激光原理与应用论文选题背景和意义

激光原理与应用论文选题背景和意义

激光的原理早在1916年已被著名的物理学家爱因斯坦发现，但是直到1958年激光才被首次成功制造。激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且在科学技术领域内的应用前景更是不可限量。激光对自然科学领域的渗透和影响，促进了各个学科的发展，并促成许多新学科的形成。可以说，激光技术是现代科学技术中最为活跃的领域之一。

前人研究的成果，所选题目到目前所研究到的状况，而你又对选题有何特别看法，为何会选此题，对前人的研究成果和看法有何异议或者是有何更深入的观点

半导体激光器（激光二极管）的工作原理

你不是吧？你想问的问题，恐怕一句半句很难说明白。

激光原理与应用论文选题背景及意义

一、原理原子的运动状态可以分为不同的能级，当原子从高能级向低能级跃迁时，会释放出相应能量的光子（所谓自发辐射）。同样的，当一个光子入射到一个能级系统并为之吸收的话，会导致原子从低能级向高能级跃迁（所谓受激吸收）；然后，部分跃迁到高能级的原子又会跃迁到低能级并释放出光子（所谓受激辐射）。这些运动不是孤立的，而往往是同时进行的。当我们创造一种条件，譬如采用适当的媒质、共振腔、足够的外部电场，受激辐射得到放大从而比受激吸收要多，那么总体而言，就会有光子射出，从而产生激光。二、分类根据产生激光的媒质，可以把激光器分为液体激光器、气体激光器和固体激光器等。而现在最常见的半导体激光器算是固体激光器的一种。三、构成激光器大多由激励系统、激光物质和光学谐振腔三部分组成。激励系统就是产生光能、电能或化学能的装置。目前使用的激励手段，主要有光照、通电或化学反应等。激光物质是能够产生激光的物质，如红宝石、铍玻璃、氖气、半导体、有机染料等。光学谐振控的作用，是用来加强输出激光的亮度，调节和选定激光的波长和方向等。四、应用激光应用很广泛，主要有 fiber communication， 激光测距、激光切割、激光武器、激光唱片等等。五、历史1958年，美国科学家肖洛和汤斯发现了一种神奇的现象：当他们将内光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时，晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。根据这一现象，他们提出了"激光原理"，即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激励时，都会产生这种不发散的强光--激光。

通俗讲就是能量转换！！

激光产生的过程如下：1、介质分子在外来能量的激发下跃迁到可以产生受激辐射的能级。2、一些在高能级的介质分子随机跃迁到低能级，并发射出一个光子。3、由于该能级可以产生受激辐射，所以在该光子击中另一个处于该能级的介质分子时，该介质分子产生受激辐射现象。即受入射光子的激发而从该能级跃迁至低能级，同时发射出一个和入射光子一模一样的光子。4、以上过程在谐振腔内进行，谐振腔两端是两块平行放置的反射镜，反射镜间距是受激辐射波长的整数倍。以使得只有完全垂直于两块反射镜的辐射被选择留下。5、被选择方向上的辐射不断增殖形成相干性非常好的激光光束。跃迁到低能级的介质分子在外来能量的激发下重新回到高能级，保证持续提供可激发的介质分子。6、谐振腔的一端放置的反射镜有一定的透射率，通过此端反射镜透射出来的光束就是我们可以使用的激光束。以上是激光发生原理的简述，请参考。至于应用，由于激光是方向性和相干性非常好的光，所以有很多适合激光的应用。如激光切割、激光美容、激光存储等等。

激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。英文名Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，意思是“通过受激辐射光扩大”。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程。激光的原理早在 1916年已被著名的犹太裔物理学家爱因斯坦发现。原子受激辐射的光，故名“激光”：原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级的时候，所释放的能量以光子的形式放出。被引诱（激发）出来的光子束（激光），其中的光子光学特性高度一致。因此激光相比普通光源单色性、方向性好，亮度更高。激光应用很广泛，有激光打标、激光焊接、激光切割、光纤通信、激光测距、激光雷达、激光武器、激光唱片、激光矫视、激光美容、激光扫描、激光灭蚊器、LIF无损检测技术等等。激光系统可分为连续波激光器和脉冲激光器。

激光的原理及应用论文选题背景和意义

三维激光雷达在无人驾驶中的应用：1、研究背景：随着科技的发展，时代的进步，无人驾驶汽车逐渐兴起，然而对无人驾驶汽车周围的环境进行探测便成为了一项十分重要的问题。2、意义：通过检测目标物体的空间方位和距离，提供目标的激光反射强度信息，提供被检测目标的详细形状描述，在光照条件好的环境下表现优秀，而且在黑夜和雨天等极端情况下也有较好表现。实际应用分析：1、定位：在一些城市、建筑和树比较多的地方，以及进隧道、出隧道，它的信号容易中断。同时，也有用摄像头等传感器感知外部环境、构建环境模型并利用该模型确定车辆所在的位置的方式，但其对环境的依赖比较强，比如逆光或雨雪天气下，这种定位容易失效。2、障碍物的检测和分类：通过点云做关联目标，知道上一帧和下一帧是否属于同一个物体，再进行目标跟踪，输出目标跟踪信息。3、用于先进驾驶辅助系统：利用安装于车上的各式各样的传感器， 在第一时间收集车内外的环境数据， 进行静、动态物体的辨识、侦测与追踪等技术上的处理， 从而能够让驾驶者在最快的时间察觉可能发生的危险， 以引起注意和提高安全性的主动安全技术。

一、原理原子的运动状态可以分为不同的能级，当原子从高能级向低能级跃迁时，会释放出相应能量的光子（所谓自发辐射）。同样的，当一个光子入射到一个能级系统并为之吸收的话，会导致原子从低能级向高能级跃迁（所谓受激吸收）；然后，部分跃迁到高能级的原子又会跃迁到低能级并释放出光子（所谓受激辐射）。这些运动不是孤立的，而往往是同时进行的。当我们创造一种条件，譬如采用适当的媒质、共振腔、足够的外部电场，受激辐射得到放大从而比受激吸收要多，那么总体而言，就会有光子射出，从而产生激光。二、分类根据产生激光的媒质，可以把激光器分为液体激光器、气体激光器和固体激光器等。而现在最常见的半导体激光器算是固体激光器的一种。三、构成激光器大多由激励系统、激光物质和光学谐振腔三部分组成。激励系统就是产生光能、电能或化学能的装置。目前使用的激励手段，主要有光照、通电或化学反应等。激光物质是能够产生激光的物质，如红宝石、铍玻璃、氖气、半导体、有机染料等。光学谐振控的作用，是用来加强输出激光的亮度，调节和选定激光的波长和方向等。四、应用激光应用很广泛，主要有 fiber communication， 激光测距、激光切割、激光武器、激光唱片等等。五、历史1958年，美国科学家肖洛和汤斯发现了一种神奇的现象：当他们将内光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时，晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。根据这一现象，他们提出了"激光原理"，即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激励时，都会产生这种不发散的强光--激光。

激光产生的过程如下：1、介质分子在外来能量的激发下跃迁到可以产生受激辐射的能级。2、一些在高能级的介质分子随机跃迁到低能级，并发射出一个光子。3、由于该能级可以产生受激辐射，所以在该光子击中另一个处于该能级的介质分子时，该介质分子产生受激辐射现象。即受入射光子的激发而从该能级跃迁至低能级，同时发射出一个和入射光子一模一样的光子。4、以上过程在谐振腔内进行，谐振腔两端是两块平行放置的反射镜，反射镜间距是受激辐射波长的整数倍。以使得只有完全垂直于两块反射镜的辐射被选择留下。5、被选择方向上的辐射不断增殖形成相干性非常好的激光光束。跃迁到低能级的介质分子在外来能量的激发下重新回到高能级，保证持续提供可激发的介质分子。6、谐振腔的一端放置的反射镜有一定的透射率，通过此端反射镜透射出来的光束就是我们可以使用的激光束。以上是激光发生原理的简述，请参考。至于应用，由于激光是方向性和相干性非常好的光，所以有很多适合激光的应用。如激光切割、激光美容、激光存储等等。

激光原理光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子，同时改变自身运动状况的表现。微观粒子都具有特定的一套能级（通常这些能级是分立的）。任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的物质与光相互作用的规律状态（或者简单地表述为处在某一个能级上）。与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E，频率为ν=△E/h（h为普朗克常量）。激光的理论基础起源于大物理学家爱因斯坦，1917年爱因斯坦提出了一套全新的技术理论‘光与物质相互作用’。这一理论是说在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。

激光的原理及应用论文选题背景及意义

三维激光雷达在无人驾驶中的应用：1、研究背景：随着科技的发展，时代的进步，无人驾驶汽车逐渐兴起，然而对无人驾驶汽车周围的环境进行探测便成为了一项十分重要的问题。2、意义：通过检测目标物体的空间方位和距离，提供目标的激光反射强度信息，提供被检测目标的详细形状描述，在光照条件好的环境下表现优秀，而且在黑夜和雨天等极端情况下也有较好表现。实际应用分析：1、定位：在一些城市、建筑和树比较多的地方，以及进隧道、出隧道，它的信号容易中断。同时，也有用摄像头等传感器感知外部环境、构建环境模型并利用该模型确定车辆所在的位置的方式，但其对环境的依赖比较强，比如逆光或雨雪天气下，这种定位容易失效。2、障碍物的检测和分类：通过点云做关联目标，知道上一帧和下一帧是否属于同一个物体，再进行目标跟踪，输出目标跟踪信息。3、用于先进驾驶辅助系统：利用安装于车上的各式各样的传感器， 在第一时间收集车内外的环境数据， 进行静、动态物体的辨识、侦测与追踪等技术上的处理， 从而能够让驾驶者在最快的时间察觉可能发生的危险， 以引起注意和提高安全性的主动安全技术。

一、原理原子的运动状态可以分为不同的能级，当原子从高能级向低能级跃迁时，会释放出相应能量的光子（所谓自发辐射）。同样的，当一个光子入射到一个能级系统并为之吸收的话，会导致原子从低能级向高能级跃迁（所谓受激吸收）；然后，部分跃迁到高能级的原子又会跃迁到低能级并释放出光子（所谓受激辐射）。这些运动不是孤立的，而往往是同时进行的。当我们创造一种条件，譬如采用适当的媒质、共振腔、足够的外部电场，受激辐射得到放大从而比受激吸收要多，那么总体而言，就会有光子射出，从而产生激光。二、分类根据产生激光的媒质，可以把激光器分为液体激光器、气体激光器和固体激光器等。而现在最常见的半导体激光器算是固体激光器的一种。三、构成激光器大多由激励系统、激光物质和光学谐振腔三部分组成。激励系统就是产生光能、电能或化学能的装置。目前使用的激励手段，主要有光照、通电或化学反应等。激光物质是能够产生激光的物质，如红宝石、铍玻璃、氖气、半导体、有机染料等。光学谐振控的作用，是用来加强输出激光的亮度，调节和选定激光的波长和方向等。四、应用激光应用很广泛，主要有 fiber communication， 激光测距、激光切割、激光武器、激光唱片等等。五、历史1958年，美国科学家肖洛和汤斯发现了一种神奇的现象：当他们将内光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时，晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。根据这一现象，他们提出了"激光原理"，即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激励时，都会产生这种不发散的强光--激光。

激光产生的过程如下：1、介质分子在外来能量的激发下跃迁到可以产生受激辐射的能级。2、一些在高能级的介质分子随机跃迁到低能级，并发射出一个光子。3、由于该能级可以产生受激辐射，所以在该光子击中另一个处于该能级的介质分子时，该介质分子产生受激辐射现象。即受入射光子的激发而从该能级跃迁至低能级，同时发射出一个和入射光子一模一样的光子。4、以上过程在谐振腔内进行，谐振腔两端是两块平行放置的反射镜，反射镜间距是受激辐射波长的整数倍。以使得只有完全垂直于两块反射镜的辐射被选择留下。5、被选择方向上的辐射不断增殖形成相干性非常好的激光光束。跃迁到低能级的介质分子在外来能量的激发下重新回到高能级，保证持续提供可激发的介质分子。6、谐振腔的一端放置的反射镜有一定的透射率，通过此端反射镜透射出来的光束就是我们可以使用的激光束。以上是激光发生原理的简述，请参考。至于应用，由于激光是方向性和相干性非常好的光，所以有很多适合激光的应用。如激光切割、激光美容、激光存储等等。

激光原理光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子，同时改变自身运动状况的表现。微观粒子都具有特定的一套能级（通常这些能级是分立的）。任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的物质与光相互作用的规律状态（或者简单地表述为处在某一个能级上）。与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E，频率为ν=△E/h（h为普朗克常量）。激光的理论基础起源于大物理学家爱因斯坦，1917年爱因斯坦提出了一套全新的技术理论‘光与物质相互作用’。这一理论是说在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。

激光的原理与应用论文选题背景

激光原理光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子，同时改变自身运动状况的表现。微观粒子都具有特定的一套能级（通常这些能级是分立的）。任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的物质与光相互作用的规律状态（或者简单地表述为处在某一个能级上）。与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E，频率为ν=△E/h（h为普朗克常量）。激光的理论基础起源于大物理学家爱因斯坦，1917年爱因斯坦提出了一套全新的技术理论‘光与物质相互作用’。这一理论是说在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。

你不是吧？你想问的问题，恐怕一句半句很难说明白。

爱因斯坦在1930年代描述了原子的受激辐射。在此之后人们很长时间都在猜测，这个现象可否被用来加强光场，因为前提是介质必须存在着群数反转(或译居量反转)population inversion的状态。在一个二级系统中，这是不可能的。人们首先想到用三级系统，而且计算证实了辐射的稳定性。1958年，美国科学家肖洛Schawlow和汤斯Townes发现了一种神奇的现象：当他们将氖光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时，晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。根据这一现象，他们提出了"激光原理"，即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激励时，都会产生这种不发散的强光--激光。他们为此发表了重要论文。(1964 Nobel Price of Physics)肖洛和汤斯的研究成果发表之后，各国科学家纷纷提出各种实验方案，但都未获成功。1960年5月16日，美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为6943微米的激光，这是人类有史以来获得的第一束激光，梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。1960年7月7日，梅曼宣布世界上第一台激光器由诞生，梅曼的方案是，利用一个高强闪光灯管，来刺激红宝石。由于红宝石其实在物理上只是一种掺有铬原子的刚玉，所以当红宝石受到刺激时，就会发出一种红光。在一块表面镀上反光镜的红宝石的表面钻一个孔，使红光可以从这个孔溢出，从而产生一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一点时，可使其达到比太阳表面还高的温度。前苏联科学家尼古拉·巴索夫于1960年发明了半导体激光器。半导体激光器的结构通常由p层、n层和形成双异质结的有源层构成。其特点是：尺寸小，p合效率高，响应速度快，波长和尺寸与光纤尺寸适配，可直接调制，相干性好。在1980年代后期，半导体技术使得更高效而耐用的半导体激光二极管成为可能，这些在小功率的CD和DVD光驱和光纤数据线中得到使用。在1990年代，高功率的激光激发原理得到实现，比如片状激光和纤维激光。后者由于新的加工技术和20kW的高功率不断地被应用到材料加工领域中，从而部分的替代了CO2激光和Nd:YAG-激光。2000年代，激光的非线性得到利用，来制造X射线脉冲（来跟踪原子内部的过程）；另一方面，蓝光和紫外线激光二极管已经开始进入市场。在2009年，中国研制出一种名为氟代硼铍酸钾(KBBF)的晶体，可用于激发深紫外线激光，一旦成功应用，可令每片光盘的容量超过1TB，亦使半导体上可存储的电路密度大幅提高[1]。现在，激光器已成为工业，通讯，科学及电子娱乐中的重要设备。