【正文】 少單位投入生產(chǎn)。國外除上述應(yīng)用外，還在不斷擴展其應(yīng)用領(lǐng)域。5 我國激光產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀我國激光制造技術(shù)的應(yīng)用研究水平和應(yīng)用規(guī)模，與發(fā)達國家相比，差距很大。在產(chǎn)業(yè)方面，一些中、高檔激光產(chǎn)品及其材料、元器件仍然停留在開發(fā)階段，或尚未形成規(guī)模，高檔、高智能、高自動化的激光產(chǎn)品比較缺乏。不少激光加工應(yīng)用在我國仍是空白或剛起步，如激光微加工、特種材料加工、激光納米加工以及飛秒激光加工等。國內(nèi)工業(yè)激光企業(yè)的力量從技術(shù)、性能、資金、規(guī)模等比較弱??；企業(yè)的核心技術(shù)競爭力不足，“產(chǎn)品結(jié)構(gòu)”趨同，以及缺少一些重大創(chuàng)新有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，是目前國內(nèi)激光產(chǎn)業(yè)存在著的一個較為嚴重的問題。中國加入WTO后，進口激光產(chǎn)品的價格降低，使國產(chǎn)激光產(chǎn)品的市場份額、價格和利潤受到嚴重威脅。由于海外公司的紛紛涌人，人才競爭局面更趨激烈[9]。在激光加工應(yīng)用推廣方面也有不少困難，例如，我國制造業(yè)中的很大一部份是組裝業(yè)，以國內(nèi)現(xiàn)有的工業(yè)基礎(chǔ)很難對一些國外引進組裝機械中傳統(tǒng)工藝進行改造更新、采用諸如激光加工之類的新工 藝。激光加工是一門2l世紀發(fā)展極快的新制造技術(shù)，必將為我國傳統(tǒng)工業(yè)的技術(shù)改造，新興工業(yè)領(lǐng)域以及制造業(yè)的現(xiàn)代化提供先進的技術(shù)裝備。面對日益增長的巨大的激光加工應(yīng)用市場和國際競爭新格局，中國的激光加工技術(shù)急需有一個大的突破，激光加工技術(shù)產(chǎn)業(yè)化急需有一個大的發(fā)展。這種狀況給國內(nèi)從事激光、激光加工技術(shù)設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)的企業(yè)帶來極好機遇和挑戰(zhàn)6 結(jié)論激光由于其眾多的優(yōu)點，越來越受到人們的重視，因此大力發(fā)展激光產(chǎn)業(yè)，可以極大地帶動我國的生產(chǎn)力的進步，尤其是機械加工行業(yè)。伴隨著我國加入WT O, 中國潛在的巨大市場已向國外敞開, 國外激光廠商紛紛把目光聚焦于中國市場[11][10]。中國激光產(chǎn)業(yè)將經(jīng)歷一個嬗變的過程，我們必須采取切實有效的措施促進本國激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。所以我們必須作好以下幾個方面的工作:（1）加強核心技術(shù)的培育。（2）加大人才的引進。（3）疏通融資渠道。（4）加強區(qū)域內(nèi)同行業(yè)的聯(lián)盟。參考文獻[1] 董鋒,[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化 , 2003,(04).[2] [J]光電子技術(shù)與信息 , 2001,(04).[3] 胡興軍,[J].蘇南科技開發(fā) , 2004,(11).[4] [J]衡器 , 2003,(01).[5] 郝喜海，吳若梅，[J]機械制造 , 1999,(08).[6] 胡興軍,[J].蘇南科技開發(fā) , 2004,(11).[7] [J].鍛壓機械 , 2002,(02).[8] [J].光電子技術(shù)與信息 , 1996,(03).[9] [J].光機電信息 , 1995,(05).[10][J].激光與光電子學進展 , 2002,(01).[11]鄧樹森．中國激光加工產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀[N]．上海激光通訊．2002／7；制造技術(shù)與激光加工[J]．激光集錦．2003：13(4)：16—20．第五篇：激光原理與應(yīng)用教案激光原理與應(yīng)用教案本節(jié)課教學目標：讓學生了解激光的歷史，激光形成及發(fā)展、理論體系的形成。讓學生了解激光科學的分支及激光在軍事、信息技術(shù)、醫(yī)療等方面的應(yīng)用；本節(jié)課教學內(nèi)容：1．激光的概念：激光——利用受激輻射的光放大。LASER——Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 2． 激光的發(fā)現(xiàn)：最早在1917年——Einstein首次預(yù)言受激輻射激光，歷史上首先在微波波段實現(xiàn)量子放大（1953），1954年——, , 使用NH3分子射束實現(xiàn)Maser向更短波長進發(fā)——ammonia beam maser，1958年——, , ——laser，1960年—— of Bell Lab 紅寶石 首次實現(xiàn)laser l=6943197。 紅光（早期的名稱：萊塞、光量子振蕩器、光激射器 受激光，“激光”——錢學森在1963年提出。61年 中國（亞洲）第一臺激光器誕生在長春（長春光機所和光機學院），由王之江院士發(fā)明。激光科學技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)學科——光譜學，物理光學，固體物理，物質(zhì)結(jié)構(gòu)，無線電電子學。推動力——廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域：核聚變，加工，熱處理，通訊，測距，計量，醫(yī)療可調(diào)諧性和超短脈沖——高時間、空間分辨、能量分辨。3．激光與普通光源的區(qū)別？（1）良好的單色性。單色性指光源發(fā)射的光波長范圍很小，測距。（2）良好的方向性。激光的光束幾乎只沿著一個方向傳輸。測距，通信。（3）高亮度。激光功率集中在極小的空間范圍內(nèi)。切割，手術(shù)，軍事。（4）極好的相干性。各列波在很長的時間內(nèi)存在恒定的相位差。精確測距。4．激光的應(yīng)用。（1）信息科學領(lǐng)域。激光雷達，空間通信。（2）醫(yī)學領(lǐng)域。激光穿心術(shù)，激光眼科手術(shù)，激光牙科手術(shù)。（3）工業(yè)領(lǐng)域。激光切割，激光打孔，飛秒激光微加工，激光全息，激光電視。（4）能源方面。激光受控核聚變，神光裝置。（5）軍事領(lǐng)域。低能和高能激光武器，太空武器等，激光測距。5．激光器的組成激光器由泵浦源，工作物質(zhì)和諧振腔組成。由外界激勵源的激發(fā)在工作物質(zhì)的能級之間實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是形成激光的內(nèi)在依據(jù)。光學諧振腔是形成激光的外部條件。本節(jié)課教學手段與方法：采用多媒體形式。播放了世界上第一臺激光器的發(fā)明電影短片，并采用豐富的圖片總結(jié)性地講述激光與普通光源的區(qū)別和激光廣泛的應(yīng)用。第一章 輻射理論概要與激光產(chǎn)生的條件167。本節(jié)課教學目標：讓學生光的本質(zhì)及光的經(jīng)典理論。本節(jié)課教學內(nèi)容： 1．光波電磁波理論雖然使光的波動說一度占領(lǐng)了光學領(lǐng)域，但19世紀末，實踐中遇到的光與物質(zhì)相互作用的許多 現(xiàn)象卻無法解釋，如黑體輻射、光的吸收與發(fā)射、光電效應(yīng)、光化學反應(yīng)等。1905年，愛因斯坦發(fā)展了普朗克的量子假說，在一種全新的物理意義上提出了光子學說。愛因斯坦認為光子既是粒子、同時又是波。光在與物質(zhì)相互作用時粒子性明顯，光在傳播中則波動性突出。光的這種粒子性和波動性相互對立又并存的性質(zhì)，叫做光的“波粒二象性”。光波是一種電磁波，是E和B的振動和傳播。習慣上把電矢量叫做光矢量。光速、頻率和波長三者的關(guān)系υ=cm222。υ=ln(l=l0)m2．單色平面波波面——相位相同的空間各點構(gòu)成的面平波面——波面是彼此平行的平面,且在無吸收介質(zhì)中傳播時,波的振幅保持不變。單色平波面——具有單一頻率的平面波。實際上任何光波都不可能是全單色的，總有一定的頻率寬度。當△v＜＜v0時，就叫準單色波。簡諧波——理想單色平面波簡諧波方程： U=U0cosw(tt)=U0cosw(tzc)2pt2pzU=U0cosw(tz)=U0cos()cTl3．光子在真空中一個光子的能量為e，動量為P，則它們與光波頻率，波長之間的關(guān)系：e=hνvhνvhvh2pvhvP=n0=n0=n0=kcl2pl2p式中h是普朗克常數(shù)，h=1034J?S 本節(jié)課教學手段與方法：采用多媒體形式。用豐富的圖片來說明光的經(jīng)典理論。167。本節(jié)課教學目標：理解原子能級和簡并度、原子狀態(tài)的標記； 掌握玻爾茲曼分布、輻射躍遷和非輻射躍遷本節(jié)課教學內(nèi)容：（1）主量子數(shù)n，n＝1，2，3，?代表電子運動區(qū)域的大小和它的總能量的主要部分。(n（2）輔量子數(shù)l, l =0 ,1 ,2 L 1)代表軌道的形狀和軌道角動量，這也同電子的能量有關(guān)。（3）磁量子數(shù)（即軌道方向量子數(shù)）m=0，177。1，177。2，177。l? 代表軌道在空間的可能取向，即軌道角動量在某一特殊方向的分量（4）自旋量子數(shù)（即自旋方向量子數(shù)）ms= 177。1/2，代表電子自旋方向的取向，也代表電子自旋角動量在某一特殊方向的分量，表示有不同的電子運動狀態(tài)（1）電子的能級，依次用E0，E1，E2，? En表示（2）基態(tài)：原子處于最低的能級狀態(tài)（3）激發(fā)態(tài)：能量高于基態(tài)的其它能級狀態(tài)現(xiàn)考慮由n0個相同原子(分子或離子)組成的系統(tǒng)，在熱平衡條件下，原子數(shù)按能級分布服從波爾茲曼定律ni181。gieEi kTnmgm=enngn(EmEn)kT分別處于Em和En能級上的原子數(shù)nm和nn必然滿足下一關(guān)系4．輻射躍遷和非輻射躍遷（1）輻射躍遷：發(fā)射或吸收光子從而使原子造成能級間躍遷的現(xiàn)象（2）非輻射躍遷：原子在不同能級躍遷時并不伴隨光子的發(fā)射和吸收，而是把多余的能量傳給了別的原子或吸收別的原子傳給它的能量。本節(jié)課教學手段與方法：采用多媒體形式。先復(fù)習原子的四個量子數(shù)，再對簡并、簡并度進行定義。闡明在熱平衡情況下，處于高能態(tài)的粒子數(shù)總是小于處于低能態(tài)的粒子數(shù)的這一規(guī)律。最后介紹原子的輻射躍遷和非輻射躍遷。167。本節(jié)課教學目標：了解光與物質(zhì)的相互作用，掌握這種相互作用中的受激輻射過程是激光器的物理基礎(chǔ)，根據(jù)光與物質(zhì)的相互作用物理模型分析空腔黑體的熱平衡過程，從而導出愛因斯坦三系數(shù)之間的關(guān)系。本節(jié)課教學內(nèi)容：一、經(jīng)典的輻射理論引用偶極子的概念，反映了光的發(fā)射和吸收過程的規(guī)律；二、黑體熱輻射的實驗現(xiàn)象；三、光和物質(zhì)的相互作用（重點、難點）——粒子只有間距為hv=E2－E1(E2＞E1)的二個能級,且它們符合輻射躍遷選擇定則?！?1).自發(fā)發(fā)射、(2).受激輻射、(3).受激吸收以及各個過程的特點、系數(shù)、各系數(shù)的物理意義；四、愛因斯坦三系數(shù)的相互關(guān)系的推導，五、自發(fā)輻射功率與受激輻射功率的計算（重點）討論: 創(chuàng)造條件，增大受激輻射程度的方法。本節(jié)課教學手段：采用多媒體形式。先介紹經(jīng)典的輻射理論，反映了光的發(fā)射和吸收過程的規(guī)律、再介紹黑體熱輻射，重點介紹光和物質(zhì)的相互作用過程、愛因斯坦粒子模型，講解清楚電磁場與物質(zhì)的三種相互作用過程的特點、系數(shù)、各系數(shù)的物理意義。最后導出自發(fā)輻射功率與受激輻射功率的計算和比較，引導學生討論創(chuàng)造怎樣的條件，可增大受激輻射程度，達到激光的目的。167。本節(jié)課教學目標：了解光譜線型對光與物質(zhì)的作用的影響，分析引起譜線加寬的各種物理機制,并根據(jù)不同的物理過程求出g(ν,ν。)的具體函數(shù)形式。本節(jié)課教學內(nèi)容：一、光譜線，線型和光譜線寬度1．原子輻射的波不是單色的，而是分布在中心頻率(E2E1)/h附近一個很小的頻率范圍內(nèi)。，在有限寬度的頻率范圍內(nèi)，光強的相對強度也不一樣。二、自然增寬（重點）——描述原子內(nèi)部電子的運動,其物理模型就是按簡諧振動或阻尼振動規(guī)律運動的電偶極子,稱為簡諧振子。2．衰減振動不是簡諧振動，因此原子輻射的波不是單色的，譜線具有有限寬度。3．自然增寬: 作為電偶極子看待的原子作衰減振動而造成的譜線增寬。DνN2pfN(ν)=4．自然增寬的譜線型函數(shù)：（難點）(νν0)2+(DνN2)2——測不準關(guān)系，對原子的能級來說，時間的不確定值就是原子的平均壽命，則能級有一定寬度。三、碰撞增寬（重點）1．自然增寬是假設(shè)原子彼此孤立并且靜止不動所造成的譜線增寬。而碰撞增寬是考慮了發(fā)光原子間的相互作用造成的，碰撞使原子發(fā)光中斷或光波位相發(fā)生突變，即使發(fā)光波列縮短。fc(ν)=2．碰撞增寬的譜線型函數(shù)：四、多普勒增寬多普勒增寬——光源與接收器相對運動引起的頻移導致的譜線增寬。Dνc2p(νν0)2+(Dνc2)2本節(jié)課教學手段：采用多媒體形式。先介紹原子在發(fā)輻射過程中，各種因素的影響,自發(fā)輻射并不是單色的,而是分布在中心頻率(E2E1)/h附近一個很小的頻率范圍內(nèi)。引入譜線加寬的概念。定義線型函數(shù)為f(n)=I(n)=I0I(n)242。I(n)dn再分析引起譜線加寬的各種物理機制,并根據(jù)不同的物理過程求出f（ν）的具體函數(shù)形式。167。本節(jié)課教學目標：掌握產(chǎn)生激光的基本條件 ——激發(fā)射占優(yōu)勢、產(chǎn)生激光必須具備的三個條件；本節(jié)課教學內(nèi)容：一、介質(zhì)中光的受激輻射放大（重點、難點），首先必須使介質(zhì)中的受激輻射大于受激吸收。、增益介質(zhì)與增益系數(shù)。二、光學諧振腔和閾值條件，還要采取什么措施使受激輻射成為增益介質(zhì)中的主要發(fā)光過程，而不是自發(fā)輻射？，；4．產(chǎn)生激光必須具備的條件（重點）（1）激勵能源——把介質(zhì)中的粒子不斷地由低能級抽運到高能級去（2）增益介質(zhì)——能在外界激勵能源的作用下形成粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)本節(jié)課教學手段：采用多媒體形式。介紹光放大的條件——集居數(shù)反轉(zhuǎn)。一定的條件下物質(zhì)的光吸收可以轉(zhuǎn)化為自己的對立面——光放大；引進光放大物質(zhì)的增益系數(shù)與增益曲線；再介紹自激振蕩概念，以及激光器應(yīng)包括光放大器和光諧振腔兩部分，最后導出產(chǎn)生激光必須具備的條件。第二章 激光器的工作原理167。本節(jié)課教學目標：了解光學諧振腔的作用，它是理解激光的相干性、方向性、單色性等一系列重要特性，進行激光器件的設(shè)計和裝調(diào)的基礎(chǔ)，也是研究和掌握激光本技術(shù)和應(yīng)用的基礎(chǔ)。根據(jù)幾何偏折損耗的高低．開放式 光腔可以分為穩(wěn)定腔和非穩(wěn)腔。本節(jié)課教學內(nèi)容：一、光學諧振腔結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性 1．光腔的作用 2．光腔的構(gòu)成和分類二、腔 —— 開放式共軸球面光學諧振腔的構(gòu)成（重點）三、腔按幾何損耗(幾何反射逸出)的分類:四、共軸球面諧振腔的穩(wěn)定性條件五、軸球面諧振腔的穩(wěn)定圖及其分類（重點）六、穩(wěn)定圖: 穩(wěn)定條件的圖示七、定圖的應(yīng)用（重點、難點）例(a)要制作一個腔長L＝60cm的對稱穩(wěn)定腔，反射鏡的曲率半徑取值范圍如何？(b)穩(wěn)定腔的一塊反射鏡的曲率半徑R1＝4L，求另一面鏡的曲率半徑取值范圍。本節(jié)課教學手段：采用多媒體形式。先回顧產(chǎn)生激光的必要條件，引進對光腔問題的研究在激光技術(shù)中具有重要的理論和實踐意義。再介紹開放式共軸球面光學諧振腔的構(gòu)成，并根據(jù)光腔按幾何損耗進行分類以及光腔穩(wěn)定條件、軸球面諧振腔的穩(wěn)定圖。重點介紹對稱共焦腔是最重要和最具有代表性的一種穩(wěn)定腔。最后用圖直觀地表示穩(wěn)定條件——穩(wěn)定圖及穩(wěn)定圖的應(yīng)用。167。本節(jié)課教學目標：掌握速率方程方法以及速率方程的求解步驟，通過求解速率方程組，了解可實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的幾種量子系統(tǒng)。從而知道在光頻區(qū), 二能級系統(tǒng)不可能實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；而三能級系統(tǒng)雖然可以實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，但