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(lái)，繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后，人類(lèi)的又一重大發(fā)明，被稱(chēng)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(yáng)光的100億倍。它的原理早在 1916 年已被著名的物理學(xué)家愛(ài)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(wèn)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(mén)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室和武漢東湖中國(guó)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(duì)應(yīng)的 狀態(tài)（或者簡(jiǎn)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(jiǎn)稱(chēng)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(duì)應(yīng)的較高能級(jí)。這種躍遷稱(chēng)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(méi)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(guò)程稱(chēng)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(shuō)的非相干光。 3. 受激輻射、激光 1917年愛(ài)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(lái)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(guò)程稱(chēng)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(lái)的光信號(hào)被放大了。
這種在受激輻射過(guò)程中產(chǎn)生并被放大的光就是激光。 二.粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 愛(ài)因斯坦1917提出受激輻射，激光器卻在1960年問(wèn)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(guò)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(guò)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(shì)，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(chēng)為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，簡(jiǎn)稱(chēng)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(guò)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(chǎng)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(chǎng)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(guò)程的幾率相等。在熱平衡情況下N2N1，這種狀態(tài)稱(chēng)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(shì)。光通過(guò)一段長(zhǎng)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(chēng)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(zhǎng)。
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(mén)關(guān)于激光的課程，先簡(jiǎn)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(méi)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(zhǎng)，波長(zhǎng)越短，能量越高。
使用或接觸激光要注意安全。激光對(duì)人體造成的危害主要是皮膚，眼睛。特別是眼睛，千萬(wàn)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(wàn)倍！！！（因?yàn)榫铙w可以將激光光斑縮小三個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)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(duì)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(yǔ)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(kāi)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(kāi)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(méi)問(wèn)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(tīng)一聽(tīng)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(méi)什么大問(wèn)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(zhuān)業(yè)的話傅里葉變換應(yīng)該不成問(wèn)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(jiǎn)而言之就是光的受激輻射放大，負(fù)責(zé)一點(diǎn)說(shuō)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(duì)種子光復(fù)雜放大的過(guò)程，再負(fù)責(zé)一點(diǎn)說(shuō)，激光原理在大學(xué)里面是整整一本書(shū)，是整整一門(mén)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(jìng)爭(zhēng)，激光器的分類(lèi)，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(méi)有損耗的情況下，不僅僅激光，任何光都可以無(wú)限遠(yuǎn)傳播，當(dāng)然激光的準(zhǔn)直性好，能量高，使得他在長(zhǎng)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(shì)！有的高能激光傳個(gè)幾千公里沒(méi)問(wèn)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(guó)人用激光炮把自己的衛(wèi)星都打下來(lái)了，你說(shuō)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(jué)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(tīng)一聽(tīng)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(méi)什么大問(wèn)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(zhuān)業(yè)的話傅里葉變換應(yīng)該不成問(wèn)題吧，激光原理可能要用到一點(diǎn)點(diǎn)。
