激光原理與技術PrinciplesandTechnologyofLasers物理與電子科學學院李健2/5/20231參考書目：1、激光原理，周炳琨等編著；國防工業出版社，20042、激光原理與技術,閻吉祥等編著；高等教育出版社，20043、激光原理技術及應用，閻吉祥等編著；北京理工大學出版社，20064、激光原理技術及應用，李相銀等編著；哈爾濱工業大學出版社，20045、激光器件，馬養武等；浙江大學出版社，20016、激光技術，藍信鉅；科學出版社，20012/5/20232LASER(LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation)——輻射的受激發射的光放大激光是20世紀的四項重大的發明之一一、緒論2/5/20233激光的發展歷史

從歷史來看，任何科學發明或科學發現，都不外是兩條道路：一是自然界業已存在，當人們自覺或不自覺地發現以后再產生理論，并加以證明和利用，如萬有引力、氧氣、電磁等，這種情況稱為“科學發現”；二是自然界（至少地球上的自然界）并不存在的事物，但人們先從理論上推導、預測，然后再通過努力加以證明和實現，如相對論、核衰變、核聚變等，這種情況稱為“科學發明”。而后者則更有科學理論性和挑戰性，激光的誕生過程就是屬于后者。

激光是20世紀以來，繼原子能、計算機、半導體之后，人類的又一重大發明。2/5/20234激光發明的理論基礎可以追溯到1917年，著名的物理學家愛因斯坦在研究光輻射與原子相互作用的時候發現，除了受激吸收和自發輻射躍遷過程外，還存在受激輻射躍遷過程。

20世紀50年代初，電子學和微波技術的應用提出了將無線電技術從微波推向光波的要求。如何實現從微波振蕩器到光波振蕩器？微波振蕩器的實現原理：一個尺度和波長可比擬的封閉的諧振腔；

利用自由電子與電磁場的相互作用實現電磁波的放大和振蕩。2/5/202351952年，美國馬里蘭大學的韋伯開始應用以上理論去放大電磁波。1954年，美國的湯斯(CharlesH.Towns)、蘇聯的巴索夫(NikolaiG.Basov)和普洛霍洛夫(Aleksander

M.Prokhorov)第一次實現了氨分子微波量子振蕩器(Maser),拋棄了

利用自由電子與電磁場的相互作用實現電磁波的放大和振蕩，利用原子或分子中的束縛電子與電磁場的相互作用來放大電磁波。

2/5/202361958年，湯斯和肖洛(ArthurL.Schawlow)拋棄了一個尺度和波長可比擬的封閉的諧振腔，提出了利用尺度遠大于波長的開放式光諧振腔，實現了激光器的新思想。布隆伯根(NicolaasBloembergen)提出了利用光泵浦三能級原子系統實現原子數反轉分布的新構想。

湯斯和肖洛在Physis

Revies

上發表論文，指出了實現受激輻射為主的可能性，并給出了實現這個愿望需要滿足的條件。2/5/20237C.H.TownesA.M.ProkhorovN.G.Basov

湯斯1954年在量子電子學研究中實現了氨分子的粒子數反轉，研制了微波激射器和激光器；普羅霍洛夫和巴索夫1958年幾乎同時在量子電子學的基礎研究中，根據微波激射器和激光器原理研制了振蕩器和放大器。以上工作導致了激光器的發明。TheNobelPrizeinPhysics19642/5/202381960年7月，世界第一臺紅寶石固態激光器問世，標志了激光技術的誕生。美國加利福尼亞州休斯航空公司實驗室的研究員梅曼演示的。波長為694.3nm的激光2/5/20239

至此，一門新的科學技術——量子電子學中的激光技術以科學史上罕見的高速度向前發展！

2/5/202310

1961年⑴2月（A.Javan）研制成了He—Ne混合氣體激光器。⑵有人提出了Q調制技術，并制成第一臺調Q激光器。為什么要調Q？⑶制成了釹玻璃脈沖激光器。1962年，美國三個研究小組幾乎同時分別發布砷化鎵（GaAs）半導體激光器運轉的報道。僅1961—1962年間世界各國發表的激光方面的論文達200篇以上。2/5/2023111963年建立了激光的半經典理論。

對激光的頻率特性和功率特性進行了比較完善的探討。1964年研制成了氬離子（Ar+）離子氣體激光器二氧化碳氣體激光器化學激光器（HF氟化氫）摻釹的釔鋁石榴石固體激光器1965年實現了鈮酸鋰光學參量振蕩器，借助半經典理論預言了鎖模效應的存在。2/5/2023121966年研制成了固體鎖模激光器獲得了超短脈沖。為什么要鎖模？1970年研制成了準分子激光器。1977年研制成了紅外波段的自由電子激光器（FEL）1984年研制出光孤子激光器（SL）因對激光及其應用的創造性貢獻而先后獲諾貝爾物理學獎的科學家有十幾位.1967年研制成了Ｘ射線激光器。2/5/202313拉姆齊（Ramsey,NormanF,1915~）美國物理學家。因發展了原子精確光譜學和發明了分離振蕩場方法以及將其用于氫微波激射器和原子鐘而獲得1989年諾貝爾物理學獎。2/5/202314朱棣文（1948~），美籍華裔物理學家。1997年，朱棣文因發明用激光冷卻和俘獲原子的方法獲得諾貝爾物理學獎。

科昂-塔努吉（CloderCohenTanuky，1933~）法國物理學家，1997年諾貝爾物理獎得主。他利用“磁阱”技術，成功地將原子溫度降低到了與絕對零度只相差百萬分之一度的程度。菲利普斯（Felipus，William,1948~）美國物理學家，1987年他運用“磁阱”技術，改進了原子在激光照射下溫度驟降的方法，使冷卻溫度進一步降低。因此獲得1997年諾貝爾物理獎。2/5/2023152/5/2023162/5/2023172/5/2023181961年8月，中國第一臺紅寶石激光器問世。中國科學院長春光學精密機械研究所研制成功。1987年6月，1012W的大功率脈沖激光系統——神光裝置，在中國科學院上海光學精密機械研究所研制成功。神光I、神光II、神光III2/5/202319（builtin19862beam/f200mm,1.6KJ/1w/1ns）神光I裝置的兩路激光系統2/5/202320激光器的圖片綠光激光器2/5/202321大功率綠光激光器2/5/202322紅光激光器2/5/202323藍光激光器2/5/202324白光激光器2/5/202325黃光激光器2/5/202326半導體激光器2/5/202327小型激光器2/5/202328鈦寶石激光器和10太瓦/拍瓦高峰值功率

超快激光器系統2/5/202329二氧化碳激光器2/5/202330氣體激光器2/5/202331固體激光器2/5/202332紅綠藍多色激光器2/5/202333紫外激光器2/5/202334泵浦燈管和氣體激光管2/5/202335二、激光的特性單色性好方向性好亮度高相干性好高的光子簡并度包括了上述四特性

2/5/202336單色性好2/5/202337

第一，激光的單色性好。激光是一種顏色最單純的光。太陽光和電燈光看起來似乎是白色的，但當讓它通過一塊三棱鏡的時候，就可以看到紅、橙、黃、綠、藍、青、紫七種顏色的光，其實，還含有我們看不見的紅外光和紫外光。激光的顏色非常單純，而且只向著一個方向發光，亮度極高。2/5/202338方向性好

2/5/202339第二，激光的方向性好。在發射方向的空間內光能量高度集中，方向性就好。普通光源，比如平時見到的燈光，都是向四面八方發光，打開室內的電燈，整個房間都照亮了。打開手電筒，在發出的部位，直徑不過3～5厘米，待射到幾米之外后，就擴展成一個很大的光圈。光在傳播中發散了。然而，激光卻不同，它是大量原子由于受激輻射所產生的發光行為。激光在傳播中始終像一條筆直的細線，發散的角度極小，一束激光射到38萬千米外的月球上，光圈的直徑充其量只有2千米左右。2/5/202340

第三，激光亮度最高。太陽是人類共有的自然光源，整個世界沐浴在明亮的陽光之下。太陽表面的亮度比蠟燭大30萬倍，比白熾燈大幾百倍。激光的出現，更是光源亮度上的一次驚人的飛躍。在發射方向的空間內光能量高度集中，方向性就好所以激光的亮度比普通光的亮度高千萬倍，甚至億萬倍。而且，由于激光可以控制，使光能量不僅在空間上高度集中，同時在時間上也高度集中，因而可以在一瞬間產生出巨大的光熱，成為無堅不摧的強大光束。2/5/202341高亮度2/5/202342一臺普通的激光器的輸出亮度，比太陽表面的亮度大10億倍。從地球照到月亮上在反射回來也不成問題。可見激光是當今世界上高亮度的光源。激光可以具有很大的能量，用它可以容易地在鋼板上打洞或切割。在工業生產中，利用激光高亮度特點已成功地進行了激光打孔、切割和焊接。在醫學上、利用激光的高能量可使剝離視網膜凝結和進行外科手術。在測繪方面，可以進行地球到月球之間距離的測量和衛星大地測量。在軍事領域，激光能量提高，可以制成摧毀敵機和導彈的光武器。2/5/202343

第四，激光的相干性好。在普通光源中，原子發光過程都是自發輻射過程，各個原子的輻射都是自發地、獨立進行的，因而各個原子發出的光子在頻率、發射方向和初位相上都是不相同的，所以，在光源的不同位置發出來的光各不相同，不具備空間相干性；而它的頻率間隔Dn很大，所以Dt

就很短，因而也不具備時間相干性。所以普通光源發出的光不是相干光。而對激光器來說，它所發射的激光單色性很好，即激光的Dn非常小。因而激光的相干時間Dt

很大，即激光的時間相干性很好。激光的發散角很小，因而其空間相干性也很好。2/5/202344激光的時間相干性2/5/202345激光的空間相干性2/5/202346（一）由激光發展的新學科激光的出現帶動了多學科的發展，如量子光學、量子電子學、激光光譜學、非線性光學、集成光學、海洋光學等等。這里我們只列舉一些與日常生活相關的激光應用科學的發展。

三、激光的應用2/5/202347

1877年世界上第一臺留聲機在愛迪生的手上誕生了！它是聲像技術發展的開端。人們并不滿足于唱機，20世紀40年代初，德國研制出具有高頻偏磁和良好機械傳輸性能的磁帶錄音機，開拓出記錄聲音的新渠道。到1955年，美國無線電公司宣布實驗成功磁帶彩色錄像機，能把自己和大自然的形像記錄下來，它揭開了聲像技術史的新頁，打開了現代聲像技術發展的大門和通路。3年后，美國安皮克公司生產出商用彩色錄像機。1970年，英國德卡公司研制出第一臺黑白電視錄像盤。兩年后，荷蘭菲利浦公司研制出用激光器拾音的彩色電視錄像盤。這就是現代激光光盤的誕生！1、激光光盤制作技術2/5/202348

激光光盤的誕生，激光在音響設備上的應用，是音響上的一次革命。人們利用激光，以“光針”代替鋼針、寶石針，制成激光唱片。激光唱片不僅能夠錄音，而且能夠錄像。激光唱片用來記錄、存儲聲音和圖像，可以說，這是聲像技術上的一次革命，一個偉大的創舉。

自從激光光盤出現以來，人們充分挖掘它的潛力，創造多種功能的激光唱機和唱片，1983年，美國和日本分別研制成嶄新的數字錄音唱片。這種唱片完全擺脫了傳統唱片的制作和重播方式，為唱片開辟了一個全新的境界。這種數字唱片，在存儲技術等方面都有重要的用途。2/5/202349激光光盤技術發展很快，各種功能、各種用途的新型唱機、唱片層出不窮。于是，激光光盤和電子計算機技術、聲像技術聯手，踏入文獻存儲和檢索的領域。信息存儲在光盤上，快速檢索、查閱和打印出所需要的資料。現在光盤書籍已進入家庭生活。2/5/2023502、激光在信息技術領域的應用（1）全息照相（2）光存儲（3）大屏幕顯示2/5/202351現代的全息照相，可以得到極其逼真的立體顯示的全息照片。使人產生身臨其境之感。全息照片是真正的立體照片。用全息照相方法所得到的照片，經得起“破壞性的打擊”。全息照片的每一部分，不論有多大，都能再現出原來的整個景象，這就是說，可以將全息照片分成若干小塊，每一小塊都可以完整地再現出原來的景象。因此，如果全息照片被打破了，撕碎了，或者在某個案件中捕獲到的是毀壞了的全息照片的殘渣，總可以從一小塊碎片重新復制出原樣的照片來。（1）全息照相2/5/202352激光束用分光鏡一分為二，其中一束照到被拍攝的景物上，稱為物光束；另一束直接照到感光膠片即全息干板上，稱為參考光束。當光束被物體反射后，其反射光束也照射在膠片上，就完成了全息照相的攝制過程2/5/202353全息照片和普通照片截然不同用肉眼去看，全息照片上只有些亂七八糟的條紋用一束激光去照射該照片，眼前就會出現逼真的立體景物。從不同的角度去觀察，可以看到原來物體的不同側面每一片碎片都包括被攝物體的完整信息2/5/202354英女王的全息照片2/5/202355全息再現用于藝術創作2/5/202356多路合成角度全息用于藝術品展示2/5/2023572/5/202358全息激光防偽標簽，已經是一個很大的產業

2/5/2023592/5/202360（2）激光全息存儲利用激光干涉原理將圖文等信息記錄在感光介質上的大容量信息存儲技術，通過將縮微膠片上的影像轉變為光信息，然后制出存儲密度更大的全息圖，全息圖是由干涉條紋組成的影像，該條紋記錄了入射光線的全部信息—振幅和相位閱讀還原時，需在激光照射下利用條紋影像的衍射原理使其再現。2/5/202361激光全息存儲的優點信息存儲容量大---可達1Tb/cm3

記錄速度快記錄信息不易丟失---壽命可達數百年便于長期保存---每一碎片都包含完整信息便于拷貝、復制2/5/202362全息信息存儲2/5/202363體全息信息存儲原理2/5/202364（3）DPL大屏幕顯示采用二極管泵浦的固體激光器，倍頻輸出紅綠藍三基色的激光全色顯示具有色彩十分豐富多彩，亮度高、清晰度高等優點預計未來10年內在計算機投影儀、大屏幕高清晰顯示和數字電視方面得到廣泛應用。2/5/202365RGBTVSET

2/5/202366DiodePumpedLaser轉換產生RGB

2/5/202367DiodePumpedMicroLaser2/5/202368DPLProjectionTV2/5/202369激光醫學是激光技術的新領域，激光是利用受激發射放大原理產生的高相干性、高強度的單色光。產生激光束的光源稱激光器，在醫學領域里有廣泛的用途。激光醫學是一門新興的邊緣學科，其內容包括用激光新技術去研究、診斷、預防和治療疾病。激光已應用于內、外、婦、兒、眼、耳鼻喉、口腔、皮膚、腫瘤、針灸、理療等臨床各科。它不僅為研究生命科學和研究疾病的發生發展開辟了新的研究途徑，而且為臨床診治疾病提供了嶄新的手段。3、激光醫學2/5/202370

1960年世界上第一臺紅寶石激光器問世后，1961年即用于治療視網膜脫落，1963年激光光刀用于腫瘤切割。70年代醫用激光治療機在臨床各科得到廣泛應用。1981年聯合國衛生組織正式宣布激光醫學為醫學的一個新分支。激光治療最早用于眼科，對視網膜剝離眼底血管病變、虹膜切開、青光眼等一大批眼科疾患均能用激光治療。激光手術刀具有術中出血少，可減少細菌感染等優點。激光與中醫針灸術結合而形成的“光針”，對鎮痛、哮喘、遺尿、高血壓等有一定療效。激光技術為現代醫學提供了一種“神力”，能夠治療內科、外科、眼科、皮膚、腫瘤和耳鼻喉科的100多種疾病。2/5/2023712/5/2023722/5/2023732/5/2023742/5/202375光導纖維傳光是利用在光導纖維中傳輸光線在界面上發生全反射來實現的。這種透明細長纖維傳光現象很早就為希臘玻璃工人所發現。1870年英國人廷德爾首先通過實驗觀察到光沿彎曲水柱傳播的現象。1929年美國人哈塞爾制成石英纖維，但由于質量差，沒能實際應用。50年代美國人卡帕尼和荷蘭人馮西爾首先制成玻璃芯，解決了光學絕緣的難題。激光器的問世，纖維光學才真正得到飛速發展。1973年第一個光纖通信實驗系統在美國貝爾實驗室建成。光纖通信進入了實際應用?，F在以光導纖維為傳導介質的傳感技術已在醫學、物理學、化學、通信、紡織、航空航天、電氣、汽車、自動化等幾乎所有工程領域和基礎實驗科學領域得到廣泛使用。

4、光纖通信2/5/202376光纖通信在有線廣播電視方面也大有可為。利用光纜構成電視網，能夠傳送幾百幾千套電視，使人們可以隨意選擇收看各種各樣的電視節目，而且這種電視不受地形地物障礙的影響。此外，還可以迅速及時地傳送電視報紙，可以進行電視教學?？梢曤娫捯彩强看笕萘康墓饫w通信系統實現的。在通話時，不但彼此能看到對方的音容笑貌，還能相互展示手中的照片及其他東西。親人遙隔千萬里，就像相聚在一起一樣?？梢曤娫掃€可以用于電話會議、醫療會診、指揮生產等。2/5/202377光通信原理示意圖2/5/202378光通信用的激光器差不多全部是半導體激光器，只有少量的CATV系統采用1310納米或1550納米LD泵浦固體激光器。通信用的激光器主要有兩類：光纖放大器用的泵浦光源和發射機用的信號光源。應用于自由空間光通信（FSO）的激光器有850nm和1550nm兩種.2/5/202379自由空間光通信（FSO）用小功率紅外激光束在大氣中傳送光信號的通信系統，即以大氣為媒介的激光通信系統兩種工作波長：850納米1550納米850納米設備便宜，應用于傳輸距離短的場合1550納米紅外光波可被視角膜吸收，照不到視網膜，可增大傳輸功率，適用于傳輸距離遠的場合2/5/202380自由空間光通信（FSO）的優點快速鏈路部署—無需埋設光纖等待手續無需頻譜許可證帶寬高—支持150mb/s到10Gb/s的傳輸速率，傳輸距離2-4公里安全保密性強協議透明成本低—是光纖到樓的1/10到1/37便攜性2/5/2023812/5/2023822/5/202383

卡拉OK音樂廳、鐳射舞廳有一位極其重要的“配角”——激光，運用激光手段，增添信息，拓展時空，使豐富多采的節目更加令人回味無窮，可以說，藝術的成功，也與激光作為“配角”是分不開的，最常用的是能夠產生紅綠藍3色的離子激光器。

目前，已出現獨具特色的光子樂器，它和電子樂器相比也毫不遜色。激光光纖吉他，光導纖維作為吉他的琴弦，通過光信號的變化，可以演奏出極其美妙的樂曲。激光豎琴，更是別具一格，琴弦是由一臺氪激光器和兩臺氬激光器產生的一排絢麗多采的豎直光束。琴師“撥奏”激光豎琴的“琴弦”——有節律地遮斷光束，啟動琴中的光電傳感器，于是便奏出令人叫絕的樂曲。光子在音樂領域里的貢獻遠不止這些，從發展來看，光子樂器雖然是后起之秀，卻大有后來居上之勢。5、激光藝術2/5/2023842/5/202385激光不但是醫生手中的手術刀，還是畫家和雕刻家手中的光筆和雕刻刀。藝術家們利用激光束這得心應手的畫筆和刻刀，在各種紙板、木板、石板、玻璃板和金屬板上進行繪畫和雕刻創作，可以借助于激光束的強度、聚焦和散焦的變化，創作出完美的獨具風格和特色的作品來；還可以借助于計算機輔助設計技術，對所創作的作品進行修改。此外，激光還可以用來修復名畫，使已經黯然的畫面恢復其青春的光彩。2/5/202386人類要生存，第一需要是糧食。播下什么種子，就會有什么收獲?，F在，在農作物品種改良和新品種培育方面，人們利用激光處理種子，收到了明顯的增產效果。通過對激光育種的生物學研究，發現在特定激光輻照作用下，產生光物理、光化學和光生物學效應，就會出現“染色體”變異，于是導致遺傳性狀的改變，而產生出新的品種。人們還用激光適當地照射蠶豆、玉米、蘿卜、黃瓜和西紅柿的種子，加速種子發芽，提高種子出芽率，促進農作物生長，使農作物早熟、抗病、增產。

6、五谷豐登——激光農業2/5/202387人們利用不同波長、不同劑量的激光進行試驗，深入研究綠色植物光合作用的基本機理，深入研究從發芽直到成熟結籽的基本過程。人們采取適當波長和適當劑量的激光照射正在生長的農作物，促進農作物的光合作用，從而提高農作物的產量和品質。例如，用激光照射黃瓜秧和西紅柿秧，秧子上的花數和果數都有增加，產量得到提高，果實里的糖分和維生素含量增加，品質顯著改善。2/5/202388人們還利用激光研究農作物病蟲害的防治。激光成為人們捕殺害蟲和消滅病蟲害的得力助手。人們利用激光向雜草開刀，除掉雜草，為禾苗出氣，為禾苗助長。采用激光滅蟲除草方法，比采取化學滅蟲除草優越，避免了化學藥物對大氣、水源和土地的污染，而且不污染糧食、蔬菜和水果。激光是一種高效而清潔的滅蟲除草方法。

激光在農副產品的儲藏和保鮮方面，在對農作物收獲進行預報和估產及其他方面，都有用武之地。激光在實現科學種田和農業現代化方面，將發揮越來越大的作用。2/5/202389利用激光繪制災害圖。激光測距儀向目標發射一束對人眼安全的激光束，以測量目標的距離和方位角。照到目標后再返回激光器，附在激光器上的計算機隨即進行必要的運算。若將該激光測距儀跟一臺全球定位系統相聯，衛星接收器就會隨時告訴操作人員所在的位置。系統操作人員可將激光器瞄準風暴災害處，激光器將距離和范圍內的信息送到全球定位系統，繪出災害圖，然后可迅速派遣有關人員前往救災。另一套運行系統同記錄計算機相連，操作人員能飛到鄰域上空，將激光器對淮受災地面建筑物，迅速繪出地圖，可估計受損財產的價值。7、激光在環境方面的應用2/5/202390

激光檢測大氣含量，采用柏林自由大學的激光雷達對城市煙霧或酸雨進行了三維監視，已經測量出氧化亞氮、二氧化氮、二氧化硫，以及臭氧含量的兩維和三維圖。已經成功地繪出行星邊界層海拔4km上下的水蒸氣輪廓圖，滿足了氣象應用的需要。2/5/202391激光加工原理與圖片8、激光加工2/5/202392激光打孔2/5/202393激光-氧氣切割金屬2/5/2023942/5/202395激光加工2/5/202396激光焊接2/5/202397激光焊接2/5/202398激光焊接2/5/202399激光雕刻2/5/2023100激光雕刻2/5/2023101激光雕刻2/5/2023102激光雕刻2/5/2023103激光雕刻2/5/20231042/5/2023105激光雕刻2/5/2023106激光切割2/5/2023107激光切割2/5/2023108激光切割2/5/2023109激光切割2/5/20231109、激光在軍事方面的應用激光測距激光雷達激光制導激光通信激光武器2/5/2023111①激光測距激光測距的原理：

通過向目標發射激光信號，根據激光信號往返于測點與目標之間所用的時間而求出距離的。2/5/20231122/5/20231132/5/2023114激光測距在軍事上的應用激光測距在軍事上可用于地形測量，戰場前沿測距，坦克及火炮的測距，測量云層、飛機、導彈及衛星的高度等。2/5/20231152/5/2023116中國研制的激光測距儀2/5/2023117②激光雷達利用激光束搜索、跟蹤和測量活動目標的裝置叫激光雷達。激光雷達的工作原理和微波雷達相似，都是利用電磁波照射目標并接收回波的方法，發現、識別和指示目標的，只是工作波段不同。2/5/20231182/5/2023119激光雷達在軍事上的應用武器鑒定試驗、武器火控、跟蹤識別、指揮導引、大氣測量等。2/5/2023120③激光制導應用激光作為跟蹤目標和傳輸信息的手段，將導彈、炮彈、航空炸彈等導向目標的技術。激光制導具有命中精度高、抗電磁干擾能力強等優點，因而得到廣泛應用，是精確制導武器的一種重要制導方式。2/5/2023121

2/5/2023122

2/5/2023123戰略反導激光武器2/5/2023124

④激光通信激光通信是把光作為傳遞信息的載體，通過把信息（音頻信號）調制到光波上，經介質（大氣、光纜等）的傳輸，將信息傳至對方，再經接收終端解調，還原成聲音而實現通信的。2/5/2023125⑤激光武器利用激光的能量直接摧毀目標或殺傷破壞其組成部分使之喪失戰斗力的武器稱為激光武器。2/5/20231262/5/2023127激光武器的殺傷機理1、是燒蝕效應2、是激波效應3、是輻射效應2/5/2023128激光武器的優點1、無需進行彈道計算2、無后座3、操作簡便，機動靈活，使用范圍廣4、無放射性污染，效費比高

2/5/2023129激光武器的分類根據激光器輸出功率的大小，激光武器可區分為低能激光武器和高能激光武器兩大類。2/5/2023130低能激光武器低能武器主要指激光干擾與致盲武器，它是重要的光電對抗裝備，主要用于干擾和致盲敵方的光電傳感器和敵方官兵的眼睛。2/5/2023131激光致盲武器“軍刀”(Saber)203的激光照明系統，主要用于照明、致盲和瞄準目標。該裝置采用鎳鎘電池供電，工作波長為670納米，功率400毫瓦，有效照明距離300米，重1.5磅，每枚電池可連續運行30分鐘，100米處的光斑尺寸可在1～10米之間變化。2/5/2023132形形色色的激光武器激光槍2/5/2023133激光槍2/5/2023134

美研制步兵用激光武器2/5/2023135高能激光武器高能激光武器也稱死光武器，它是借助于激光束的熱能直接摧毀目標，可用于打擊導彈、衛星、坦克、飛機等。2/5/2023136

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2/5/20231382/5/20231392/5/2023140高能激光武器2/5/2023141

“響尾蛇”AIM-9系列空空導彈2/5/2023142

2015年美國空軍將裝備激光炮2/5/2023143形形色色的激光武器艦載激光武器2/5/2023144形形色色的激光武器機載激光武器2/5/20231452/5/2023146激光武器2/5/2023147激光制導2/5/2023148激光攔截2/5/2023149在軍事上其他方面的應用激光技術在軍事的應用除上述幾個方面外，還包括：激光偵察、激光核聚變、激光計算機、激光陀螺等。2/5/20231502/5/20231512/5/202315210、激光在科技領域的應用（1）超快和超慢現象的研究超快現象：在微觀世界很多現象是在極短的時間內發生的。如，熱原子與分子的碰撞時間僅為皮秒，甚至更短。（光在一皮秒內僅移動0.3毫米）固體，液體中的能量轉移；液體中的分子的快速化學反應；生物的光合作用；DNA能量轉移;超高速光通信的光電轉移等等。為了研究微觀世界所發生的現象，就需要本身具有同樣時間尺度的工具。2/5/2023153激光器發出的激光脈沖：皮秒；飛秒；阿秒。用超短激光脈沖啟動和終止電信號制造比晶體管快的開關，可以極大地提高計算機，通信設備等半導體設備的工作速度，并減小它們的體積。2/5/2023154多普勒效應：如果波源與觀察者之間有相對運動，則觀察者接受到的波頻率不同于波源的頻率。速度越小頻率的偏移量也越小，就要求用于測量的光具有極高的頻率穩定性。激光可以觀測每小時只有3毫米的超慢運動。如，觀測珊瑚的生長，細胞的分裂等。超慢現象：頻率的偏移量正比于物體的運動速度。2/5/2023155（2）光鉗技術光的輻射壓力：(彗星的尾巴總是背向太陽，被認為是太陽光的壓力造成的。功率為毫瓦數量級的光，大約能產生皮牛量級的輻射壓力。拾起一顆小小的圖釘的力，大約是幾百億皮牛)激光輻射產生的皮牛量級的力恰好適于移動細胞和生物大分子。激光光鉗示意圖激光器聚焦鏡樣品池顯微鏡2/5/2023156光鉗技術：

當用激光鉗住一個細胞時，再用另一束較強的激光作為激光刀，對細胞進行手術。如，切下DNA或細胞膜，研究細胞功能的變化；鉗住某種基因將其注入到植物細胞內，起到基因傳遞的作用等。激光鉗與激光刀聯合使用還可以實現基因的重組和重排，可以幫助完成“人類基因測序計劃”。2/5/2023157（3）激光冷卻和捕獲原子技術獲得低溫是科學家長期以來不斷追求的一種技術，它不但給人類帶來實惠，如超導的發現和應用，而且為研究物質的結構和性質創造了獨特的條件。在低溫條件下，分子，原子熱運動的影響可以大大的減弱，原子更容易暴露出它們的性質。20世紀80年代，借助激光技術獲得了中性氣體分子的極低溫狀態。這種獲得低溫的方法就叫激光冷卻。2/5/2023158多普勒冷卻原理光波原子原子吸收光子動量減小原子共振吸收與其運動方向相對的光子，從基態過渡到激發態，其動量減小，速度也減小了。處于激發態的原子會自發輻射出光子而回到初態，得到與其運動相反的動量，但自發輻射的光子的方向是隨機的，并不增加原子的速度，原子因而被減速，同時溫度也降低了。對冷卻鈉原子的波長為589納米的共振光而言，這種減速效果相當于10萬倍的重力加速度！由于這種減速實現時，必須考慮入射光子對運動原子的多普勒效應，故稱為多普勒冷卻。2/5/2023159

1985年貝爾實驗室的朱棣文小組用三對方向相反的激光束照射鈉原子，6束激光交匯處的鈉原子團被冷卻，溫度達到240k。1997年朱棣文、達諾基和菲利普斯因此而獲諾貝爾物理獎xyz光學粘團2/5/20231602/5/2023161激光核聚變裝置2/5/20231622/5/20231632/5/20231642/5/2023165

做飯、取暖要燒煤，汽車、飛機要用油，照明、家電設備和開動機器都需要電、煤、石油、天然氣等礦物燃料及各種發電手段，熱電、水電、核電是人類生存和社會進步不可缺少的能源。

原子能是最富魅力的新能源。原子能的利用，可以分為兩類：一類是利用中子轟擊鈾原子核，使鈾核分裂成為兩塊，釋放出裂變能；另一類是使氫的兩種同位素氘和氚核聚合在一起，釋放出聚變能。核聚變反應釋放出的能量要比核裂變反應釋放出的能量大得多。核裂變反應可以用于制造原子彈，也可以用于建造核電站。五、激光技術誘人的前景(1)創造一個新太陽2/5/2023166

核聚變并不陌生：氫彈爆炸就是一種核聚變反應。但是，氫彈爆炸的巨大能量是在一瞬間釋放出來的。氫彈爆炸式的核聚變反應，簡直就是無羈的“核野馬”，一發而不可收拾。這種核聚變產生的能量是人力無法控制、無法應用的。那么，怎樣才能使“核野馬”馴服，使它在人的控制下老老實實地工作呢？科學家們的目標是：實現受控核聚變。

用什么來“點火”——怎樣才能滿足受控熱核聚變的條件呢？人們想到了強磁場、電子束、離子束等種種辦法，但最有希望的要數高功率激光了。高功率激光技術是實現激光受控核聚變的關鍵，各國科學家都在這方面傾注全力攻堅。

受控核聚變一旦實現將首先用于建造新型的聚變類型的核電站。激光受控核聚變將是人類的既安全又清潔、取不盡用不完的新能源。它的實現，等于人類創造出一個新太陽！2/5/2023167

自從世界上第一臺激光器問世至今，激光已涉足于許多科學學科和技術領域，并分化出不少重要的分支學科和交叉學科，激光技術、纖維光學和集成光學，也打開了光計算機的信息傳輸、存儲和處理的時代的大門。

光計算機給人們帶來了美好的希望。電子計算機發展到今日，卻始終沒有脫離電子學的范疇，運算速度和存儲容量均已不能滿足突飛猛進發展的科學技術的需要。集成光學和激光技術為研制運算速度極快、存儲容量極大、使用穩定可靠的光計算機提供了基礎條件。光模擬計算機在幾分鐘里就可以完成電子計算機幾天才能完成的工作量?，F在，科學家們正在向特高運算速度和特大信息存儲量的光數字計算機進攻。(2)迎接光子時代的到來2/5/2023168

纖維光學是研究光學纖維傳光理論及制造的一門新學科。光學纖維已發展成為一種新型的光學元件，應用于光纖通信、光學窺視、某些特殊激光器和新型光學系統之中。光纖通信具有容量巨大、抗干擾能力強、保密性好、節省有色金屬和適用范圍廣泛等特點，逐步發展成為大容量、遠距離通信的重要手段，必定成為未來通信事業的主角。

光子學作為一門新學科必將迅速發展起來，同時，還將促進其他學科的發展。一些新學科將不斷涌現出來，如光子物理學、光子化學、光子生物學、光子醫學等等。

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光子科學技術不斷出現的新成就，對現代化社會的影響是無法估量的。到那時，天上飛的是用光子充填燃料的宇航飛機，地下跑的是光子發動機驅動的各種車輛，家庭里用的是多種多樣的光子器具，軍隊裝備的是各式各樣的光子武器……如同今天的煤、油、電一樣，光子科學技術將滲透到整個社會肌體的各個部位，成為人類生產和生活中不可缺少的東西。2/5/2023170

未來的家庭，將是光子化的家庭。在你的家庭里，你只要按動那臺用集成光學元件制造的終端設備，激光信號就會通過光學纖維構成的光纜網絡聯系于辦公室、商場、電臺……你可以通過面前的熒光屏，同千里之外的親人會晤，和辦公室里的同事交談，跟商場里的售貨員定貨，向圖書館索取有用的資料，以及閱讀新聞、科技情報。在你的家庭里，你的光智能計算機是你的忠實仆人，控制著空調設備調節室溫，控制家用電器來烹調食物、開窗關門、清掃房間。茶余飯后，你坐在舒適的沙發上，可以用手中的微型光控器，打開面前的光視機，觀看光纖傳來的豐富多采的全息彩色光機節目，那是立體的景象，真實的景象！到那時，電子將讓位給光子，光子將成為人類的第一助手，處處為人類服務。人類將生活在一個嶄新的光子時代里！2/5/2023171

“嫦娥奔月”、“牛郎織女”、“孫悟空大鬧天宮”……在我國，流傳著多少關于“天宮”的神話故事；現代的中外科幻小說或電視劇目，更是不乏有關太空城市與生活的描寫。當然，人類是不會停留在神話故事、科學幻想里面的。人類正在創造條件，現代科學技術的各個領域，正在突飛猛進地發展，人類終有一天會建立起“太空城”、“太空村”，到那里去進行科學實驗，制造新材料和新產品。

太空里有地球上所不具備的或很難獲得的實驗條件，如低溫、真空、失重和無菌等。在那樣的特殊條件下，一些物質將具有優異的特性，一些實驗會呈現出異乎尋常的現象，因而給科學技術帶來新的突破，使人類獲得新的生產力。(3)太空城里創大業2/5/2023172

人們在“太空城”里工作和生活，第一需要是氧氣，怎么樣把氧氣輸送到遙遠的“太空城”里去呢？我們看到，自來水管把水送到千家萬戶，煤氣管道將煤氣送進每家每戶。那么，采用什么管能把氧氣或其他氣體從地球輸送到月球的或其他的“太空城”、“太空村”里去呢？科學家認為，將來，激光有可能成為行星距離間輸送氧氣及其他氣體的有效管道。這可真是科學發達，無奇不有，光還能成為“管道”！到太空去工作和生活，這一天已經為期不遠了。到那時，人們在“太空城”里辦工廠，在“太空村”里種果菜，好一派生機盎然的喜人景象。2/5/2023173

對未來的宇宙飛船，科學家們作出種種設想，如量子飛船、光子飛船、原子能飛船、太陽帆飛船、等離子體飛船等。太陽帆飛船是麥克斯韋提出的預言，它是以太陽

的壓力為動力，太陽光線就好像“宇宙風”一樣，推動著宇宙飛船的“船帆”而使飛船前進。

自從方向性極強的激光問世以后，科學家們又預言：激光可以作為未來宇宙飛船動力。如果太陽光線能夠給宇宙空間里自由飄蕩的物體加速的話，那么，激光這樣強大的輻射光束也完全可能給宇宙飛船加速?？茖W家們認為，實現激光動力飛船的可能性，不會比實現前面設想的種種飛船的可能性小。從物理學的觀點來看，各種發動機無非是利用反作用力，激光發動機的反作用力能由具有質量的光子產生。(4)未來的宇宙飛船2/5/2023174

美國著手研究以激光為動力，推進航天飛行器的飛行，已經取得卓有成效的結果。激光航天飛行器實際上就是激光飛船，它以激光為動力往返于地面與空間軌道站飛行，來回運送人員和器材，實現空間研究和制造。它起飛像火箭，垂直而起；返回大氣層時又像飛機一樣，滑翔到地面作水平著陸。它不需要火箭發射，也不使用火箭燃料，費用低廉，其發射費用僅為航天飛機的0.1％，每公斤有效載荷6-9美元。

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