激光學(xué)(激光的知識(shí))
1.激光的知識(shí)
激光是20世紀(jì)以來，繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后，人類的又一重大發(fā)明，被稱為“最快的刀”、“最準(zhǔn)的尺”、“最亮的光”和“奇異的激光”。
它的亮度為太陽光的100億倍。它的原理早在 1916 年已被著名的物理學(xué)家愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，但要直到 1958 年激光才被首次成功制造。
激光是在有理論準(zhǔn)備和生產(chǎn)實(shí)踐迫切需要的背景下應(yīng)運(yùn)而生的，它一問世，就獲得了異乎尋常的飛快發(fā)展，激光的發(fā)展不僅使古老的光學(xué)科學(xué)和光學(xué)技術(shù)獲得了新生，而且導(dǎo)致整個(gè)一門新興產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)。激光可使人們有效地利用前所未有的先進(jìn)方法和手段，去獲得空前的效益和成果，從而促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展。
該項(xiàng)目在華中科技大學(xué)武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室和武漢東湖中國光谷得到充分體現(xiàn)。 【激光產(chǎn)生】 一.物質(zhì)與光相互作用的規(guī)律 光與物質(zhì)的相互作用，實(shí)質(zhì)上是組成物質(zhì)的微觀粒子吸收或輻射光子，同時(shí)改變自身運(yùn)動(dòng)狀況的表現(xiàn)。
微觀粒子都具有特定的一套能級(jí)（通常這些能級(jí)是分立的）。任一時(shí)刻粒子只能處在與某一能級(jí)相對應(yīng)的 狀態(tài)（或者簡單地表述為處在某一個(gè)能級(jí)上）。
與光子相互作用時(shí)，粒子從一個(gè)能級(jí)躍遷到另一個(gè)能級(jí)，并相應(yīng)地吸收或輻射光子。光子的能量值為此兩能級(jí)的能量差△E，頻率為=△E/h(h為普朗克常量)。
1. 受激吸收（簡稱吸收） 處于較低能級(jí)的粒子在受到外界的激發(fā)（即與其他的粒子發(fā)生了有能量交換的相互作用，如與光子發(fā)生非彈性碰撞），吸收了能量時(shí)，躍遷到與此能量相對應(yīng)的較高能級(jí)。這種躍遷稱為受激吸收。
2. 自發(fā)輻射 粒子受到激發(fā)而進(jìn)入的高能態(tài)，不是粒子的穩(wěn)定狀態(tài)，如存在著可以接納粒子的較低能級(jí)，既使沒有外界作用，粒子也有一定的概率，自發(fā)地從高能級(jí)（E2）向低能級(jí)（E1）躍遷，同時(shí)輻射出能量為（E2-E1）的光子，光子頻率 =（E2-E1）/h。這種輻射過程稱為自發(fā)輻射。
眾多原子以自發(fā)輻射發(fā)出的光，不具有相位、偏振態(tài)、傳播方向上的一致，是物理上所說的非相干光。 3. 受激輻射、激光 1917年愛因斯坦從理論上指出：除自發(fā)輻射外，處于高能級(jí)E2上的粒子還可以另一方式躍遷到較低能級(jí)。
他指出當(dāng)頻率為=（E2-E1）/h的光子入射時(shí)，也會(huì)引發(fā)粒子以一定的概率，迅速地從能級(jí)E2躍遷到能級(jí)E1，同時(shí)輻射一個(gè)與外來光子頻率、相位、偏振態(tài)以及傳播方向都相同的光子，這個(gè)過程稱為受激輻射。 可以設(shè)想，如果大量原子處在高能級(jí)E2上，當(dāng)有一個(gè)頻率 =（E2-E1）/h的光子入射，從而激勵(lì)E2上的原子產(chǎn)生受激輻射，得到兩個(gè)特征完全相同的光子，這兩個(gè)光子再激勵(lì)E2能級(jí)上原子，又使其產(chǎn)生受激輻射，可得到四個(gè)特征相同的光子，這意味著原來的光信號(hào)被放大了。
這種在受激輻射過程中產(chǎn)生并被放大的光就是激光。 二.粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 愛因斯坦1917提出受激輻射，激光器卻在1960年問世，相隔43年，為什么？主要原因是，普通光源中粒子產(chǎn)生受激輻射的概率極小。
當(dāng)頻率一定的光射入工作物質(zhì)時(shí)，受激輻射和受激吸收兩過程同時(shí)存在，受激輻射使光子數(shù)增加，受激吸收卻使光子數(shù)減小。物質(zhì)處于熱平衡態(tài)時(shí)，粒子在各能級(jí)上的分布，遵循平衡態(tài)下粒子的統(tǒng)計(jì)分布律。
按統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，處在較低能級(jí)E1的粒子數(shù)必大于處在較高能級(jí)E2的粒子數(shù)。這樣光穿過工作物質(zhì)時(shí)，光的能量只會(huì)減弱不會(huì)加強(qiáng)。
要想使受激輻射占優(yōu)勢，必須使處在高能級(jí)E2的粒子數(shù)大于處在低能級(jí)E1的粒子數(shù)。這種分布正好與平衡態(tài)時(shí)的粒子分布相反，稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，簡稱粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。
如何從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是產(chǎn)生激光的必要條件。 理論研究表明，任何工作物質(zhì)，在適當(dāng)?shù)募?lì)條件下，可在粒子體系的特定高低能級(jí)間實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。
若原子或分子等微觀粒子具有高能級(jí)E2和低能級(jí)E1,E2和E1能級(jí)上的布居數(shù)密度為N2和N1，在兩能級(jí)間存在著自發(fā)發(fā)射躍遷、受激發(fā)射躍遷和受激吸收躍遷等三種過程。受激發(fā)射躍遷所產(chǎn)生的受激發(fā)射光，與入射光具有相同的頻率、相位、傳播方向和偏振方向。
因此，大量粒子在同一相干輻射場激發(fā)下產(chǎn)生的受激發(fā)射光是相干的。受激發(fā)射躍遷幾率和受激吸收躍遷幾率均正比于入射輻射場的單色能量密度。
當(dāng)兩個(gè)能級(jí)的統(tǒng)計(jì)權(quán)重相等時(shí)，兩種過程的幾率相等。在熱平衡情況下N2N1，這種狀態(tài)稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)。
在這種情況下，受激發(fā)射躍遷占優(yōu)勢。光通過一段長為l的處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的激光工作物質(zhì)（激活物質(zhì)）后，光強(qiáng)增大eGl倍。
G為正比于（N2-N1）的系數(shù)，稱為增益系數(shù)，其大小還與激光工作物質(zhì)的性質(zhì)和光波頻率有關(guān)。一段激活物質(zhì)就是一個(gè)激光放大器。
如果，把一段激活物質(zhì)放在兩個(gè)互相平行的反射鏡（其中至少有一個(gè)是部分透射的）構(gòu)成的光學(xué)諧振腔中（圖1），處于高能級(jí)的粒子會(huì)產(chǎn)生各種方向的自發(fā)發(fā)射。其中，非軸向傳播的光波很快逸出諧振腔外：軸向傳播的光波卻能在腔內(nèi)往返傳播，當(dāng)它在激光物質(zhì)中傳播時(shí)，光強(qiáng)不斷增長。
如果諧振腔內(nèi)單程小信號(hào)增益G0l大于單程損耗δ（G0l是小信號(hào)增益系數(shù)），則可產(chǎn)生自激振蕩。原子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以分為不同的能級(jí)，當(dāng)原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，會(huì)釋放出相應(yīng)能量的光子（所謂自發(fā)輻射）。
同樣的，當(dāng)一個(gè)光。
2.關(guān)于激光的知識(shí)
剛好我正在學(xué)習(xí)一門關(guān)于激光的課程，先簡單憑印象給你講解下，如果有更詳細(xì)的需要，你可以發(fā)郵件給我。
如果一個(gè)系統(tǒng)中處于高能態(tài)的粒子數(shù)多于低能態(tài)的粒子數(shù)，就出現(xiàn)了粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)狀態(tài)。那么只要有一個(gè)光子引發(fā)，就會(huì)迫使一個(gè)處于高能態(tài)的原子受激輻射出一個(gè)與之相同的光子，這兩個(gè)光子又會(huì)引發(fā)其他原子受激輻射，這樣就實(shí)現(xiàn)了光的放大，也就是激光。
激光的發(fā)散角很小，適于遠(yuǎn)距離傳播。
當(dāng)采取光學(xué)處理，可以將激光光束聚焦， 因而可以產(chǎn)生很強(qiáng)的能量，可用于工業(yè)加工。工業(yè)上常用的激光器有：二氧化碳激光器，能產(chǎn)生10kw以上的功率，ND:YAG激光器能產(chǎn)生約5kw的功率，半導(dǎo)體激光器，其激光束可以疊加能以較小的體積得到很強(qiáng)的功率，廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。還有非常重要的excimer準(zhǔn)分子激光器，能用于切割加工幾乎所有的材料，但是工業(yè)上難以得到較強(qiáng)功率，相比前三種，用途雖多，但是應(yīng)用沒有他們廣泛。值得一提的是，現(xiàn)在流行的激光近視眼矯正以及激光美容都是采用準(zhǔn)分子激光器。
按照功率由低到高，激光的應(yīng)用有從超市的商品條碼掃描器，教學(xué)用的激光筆，光驅(qū)里用到的激光指示器，工業(yè)上用于加工，最厲害的數(shù)激光武器了。
激光的能量主要取決于它的波長，波長越短，能量越高。
使用或接觸激光要注意安全。激光對人體造成的危害主要是皮膚，眼睛。特別是眼睛，千萬不可直視激光，要知道眼睛里面的晶狀體可以將激光的能量放大十萬倍！！！（因?yàn)榫铙w可以將激光光斑縮小三個(gè)數(shù)量級(jí)，對應(yīng)能量擴(kuò)大六個(gè)數(shù)量級(jí)！）瞬間強(qiáng)大的能量會(huì)將你的視網(wǎng)膜燒毀甚至?xí)苽鼉?nèi)部的“部件”。因此，嚴(yán)重警告！！！！！：眼睛不可直視激光。
3.“激光切割”技術(shù)需要學(xué)習(xí)哪些方面的知識(shí)
“激光切割”技術(shù)需要學(xué)習(xí)激光原理，材料，熱加工方面的知識(shí)。
一、“激光切割”是用聚焦鏡將CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同時(shí)用與激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化的材料，并使激光束與材料沿一定軌跡作相對運(yùn)動(dòng)，從而形成一定形狀的切縫。
二、“激光切割”技術(shù)廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時(shí)間，降低加工成本，提高工件質(zhì)量。
三、“脈沖激光”適用于金屬材料，連續(xù)激光適用于非金屬材料，后者是激光切割技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。現(xiàn)代的激光成了人們所幻想追求的"削鐵如泥"的"寶劍"。
4.激光切割技術(shù)好學(xué)嗎
不難學(xué)，但是也要看怎么學(xué)，如果是有一定的英語數(shù)控基礎(chǔ)或者機(jī)械制圖基礎(chǔ)的，會(huì)比較容易上手點(diǎn)。
只是學(xué)開機(jī)的話，記得幾個(gè)常用鍵就基本上能操作了。一般常用的就是開機(jī)，暫停，程序啟動(dòng)，程序選擇，參數(shù)調(diào)節(jié)，速度調(diào)節(jié)，氣壓調(diào)節(jié)，功率調(diào)節(jié)，及床臺(tái)交換等。
其次就是要學(xué)會(huì)看切割品質(zhì)，是否有燒邊，燒角，切割毛刺的形狀，方向等。如果了解了這些，基本的設(shè)備操作是沒問題了
如果想更深層次，就是排版和編程了，這個(gè)就要考慮工件編排的合理性，切割引線和路徑選擇的合理性，切割間隙引起的熱變形量等等，這個(gè)就要有一定的基礎(chǔ)了
5.自學(xué) 物理光學(xué) 和 激光原理 需要什么基礎(chǔ)
應(yīng)該不是需要太多的基礎(chǔ)，可以直接看，最好去聽一聽課。
光學(xué)一般就考波動(dòng)光學(xué)吧，如果普通物理里面機(jī)械波學(xué)的好的話就沒什么大問題，主要就是各種干涉和衍射（等傾干涉、等厚干涉、菲涅爾衍射、弗朗禾費(fèi)衍射、光柵衍射的各種條紋特點(diǎn)），另外還有偏振，就這么多。
激光原理的話需要一點(diǎn)量子論的基礎(chǔ)知識(shí)（也就只有E=hv,p=hλ這兩個(gè)關(guān)系），學(xué)激光原理主要抓住增益和損耗兩個(gè)方面，主要涉及激光器的結(jié)構(gòu)、自再現(xiàn)模高斯光束的性質(zhì)公式、增益閾值、速率方程等等的基礎(chǔ)知識(shí)。
另外如果是自動(dòng)化專業(yè)的話傅里葉變換應(yīng)該不成問題吧，激光原理可能要用到一點(diǎn)點(diǎn)。
6.科學(xué)激光的知識(shí)
激光的原理，簡而言之就是光的受激輻射放大，負(fù)責(zé)一點(diǎn)說就是被泵浦光激發(fā)的原子在種子光源的激發(fā)下同步躍遷以達(dá)到對種子光復(fù)雜放大的過程，再負(fù)責(zé)一點(diǎn)說，激光原理在大學(xué)里面是整整一本書，是整整一門課，是要用一個(gè)學(xué)期學(xué)完的，推薦你看《激光原理》，里面詳細(xì)解釋激光的成因，激光的增益，損耗，橫模，縱模，模式競爭，激光器的分類，諧振器，激光器傳播矩陣，激光器輸出，激光器光束形狀等等很多很多知識(shí)！
醫(yī)學(xué)上激光治病現(xiàn)在用的比較多的就是切割，用高能激光從身體上切掉某個(gè)東西，使得創(chuàng)傷面小，速度快，效果好。還有一些比較高深的，比如激光光鑷等等，但是激光不是什么病都能治的！
在沒有損耗的情況下，不僅僅激光，任何光都可以無限遠(yuǎn)傳播，當(dāng)然激光的準(zhǔn)直性好，能量高，使得他在長距離并且考慮損耗的傳播的情況下，比普通光源更有優(yōu)勢！有的高能激光傳個(gè)幾千公里沒問題，如果再在低損耗的光纖中傳播，距離將會(huì)更遠(yuǎn)！
激光能殺人么？笑話，美國人用激光炮把自己的衛(wèi)星都打下來了，你說能殺人不？我們實(shí)驗(yàn)室平常用的高能激光，照射身體1,2秒就感覺發(fā)燙，超高能激光還要穿放輻射服，那種激光基本上就是打你眼睛一下，你這輩子就崩看東西了！
7.自學(xué) 物理光學(xué) 和 激光原理 需要什么基礎(chǔ)
應(yīng)該不是需要太多的基礎(chǔ)，可以直接看，最好去聽一聽課。
光學(xué)一般就考波動(dòng)光學(xué)吧，如果普通物理里面機(jī)械波學(xué)的好的話就沒什么大問題，主要就是各種干涉和衍射（等傾干涉、等厚干涉、菲涅爾衍射、弗朗禾費(fèi)衍射、光柵衍射的各種條紋特點(diǎn)），另外還有偏振，就這么多。激光原理的話需要一點(diǎn)量子論的基礎(chǔ)知識(shí)（也就只有E=hv,p=hλ這兩個(gè)關(guān)系），學(xué)激光原理主要抓住增益和損耗兩個(gè)方面，主要涉及激光器的結(jié)構(gòu)、自再現(xiàn)模高斯光束的性質(zhì)公式、增益閾值、速率方程等等的基礎(chǔ)知識(shí)。
另外如果是自動(dòng)化專業(yè)的話傅里葉變換應(yīng)該不成問題吧，激光原理可能要用到一點(diǎn)點(diǎn)。
