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激光
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激光(Laser)
——受激辐射光放大（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）
世界上第一台激光器——红宝石激光器
T.H. Maiman，1960
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⒈激光的特性
⑴方向性好——发散角 ：10-3~10-6 rad
⑵强度高——
强度可达1017 W/cm2 (氧炔焰~103 W/cm2)
激光器输出功率：连续可达105W
脉冲可达1014W
⑶单色性好—— ：10-6~10-9 nm
⑷相干性好——是相干光

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⒉激光的应用
激光测距：月－地距离误差～几cm
激光加工：打孔、切割、焊接、表面处理
激光医疗：激光手术刀，视网膜焊接，角膜切割，肿瘤诊断（光动力学方法），创伤愈合，针灸、美容等
军事：激光制导，束能武器，激光致盲
信息技术：光通信，信息存储，全息照相
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⒊激光的产生
⑴受激辐射
①光的吸收：
h
——原子吸收入射光子(h =Eh-El)，从低能态(El)跃迁到高能态(Eh).
Eh
El
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②自发辐射(spontaneous radiation)：
h
——处于高能态(Eh) 的原子，在没有外界作用下，自发跃迁到低能态(El)，并发出一个光子(h =Eh-El) .
Eh
El
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h
h
h
③受激辐射(stimulated radiation)：
——处于高能态(Eh)的原子，受入射光子(h =Eh-El)的诱导作用，跃迁到低能态(El)， 并发出一个与入射光子的频率、相位、振动方向和传播方向都完全相同的光子.
Eh
El
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④光放大(light amplification)：
——若有一批原子处于高能态(Eh)，则 在一个入射光子(h =Eh-El)的作用下，会通过一系列受激辐射产生不断倍增的完全相同的光子.
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⑵粒子数反转
在平衡态下，处于不同能态的原子数
由Boltzmann分布律确定：
e.g.
He-Ne激光器： =632.8nm
平衡态下：
9
在入射光子(h =Eh-El)作用下，原子产生吸收(El Eh)的概率和产生受激辐射(Eh El)的概率相同，因此在正常情况下，吸收占优。
设法使 N(Eh)>N(El)，这种反常状态称为粒子数反转(population inversion)。
能实现粒子数反转的物质，称为激活介质(active medium)或工作物质。
10
激活介质的特点: 存在寿命较长(10-3~1s)的激发态——亚稳态 (metastable state)。
e.g.
①三能级系统
h
无辐射跃迁
E3
E1
E2
亚稳态
抽运
红宝石激光器：
11
②四能级系统
h
无辐射跃迁
E3
E1
E2
亚稳态
E4
CO2激光器：
抽运
12

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