改变世界的物理激光金省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

改变世界物理学改变世界物理学-激光（激光（laser）第1页主要内容主要内容o一、激光概念、特征及其原理一、激光概念、特征及其原理o二、激光历史二、激光历史o三、激光发展三、激光发展o四、激光应用四、激光应用第2页一、激光概念、特征及其原理激光概念、特征及其原理oAlaserisadevicethatemitslight(electromagneticradiation)throughaprocessofopticalamplificationbasedonthestimulatedemissionofphotons.ThetermlaseroriginatedasanacronymforLight Amplification by Stimulated Emission of Radiation.o是指窄幅频率光辐射线，经过受激辐射放大和必要反馈共振，产生准直、单色、相干光束过程及仪器。1.1激光概念激光概念第3页1）方向性好）方向性好-激光发散角小。激光发散角小。普通光源普通光源1.2 1.2 激光基本特征激光基本特征2）亮度高、能量集中）亮度高、能量集中3）单色性好）单色性好一束普通红光频率范围：一束普通红光频率范围：6328埃埃He-Ne激光（中心频率激光（中心频率（理论值，实际几赫兹）（理论值，实际几赫兹）第4页电电灯灯光光中中光光子子排排列列不不整整齐齐，步步调调也也不不一一致致。而而激激光光呢呢，像像队伍一样整齐划一地前进队伍一样整齐划一地前进。4）相干性好）相干性好第5页 激光是受激辐射光放大，那么什么是受激辐激光是受激辐射光放大，那么什么是受激辐射？什么是光放大？射？什么是光放大？第6页原子与光有三种相互原子与光有三种相互作用作用E2E1h A 自自发发辐辐射射 处处于于高高能能级级（E2）原原子子是是不不稳稳定定，即即使使没没有有任任何何外外界界激激励励，也也总总会会自自发发地地跃跃迁迁到到低低能能级级（E1）上上，而而且且发发射射一一个个频频率率为为，能能量量为为h=E2-E1光光子子。这种辐射光子过程叫自发辐射。这种辐射光子过程叫自发辐射。1.3 1.3 激光原理激光原理第7页E2E1hB 吸吸收收 处处于于低低能能级级E1原原子子受受到到能能量量等等于于h=E2-E1光光子子照射时，会吸收这一光子而跃迁到高能级照射时，会吸收这一光子而跃迁到高能级E2过程。过程。19，爱爱因因斯斯坦坦在在研研究究黑黑体体辐辐射射时时，发发觉觉辐辐射射场场和和原原子子交交换换能能量量时时只只有有自自发发辐辐射射和和吸吸收收是是不不能能到到达达热热平平衡衡。要要到到达达热热平平衡衡，还必须存在另一个辐射方式还必须存在另一个辐射方式受激辐射。受激辐射。第8页C 受激辐射受激辐射 当原子中电子处于高能级时，若外来光子当原子中电子处于高能级时，若外来光子频率恰好满足频率恰好满足则电子就会在外来光子诱发下向低能级跃，并发出一则电子就会在外来光子诱发下向低能级跃，并发出一个与外来光子一模一样光子。这种过程被称为受激辐个与外来光子一模一样光子。这种过程被称为受激辐射。射。E2E1h第9页 在在受受激激辐辐射射中中，一一个个光光子子能能够够产产生生两两个个频频率率、相相位位、偏偏振振方方向向和和传传输输方方向向完完全全相相同同光光子子，假假如如这这两两个个光光子子再再引引发发其其它它原原子子产产生生受受激激辐辐射射，就就会会得得到到更更多多特特征征完完全相同光子，即形成全相同光子，即形成“光放大光放大”。第10页光放大是不是很轻易发生呢？光放大是不是很轻易发生呢？对对于于一一个个原原子子体体系系来来说说，若若能能量量密密度度为为 光光信信号号存存在在，那那么体系将现有吸收过程又有受激发射过程。净受激发射能量是：么体系将现有吸收过程又有受激发射过程。净受激发射能量是：式式中中B、C为为爱爱因因斯斯坦坦受受激激发发射射系系数数和和吸吸收收系系数数，且且可可证证实实B=C。要要使使受受激激发发射射超超出出吸吸收收，有有激激光光输输出出，必必须须设设法法使使高高能能级级原子数大于低能级原子数，即原子数大于低能级原子数，即N2 N1。1.4 粒子数反转粒子数反转第11页但在普通热平衡条件下，但在普通热平衡条件下，N2 与与 N1满足满足Boltzmann关系：关系：即 N2 N1。这种情况被称为这种情况被称为“粒粒子数反转子数反转”。它是产生激光必要条件。它是产生激光必要条件。第12页原原子子处处于于激激发发态态时时间间很很短短，普普通通在在10-8s左左右右，但但有有原原子子存存在在一一些些亚亚稳稳态态，能能够够停留停留10-3s左右。左右。在亚稳态上粒子数不停积在亚稳态上粒子数不停积累，累，实现粒子数反转分布，实现粒子数反转分布，到达光放大目标。到达光放大目标。.第13页1.5 1.5 激光器基本结构激光器基本结构一台激光器是由工作物一台激光器是由工作物质、谐振腔和激励能源质、谐振腔和激励能源(泵浦泵浦)组成。组成。工工作作物物质质（given material）含含有有一一定定能能级级结结构构(存存在在“亚亚稳稳态态能能级级”)”)，可可在在泵泵浦浦作作用用下下实实现现粒粒子子数数反反转转。不不一样激光器工作物质不一样。一样激光器工作物质不一样。光光学学谐谐振振腔腔（resonant cavity）在在工工作作物物质质两两端端安安置置两两面面相相互互平平行行反反射射镜镜，其其中中一一面面是是全全反反射射镜镜，另另一一面面是是部部分分反反射射镜镜，这这两两面反射镜及它们之间空间称为光学谐振腔。面反射镜及它们之间空间称为光学谐振腔。泵浦泵浦(pump)作用是为作用是为工作物质提供能量，使其原子或分子发生工作物质提供能量，使其原子或分子发生粒子数反转分布。粒子数反转分布。第14页第15页光学谐振腔其作用：光学谐振腔其作用：1)1)产产生生和和维维持持光光振振荡荡 光光在在粒粒子子数数反反转转工工作作物物质质中中传传输输时时，得得到到光光放放大大，当当光光抵抵达达反反射射镜镜时时，又又反反射射回回来来穿穿过过工工作作物物质质，深深入得到光放大，这么不停地反射现象为入得到光放大，这么不停地反射现象为光振荡。光振荡。2)2)确确定定激激光光方方向向 从从部部分分透透射射光光反反射射镜镜透透射射出出光光很很强强，这这就就是是输输出出激激光光。因因为为只只有有在在轴轴线线方方向向上上振振荡荡光光才才加加强强，其其它它方方向向光光受抑制，所以激光方向性好。受抑制，所以激光方向性好。3)3)选选频频 光光在在谐谐振振腔腔传传输输时时形形成成驻驻波波，因因为为要要满满足足驻驻波波条条件件L=L=/2/2，不不满满足足此此条条件件光光很很快快减减弱弱而而被被淘淘汰汰，所所以以激激光光单单色色性性好。另外，谐振腔又起选频作用。好。另外，谐振腔又起选频作用。第16页激光工作物质激光工作物质全全反反射射镜镜半半反反射射镜镜out激光器工作原理激光器工作原理out第17页 按工作方式分按工作方式分 连续激光器（功率可达连续激光器（功率可达104 W）脉冲激光器（瞬时功率可达脉冲激光器（瞬时功率可达1014 W）1.6 1.6 激光器种类：激光器种类：固体激光器，如红宝石（固体激光器，如红宝石（Al2O3）激光器；激光器；液体激光器，如一些染料激光器；液体激光器，如一些染料激光器；气体激光器，如气体激光器，如He-Ne激光器激光器，CO2激光器；激光器；半导体激光器，如砷化镓半导体激光器，如砷化镓 （GaAs）激光器；激光器；按工作物质分按工作物质分第18页o史前时代n17世纪对光本性探求：o波动说：以一定方式沿空间传输波动过程，惠更斯、虎克；o微粒说：以经典方式运动着微小粒子，牛顿；n19世纪：o光波动本性有了深入发展o电磁场理论、麦克斯韦方程组二、激光历史激光历史第19页o19世纪下半叶发展起来电磁场理论能够解释光反射、折射、干涉、衍射、偏振和双折射等现象；o然而到了20世纪初，出现了黑体辐射、原子线状光谱、光电效应、光化学反应和康普顿散射等试验现象，这些包括到光与物质相互作用时能量与动量交换特征就无法用当初经典理论来解释。第20页o拂晓前黑暗o19，普朗克提出了能量量子化概念，并所以取得19诺贝尔物理学奖；o19，爱因斯坦提出光子假说并成功解释了光电效应，并所以取得19诺贝尔物理学奖；in recognition of the services he rendered to the advancement of Physics by his discovery of energy quantafor his services to Theoretical Physics,and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect 第21页o19，玻尔借鉴了普朗克量子概念提出了全新原子结构模型，并所以取得1922年诺贝尔物理学奖；o19，爱因斯坦在玻尔原理结构基础上，提出了受激辐射理论，为激光出现奠定了理论基础；o1928年，Landenburg证实了受激辐射和o“负吸收”存在；for his services in the investigation of the structure of atoms and of the radiation emanating from them 第22页n1940年，V.AFabrikant在其博士论文中提出了产生粒子数反转实现方法，粒子数反转是MASER/LASER产生必要条件。第23页n1947年，Lamb和Reherford在氢原子光谱中发觉了显著受激辐射，这是受激辐射第一次被试验验证。Lamb因为在氢原子光谱研究方面成绩取得1955年诺贝尔物理学奖；n1950年，Kastler提出了光学泵浦方法，两年后该方法被实现。他因为提出了这种利用光学伎俩研究微波谐振方法而取得诺贝尔奖。for his discoveries concerning the fine structure of the hydrogen spectrum for the discovery and development of optical methods for studying Hertzian resonances in atoms第24页n1951年,Townes提出受激辐射微波放大，即MASER概念。n1954年，第一台氨分子Maser建成，首次实现了粒子数反转，其主要作用是放大无线电信号，方便研究宇宙背景辐射。Townes因为在受激辐射放大方面成就取得1964年诺贝尔物理学奖。for fundamental work in the field of quantum electronics,which has led to the construction of oscillators and amplifiers based on the maser-laser principle 第25页o突破n1956年NicolaasBloembergen在哈弗大学提出了固态微波激射器概念，于1956年10月在PhysicalReview上发表了一片又决定意义文章，第一台成功设备几个月后在Bell试验室研制出来。n1958年Schawlow和Townes在PhysicalReviewLetters上发表论文“InfraredandOpticalMaser”，标志着激光作为一个新事物登上了历史舞台。第26页n1959年，GordonGould发表论文“TheLASER:LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation”，这是LASER这一术语第一次被提出。n1960年5月，休斯试验室Maiman和Lamb共同研制红宝石激光器发出了694.3nm红色激光，这是公认世界上第一台激光器。第27页n1960年年中，IBM试验室Sorokin和Stevenson利用CaF2中三价铀制成了第一台四能级固体激光器；n1960年12月，BELL试验室Javan，Bennett和Herriott制成了第一台氦氖气体激光器；第28页n1961年，EliasSnitzer报道了第一台钕玻璃激光器成功出光。这种激光器成为了激光武器研究第一个候选方案，现在被作为可控核聚变主要候选光源；n1961年:P.A.Franken,A.E.Hill等人将红宝石激光器发出光脉冲经过石英晶体，将红光变成了绿光，成功演示了谐波产生非线性光学效应，这是高效非线性光学首次试验演示。n1962年，第一台钇钕石榴石(YAG)激光器在BELL试验室诞生，这种激光器现在在材料加工等各种领域依然发挥着不可替换作用。第29页n1962年，GE、IBM和MIT林肯试验室研究小组几乎同时报道了砷化镓（GaAs）激光器；n1962年，F.J.McClung和R.W.Hellwarth研发了激光器调Q技术，从而使激光器能发出高单脉冲能量短脉冲；n1962年，美国4个研究小组几乎同时报道了研制成功效够在液氮冷却条件下脉冲工作半导体激光器，这是在光通讯、光存放和光学泵浦等主要领域走出含有里程碑意义一步；第30页o1963年，HerbertKroemer和RudolfKazarinov、ZhoresAlferov团体独立提出了利用异质结结构半导体激光器思绪，这一工作使得他们取得了诺贝尔物理学奖。o1964年，C.K.N.(Kumar)Patel研制了第一台CO2激光器；o1964年，WilliamB.Bridges研制了第一台离子激光器；第31页n1964年，J.E.Geusic、H.M.Marcos和L.G.VanUitert研制了第一台掺钕钇铝石榴石（Nd：YAG）固体激光器，这是现在被应用于切割、焊接、光学应用和非线性光学领域用途最广激光器；n1964年，C.J.Koester和E.Snitzer研制了第一台掺钕光纤放大器。光纤放大器现在被广泛应用于光通讯和高能激光器中。n1964:ArnoPenzias和RobertWilson利用MASER作为放大器观察3K宇宙背景辐射，从而证实了BigBangTheory。他们所以取得了1978年诺贝尔奖。第32页n1965年，AnthonyJ.DeMaria,D.A.Stetser和H.A.Heynau报道了第一台利用钕玻璃激光器和饱和吸收器产生皮秒级脉冲激光器。n1965年，GeorgeC.Pimentel和JeromeV.V.Kasper 研制了第一台化学激光器；n1965年，PeterSorokin和JohnR.Lankard研制了第一台生物染料激光器，现在广泛应用在超快光学和光谱学领域；第33页o在1980年代后期，半导体技术使得更高效而耐用半导体激光二极管半导体激光二极管成为可能，这些在小功率CD和DVD光驱和光纤数据线中得到使用。第34页o在1990年代，高功率激光高功率激光激发原理得到实现，比如片状激光和纤维激光纤维激光。后者因为新加工技术和20kW高功率不停地被应用到材料加工领域中，从而部分替换了CO2激光和Nd:YAG-激光。第35页o代，激光非线性得到利用，来制造X射线脉冲（来跟踪原子内部过程）；其次，蓝光和紫外线激光二极管已经开始进入市场。在年，中国研制出一种名为氟代硼铍酸钾（KBBF晶体，可用于激发深紫外线激光，一旦成功应用，可令每片光碟容量超过1TB，亦使半导体上可储存电路密度大幅提高第36页 19611961年年夏夏，在在王王之之江江主主持持下下，中中国国第第一一台台激激光光器器红红宝宝石石激激光光器器在在长长春春光光学学精精密密机机械械研研究究所所诞诞生生，这这是是王王大大珩珩和和他他领领导导长长春春光光机机所所创创造造一一项项辉煌结果。辉煌结果。这这台台激激光光器器研研制制成成功功，使使我我国国成成为为继继美美国国之之后后第第二二个个拥拥有有激激光光器器国国家家，引发了国内外震惊。引发了国内外震惊。王之江院士王之江院士中国中国激光器激光器第37页中國各類激光器中國各類激光器“第一台第一台”名名 稱稱研制成功時間研制成功時間 研研 制制 人人 红宝石红宝石激光器激光器19611961年年9 9月月王之江等王之江等He-NeHe-Ne激光器激光器19631963年年7 7月月 鄧錫銘等鄧錫銘等 摻釹玻璃激光器摻釹玻璃激光器19631963年年6 6月月干福熹等干福熹等GaAsGaAs同質結半導體激光器同質結半導體激光器19631963年年1212月月王守武等王守武等脈沖脈沖Ar+Ar+激光器激光器19641964年年1010月月萬重怡等萬重怡等COCO2 2分子激光器分子激光器19651965年年9 9月月王潤文等王潤文等CHCH3 3I I化學激光器化學激光器19661966年年3 3月月鄧錫銘等鄧錫銘等YAGYAG激光器激光器19661966年年7 7月月屈乾華等屈乾華等第38页o从19爱因斯坦提出受激辐射概念到1960年第一台激光器诞生，其间用了近半个世纪，而实际上却没有太多理论上突破，为何激光器没有早半个世纪诞生？o为何各类第一台激光器都是诞生在IBM、GE、BELL试验室？第39页三、激光发展三、激光发展o发展n更大o为了进行高能物理、热核聚变等方面研究工作，激光器产生能量密度和功率不停提升。o现在世界上功率最大激光器是美国国家点火工程（NIF）中使用NOVA激光系统，其峰值功率到达1.3PW（1015W）。第40页激光发展oNIS已经于点火成功，年报道单脉冲能量到达1MJ，峰值功率1015W以上。超出美国历史上任意时刻消耗电功率500倍以上。oNIS第41页激光发展o当前，神光-原型装置“十五”建设目标已圆满完成，到达“8束出光，脉冲-万焦耳”水平，标志着我国成为继美、法后世界上第三个系统掌握新一代高功率激光驱动器总体技术国家，使我国成为继美国之后世界上第二个具备独立研究、建设新一代高功率激光驱动器能力国家。第42页激光发展n更小o各种工业指示、标识、探测用半导体激光器或者半导体泵浦固体激光器向着小型化方向发展；第43页激光发展n更集成各种通信用激光模块，往往包含十几个甚至几十个半导体激光器，而且集成了调制、功率检测、温度监测等功效模块。第44页激光发展n更加快o更高调制频率：GHz；o更短脉冲宽度：阿秒脉冲(attosecondLaser)；o德国MaxPlanck量子光学研究中心成功产生了脉冲宽度小于1飞秒（10-15s）光脉冲，这一发光时间小于可见光波长一个振荡周期。第45页激光发展n更多样化o多样化泵浦方式：光泵浦、电泵浦、化学能泵浦、热泵浦等、磁泵浦；o多样化工作物质：固体（Nd：YAG）、气体（He-Ne、CO2）、液体、染料、半导体、自由电子等；第46页 激激光通信光通信 光盘读写光盘读写 激光激光全息全息 激光医疗激光医疗 材料加工材料加工 激光在军事上应用激光在军事上应用四、激光四、激光应用应用第47页n医疗：o最早激光医疗应用：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；o肿瘤治疗；o眼科手术：视网膜焊接、近视治疗；o美容；o外科手术等。第48页激光应用n科研：o1971年，年，DennisGabor因为在1946年至1951年间发表一系列文章提出了光学全息术而取得诺贝尔物理学奖，然而真正全息摄影直到激光器被创造才成为现实。o1985:StevenChu等人研究出了利用激光束冷冻、捕捉原子方法，这一方法对于研究基础物理现象和以空前精度测量主要物理量起到了主要作用，他们所以取得了1997年诺贝尔物理学奖。第49页激光应用oEricCornell等人因为在波色-爱因斯坦凝聚态方面研究取得诺贝尔物理学奖；“fortheachievementofBose-Einsteincondensationindilutegasesofalkaliatoms.”o年RoyJ.Glauber等人因为在基于激光高精度光谱测量领域贡献取得诺贝尔物理学奖；“fortheircontributionstothedevelopmentoflaser-basedprecisionspectroscopy,includingtheopticalfrequencycombtechnique”o20高锟等人因为在光纤通讯领域贡献取得诺贝尔物理学奖；fortheirgroundbreakingachievementsconcerningthetransmissionoflightinfibersforopticalcommunication第50页激光应用o确定地月距离n登月是20世纪最大骗局？n1969年阿波罗15号在登月时带上了一套尤其设备大型角反射器，用来反射从地球发射过来激光光束，经过统计往返时间来计算地月距离。n激光发散角很小，其光斑半径在月面上小于1km，而普通探照灯光斑在月面上会大于月球直径。第51页激光应用o军事n激光测距n直接摧毁n激光制导第52页激光应用o其它n条码扫描n照明、成像n通讯n娱乐第53页直径只有几纳米、长约100纳米碳纳米管含有半导体性能，这意味着碳纳米管可能在某天成为低功率超快速计算机芯片基础。迄今，安装碳纳米管惟一方法是利用一个名为原子力显微镜昂贵设备，设法推进纳米管至预定位置，然而这种方法操纵起来十分费事。为了改变这种情况，美国伊利诺伊州纽约大学科学家和一家光学企业科研人员试验了一个名为“光学捕捉”技术，试图更便利地操纵碳纳米管。光学捕捉技术就是利用激光能捕捉微小粒子能力，在移动激光束时使微小粒子跟随激光移动。因为激光能捕捉微小粒子，所以在它移动时就会像镊子一样，“夹”着微小粒子移动。科学家把这种现象称为“激光镊子”。现在生物学家已能用激光镊子夹住单个细胞。比如，从血液中分离出单个血红细胞用于研究镰刀状血红细胞贫血症或疟疾治疗研究。激光镊子能“夹”住微小粒子，是因为激光束中心强度大于边缘强度，所以当激光束照射一个微小粒子时，从中心折射光线要比向前光线多。激光应用-激光镊子第54页4.1 激光通信激光通信以激光作为载波传递信息一个通信方式。以激光作为载波传递信息一个通信方式。（1）大气激光通信大气激光通信结构：结构：调制器调制器Laser放大器放大器光电转换器光电转换器解调器解调器放大器放大器发射机发射机接收机接收机发话器发话器受话器受话器发射望远镜发射望远镜接收望远镜接收望远镜大气传输大气传输第55页优点：结构简单，通信轻便。保密性好，抗干扰优点：结构简单，通信轻便。保密性好，抗干扰 能力强。能力强。缺点：在大气中传输，激光衰减严重，天气影响缺点：在大气中传输，激光衰减严重，天气影响 大，且只能直线传输，通信受到限制。大，且只能直线传输，通信受到限制。第56页（2）空间激光通信）空间激光通信卫星间通信。卫星间通信。在靠近真空环境下进行激光通信，如卫星与在靠近真空环境下进行激光通信，如卫星与激光在真空中传输激光在真空中传输衰衰减减小小，可可用用小小功功率率激激光光器器实实现现远远距距离通信。离通信。优点：优点：Laser第57页（3）水下（对潜）通信）水下（对潜）通信利用波长为利用波长为0.460.53 m兰绿色激光（能穿透几百兰绿色激光（能穿透几百到几千米海水）在海水中进行通信。到几千米海水）在海水中进行通信。美国于美国于1981年在圣地亚年在圣地亚哥附近海域上空哥附近海域上空1200米米与水下与水下300米处潜艇用兰米处潜艇用兰绿色激光通信并获成功绿色激光通信并获成功第58页（4）激激光光光光纤纤通通信信：让让载载有有信信号号激激光光束束经经过过光光导导纤纤维维传输至对方以实现通信方法。传输至对方以实现通信方法。光导纤维光导纤维光缆光缆光放大器光放大器光光缆缆传导原理：全反射传导原理：全反射第59页4.2 光盘读写光盘读写 上上世世纪纪80年年代代，出出现现了了一一个个新新存存放放介介质质光光盘盘，因因为为它它存存放放密密度度高高而而被被广广泛泛应应用用于于音音响响影影视视及及计计算算机机设设备等领域，并逐步取代磁带、磁盘等存放介质。备等领域，并逐步取代磁带、磁盘等存放介质。第60页 CD/VCD/DVD是是经经过过在在涂涂有有玻玻璃璃层层主主盘盘上上，用用高高能能红红外外线线激激光光束束烧烧出出直直径径很很小小小小孔孔制制作作成成。用用这这种种主主盘盘做做成成模模子子，上上面面带带有有烧烧好好激激光光孔孔，然然后后往往模模子子上上注注入入熔熔化化各各种种碳碳酸酸盐盐酯酯，就就基基本本上上组组成成CD/VCD/DVD主主体体。接接着着在在碳碳酸酸盐盐酯酯上上沉沉淀淀一一薄薄层层反反射射铝铝，在在覆覆盖盖一一层层起起保保护护作作用用表表层层，CD/VCD/DVD 就就完完成成了。了。第61页4.3 激光全息激光全息（1）全息摄影全息摄影第62页（2）全息防伪）全息防伪第63页4.4 4.4 激光医疗激光医疗激光美容（打耳孔、除痣、去除纹身等等）激光美容（打耳孔、除痣、去除纹身等等）激光理疗激光理疗激光手术激光手术第64页激光医疗机激光医疗机第65页第66页4.5 4.5 激光材料加工激光材料加工激光雕刻激光雕刻激光切割激光切割激光焊接激光焊接第67页4.6 4.6 激光在军事上应用激光在军事上应用激光侦测激光侦测激光制导激光制导激光武器激光武器反激光武器反激光武器第68页（1）激光侦测激光侦测LaserA 激光警卫激光警卫光电探测器光电探测器夜夜色色降降临临，海海面面上上有有一一无无形形，视视而而不不见见，触触而而不不觉觉哨哨兵兵-红红外外激激光光探探测测器器监监视视着着海海面面，当当有有不不速速之之客客到到来来，光线挡断，光电探测器探测不到激光而进行声光报警光线挡断，光电探测器探测不到激光而进行声光报警Laser第69页B 激光测距激光测距原理：原理：主要结构：主要结构：激光发射器；激光发射器；电源和显示装置。电源和显示装置。激光接收器激光接收器；记时器记时器电电源源放大器放大器光电转光电转换换 器器距离显示器距离显示器Laser激光发射器；激光发射器；激光接收器；激光接收器；射向目标射向目标来自目标来自目标参考光第70页用途：用途：能快速而准确地测定目标距离，将距离信息直接能快速而准确地测定目标距离，将距离信息直接输送给火炮系统，大大提升武器射击精度以及首发命中输送给火炮系统，大大提升武器射击精度以及首发命中率。率。现实状况：现实状况：在各兵种中普遍使用。分别安装于各种坦在各兵种中普遍使用。分别安装于各种坦克、地炮、舰艇、飞机上（精度一米）克、地炮、舰艇、飞机上（精度一米）也可改作测高仪，用于飞机上测量沟渠、积雪、海浪、也可改作测高仪，用于飞机上测量沟渠、积雪、海浪、公路、树林高度。公路、树林高度。现在研制现在研制 激光相位测距仪，其精度可提升到激光相位测距仪，其精度可提升到0.1米。米。战例：战例：1982年年6月月6日日-11日日。以以色色列列对对黎黎巴巴嫩嫩作作战战中中，以以色色列列在在直直升升飞飞机机上上装装置置了了137枚枚陶陶氏氏反反坦坦克克导导弹弹向向黎黎巴巴嫩嫩坦坦克克发发起起攻攻击击。导导弹弹137枚枚，命命中中了了99枚枚。取得了很大成功。取得了很大成功。第71页战果：战果：投弹投弹-137枚枚命中命中-99枚枚死弹死弹-19枚枚因没安装激光测距仪因没安装激光测距仪而射远而射远-19枚枚没命中没命中-38枚，枚，其中：其中：卫星跟踪测距仪卫星跟踪测距仪第72页C 激光雷达和跟踪系统激光雷达和跟踪系统利用激光波束对目标进行探测和定位装置利用激光波束对目标进行探测和定位装置（普通雷达是利用微波对目标进行探测和定位）（普通雷达是利用微波对目标进行探测和定位）特点：特点：光波频率高、波束窄光波频率高、波束窄优点：优点：测量精度高；测量精度高；体积小、重量轻、机动性能好。体积小、重量轻、机动性能好。分辩率高；（波长短，波束窄）分辩率高；（波长短，波束窄）CO2激光雷达与微波雷达相比：测角精度高五倍，激光雷达与微波雷达相比：测角精度高五倍，测速精度高一万倍。测速精度高一万倍。CO2激光雷达可分辩激光雷达可分辩450米处，米处，3.2mm金属线。金属线。缺点：缺点：受天气影响，不能全天候工作。受天气影响，不能全天候工作。第73页D 激光侦察激光侦察“室内讲话，墙外有耳室内讲话，墙外有耳”第74页（2）激光制导）激光制导 利用激光控制炸弹、炮弹、导弹，使这之利用激光控制炸弹、炮弹、导弹，使这之“长长上眼睛上眼睛”，盯住目标，穷追不舍，直到将它毁灭。，盯住目标，穷追不舍，直到将它毁灭。A 激光波束（驾束）制导激光波束（驾束）制导装置：装置：A-激光照射器；激光照射器；B-导弹发射器；导弹发射器；C-尾部带有激光接尾部带有激光接 收器制导导弹。收器制导导弹。ACBC第75页制导原理：激光器向目标照制导原理：激光器向目标照射激光，导弹发射器发射导射激光，导弹发射器发射导弹，导弹尾部激光接收器接弹，导弹尾部激光接收器接收激光束信号，依接收信号收激光束信号，依接收信号强弱使导弹保特在激光束中，强弱使导弹保特在激光束中，直至命中目标。直至命中目标。A AAA激激光光驾驾束束制制导导优优点：点：系统小巧、轻便、系统小巧、轻便、适合用于单兵使用；适合用于单兵使用；缺点：技术难度大。缺点：技术难度大。B第76页弹体弹体B 半主动式激光制导半主动式激光制导导引头导引头控制系统控制系统45678123结构：结构：A）激光照射器）激光照射器B）导弹发射器）导弹发射器C）装有）装有“寻器寻器”导弹导弹1-滤光器；滤光器；2-透镜；透镜；3-光敏元件光敏元件；4-放大器放大器5-计算器计算器；6-自动驾驶仪；自动驾驶仪；7-舵面伺服仪。舵面伺服仪。电源电源第77页半主动式激半主动式激光制导过程光制导过程是是当当前前较较成成熟熟一一个个激激光光制制导导方方式式，多多用用于于对对付付地地面面目目标标。如如激激光光制制导导炸炸弹弹、炮炮弹、空地导弹等。弹、空地导弹等。第78页C 全主动式制导全主动式制导 激激光光照照射射器器与与目目标标寻寻器器均均装装在在导导弹弹弹弹体体上上。作作战战时时，激激光光照照射射器器向向目目标标照照射射激激光光，目目标标寻寻器器接接收收目目标标反反射射来来激光信号，将导弹导向目标。激光信号，将导弹导向目标。当前尚不很成熟！当前尚不很成熟！第79页Laser（3）激光武器）激光武器直直接接利利用用高高度度集集中中激激光光能能量量对对敌敌人人和和敌敌人人武武器器进进行行杀伤、破坏武器。杀伤、破坏武器。特点：特点：1）不需计算弹导，）不需计算弹导，“指哪打哪指哪打哪”。2）不需计算提前量，）不需计算提前量，“说时迟，那时快说时迟，那时快”。特。特 别适合攻击高速运动目标。别适合攻击高速运动目标。3）无反冲之扰；）无反冲之扰；4）不受电子干扰。）不受电子干扰。受天气影响，云雾、雨雪都有是受天气影响，云雾、雨雪都有是激光难以逾越障碍。激光难以逾越障碍。局限：局限：第80页A 低能激光武器（激光轻武器、单兵激光武器）低能激光武器（激光轻武器、单兵激光武器）a）激光手枪）激光手枪第一支激光手枪是用红宝石激光器制成第一支激光手枪是用红宝石激光器制成用用途途：可可在在几几米米内内烧烧毁毁衣衣服服、皮皮肤肤且且无无声声 响响。也也可可使使人人在在不不知知不不觉觉中中致致盲盲，近近距距离离内内引引爆爆，破破坏坏敌方夜视仪、测距仪等光电传感器。敌方夜视仪、测距仪等光电传感器。b）激光枪）激光枪用途：用途：可在更远距离内使人致盲引爆。可在更远距离内使人致盲引爆。破坏敌方夜视仪、测距仪等光破坏敌方夜视仪、测距仪等光电传感器且无声响、效益高。电传感器且无声响、效益高。第81页现实状况：现实状况：1978年就制造出来了第一支激光枪。年就制造出来了第一支激光枪。美美国国研研制制AN/PLQ-5激激光光反反抗抗装装置置，安安装装在在M16A2步步枪枪上上，总总重重11.6kg，电电池池包包重重7.6kg，可可提提供供发发射射3000次次电电力。力。海海湾湾战战争争中中已已将将其其布布置置在在战战场场上上。据据称称可可破破坏坏2km外外敌敌方方光光学学传传感感器器，对对人人当当然然可可起起到到致致盲盲作作用。用。美美国国洛洛克克希希德德.桑桑德德斯斯企企业业开开发发AN/PLQ-5激激光光反反抗抗装装置置。在在海湾战争中亮相。海湾战争中亮相。第82页c)激光致盲器激光致盲器发射一较强激光，发射一较强激光，烧坏敌人眼睛，烧坏敌人眼睛，使之致盲武器使之致盲武器激光致盲器是当前激光致盲器是当前真正进入实用阶段真正进入实用阶段激光武器。激光武器。呀！我眼看呀！我眼看不见了！不见了！第83页“魟鱼魟鱼”激光致盲武器激光致盲武器1982年开始研制，年开始研制，1990年年1-3月在野外试验成月在野外试验成功，海湾战争中装配在功，海湾战争中装配在美军第七步兵师，参加美军第七步兵师，参加了了“沙漠盾牌沙漠盾牌”和和“沙漠沙漠风暴风暴”作战。作战。激光眩目描准具（英国）激光眩目描准具（英国）是是一一个个激激光光致致盲盲描描准准具具，1982年年马马岛岛战战争争期期间间安安装装在在“竞竞技技神神”号号战战舰舰上上，不不料料实实战战中中效效果果良良好好，造造成成3架架阿阿根根廷廷飞飞机机失失事事。全全部部这这一一切切均均是是保保密密。直直至至1989年年英英军军舰舰“考考文文垂垂”号号上上因因帆帆布布未未盖盖好好才才被被记记者者拍拍下下照片，照片，1990年公布于世。年公布于世。第84页B 高能激光武器（激光炮）高能激光武器（激光炮）利利用用高高功功效效激激光光摧摧毁毁敌敌方方卫卫星星、导导弹弹、飞飞机机、坦坦克克等等大大型型目目标标武武器。（现仍在研制阶段）器。（现仍在研制阶段）历史与现实状况：历史与现实状况：1973年春，美军用激光年春，美军用激光炮一举击落长炮一举击落长4.57m时速时速482.8Km飞行靶机飞行靶机;1976年年以以用用激激光光炮炮击击落落两两架架飞飞行行于于900m高高空空高高空空无无人架驶飞机人架驶飞机;1978年年，美美国国陆陆军军用用激激光光炮炮在在1-2Km内内击击落落正正在在高高速速飞飞行行“陶陶式式”反坦克导弹，弹头裂成碎片。反坦克导弹，弹头裂成碎片。第85页美国与以色列联合研制了美国与以色列联合研制了“鹦鹉螺鹦鹉螺”战术高能激光战术高能激光反导武器反导武器:(仅仅1996年投资年投资1100万美元万美元)前前苏苏联联更更超超前前于于美美国国，曾曾先先后后进进行行过过十十八八次次反反卫卫星星试试验验，1975年年曾曾照照瞎瞎了了美美国国位位于于印印度度洋洋上上空空一一预预警警、通通信信卫卫星星，美美提提出出强强烈烈抗抗议议，苏苏联联说说没没有有这这回回事事，美美只只好好吃吃了一次哑吧亏。了一次哑吧亏。9090年年代代举举世世瞩瞩目目标标“星星球球大大战战计计划划”中中定定向向能能武武器器就就是是一一个个高高能能激激光光武武器器，现现转转称称为为“美美国国国国家家导导弹弹防防御计划御计划”，仍在大力研究。，仍在大力研究。美国化学激光器功率已到达美国化学激光器功率已到达2.2兆瓦兆瓦;初初步步方方案案:激激光光系系统统安安装装在在“布布雷雷德德利利”战战车车或或 5吨吨卡卡车上车上,4-5辆组成一战斗单元辆组成一战斗单元,以对付火箭威胁以对付火箭威胁.第86页第87页潜在应用潜在应用:用作防空武器用作防空武器;(能使导弹在能使导弹在19.3km处失灵处失灵,4.8km处处被摧毁被摧毁.作机载和舰载武器作机载和舰载武器;试验进展情况试验进展情况:1996年年2月月68日在美墨西哥州白沙导弹靶场成功地日在美墨西哥州白沙导弹靶场成功地进行了两次试验，摧毁了苏进行了两次试验，摧毁了苏BM-21火箭弹。火箭弹。被激光照被激光照射时照射时照片片摧毁时照片摧毁时照片第88页