今天这个讲座，我们讲的题目是激光材料加工原理。那么首先我们要搞清楚什么是激光，激光就是说它的英文的名字是叫Laser，那么Laser是一个英语的词组的的一个缩写，什么样的一个词组，就叫Light Amplification by Stimulated Excelmission of Radiation。好，那么这个词组的源头是什么地方，源头是1957年美国科学家叫戈登古尔德，他有一个实验记录，上面题目是激光可行性的一些粗略计算，那么这一个就是记载激光器制造的首次笔示的文件，那么谈首次写下了词组，就是刚才说的Light Amplification by Stimulated Excelmission of Radiation，那么这个词组，每一个词前面的LASER，缩写成一个Laser，当然它可以直接的翻译成中文，就是受激发射的光放大，那么这个Laser在海峡的彼岸，成为“雷射”，香港译为“莱泽”，1964年的时候，我们国家的著名学者钱学森先生，把Laser译为激光，语简意深，沿用至今。那么这一张，大家可以看到的，是戈登古尔德的照片，那么这个Laser到底是放大还是振荡，当然也是振荡也是放大，那么它是不是真的是放大呢，是不是真的能量是正向的，并不是那么回事，因为它总的能量是增加还是减少，应该说能量是有损耗的，总的能量，输入的能量是要比输出的能量要大得多。那么我们来看一看，什么是一个受激的发射，受激的发射也就是说，一个单一原子的时候，外面又有的光子，使低能机上面的粒子，进一步的跃迁到高能机上，那么这样就是说，这个原子就是处于激发态，同时在高能机上的例子，一下子就是从高能机跃迁到低能机，那么发出了波长同，一样的，方向也是一样的，像位也是一样的，加强的光，那么这个就叫受激发射。 那么受激发射这个概念是爱因斯坦在1917年就提出来了，他的理论认为，除了吸收和自发发射，还可以刺激电子发射的特定波长的光，所以受激发射是在我们激烈原理中间第一个重要的物理的概念。那么这个受激发射我们这里用三个图来表明，第一个图说明吸收，单一原子，什么叫原子吸收，当有一个弱色光的时候，那么这个原子可以，中间的这个电子可以吸收弱色的光子，从弱色的光子，这个电子就激发到高能机上面去，这个是一个吸收的过程，当然我们以后还要讨论到，这个吸引不是任意的弱色光都能吸收的，而一定它这个弱色光的能量，一定要符合它们这一种原子高电能的值差，差值的情况下才可能有吸收。那么吸收的反面就是发射，发射现在也分两类，一类叫自发发射，也就是说这类原子体系中间，从粒子从高能机跃迁到低能机，发出的能量是以光子的形式，这个叫自发发射。那么刚才已经说过了，当外面是有弱色光子，再激发呢，激发了低能机上的粒子跃迁到高能机上，那么高能机上的粒子数，就要比低能机上的粒子数多，高能机上的粒子数一下子全部跃迁到低能机上，这样子发出的光，这就是受激发射，当然，受激发射比自发发射的强度要大得多，所以那么这个就形成了一种激光，就是我们刚才说的激光。

那么激光有什么特点，激光的特点，就是它，第二个特点是方向性，第三个特点相关光，那么相关的条件是什么，相关的条件就是像位是相同的，方向是相同的，那么它的波长是相同的。所以呢，就形成了一个相关的加强的光，所以激光这个是这样子一个基本的特点。当然，我们有的教材上也可以归纳成四个、五个特点，我们这里就把基本的特点进行了表达。那么当然，激光器现在一下子发展起来，激光器的技术一下子走向了世界。那么激光的元件，零部件到底有多少，我们基本上可以把组成激光器的元件可以分成三个到四个大类，第一个大类就是我们的距离的光源，它可以是，也可以是激光二级管，这个是一类。第二个呢，它就是机会介质，这个就是我们的激光晶体。第三个部分，也就是要组成一个，我们这张图上两个平面的镜，形成一个镜是全反射的，就是100%反射，一个镜是输入差，是部分反射的，那么这是第三部分。因为激光，产生激光之后，本身这个晶体发热很大，所以第四个部分，我这个图上没有显示出来，第四部分就是冷却部分，一般的激光器都是由四大部分组成的。冷却的部分，主要是为了降温，能够使体系工作得比较稳定，是这样子一个目的。 好，那么当然，我们激光器有固态激光器，也有液态激光器的，也有燃料激光器等等，那么今天这个讲座，我们主要是讲着重固态的激光器，附带的讲一下气态的激光器，那么固态的激光器现在比较成熟的，用得比较多的，是由擦与的YAG，YAG是1064激光器，那么它的激光的搜索的波长是1064纳米，当然我们还有红宝石激光器，回头我们要讲到的。红宝石激光器，它是这个杂志，那么它的搜索波长是694.3纳米，它颜色是红色的，是红光，刚才说的1064纳米，这个净红外的红外光，那么当然，我们也有激光二级管的，那么它们有各种不同的波长，有975纳米的，也有808纳米的，这个就是975纳米，当然还是一个红外的光，808纳米就是已经带有一点红光了，当然它的波长的范围还是处在净红外。还有我们还有Excimer性的激光器，以及光纤激光器，光纤激光器现在的波长多数是在，也要看它参的杂志，多数是在1070纳米，我们当然还有气体激光器，当然比较常用的有激光器，用做测量方面用得比较多。还有二氧化碳激光器，二氧化碳激光器的波长正好是刚才说的参与的YAG激光器的10倍，他是10600纳米，它的波长，也是红外，它这个是净红外，已经靠近中红外了，那么气体激光器里面还有准分子激光器，所谓准分子激光器就是一些气体的，可以是化合物组成激光器发射的光，比如说ArF它的波长是193纳米，那么还有KrF它的搜索的是波长是248纳米，还有Xecl，它搜索的波长是308纳米，那么这都是处于之外的波长，我们刚才讲的固体激光器，固体激光器是我们用得比较多的，那么固体激光器其实里面刚才已经讲到了，它最重要的组成部分，有一个是激光的棒，固体的这个棒，刚才说的，比如说就是参与的YAG，也就是参与的，那么当然它又有一个胡光灯或者是一个闪光灯，来形成一个能源形成的光源，照射这个激光晶体，那么激光晶体通过第三个刚才已经说过，第三个部分，高反射的一个镜，还有一个是输出的，有输的，也就是说不是全部高反射的一个镜，那么这样子，这个激光就是在这个晶体里面，在经过这两个镜来回的反射，来回的放大，最后形成了激光的。那么这一张图，它是一个反射腔，是一个椭圆形的反射腔，大家从右下方可以看到，当我们这个红的是激光晶体，就放在一个椭圆的焦点上，这一个灯放在椭圆的另外一个焦点上，那么经过椭圆内腔，实际上是各种方向的放射，它这个光会聚到另外一个焦点上，也就是聚到激光晶体上面实现光放大。当然我们也有用两个灯，用两个灯来，那么这样的情况下面，我们就把激光的晶体放在中心，放在这个椭圆的中心，那么还有的就是说两个灯的位置都放在这个椭圆的两个焦点上，它的目的跟刚才是一样的，也就是说能够把这个距离的光，能够经过这个放射腔，进入到这个激光定义中心进行放大，来实现激光。

好，那么这张图具体的就是，我们这个固态激光器的，我们把它的盖子拿掉以后，这样是一个三维的示意图。那么请大家注意看到，中间的一部分，中间那部分是有激光的晶体，同时还有闪光灯，这个闪光灯在这里起的作用就是光源的作用，要去点亮激光晶体，同时在这个进行无限次的反射，那么所产生激光，请注意这个地方有一个冷却镜，就是一般我们用冷却水来进行冷却，也就是激光组成的第四个部分，那么是不是真是这四个部分，不是的，还有，我们有，主要的部件还有一个叫开关，也就是的开关，那它的开关是有什么作用，这里我们主要是用它把这个连续的激光，构成一个小的脉冲的激光，来提高它的峰值的功率，那么刚才我们已经说过了，像YAG，YAG激光器，产生激光的是波长是1064纳米，那么根据我们的工作需要，我们也可以把这个实施在激光这个系统中，这个就是一个的晶体。那么比如说，或者是一个，或者是像现在目前用的比较多的反射液晶体，那么晶体有什么作用，你们看，它这个地方出来的红外光，1064以后，频率增加1倍，那么就是它的波长就变成减半，变成一半，那么你们看，请看输出的就是绿光，532纳米就在绿光的范围。那么在左下方就是把这个激光系统打开以后，这个实体的照片，大家可以看到，原来是这样的，那么再下来当然因为最近这几年来，YAG是做的从70年代开始，做做做，做到经过了将近40年的过程做得很成熟，那么很成熟够不够，还是不够，为什么呢，因为它是这样的情况，YAG它是棒状的，它的温度分布就是这张投影片上，温度的分布中心温度很高，因为它这个圆柱体的边上，因为需要冷却，也是从这个地方开始进行冷却的，所以边上的温度比较低，所以这样的温度分布，形成了一个类似像抛物线，或者甚至像曲线，这样子一个分布，这个对于我们稳定的激光说出不好，中间的温度太高。所以近几年来，发展了的激光器，那么的激光器就是右面这张图，它的好处，首先的好处就是它这个因为是片状，所以表面的温度跟中心的温度一样的，几乎是一致的，那么这样的好处，不是产生的来影响激光的输出，同时它应该是散热比较好，那么这样的话激光的输出可以更稳定，那么这一张图就是讲，型的YAG的激光器的照片，这里我们还有的激光器怎么样子，这个光怎么进行偶尔的一个示意图，当然这个激光器，最近这几年越发展越成熟，那么这个用的都是固体激光器，那么刚才一开始的时候，我们提到过的红宝石激光器，红宝石激光器其实是我们第一代的固体激光器，那么为什么现在红宝石激光器会慢慢的就被取代了，因为第一代的红宝石激光器，它是一个三连接系统，而我们现在目前在市场上面大量用的是YAG激光器，他是四连接系统，这个是很大的差别，三连接系统那个激光的功率进一步提高有困难，也比较高。那么四连接系统，它就是可以保持上面的粒子数比较稳定，所以这样就可以得到一个稳定的激光的搜索。但是三连接系统，就没有像四连接系统那么优越。不过，就是无论如何第一台的红宝石激光器，在激光方面是实践上的突破。在1960年5月16号，在加州马利布市休斯实验室里，物理学家西奥多梅曼，他用一根直径为1厘米和长度为2厘米的人造的红宝石，什么红宝石，红宝石就是。那么他这两个断面进行抛光再镀银，他的目的是什么，就是使它们形成了两个反射面，那么它这样就形成了一个叫Fabry-Perot的，构成了第一台激光器，那么它的输出的波长是694.3纳米，那么梅曼他是用摄影用的闪光灯来作为激光器的泵浦源。1960年的7月7号，休斯公司举行了新闻发布会，宣布了梅曼的成功。请注意，其实第一台激光器的研制成功是在1960年5月16号，西方国家都拿这一天，来作为一个纪念日，来纪念激光器的实践上的突破。 那么梅曼是一个非常了不起的科学家了，那么他虽然没有得到诺贝尔奖，因为那个时候诺贝尔奖多数还是注重于理论的研究方面，没有很看重实验的方面，所以梅曼他在1987年的时候，才得到了发明第一个激光器的在日本的大奖，那么他到了2002年的时候，他在加拿大温哥华，温哥华那个地方有一个私立大学，叫Simon Fraser University，他演讲的时候说，他说你们中间假若有冒险找新路的，你要感谢真实的生活，你会发现，你偏离寻常智慧和夯实的路越多，你原有的一致性就会越少。自然，如果你所达到的目标瘀泥已有的观点相反，仍极其欣慰。即使你没有达到你的目标，你的选择仍得到厚报，因为你经历了探索的震撼和兴奋，你不会厌倦。他是说出了一个科学家的心里话，那么这张图呢，是讲红宝石激光器的结构，那么红宝石激光器的结构刚才已经简单说过了，其实它还是有电源、开关、闪光灯，还有就是作为放大截至的红宝石晶体，它的反射率分别为100%和95%，这样的反射镜组成的谐振腔。那么他的了不起，梅曼了不起的地方，也就是自从他发明了激光器以后，以后研发成功的各种不同类型的激光器，原理上都是一样的。那么梅曼是一个非常