斯坦在波爾的原子結構基礎上，提出了波爾借鑒了普朗克的量子理論提出了受激輻射理論，為激光的出現(xiàn)奠定了理論的基礎 該理論預言：光子和原子相互作用包含三種過程:自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射；提出在物質(zhì)與輻射場的相互作用中，構成物質(zhì)的原子或分子可以在光子的激勵下產(chǎn)生光子的受激發(fā)射或吸收，預示了有可能利用受激發(fā)射實現(xiàn)光放大（Light Amplification by Stimulated Emissio

4、n of RadiationLASER ）,Niels Bohr,激光發(fā)展簡史 激光與諾貝爾獎,1947年，蘭姆（Lamb）在氫原子光譜中發(fā)現(xiàn)了明顯的受激輻射，這是受激輻射第一次被實驗驗證，因此蘭姆獲得了1955年諾貝爾物理學獎： for his discoveries concerning the fine structure of the hydrogen spectrum.,1950年，法國物理學家Kastler提出了光學泵浦的方法，兩年后該方法被實現(xiàn)。他因為提出了這種利用光學手段研究微波諧振的方法而獲得1966年年諾貝爾物理學獎： for the discovery and devel

5、opment of optical methods for studying Hertzian resonances in atoms.,Alfred Kastler,Willis Eugene Lamb,激光發(fā)展簡史 激光與諾貝爾獎,1951年，Townes提出受激輻射微波放大，即MASTER的概念。,1954年，第一臺氨分子Master建成，首次實現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，其主要作用是放大無線電信號，以便研究宇宙背景輻射。TOWNES由于在受激輻射放大方面的成就而獲得1964年諾貝爾物理學獎： for fundamental work in the field of quantum electron

6、ics, which has led to the construction of oscillators and amplifiers based on the maser-laser principle.,Charles Hard Townes,1952年，韋伯（F.Weber）在受激輻射討論會上得到啟示，產(chǎn)生了利用受激輻射誘發(fā)原子或分子，從而放大電磁波的想法。他提出了微波激射器的原理。,激光發(fā)展簡史 史上最牛激光器,1958年，Schawlow和Townes在Physics review letter上面發(fā)表論文“Infrared and Optical Master”, 標志著激光作為

7、一全新事物登上了歷史舞臺。,1960年，休斯實驗室的梅曼（Maiman）和蘭姆（Lamb）共同研制的紅寶石激光器發(fā)出了694.3nm的紅色激光，標志著世上第一臺激光器的誕生。,激光器發(fā)展簡史 60s,1960年，BELL實驗室制成了第一臺氦氖激光器； 1961年，第一臺光纖激光器； 1962年，第一臺GaAs半導體激光器； 1963年，液體激光器； 1964年，CO2氣體激光器； 1964年，離子激光器； 1964年，Nd:YAG固體激光器； 1965年，HCL化學激光器； 1966年，生物染料激光器。,中國第一臺激光器（1961）,國內(nèi)激光技術發(fā)展簡史,激光技術發(fā)展簡史之二,各種激光器的開發(fā)

8、 工作物質(zhì)：固體，氣體，染料，化學，離子，原子，半導體，X射線 輸出功率：大功率，低功率 工作方式：短脈沖，脈沖，超短脈沖，連續(xù) 輸出穩(wěn)定性：穩(wěn)頻率，穩(wěn)功率，穩(wěn)方向 激光模式：多波長，單一模式,激光技術發(fā)展簡史之三,激光器在各個方面的應用 信息技術：激光通訊 檢測技術：激光測距 激光加工：激光打孔、激光切割、激光焊接 醫(yī)學應用：矯正近視、激光整容 科學研究：激光核聚變,激光技術發(fā)展簡史之三,1969年：激光用于遙感勘測，激光被射向阿波羅11號放在月球表面的反射器，測得的地月距離誤差在幾米范圍內(nèi)。 1971年: 激光進入藝術世界，用于舞臺光影效果，以及激光全息攝像。英國籍匈牙利裔物理學家Denn

9、is Gabor憑借對全息攝像的研究獲得諾貝爾獎。 1974年: 第一個超市條形碼掃描器出現(xiàn)。 1975年: IBM投放第一臺商用機光打印機。 1978年: 飛利浦制造出第一臺激光盤(LD)播放機，不過價格很高。 1982年: 第一臺緊湊碟片(CD)播放機出現(xiàn)，第一部CD盤是美國歌手Billy Joel在1978年的專輯52nd Street。 1983年: 里根總統(tǒng)發(fā)表了“星球大戰(zhàn)”的演講，描繪了基于太空的激光武器。 1988年: 北美和歐洲間架設了第一根光纖，用光脈沖來傳輸數(shù)據(jù)。 1990年：激光用于制造業(yè)，包括集成電路和汽車制造。 1991年: 第一次用激光治療近視，海灣戰(zhàn)爭中第一次用激

10、光制導導彈。 1996年: 東芝推出數(shù)字多用途光盤(DVD)播放器。 2008年: 法國神經(jīng)外科學家使用廣導纖維激光和微創(chuàng)手術技術治療了腦瘤。 2010年: 美國國家核安全管理局(NNSA)表示，通過使用192束激光來束縛核聚變的反應原料、氫的同位素氘(質(zhì)量數(shù)2)和氚(質(zhì)量數(shù)3)，解決了核聚變的一個關鍵困難。,激光技術發(fā)展簡史之三,發(fā)明了近百種不同類型的激光器件，其發(fā)明者都有完全不同的專業(yè)背景 各種學科和技術應用激光并形成了許多重要的交叉學科：如光電子學、激光光譜學、 激光化學、非線性光學、激光全息術、激光生物醫(yī)學、 激光計量、超快光電子學、激光加工處理...... 形成了一系列重要技術應用領

11、域，光電子產(chǎn)業(yè)方興未艾,激光器應用,激光器應用,激光器應用案例 打印機,激光器應用案例 打印機,激光器應用案例 視力矯正,激光器工作基本原理,激光的特性及分類,激光的特性 一般通稱激光的四大特性為：,方向性好,亮度高,相干性好,單色性好,激光器的分類,激光器的分類: 按照工作方式分類 連續(xù)光激光器; 脈沖激光器(調(diào)Q，鎖模，脈沖調(diào)制) 按照波長范圍分類 紫外光；紫光；藍光；綠光；紅光；紅外；中紅外，遠紅外... 193nm,244nm,248nm,355nm,488nm,632nm,1064nm,1310nm, 1550nm, 2um, 10.3um 按照工作物質(zhì)分類 氣體激光器；固體激光器；

12、液體激光器；半導體激光器；光纖激光器 CO2激光器；Nd:YAG激光器；紅寶石；HeNe激光器；光纖激光器；氬離子激光器 按照泵浦工作方式 電泵浦； 光泵浦； 燈泵 半導體泵浦 （側泵 4L: 四能級,Yb有源光纖能級結構和吸收激射特性,Ytterbium Electronic structure: 4f145d06s2,,,,,,,,,Cross Section data from Nufern (),A,B,D,C,光纖激光器和光纖放大器,環(huán)形腔光纖激光器,Optical spectra with different scanning span,有源雙包層光纖技術,雙包層光纖激光器 - 模

13、式轉(zhuǎn)換,小NA大模場面積光纖設計,小NA大模場面積光纖設計,增加光纖中能量存儲能力;降低非線性效應;提高輸出功率 利用低數(shù)值孔徑(NA)結構減少光纖中模式數(shù)目; 有源摻雜區(qū)集中在纖芯中間,對低階高斯模具有較大增益 限制高階模式獲得增益; 折射率外環(huán)設計降低彎曲損耗。,一種窄線寬單頻光纖激光器,Optical Spectra of the FBGs used in the fiber ring laser,Optical spectra with different scanning span,基于調(diào)Q激光器種子源的MOPA,脈沖高功率光纖激光器 種子源&多級放大結構,關鍵技術 種子源脈沖調(diào)制 高功率放大中的非線性抑制和ASE自激抑制 電控系統(tǒng)的健壯性和智能保護 熱處理和系統(tǒng)可靠性,關鍵光學器件 半導體激光器 有源光纖 隔離器 合束器 光纖光柵,,脈沖高功率光纖激光器 種子源&多級放大結構,,,激光安全,激光安全標簽,人眼結構,400-1400 nm,1400 nm,1400 nm,視網(wǎng)膜灼傷,人眼傷害,脈沖激光器對人眼產(chǎn)生的傷害,激光對人眼的傷害的途徑,激光對皮膚造成的傷害,安全防護措施,定期安全培訓 提高安全防護意識，養(yǎng)成安全防護習慣 佩戴安全防護眼鏡 超過200 mW的光路必須采用隔離措施,