原创《激光原理的初步》：本论文可用于激光原理论文范文参考下载，激光原理相关论文写作参考研究。
摘 要：激光的缩写：LASER,其全称Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation同时激光又称受激辐射光放大.通过学习激光原理,对激光产生机理有一个简单的概念,并学会用自己语言进行阐述.这篇学习报告我将从激光产生机理；激光特性,激光的应用还有一些激光仪器进行报告.
关键词：激光；产生机理；特性；应用
1 激光产生的机理
1.1黑体辐射与普朗克公式
在我看来黑体就是一个物体能够完全吸收任何波长的电磁辐射,则称此物体为绝对黑体或黑体.自然界中不存在绝对黑体,而如图所示的空腔辐射体是黑体的理想近似.黑体辐射就是当黑体处于某一恒定温度的热平衡状态,它吸收的电磁辐射和发射的电磁辐射完全相等,即处于能量平衡状态,这将导致空腔内存在完全确定的辐射场.这种辐射场称为黑体辐射或平衡辐射.
普朗克公式就是黑体辐射是黑体温度T和辐射场频率μ的函数,并可以用单色能量密度ρv描述,ρv表示单位体积内频率处于μ 附近的单位频率间隔中的电磁辐射能量,其量纲为J*s/m-3.同时为了解释实验测得的ρv（v,T）分布规律,普朗克提出了量子化假设,并得到了普朗克公式：在温度T的热平衡状态下,黑体辐射平均地分配到腔内处于频率v附近的所有模式上的平均能量为：
,而腔内单位体积中,频率处于v附近单位频率间隔
内的电磁场模式数：.所以可以得到黑体辐射
的普朗克公式：,其中k为波尔兹曼常数.
1.2光的受激辐射放大
光放大的基本原理就是受激辐射放大,由于在原子与外加光场相互作用时同时存在受激辐射和受激吸收两种作用,想要實现
光放大,必须要满足关系：,
由爱因斯坦系数相互关系和波尔兹曼分布得到光的放大条件
得到.要满足该条件,只有T<0,这意味
着物质处于温度低于绝对零度的状态,而这是不可能的.而“不可能”的前提是原子数按照能级的分布服从波尔兹曼分布,那么要实现光放大,必须使原子数按能级的分布打破波尔兹曼分布,即使得高能级原子数大于低能级原子数,使物质处于粒子数反转状态,或者称为负绝对温度状态.
那么如何使物质处于粒子数反转状态,我么可以通过各种泵浦机制,利用各种外部能量,使大量处于低能级的物质粒子跃迁到高能级,实现粒子数反转,为光放大做好准备.用增益系数来描述光放大物质对光的放大能力,增益系数定义为光波在介质中
经过单位长度后光强的相对增长率：.
求解上面的微分方程,可以得到位置z处的光强：,其中G0为增益系数的初值,当粒子数差值（n2-n1）不随距离变化,而且I0很小的情况下,G不随光的传输而发生变化,这种情况称为小信号增益.当I随着传输而逐渐增加时,高能级粒子被不断消耗,因此G也随之减少,G（z）随着z增加而减少的现象称为增益饱和.
在光放大物质中除了存在受激跃迁现象外,还有各种因素引起的光传输损耗,这种现象称为光的自激振荡.我们用损耗系数来描述这些损耗,它定义为光通过单位距离后光强衰减的百分
比：.在同时存在增益和损耗的光放大介质中,光强随传输距离的变化可以表示为：.如果要利用增益介质实现对入射光的放大,应满足两个基本条件：（1）实现粒子数目反转；（2）G>.
1.3光的自激振荡
但入射光是否能够被无限放大,答案肯定是否定的.不妨假设一个微弱光入射到一段增益介质中,其初始增益系数为,>a,此时光强随着传输距离增加而不断增强：.但随着光强的不断增加,增益介质中的高能级粒子不断的由于受激辐射而跃迁到低能级,增益介质的增益系数不断减小,直到减小到时,光强将不再随传输距离的变化而变化,此时的光强称为饱和光强.
从上面的讨论可以知道,只要增益介质足够长,无论多微弱的入射光,都可以被放大为饱和光强.至此我们具备了产生激光的一个必要条件：能够对特定频率的微弱入射光进行受激放大,但新的问题就是如何得到入射光?按照前面所讲的,自发辐射就是一个很好的入射光,因为自发辐射会产生微弱的、频率为的荧光,可以作为受激辐射的入射光.但如果要产生我们需要的高强度、方向性好的激光,还有两个问题要解决：
（1）要获得最大的放大效果,需要近似无穷长度的增益介质,然而这在工程上不可实现的,如何尽可能的增加增益物质的长度也是一个新的问题.
（2）自发辐射产生的光子的前进方向是随机的,如果直接对其进行受激辐射放大,得到的激光在方向上也是随机的,所以如何选择特定方向的光来进行放大得到方向性很好的激光也是一个新的考虑问题.
利用光学所学的知识,在激光的实际应用中,可以利用各种不同结构的光学谐振腔来解决上述两个问题.结构最简单的光学谐振腔是在工作物质两端放置两块平行的平面镜而构成的平行平面腔,通过让需要放大的光在两块平面镜之间反射,实现了近似于无限长的增益介质；通过限制平面镜的尺度,使得自发辐射产生的微弱光在谐振腔内反射的过程中,只有靠面镜中心而且方向垂直于平面镜的那部分光才能在其中多次反射,得到足够多次的放大而形成激光,其它方向的光则迅速溢出谐振腔外,无法形成正反馈过程.通过这种方式实现了对激光方向性的选择.这里光学谐振腔的作用提供正反馈控制激光模式.光学谐振腔的作用很重要,但并不是不可或缺的,在某些高增益工作物质构成的激光器中,不需要谐振腔就能够形成自激振荡,只是相干性较差.
2 激光的实际应用
激光在上工业应用主要有切割,用激光切割不仅速度快、无接触,而且精度高、切缝光滑；还可以拿来焊接,并且焊接点均匀、美观、精度高更可以用来表面处理；芯片刻蚀等.最早的激光医疗应用是在1961年12月在哥伦比亚长老会医院用红宝石激光器进行了视网膜肿瘤治疗除此之害还可以进行肿瘤治疗、眼科手术：视网膜焊接、近视治疗；美容；外科手术等.激光还可以用在科研,比如：全息成像、非线性光学等需要高相干性、大功率光源的项目；可以拿来控制核聚变；也可以用来做光镊、冷冻原子等.在军事上可以用来激光测距、直接摧毁、激光制导.还有就是可以用来条码扫描、照明、成像、通讯、娱乐等.
参考文献
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[5]“激光原理”课程中的激光效率辨析[J].杜戈果. 电气电子教学学报.2008（02）
激光原理论文参考资料：
结论：激光原理的初步为关于对不知道怎么写激光原理论文范文课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文激光原理论文开题报告范文和文献综述及职称论文的作为参考文献资料下载。
