激光技术实验报告
实验一 氦氖激光系列实验
一、实验内容：1、氦氖激光器的调节 2、氦氖激光器的输出功率 3、氦氖激光器发散角测量
4、用共焦球面扫描干涉仪观察、分析、判断激光器的模式组成 二、实验仪器：
氦氖激光器、调节板、谐振腔反射镜、半内腔氦氖激光器、激光功率指示仪、共焦扫描仪、示波器 三、实验原理及方法
1.氦氖激光器半内腔谐振腔的调节使用激光准直法：用已有的准直氦氖激光器，首先调节氦氖半腔激光器，然后加入输出镜，利用准直氦氖激光器，调节输出镜，使全反镜和输出镜平行，满足激光产生的条件。实验图示如下：
天津市拓普仪器有限公司
-3氦氖激光器系列实验装置
天津市拓普仪器有限公司
谐振腔反射镜
调节板
氦氖激光器
半外腔氦氖激光器
2. 激光功率稳定性是指功率随时间的漂移，功率漂移大小。激光管点燃20-30分钟以后，将激光光束打到激光功率指示仪探头中心位置，连续记录激光器的功率以及时间。并绘制时间t 和功率p 之间的关系曲线。根据公式（以取十次为例）
10/10
1
0∑==
i i
P P
其中：0P 为十次测量的平均值。 激光器功率漂移
=η%100/0??P P 其中2/)(min max P P P -=?
固定输出镜，调至出光，旋转输出镜俯仰倾斜旋钮，结合功率计，将其输出调至最大。打开激光器电源并预热20～30分钟，将激光器光束对准激光功率指示仪探头中心位置，每隔10分钟记录一次，测量氦氖激光器的输出功率随时间变化曲线。
3. 用刀口法可以测定光斑的大小和验证光斑的光强分布是高斯分布。实验中使刀口平行于y 轴，沿垂直于x 轴方向移动当刀口缓慢推入光束时，设刀口挡住了a x ≤的所有点。未被刀口挡住而通过的光功率P 用余误差函数表示为：
)2(
2
),(0a W
erf c P dxdy y x I P a
=
=
??
如果先用刀口把光束全部挡住，然后把刀口缓慢拉出时，未被刀口挡住而通过的光功率可用相应的误差函数表示。
)exp(),(2
2
2
σ
y
x p y x I +-
=
)2(
2
10
σ
a erfc p p =
其中2/W =σ是数理统计中的标准偏差。根据上式作出的归一化高斯分布和相对功率与刀口位置关系曲线如下图所示
可以证明，相对功率为0.25和0.75的点分别位于高斯分布曲线极大值两侧，其距离σ6745.0=p e 。所以从由实验得到的相对功率与刀口位置的关系曲线就可确定p e 的值。算出σ值后就可计算P/0P 的理论值，进行曲线拟合。如果拟合的好，就证明基横模光强是高斯分布。用p e 的值可以计算光斑大小：
)2(4826.1p e W = )2(7456.12/1p e D =
如图所示，将刀口位于激光光斑边缘位置，并将功率计置于刀口后面来测量未被刀口挡住的激光光功率。
1、为激光器，
2、为装有螺旋测微器的刀口，
3、为功率计。
缓慢旋转螺旋测微器，推进刀口，每0.04mm （也可取最小精度0.02mm ）测一对应的激光功率P ，记录在设计的表格中,直到光斑全部被刀片挡住，即功率计显示为零，由此建立P －x 曲线。 4.
在调节板前依次放上放大器和扫描干涉仪使激光通过扫描仪进入放大器。通过示波器观察波形图，计算纵模间隔。
四、实验结果与分析 2. 时间
0 10
20
30
40
50
60
70
80
90
1
2
3
x
y
功率/m w 0.400
0.401
0.403
0.403
0.402
0.403
0.404
0.404
0.404
0.404
10
10
1
0i i P P =∑= =0.428mw
2)(min max P P P -=?
%
1000??=P P η =0.93﹪
3. 刀口宽/ mm 3.80 2.55 2.45 2.40 2.32 2.28 2.24 2.20 2.16 2.10 2.08
P/m w 0.173
0.165
0.162
0.153
0.146
0.148
0.141
0.138
0.135
0.132
0.125 刀口宽/mm 2.04 2.00 1.96 1.92 1.88 1.84 1.80 1.76 1.72 168
1.62
P/m w 0.118
0.118
0.116
0.111
0.113
0.113
0.113
0.116
0.118
0.107
0.108
刀口宽/mm 1.58 1.50 1.46 1.40 1.36 1.32 1.28 1.21 1.14 1.10 1.06
P/m w 0.103
0.097
0.093
0.086
0.082
0.076
0.065
0.057
0.053
0.049
0.046
刀口宽/mm 1.02 1.00 9.60 9.20 8.80 8.40 8.00 760 7.10 6.80 6.40
P/m w 0.042
0.040
0.037
0.033
0.031
0.027 0.023 0.020 0.016 0.014 0.010 刀口宽
6.00 5.60 5.20 4.80
/mm P/m w
0.007
0.004
0.002
0.000
P-x
00.050.10.150.20
100
200
300
400
P
则光斑直径D=7.60mm
经测量L=143.1cm θ=2arctan （D/2L ）≈17.43°
T2=1.140ms T1=4.100ms
Δ=13.49GHz
五、实验收获与建议
深入理解了基膜氦氖激光器激光光束横向光场的高斯分布特性以及激光光束发散角的意义；
由以上实验可知氦氖激光器发射功率稳定，且能输出不同的稳定的模式，发散角较小。在发射角实验中建议用绳子丈量光路长度。
实验二半导体泵固体激光器系列实验
一、实验内容：1.半导体固体泵激光器的调节
2. 半导体固体泵激光器输入输出特性的研究
二、实验仪器：
三、实验原理及方法：
1.利用氦氖激光器自准直泵浦源、倍频晶体、输出镜。调节输出镜位置与俯仰角，观察绿光输出强度至最大。
2.将滤色镜放置于输出镜前，调节激光器电流，从0起没10mA记录激光功率。整理数据得出特性。
四、实验结果与分析
2.
LD 电流/mA 0-60 70-19
200 210 220 230 240 250 260 270
P/m W 0.00
6
0.007 0.00
8
0.01
1
0.01
3
0.01
5
0.01
9
0.02
5
0.03
1
0.03
9
LD
电
流
/mA
280 290 300 310 320 330 340 350 360 370
P/m W 0.04
3
0.043 0.04
0.04
8
0.05
6
0.06
3
0.07
0.07
3
0.07
0.07
4
LD
电
流
380 390 400 410 420 430 440 450 460 470
/mA P/m W 0.080 0.086 0.10
4
0.120 0.151 0.171 0.190 0.213 0.233 0.258 LD 电流/mA 480
490
P/m W 0.291
0.317 \
输出特性：
0.050.10.150.20.250.30.350.40
200
400
600
P/Mw
由上图可知，阈值在200mA 附近
五、实验收获与意义
半导体固体泵激光器输出功率随输入电流的增大而增大。
即使有KDP 晶体倍频，但是依旧无法保证产生的光中全部成分都在绿色部分，所以实验中使用滤色片显得很重要能够很大程度上减少杂色光的影响。
实验三固体激光器实验
一、实验内容：1、固体激光器的调节
2、固体激光器静态输入输出特性研究
3、固体激光器动态输入输出特性研究(被动调Q)
二、实验仪器：
三、实验原理和方法
1、固体激光器的调节
方法：利用经准直的半导体激光束准直固体激光器的工作物质、全反射镜和输出镜。调整各元件使它们轴向对中央使它们对半导体激光的反射光斑重合。
2、固体激光器静态输入输出特性研究
方法：以10V到20V的间隔，测量固体激光器静态输入输出特性，观察激光器静态输出波形。
3、固体激光器动态输入输出特性研究
方法：将Q开光放入光路中，以10V到20v的间隔，测量固体激光器动态输入输出特性，观察激光器输出波形。
四、实验结果与分析
静态输入输出
电压
/V
650 660 670 680 690 700 710 720 730 740
能量/mJ 56.4 62.0 70.7 75.6 80.7 83.2 85.6 88.2 97.
1
100.2 750 760 770
104.7 113.1 109.1
20406080100120650
660
670
680
690
700
710
720
730
740
750
760
770
折线图 1
调Q 输入输出 电压/V 650 660
670
680
690
700
710
720
730
能量/mJ 12.2 12.4 12.5 12.6 13.5 15.1 24.7 24.9 25.2
740
750
760
770
780
790
25.3 25.5 39.9 40.1 40.3 40.5
51015202530354045650
670
690
710
730
750
770
790
折线图 1
根据数据做出来的图形可以看出调Q 之后的输出功率应该是阶梯状的，通过调节谐振腔，可以看到第二阶梯，大约在40mJ 左右。
五、实验收获与意义
通过本次实验，了解了固体激光器的结构及特性，切身体会到了调Q 给激光器带来的改变。实验是要注意调零注意安全。
实验四半导体激光器系列实验
一、实验内容：1、半导体激光器发散角测量；
2、半导体激光器偏振性测量；
3、半导体激光器输入输出特性测量；
4、半导体激光器的光谱特性分析
二、实验仪器：
半导体激光器、电脑，多通道光谱分析仪，转台，偏振片，导轨架，光功率计
三、实验原理及方法：
1．光束的空间分布由发射角来进行度量的。发散角的定义为：光强下降为最大值的e分之一或一半时所对应的光束空间分布角度为器件的发散角。发散角在两个方向上分别为平行于PN结的发散角//
θ（Z方向)和垂直于PN结的发散角（XY 面）⊥
θ的情况如图。
θ。//
θ和⊥
与其他类型的激光器相比，半导体激光器的发散角要大的多，一般⊥
θ在45度左右，θ//在10度左右。这是由于半导体激光器的谐振腔及发光面很小所造成的。半导体激光器相当于一个矩形波导腔其垂直于PN结方向的尺寸狭窄，衍射作用较强，而平行于PN结方向有较大的宽度，相应的衍射作用较小，故其⊥
θ
要大于//
θ。对于一个均匀的PN结器件，可以把它看作发光面为ω
A=（d为有
d
源区厚度，w为有源区宽度）的相干光源。其辐射图样应与一个矩形狭缝的衍射图样大致相同。光束发散分布示意图如图所示。
使用转台结合光功率计，转动转台记下光功率计的数值测量半导体激光器的发散角
2．结合偏振片转动偏振片读出光功率计上的数值大小找到最大值和最小值从而测量半导体激光器的偏振性
3．半导体激光器的输出功率与电流的关系的特性曲线（P-I特性曲线)如图所示。
当激光器的正向偏置有注入电流时就有光输出，一开始输出效率很低，即曲线的斜率很小，这一阶段是自发辐射发光阶段。注入电流增加到一定值th I 后，发光效率开始增加，P-I 曲线开始向上弯曲成直线，表明受激辐射发光开始起作用，并逐渐加大比重，载流子复合转化为受激光辐射即粒子数反转达到光子在腔中所得到的增益与受到的损耗相等时，光子才能获得净增益并在腔中振荡激射，此后，光输出功率随电流陡峻上升。光子在谐振腔内振荡放大开始出现，增益所必须满足的条件成为阈值条件，这时电流值被称为阈值电流th I ，所以当th I I 时LD 才发出激光。改变温度可以得到不同的P-I 曲线及阈值电流。
调节半导体激光器的电流大小观察功率仪的数值画出输入输出特性曲线找到半导体激光器的阈值
4．使用调节台，使用耦合镜，将激光耦合进入多通道分析仪。这个过程中将多通道分析仪的档位调节至观察档，使用光谱分析软件，测量半导体激光器的激发光谱，测量时将多通道分析仪的档位调节至CCD 档，逐渐减小半导体激光器的输入，结合上一步测量的输入输出特性测量半导体激光器的荧光光谱。
四、实验结果与分析 1、
θ（°） 89 90 89 88 87 86
85 P （mW ） 0.139 0.508 1.073 1.306 0.943
0573
0.193
0.20.40.60.811.21.489
90
89
88
87
86
85
84
8990898887868584
θ（°） 87 88 89 90 91 92
93
P （mW ） 0.053
0.187
0.402
0.584
0.607
0.420 0.131
0.10.20.30.40.50.60.787
88
89
90
91
92
93
87888990919293
取光强下降为最大值的1/e 所对应的光束空间分布角度为半导体激光器θ∥和θ⊥的发散角，由图可知，θ∥约为6°，θ⊥约为3°
2、在偏振性测量中，能量最大处是3510 时为1.344mW 最小是在80o 时为0.08mW 可见半导体激光器产生的光是有偏振性的
I max =1.344mW ，I min =0.08mW ，
偏振度计算公式：=（1.344-0.08）/（1.344+0.08）≈88.8﹪ 3、 I(mA) 0 2 4 6 8 10 12 P(mW) 0.005 0.006 0.007 0.008 0.010 0.016
0.085 14 16 18 20 22 24
26
0.639
1.194
1.757
2.34
2.85
3.34
3.66
0.511.522.533.5402468101214161820222426
从数据上可以很明显的看出大约在12mA处为激光器的阈值。
4、当激光器输入高于阈值时，得到的激光光谱图如下：
当激光器输入低于阈值时，得到的荧光光谱图如下：
五、实验收获与建议
通过这次实验，并观察到了荧光谱和激光谱的区别。学会测量半导体的阈值电流，同时也对半导体激光器的偏振性有了更深刻的认识。
思考题：
1、请阐述脉冲固态激光器的静态和动态工作特性
一般结构的固体激光器称为静态激光器。大量实验表明，脉冲泵浦的静态激光器的输出特性是一连串不规则震荡的尖峰脉冲构成，称这样的现象为弛豫震荡。而动态的情况下，输出的是频率比较稳定的功率很高的窄脉冲，波形稳定尖锐
2、半导体激光器的光斑（发散角）特点，说明内在原因
激光束的扩展较其他激光器大，而且上下方向与左右方向的扩展成都不同，也就是椭圆光束。近场像和远场像不同。另外还具有体积小，高效，可调制等特征。半导体激光器相当于一个矩形波导腔其垂直于PN结方向的尺寸狭窄，衍射作用较强，而平行于PN结方向有较大的宽度，相应的衍射作用较小，故其⊥
θ
要大于//
θ。
3、请阐述激光模式的概念及形成原因
概念：具有一定振荡频率和一定的空间分布的特定光束能够在墙内形成“自再现”振荡。在激光技术中，通常将光学谐振腔内可能存在的这种特定的光束称为腔的模式。不同的谐振腔具有不同的振荡模式。在垂直于传播方向的横向x-y面内存在的稳定场分析，称为横模。沿谐振腔轴线方向上的激光光场分布就是纵模。
形成原因：由于谐振腔反射镜尺寸的几何大小事有限的，所以当光波在两镜间往返传播时必然会因为镜的边缘的衍射效应而产生损耗，每一次反射都会因为衍射而使能量分布变化，在足够多次的往返传播之后腔内形成一个稳定场，它的相对分布不再受衍射影响，在腔内往返一次之后能够“自再现”出发时的场分布。这种稳定的场分布称为自再现模或横模。光波在谐振腔中往返时会因为在腔镜上反射形成驻波，稳定的驻波场就是纵模。
4、请说明半导体泵固体激光器优点
半导体泵固体激光器是一种高效率、长寿命、光束质量高、稳定性好、结构紧凑小型化的第二代新型固体激光器，目前在空间通讯，光纤通信，大气研究，环境科学，医疗器械，光学图象处理，激光打印机等高科技领域有着独具特色的应用前景。
（1）低功耗：传统的灯泵浦激光器的转换效率大约只有3%左右，泵浦灯的发出的能量大部分转换成了热能，造成了极大的能源浪费。而半导体泵浦
固体激光器所用的二极管发出固定的，被激光晶体吸收的808nm波长的激光，光光转换效率可高达40%以上，大大减少了运行成本。
（2）性能可靠、寿命长：激光二极管的寿命大大长于闪光灯，达15000小时以上，闪光灯的寿命只有300—1000小时。激光半导体的泵浦能量稳定性好，比闪光灯泵浦优一个能量级，性能可靠，可制成全固化器件。运行寿命长，成为至今为止唯一无需维护的激光器，尤其适用于大规模生产线。（3）输出光束质量好：由于半导体泵浦激光的高转换效率，减少了激光工作物质的热透镜效应，大大改善了激光器的输出光束质量，激光光束质量已接近理论极限。
5、关注光纤激光器的相关问题
光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，可在光纤放大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡输出。
按照光纤材料的种类，光纤激光器可分为：
1晶体光纤激光器。工作物质是激光晶体光纤，主要有红宝石单晶光纤激光器和nd3+：YAG单晶光纤激光器等。
2非线性光学型光纤激光器。主要有受激喇曼散射光纤激光器和受激布里渊散射光纤激光器。
3稀土类掺杂光纤激光器。光纤的基质材料是玻璃，向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活，而制成光纤激光器。
4塑料光纤激光器。向塑料光纤芯部或包层内掺入激光染料而制成光纤激光器。
光纤激光器作为第三代激光技术的代表，具有以下优势：
（1）玻璃光纤制造成本低、技术成熟及其光纤的可饶性所带来的小型化、集约化优势；
（2）玻璃光纤对入射泵浦光不需要像晶体那样的严格的相位匹配，这是由于玻璃基质Stark 分裂引起的非均匀展宽造成吸收带较宽的缘故；
（3）玻璃材料具有极低的体积面积比，散热快、损耗低，所以转换效率较高，激光阈值低；
（4）输出激光波长多：这是因为稀土离子能级非常丰富及其稀土离子种类之多；
（5）可调谐性：由于稀土离子能级宽和玻璃光纤的荧光谱较宽。
（6）由于光纤激光器的谐振腔内无光学镜片，具有免调节、免维护、高稳定性的优点，这是传统激光器无法比拟的。
（7）光纤导出，使得激光器能轻易胜任各种多维任意空间加工应用，使机械系统的设计变得非常简单。
（8）胜任恶劣的工作环境，对灰尘、震荡、冲击、湿度、温度具有很高的容忍度。
（9）不需热电制冷和水冷，只需简单的风冷。
（10）高的电光效率：综合电光效率高达20%以上，大幅度节约工作时的耗电，节约运行成本。
（11）高功率,目前商用化的光纤激光器是六千瓦。
光纤激光器的现状及发展前景
光纤激光器不仅能够产生连续激光输出而且能够实现ps甚至fs级的超短光脉冲在DWDM系统中有巨大的潜在应用价值。光纤激光器用于现有的通信系统使之支持更高的传输速率是未来高码率DWDM系统和相关光通信的基础在未来通信系统中有不可替代的重要地位。
以下着重介绍几种重要的光纤激光器。
⑴高功率光纤激光器
高功率、高亮度多模半导体激光器的改进和包层泵浦光纤技术的发展,使得高功率光纤激光器呈现出一片光明的前景。利用二极管泵浦电光开关自锁模光纤激光,其峰值输出功率已达540w。
⑵窄线宽光纤激光器
一般利用干涉滤波器或光纤F-P滤波器实现。最近研制的单频光环形腔激光器,利用在未泵浦掺Er光纤中,驻波饱和吸收诱发的自写入光纤光栅的窄带滤波特性及反射波长自适应特性,可获得频率小于0.5 kHz,功率大于1dBm的稳定单频激光输出。
(3) 超短脉冲光纤激光器
光时分复用(OTDM)要求光源产生高重复率、占空比相当小的超窄光脉冲。能满足这些要求的光源主要有锁模环形光纤激光器(MLFRL)、DFB激光器加电吸收调制器、增益开关DFB激光器和超连续脉冲(SC)发生器。其中MLFRL 的最大特点是产生的脉冲几乎没有惆啾,在 4 0GHz的高频范围不需要进行惆啾补偿或脉冲压缩,就能产生Ps级的超短变换极限元脉冲,输出波长较灵活,稳定性好,但技术较复杂,一种很有前途的OTDM光源。而SC光源的特点是强泵浦脉冲的频谱在某一连续范围被展宽而脉冲的性质不变,能产生脉宽小于1ps的超短变换极限光脉冲。波长可变,频谱宽( >20nm)。
(4) 多波长可调谐光纤激光器
其实现方法有:利用LED进行光谱限幅、超发光二极管、掺Er光纤放大器的放大自发发射、光纤中超连续谱的产生等。这在 WDM系统中是非常有用的光源。Seung Kwa Kim 等人报道了使角增益平坦滤波器制成的宽带多波长掺Er光纤环形腔激光器,能产生稳定的信道间距10GHz的34路的激光输出,波长范围在1535-1562nm。日本Yama shita等人提出了波长间距可调节的多波长光纤激光器,可调间距的滤波器由一对偏振器和一段保偏光纤组成,通过改变对于保偏光纤的压力点来控制波长间距。在压力点距离分别为4.0m和8.Om时,实验得到了1.4 6nm间距、9个波长和0.73nm间距、14个波长的输出。
⑸超连续谱(SC)光纤激光器
由于在密集波分复用(DWDM)系统中的潜在应用,光纤中超连续谱的产生十分吸引人们的兴趣。然而,大部分SC光源需要有一个高峰值功率的短脉冲和诸如色散位移光纤之类的特殊光纤,或需要空气-硅微结构光纤来延展光谱带宽。J.K.Ranka等人报道了利用10fs脉冲序列和空气-硅微结构光纤,获得80nm的超连续谱。H.Takara等人实现了间距125GHz,超过1000个信道波长的超连续谱输出,能满足传输速率25Gbit/s的长距离传输。
未来光纤激光器发展的主要方向将会是:
进一步提高光纤激光器的性能,如继续提高输出功率、改善光束质量扩展新的激光波段,拓宽激光器的可调谐范围压窄激光谱宽开发极高峰值的超短脉冲(ps和fs量级)高亮度激光器;以及进行整机小型化、实用化、智能化的研究。而未来几年的热点将仍以高功率光纤激光器、超短脉冲光纤激光器和窄线宽可调谐光纤激光器为主。光线光栅、光滤波器新型光无源器件等技术的进步与推动也必将给光纤激光器带来辉煌的前景。
激光光散射技术及其应用.
激光光散射技术及其应用 Laser Light Scattering System Technology and Application BROOKHA VEN INSTRUMENTS CORPORATION (BEIJING OFFICE) 地址：北京市海淀区牡丹园北里甲1号中鑫嘉园东座A105室美国布鲁克海文公司公司北京技术服务中心 邮编：100083 电话：8610-62081909 传真：8610-6208189
激光光散射技术和应用 近年来，光电子和计算机技术的飞速发展使得激光光散射已经成为高分子体系和胶体科学研究中的一种常规的测试手段。现代的激光光散射包括静态和动态两个部分。在静态光散射中，通过测定平均散射光强的角度和浓度的依赖性，可以得到高聚物的重均分子量M w，均方根回旋半径R g和第二维利系数A2；在动态光散射中，利用快速数字相关器记录散射光强随时间的涨落，即时间相关函数，可得到散射光的特性弛豫时间τ，进而求得平动扩散系数D和与之对应的流体力学半径R h。在使用过程中，静态和动态光散射有机地结合可被用来研究高分子以及胶体粒子在溶液中的许多涉及到质量和流体力学体积变化的 过程，如聚集和分散、结晶和溶解、吸附和解吸、高分子链的伸展和卷缩以及蛋白质长链的折叠，并可得到许多独特的分子量参数。 一、光散射发展简史： Tynadall effect（1820-1893） 1869年，Tyndall研究了自然光通过溶胶颗粒时的散射，注意到散射光呈淡淡的蓝 色，并且发现如果入射光是偏振的，这散射光也是偏振的。Tyndall由此提出了19 世纪气象学的两大谜题：为什么天空是蓝色的？为什么来自天空的散射光是相当偏 振的？ James Clerk Maxwell (1833-1879) 解释了光是一种电磁波，并正确地计算出光的速度。 Lord Rayleigh(1842-1919) 1881年，Rayleigh应用Maxwell的电磁场理论推导出，在无吸收、无相互作用条件下，光学各向同性的小粒子的散射光强与波长的四次方成反比。并解释了蓝天是太阳光穿透大气层所产生的散射现象。 Abert Einstein(1879-1955) 研究了液体的光散射现象。 Chandrasekhara V.Raman (1888-1970) 1928年，印度籍科学家Raman提出了Raman 效应（也称拉曼散射），即光波在被散射后频率发生变化的现象。 Peter Debye（1884-1966） 延续了 Einstein的理论，描述了分子溶解于溶剂中所产生的光散射现象，提出用Debye plot 。1944 年，Debye利用散射光强测得稀溶液中高分子的重均分子量。 Peter Debye Lord Rayleigh Tyndall effect
2010激光原理技术与应用 习题解答
习题I 1、He-Ne 激光器m μλ63.0≈，其谱线半宽度m μλ12 10-≈?，问λλ/?为多少？要使其相干长度达到1000m ，它的单色性λλ/?应是多少？ 解：63.01012 -=?λλ λλδτ?= ==2 1v c c L c 相干 = = ?相干 L λ λ λ 2、He-Ne 激光器腔长L=250mm ，两个反射镜的反射率约为98%，其折射率η=1，已知Ne 原子m μλ6328.0=处谱线的MHz F 1500=?ν，问腔内有多少个纵模振荡？光在腔内往返一次其光子寿命约为多少？光谱线的自然加宽ν?约为多少？ 解：MHz Hz L c v q 60010625 210328 10=?=??==?η
5 .2=??q F v v s c R L c 8 10 1017.410 3)98.01(25)1(-?=??-=-=τ MHz Hz L c R v c c 24104.2)1(21 7=?=-≈=πτδ 3、设平行平面腔的长度L=1m ，一端为全反镜，另一端反射镜的反射率90.0=γ，求在1500MHz 频率范围内所包含的纵模数目和每个纵模的频带宽度？ 解：MHz Hz nL c v q 150105.1100 210328 10=?=??==? 10 150 1500==??q v v L c R v c c )1(21 -≈ =πτδ 4、已知CO 2激光器的波长m μλ60.10=处 光谱线宽度MHz F 150=?ν，问腔长L 为多少时，腔内为单纵模振荡（其中折射率η=1）。
解：L c v v F q η2=?=?， F v c L ?=2 5、Nd 3 —YAG 激光器的m μ06.1波长处光 谱线宽度MHz F 5 1095.1?=?ν，当腔长为10cm 时，腔中有多少个纵模？每个纵模的频带宽度为多少？ 解：MHz L c v q 3 10105.110 21032?=??==?η 130 =??q F v v L c R v c c )1(21 -≈ =πτδ 6、某激光器波长m μλ7.0=，其高斯光束束腰光斑半径mm 5.00=ω。 ①求距束腰10cm 、20cm 、100cm 时， 光斑半径)(z ω和波阵面曲率半径)(z R 各为多少？ ②根据题意，画出高斯光束参数分布图。
激光原理考试复习资料
1.激光原理（概念，产生）：激光的意思是“光的受激辐射放大”或“受激发射光放大”，它包含了激光产生的由来。刺激、激发，散发、发射，辐射 2.激光特性：（1）方向性好（2）亮度高（3）单色性好（4）相干性好： 3.激光雷达：激光雷达，是激光探测及测距系统的简称。工作在红外和可见光波段的雷达称为激光雷达。 4.激光的回波机制：激光雷达的探测对象分为两大类，即软目标与硬目标。软目标是指大气和水体（包括其中所包含的气溶胶等物质）等探测对象，而硬目标则是指陆地、地物以及空间飞行物等宏观实体探测对象。 软目标的回波机制： （1）Mie散射是一种散射粒子的直径与入射激光波长相当或比之更大的一种散射机制。Ｍie散射的散射光波长与入射光波长相当，散射时光与物质之间没有能量交换发生。因此是一种弹性散射。 （2）Rayleigh散射（瑞利散射）：指散射光波长等于入射光波长，而且散射粒子远远小于入射光波长，没有频率位移（无能量变化，波长相同）的弹性光散射。 （3）Raman散射（拉曼散射）：拉曼散射是激光与大气和水体中各种分子之间的一种非弹性相互作用过程，其最大特点是散射光的波长和入射光不同，产生了向长波或短波方向的移动。而且散射光波长移动的数值与散射分子的种类密切相关。 （4）共振荧光：原子、分子在吸收入射光后再发射的光称为荧光.当入射激光的波长与原子或分子内能级之间的能量差相等时，激光与原子或分子的相互作用过程变为共振荧光。 （5）吸收：吸收是指当入射激光的波长被调整到与原子分子的基态与某个激发态之间的能量差相等时，该原子、分子对入射激光产生明显吸收的现象。 硬目标的回波机制：激光与由宏观实体构成的硬目标作用机制反射、吸收和透射。当一束激光射向硬目标物体时，一部分激光能量从物体表面反射、一部分激光能量被物体吸收、而剩下的激光能量则将穿透该物体。硬目标对激光能量的反射机制最为重要。 硬目标回波机制包括：镜面反射、漫反射，方向反射 1.机载激光雷达系统组成：机载LiDAR系统由测量激光发射点到被测点间距离的激光扫描仪、测量扫描装置主光轴的空间姿态参数的高精度惯性导航系统（IMU）、用于确定扫描投影中心的空间位置的动态差分全球导航定位系统（DGPS）、确保所有部分之间的时间同步的同步控制装置、搭载平台等部分组成。另外，还配备有数据记录设备及数据处理软件等 2.机载激光雷达定位原理：机载LiDAR系统采用极坐标定位原理，其确定地面点三维坐标的数学本质是：对一空间向量，已知其模和其在物方坐标空间中的方向，如果知道向量起
10级激光加工试卷及答案
一、单项选择题（30分） 1.世界上首台激光器的发明人是（ D ） D.梅曼 2.激光从一种介质传播到折射率不同的另一种介质时，在介质之间的界面上将出现（C ） C.反射与折射 3.激光可以加工的材料有（ C ） C.很多种金属、非金属 4.激光标记的加工方式是（ B ） B.非接触加工 5.扫描法打标的控制方法是（ A ）A.计算机控制 6.激光焊接时，焊接部件（ B ） B.局部达到熔点 7.激光焊接时，脉宽参数的含义是（D ） D.激光作用的时间 8.世界上第一台激光器属于（A ）A.固体激光器 9.Y AG激光的波长是（ A ）A.1064nm 10.我国首台激光器诞生在（ B ）B.长春光机所 11.焊接薄材料时，聚焦位置处于（ B ）B.正离焦 12.激光切割对激光模式的要求是（C ） C.好 13.要求大的焊接熔深时，聚焦位置处于（ C ） C.负离焦 14.激光切割的温度在（C ） C.汽化点以上 15.激光对物体的作用主要表现在物体对激光的（ C ） C.吸收 16.原子从高能级跳跃到低能级的过程称为（ B ）B.跃迁 17.CO2激光的波长是（ B ）B.10.6μm 18.驱动激光扫描头振镜的电机有（B ）B.2个 19.我国发明的首台激光器是（ A ）A.红宝石激光器 20.下列说法正确的是（A ）A.基态能级寿命高于激发态能级寿命 21.激光焊接时的焦点位置一般不处于（A ）A.焦点上 22.在激光介质中，低能级上的粒子数n1和高能级上的粒子数n2的关系为 （ D ） D.不一定 23.光放大的本质是（ D ） D.受激辐射 24.所谓“全同光子”是D.能量、相位、传播方向、偏振态都相同的光子 25.总体来说，气体激光器的方向性与固体激光器的方向性相比B.要好 26.对于加工金属材料来说，激光波长（A ）A.要依材料而定 27.射频激励CO2激光器的能量转换效率与灯泵Y AG激光器相比A.要高 28.激光加工机中的扩束系统一般采用（ C ）C.倒置的伽利略望远系统 29.激光打标具体效应中用得最少的是（B ）B.目视反差 30.现阶段用得最多的激光打标方法是（ A ）A.点阵式 二、多项选择题（20分） 31.激光加工中心采用调Q技术的设备有（AB ）
激光技术在现代制造业中的应用
激光技术在现代制造业中的应用
激光技术在现代制造业中的应用 激光：激光的最初的中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词头一个字母组成的缩写词。意思是"通过受激发射光扩大"。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。 激光加工技术的原理和特点：激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术，传统应用最大的领域为激光加工技术。激光束作为一种特种加工能源(热源)，和传统的加工用热源相比，具有一系列特点〔“〕。激光束易于传输，其时间特征和空间分布容易控制;经过聚焦后，可以得到细的光斑，具有极高的功率密度;可以加热熔化以至汽化任何材料，可以局部区域的精细的快速加工;加工过程输入工件的热量小，热影响区和热变形小;加工效率高;容易实现自动化。激光加工有热加工[3]和“冷加工”两种。现在大量用于激光加工的COZ和YAG激光为红外光，它们辐射在金属或非金属工件上，基于热效应，使工件升温、熔化或汽化，以完成各种加工，称其为热加工。准分子激光激光器输出紫外光，它有可有对聚合物等非金属材料进行基于化学作用的剥蚀加工，这种“冷加工”技术正在开发，并有可能在电子工业中得到较大程度的应用。但是，激光加工的主流还是基于热效应的加工。 1激光在切割方面的应用 激光切割是利用激光束聚焦形成高功率密度的光斑照射工件,材料吸收光能,温度急剧升高,将材料快速加热至熔化或气化温度,再用喷射气体吹化,以此分割材料。在这一过程中,当激光照射工件表面时,一部分光被工件吸收,另一部分光被工件反射。吸收部分转化为热能,使工件表面温度急剧升高,材料熔化或气化,同时,产生黑洞效应,使材料对光的吸收率提高,迅速加热熔化或气化切割区材料。此时吹氧可以助燃,并提供大量的热能,使切割速度提高等。切割宜用连续输出激光器。激光切割是激光加工应用最广泛的一项技术。它有很多特点:激光可切割特硬、特脆及特软材料、高熔点的难加工材料;切缝宽度很窄;切割表面光洁;切割表面热影响层浅,表面应力小;切割速度快,热影响区小;无机械变形、无刀具磨损,容易实现自动化生产。适合加工板材。在工业机械生产制造中,激光技术国家实验室和武汉法利莱联合研制的W AL C4020宽幅面数控激光切割机可以达到上述要求,除此之外,它还有直线电动机驱动、专有光束质量调整系统、自动聚焦、打孔切割双流量控制系统等结构,这些技术的创新使W AL C4020宽幅面数控激光切割机的切割技术性能超过同类产品,达到国际先进水平。 2激光在焊接方面的应用 激光焊接是把激光聚焦成很细的高能量密度光束照射到工件上,使工件受热熔化,然后冷却使工件得到焊接。激光焊结熔深大,速度快,效率高;激光焊烧区窄,热影响区很小,工件变形也很小,同时,焊缝小,可实现精密焊接;焊接结构均匀,品粒很小,气孔少,夹杂缺陷少,在机械性能、抗蚀性能和电磁学性能上优于常规焊接方法。目前,激光深熔焊接在粉末冶金材料加工领域中的应用也越来越多。激光焊接能量密度高,对高熔点、高导热率和物理特性相差很大的金属焊接特别有利。目前,汽车行业将不同材质的薄钢板实施激光拼接焊后冲压成型,激光拼接焊取代了电焊。同时,通过光纤传输的多路激光束进行多点或多组件焊接越来越普及。在远离装配区的位置装置一台中心激光器(Y AG),激光器产生的光束经由一根柔性的
激光技术及其在现代通讯技术中的应用.
激光技术及其在现代通讯技术中的应用 姓名：杨春有学号：20141060138 学院：信息学院专业：通信工程（国防） 摘要20世纪以来，激光是继原子能、计算机、半导体之后的又一重大科技发明。在有充分的理论准备和生产实践需要的背景下，激光技术应运而生。它一问世就获得了异乎寻常的快速发展。激光在现代通信领域有着广泛的应用。它在扩大通信容量，缓和通信频段拥挤，提高安全等方面都发挥着极为重要的作用。 关键词：激光通信技术现代通讯激光通信光子晶体能量衰减 引言 事实上，1916 年激光的原理被著名的物理学家爱因斯坦发现之后一直没有研制成功，原因在于科学实验所需要的器材没有现在发达，一直到1958 年激光才被首次成功制造。激光是计入20世纪，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，它的亮度非常之高，大约为太阳光的100亿倍。因此激光一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，也正是因为这个原因，历史悠久的光学科学和光学技术体会了新生的快乐，更重要的是导致整个一门新兴产业——激光产业——的诞生。 一激光通信的发展阶段 激光通信经历了大气通信和光波导（光纤）通信两个重要的发展阶段。CO2气体激光器是比较符合要求的早期通信用光源，其输出激光波长为10.6μm，在大气通行当中，信道传输的低损耗窗口要求的标准波长是10.6μm。早期的激光大气通信所用光源还包括YAG固体激光器、He-Ne气体激光器等等。其中的早期激光大气通信曾经掀起了全球性的研究浪潮，大量的人力、财力和物力在这个阶段投入了进去，对激光大气通信进行了广泛的研究开发。但是这项研究只有少数的经济和技术力量雄厚的发达国家才能够承担得起。光纤波导通信技术大约与激光大气通信技术的研究工作同步展开，从而在技术上形成了激光无线通信和激光有线通信两种通信方式，这两种通信技术与传统通信技术大不相同。 腔面发射激光器（VCSEL）列阵光接受发射模块的处理能力不仅速度高而且容量特别大。微电子电路的多功能的逻辑控制、具有高强度并行操作功能的电子集成器件的优越性、光本身的高速传输能力、超高规模集成技术的优越性在垂直腔面发射激光器（VCSEL）列阵光接受发射模块当中得到了完美的体现。现代通信技术研究中，在激光通信领域，最引人瞩目的就要属垂直腔面发射激光器(VCSEL)了。包括制造成本很低、易
激光对射技术原理及应用分析.
激光对射技术原理及应用分析 近年来周界防范系统已经成为安防系统基本且不可或缺的安防子系统。 不仅在军工厂、军营、机场、港口、政府机关等高端领域可见其“踪影”。 同时还被广泛应用到住宅小区,并在这些领域保持着相当高的应用增长速度。 众所周知,安全防范技术现在的发展方向是将视频监控、周界报警、入侵探测、门禁控制等独立的安防子系统集成整合,形成一个多功能、全天候、动态的综合安全管理系统。 而周界报警作为安防系统的第一道防线,作用十分重要,已从过去被动的报警探测,发展为今天的威慑阻挡加报警。 且随着安防技术的发展和安防市场的成熟,以及政策法规的进一步完善,数字化、集成化、网络化将是它发展的必然趋势。 周界报警系统是在防护的边界利用如泄漏、激光、电子围栏等技术形成一道或可见或不可见的“防护墙”。 当有越墙行为发生时,相应防区的探测器即会发出报警信号,并送至控制中心的报警控制主机,发出声光警示的同时显示报警位置。 还可联动周界模拟电子屏,甚至联动摄像监控系统、门禁系统、强电照明系统等。 近年来周界防范系统已经成为安防系统基本且不可或缺的安防子系统,不仅在军工厂、军营、机场、港口、政府机关等高端领域可见其 “踪影”,同时还被广泛应用到住宅小区,并在这些领域保持着相当高的应用增长速度。
本文将对激光对射、张力式电子围栏、泄漏电缆、振动电缆四种最常用的周界防范技术进行分析,借此一窥周界防范报警系统技术的发展踪迹。 激光对射工作原理 三安古德激光对射探测器由收、发两部分组成。 激光发射器向安装在几米甚至于几百米远的接收器发射激光线,其射束有单束、双束,甚至多束。 当相应的三安古德激光射束被遮断时,接收器即发出报警信号。 接收器由光学透镜、激光光电管、放大整形电路、功率驱动器及执行机构等组成。 其工作原理是接收器能收到激光射束为正常状态,而当发生入侵时,发射器发射的激光射束被遮挡,即光电管接收不到激光光。 从而输出相应的报警电信号,并经整形放大后输出开关量报警信号。该报警信号可被报警控制器接收,并去联动执行机构启动其它的报警设备,如声光报警器、模拟电子地图、电视监控系统、照明系统等。系统组成 激光周界防越报警系统通常由前端探测系统、现场报警系统、传输系统、中心控制系统、联动系统以及电源系统六部分组成。 1、前端探测系统由激光探测器及其相关附件组成,其对周界围墙或护栏进行防护,检测周界入侵行为,并输出报警信号。 2、现场报警系统由现场报警器及联动装置组成,在探测器检测到入侵行为时,即启动现场报警设备,对非法入侵行为进行威慑。
激光复习资料
激光复习资料 1、激光的特点：单色性好，方向性好，相干性好，亮度高。 2、原子中的电子的状态应该由四个量子数来决定：主量子数N,辅量子数L,磁量子数Ml，自旋磁量子数Ms。 3、原子处于最低的能级叫基态；能量高于基态的其它能级状态叫激发态；两个或两个以上的不同运动状态的电子可以具有相同的能级，叫简并能级；同一能级所对应的不同电子运动状态的数目，叫作简并度。 4、波尔兹曼分布是热平衡分布；处于基态的粒子数最多；处于高能态的粒子数总是小于处在低能态的粒子数，叫做粒子数反转；处于高能态的粒子数总是大于处在低能态的粒子数是在非热平衡下实现的。 5、辐射跃迁：发射或吸收光子从而使原子造成能级间跃迁的现象；非辐射跃迁：源自在不同能级跃迁时并不伴随光子的发射或吸收，而是把多余的能量传给了别的原子传给它的能量。 6、自发辐射：与外界影响无关的、自发进行的辐射；受激辐射：处于高能级的原子有可能受到外来光的激励作用而跃迁到较低的能级上去，同时发射一个与外来光子完全相同的光子；受激吸收：与受激辐射相反的过程；受激辐射和自发辐射极为重要的区别在于相干性。 7、光谱线宽度：定义即相对光强最大值的1/2的频率间隔，叫做光谱线的半（值）宽度。 8、赠宽方式：自然增宽；碰撞增宽——由于发光原子间的相互作用造成的；多普勒增宽——由于原子相对与观察者（接收器）运动所引起的谱线增宽。 9、产生激光的三个条件：增益介质，外界激励源（产生粒子数反转），光学谐振腔。 11、稳定腔：双凹稳定强，平凹稳定腔，凹凸稳定腔，共焦腔，半共焦腔；临界腔：平行平面腔，共心腔，半共心腔；非稳腔。 12、三能级系统（红宝石激光器）：激光的下能级为基态，基态是充满粒子的，而且在激光的发光过程中，下能级的粒子数一直保存有相当的数量，消耗的能量比四能级系统高；四能级系统（YAG激光器、二氧化碳激光器）：产生激光的下能级不是基态能级，粒子抽运是从比下能级更低的基态能级上进行的。 13、小信号工作状态：参数对应着激光谐振腔尚未发出激光时的状态。 14、增益系数随光强的增强而减小是因为光的受激辐射对介质的粒子数密度反转分布有着强烈的影响造成的。 15、激光的损耗：内部损耗，镜面损耗。 16、形成稳定光强的过程：谐振腔内光强的放大过程；谐振腔稳定出光过程。 17、阈值条件： 18、自再现模：激光的稳定的横向场分布；横模：激光谐振腔中存在的稳定的横向场分布，就是“自再现模”。 19、谐振条件：光波在腔内往返一周的总位移应等于2 的整数倍—— 20、纵模频率间隔： 21、高斯光束：基横模行波输出在与光束前进方向的垂直平面上的光强呈高斯型分布。 22、高斯光束的远场发散角： 23、高斯光束不像球面波那样在波阵面上具有均匀的振幅分布，而是呈现出高斯型的振幅分布，在光束重新出光能十分集中；不想球面波那样在所有的波阵面具有一个共同的球心，而是不同的波阵面具有不同的曲率中心。
激光技术复习题
“激光技术及应用”思考题 什么是自发辐射、受激辐射、受激吸收？ 自发辐射：高能级的原子自发地从高能级E 2向低能级E 1跃迁，同时放出能量为 的光子 受激辐射：当受到外来的能量 的光照射时，高能级E 2上的原子受到外来光的激励作用向低能级E 1跃迁，同时发射一个与外来光子完全相同的光子。 受激吸收：处于低能级E 1的原子受到外来光子（能量 ）的刺激作用，完全吸收光子的能量而跃迁到高能级E 2的过程 自发辐射发光和受激辐射发光各有什么特点？ 自发辐射的特点：各个原子所发的光向空间各个方向传播，是非相干光。 受激辐射的光子与外来光子的特性完全相同， 即：频率、位相、偏振和传播方向 完全一样，因此受激辐射与外来辐射是相干的，换句话说外来辐射被 “放大” 了 产生激光的三个必备条件是什么？为什么需要这些条件？ 激光工作物质：能够实现粒子数反转，产生受激光放大 激励能源：能将低能级的粒子不断抽运到高能级，补充受激辐射减少的高能级上粒子数 光学谐振腔：提高光能密度，保证受激辐射大于受激吸收； 光学谐振腔的基本作用是什么？ 光学谐振腔的作用：1）延长增益介质作用长度；2）控制激光输出特性：如光束方向性、输出模式数、输出功率等 光学谐振腔的三个作用： 倍增工作介质作用长度，提高单色光能密度; 控制激光振荡模式数目，以获得单色性好、方向性好的相干光； 控制激光束的横向分布特性、光斑大小、发散角、输出功率。 12E E h -==νε12E E h -==νε12E E h -==νε
光学谐振腔有几种分类？如何判断谐振腔的稳定性？对称共焦腔、共心腔是对称凹面镜腔类型的谐振腔？ 平行平面腔----是一种临界稳定腔 平凹腔：是由一块平面镜和一块曲率半径为R 的凹面镜组成的光学谐振腔， 对称凹面镜腔：两块曲率半径相同的凹面镜组成的谐振腔 距离大于两倍焦距的不稳定平凹腔 对称凸面镜腔---都是不稳定的 激光器的损耗分哪几类？这些损耗是怎么产生的？ 激光器的损耗的分类：增益介质内部损耗和镜面损耗 增益介质内部损耗：由于成分不均匀、粒子数密度不均匀或有缺陷（如固体激光器）而使光产生折射、散射，使部分光波偏离原来的传播方向，以及其它对光能的吸收， 造成光能量损耗。 镜面损耗：镜面的散射、吸收、由于光的衍射使光束扩散到反射镜面以外造成的损耗以及由镜面上透射出去作为激光器的有用输出部分镜面损耗可以通过反射系数r 1、r 2，透射系数t 1、t 2和吸收系数a 1、a 2来表达。 什么是增益饱和现象？ 在抽运速率一定的条件下，当入射光的光强很弱时，增益系数是一个常数；当入射光的光强增大到一定程度后，增益系数随光强的增大而减小。 什么是激光腔的纵模？激光器最后输出的纵模数取决于哪些因素？ 光波在腔内往返一周的总相移应等于2π的整数倍，即只有某些特定频率的光才能满足谐振条件 每个q 值对应一个驻波，称之为：纵模，q 为纵模序数。 谐振腔的谐振频率主要决定于纵模序数。 满足谐振条件，阈值条件且落在荧光线宽范围内的频率才能形成激光振荡，产生输 出 什么是激光腔的横模？横模是如何表示的？ 1,2,3, 22==Φq q πδ
高等激光技术复习题1
《高等激光技术》习题与思考题 1、简述一台激光器的主要组成部分及其作用。 答：一台激光器的有三个基本组成部分：工作物质、谐振腔和激励能源。 工作物质的作用是提供放大作用（增益介质），提供适合的能级结构，以达 到粒子数反转。 谐振腔一般是在工作物质两端适当的放置两个反射镜组成。它的作用是提供 正反馈，使受激辐射能多次通过介质得到放大，最后在腔内形成自激振荡；另一 个作用是控制腔内振荡光束的特性，以获得单色性好、方向性好的强相干光。 激励能源的作用是提供能源，将工作物质基态原子(离子)泵浦到激发态，最 后形成布居数反转。 2、推导出一束来自于热光源的光束的光子简并度和单色亮度之间的关系。 解：设光源辐射的光为准平行、准单色光，光束截面为S ?，立体角为?Ω， 频宽为ν?，平均光功率为P ，则在t ?时间间隔内通过S ?截面的光子总数为： ν h t P n ??= 在频率ν到νν?+间隔内的光子分布在?Ω立体角范围内的光子状态数或模式数 为 ?Ω???=??Ω=?ΩV c g g 3224ννπ 在t ?时间内，光束垂直于S ?截面传播时，光束所占据的空间范围为 c t S V ????= 代入上式可得 t S g ???????Ω?=?Ωνλ 22 由此可求出，一种光子量子状态或模式，所具有的平均光子数即光子简并度为 ν λνδ?????Ω?==?Ω-S h P g n )/2(2 在光度学里，通过单位截面、单位频宽和单位立体角的光功率为光辐射的单 色定向亮度 ?Ω ????=ννS P B 则光子简并度与单色亮度之间的关系为 νλδνh B ?=- 22 3、若一工作物质的折射率为n ＝1.73，试问ν为多大时，32121/1/m S J B A ?=？ 解：由公式33 2121) /(8n c h B A νπ=得：
激光技术复习资料
激光技术复习资料 一、名词解释 1、 自锁模（138） 在激光腔内利用激光介质本身的非线性效应实现锁模。 2、 自注入再生放大（180） 利用一台激光器本身产生的“种子”信号自注入到腔内来实现再生放大。 3、 模式光点扫描法（217） 利用光点扫描记录出光强分布曲线，从曲线上找出对应的横模。 二、问答题 4、 拍频原理（244） 激光的相干性好，当两束光叠加在一起时，初相位的差值是暂时稳定的或缓慢变化的，因而会产生干涉现象。两束光波之间的可相干性，有助于测量频率的稳定性。当差频信号低于光电探测器的截至频率时，即有光电流输出为[]t A A i c c p )(2cos 2121υυπ-=，可以看出差频信号电流的频率随两束光的频率成比例地变化。 5、实现调Q 时激光器的基本要求是什么？（79） （1）工作物质必须能在强泵浦下工作，即抗损伤阈值要高，且工作物质上能级必须有较长的寿命。 （2）光泵的泵浦速率必须快于激光上能级的自发辐射速率。 （3）谐振腔的Q 值改变要快，一般应与谐振腔建立激光振荡的时间相比拟。 6、什么是被动锁模？（128） 在激光谐振腔中插入可饱和和吸收染料来调节腔内的损耗，当满足锁模条件时，就可得一系列的锁模脉冲。 7、解释一下横模测量中的直接观测法原理？（216） 不同横模的光强在横截面上有不同的分布。对于连续的可见光波段的中、小功率激光器，只需要在输出激光的通路上放置一个屏，就可以在屏上用眼睛直接观测激光的横摸图样（光斑）；对中等功率的红外激光，可采用烧蚀法；对于近红外激光，可采用转换材料，将近红外光转换成可见光；对于中、小功率的红外激光器，还可以采用变像管或CCD 摄像机观测横模。 8、主动稳频有哪几种方法？（227） 主动稳频的方法大致可以分为两类：一类是利用原子跃迁谱线中心频率作为鉴别器进行稳频，如兰姆凹陷稳频法；另一类是利用外界参考频率作为鉴别器标准进行稳频，如饱和吸收稳频法。 （1）兰姆凹陷稳频（2）塞曼效应稳频（3）饱和吸收稳频 9、自注入放大技术是种子激光注入到腔内实现放大，请画出自注入放大装置配置的原理图？（180，4.5-3） 10、复合腔选模技术的基本原理是什么？复合腔选模的频率是如何决定的？请画出Fox-Smith 复合腔选模激光器的结构示意图。（214，5.3-8，b ） 基本原理：用一个反射干涉仪系统取代谐振腔中的一个反射镜，则其组合反射率是光波长（频率）的函数。 Fox-Smith 干涉仪式复合腔。两个子腔的谐振频率分别为 []{}i i q l L n c )(2/21+=υ
激光器技术的应用现状及发展趋势_百度文库讲解
激光器技术的应用现状及发展趋势 摘要 :简述了激光精密加工技术及其特点 ; 综述了激光精密加工的应用现状 ; 探讨了激光精密加工技术的发展趋势。激光加工技术在机械工业中的广泛应用, 促进了激光加工技术向工业化发展。为此, 介绍了几种应用较广泛的激光加工技术; 重点讨论了激光硬化和激光珩磨技术的应用和发展趋势。摘要由于在光通信光数据存储传感技术医学等领域的广泛应用近几年来光纤激光器发展十分迅速本文简要介绍了光纤激光器的工作原理及特性 , 并对目前多种光纤激光器作了较为详细的分类 ; 同时介绍了近几年国内外对于光纤激光器的研究方向及其目前的热点是高功率光纤激光器、窄线宽可调谐光纤激光器和超短脉冲光纤激光器 ; 最后指出光纤激光器向高功率、多波长、窄线宽发展的趋势 . :结合河北工业大学光机电一体化研究室近几年对激光加工技术研究的初步成果, 对激光加工技术的特点, 激光加工技术在国内外的应用发展状况, 以及激光加工技术的发展趋势进行了简要介绍, 同时分析了我国激光加工产业面临的机遇与挑战,并提出了应采取的对策 前言 1 概述 激光加工是 20 世纪 60 年代初期兴起的一项新技术,此后逐步应用于机械、汽车、航空、电子等行业, 尤以机械行业的应用发展速度最快。在机械制造业中的广泛使用又推动了激光加工技术的工业化。 20 世纪 70 年代,美国进行了两大研究 :一是福特汽车公司进行的车身钢板的激光焊接 ; 二是通用汽车公司进行的动力转向变速箱内表面的激光淬火。这两项研究推动了以后的机械制造业中的激光加工技术的发展。到了 20 世纪 80 年代后期, 激光加工的应用实例有所增加 , 其中增长最迅速的是激光切割、激光焊接和激光淬火。这 3 项技术目前已经发展成熟, 应用也很广泛。进入 20 世纪 90 年代后期, 激光珩磨技术的出现又将激光微细加工技术在机械加工中的应用翻开了崭新的一页。激光加工技术之所以得到如此广泛的应用, 是因为它与传统加工技术相比具有很多优点:一、是非接触加工, 没有机械力; 二、是可以加工高硬度、高熔点、极脆的难加工材料;三、是加工区小,热变形很小,
激光基本知识问答题深刻复习资料
一、概念题： 1.光子简并度：处于同一光子态的光子数称为光子简并度 n。（光子简并度具有以下几种相同的含义，同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数。） 2.集居数反转：把处于基态的原子大量激发到亚稳态E2，处于高能级E2的原子数就可以大大超过处于低能级E1的原子数，从而使之产生激光。称为集居数反转(也可称为粒子数反转)。 3.光源的亮度：单位截面和单位立体角内发射的光功率。 4.光源的单色亮度：单位截面、单位频带宽度和单位立体角内发射的光功率。 5.模的基本特征：主要指的是每一个摸的电磁场分布，特别是在腔的横截面内的场分布；模的谐振频率；每一个模在腔内往返一次经受的相对功率损耗；与每一个模相对应的激光束的发散角。 6.几何偏折损耗：光线在腔内往返传播时，可能从腔的侧面偏折出去，这种损耗为几何偏折损耗。（其大小首先取决于腔的类型和几何尺寸，其次几何损耗的高低依模式的不同而异。） 7.衍射损耗：由于腔的反射镜片通常具有有限大小的孔径，当光在镜面上发生衍射时所造成一部分能量损失。（衍射损耗的大小与腔的菲涅耳数N＝2a／Lλ有关，与腔的几何参数g 有关，而且不同横模的衍射损耗也将各不相同。） 8.自再现模：光束在谐振腔经过多次反射，光束的横向场分布趋于稳定，场分布在腔内往返传播一次后再现出来，反射只改变光的强度大小，而不改变光的强度分布。 9.开腔的自再现模或横模：把开腔镜面上的经一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的自再现模或横模。 10.自再现变换：如果一个高斯光束通过透镜后其结构不发生变化,即参数ω。或f不变,则称
这种变换为自再现变换。 11.光束衍射倍率因子2M 定义：实际光束的腰半径与远场发射角的乘积与基模高斯光束的腰半径与远场发散角的乘积的比。 12.均匀加宽：如果引起加宽的物理因素对每个原子都是等同的,则这种加宽称作均匀加宽。（均匀加宽,每个发光原子都以整个线型发射,不能把线型函数上的某一特定频率和某些特定原子联系起来,或者说,每一发光原子对光谱线内任一频率都有贡献。包括自然加宽、碰撞加宽及晶格振动加宽。） 13.非均匀加宽：原子体系中每个原子只对谱线内与它的表观中心频率相应的部分有贡献,因而可以区分谱线上的某一频率范围是由哪一部分原子发射的，这种加宽称作均匀加宽。（气体工作物质中的多普勒加宽和固体工作物质中的晶格缺陷加宽均属非均匀加宽。） 14.表观中心频率：沿z 方向传播的光波与中心频率为0ν并具有速度z υ的运动原子相互作用 时,原子表现出来的中心频率为运动原子的表观中心频率。 15.反转集居数的饱和：反转集居数) (111 0ννs I I n n + ?= ?，当1νI 足够强时，将有0n n ?
激光原理与激光技术课后习题答案完整版及勘误表
激光原理与激光技术习题答案 《激光原理与激光技术》堪误表见下方 习题一 (1)为使氦氖激光器的相干长度达到1m ，它的单色性 /应为多大？ 解： 1010 1032861000 106328--?=?=λ=λλ?=.L R c (2) =5000?的光子单色性 /=10-7 ，求此光子的位置不确定量x 解： λ =h p λ?λ =?2h p h p x =?? m R p h x 510 1050007 10 2=?=λ=λ ?λ=?=?-- (3)CO 2激光器的腔长L=100cm ，反射镜直径D=1.5cm ，两镜的光强反射系数分别为r 1=0.985,r 2=0.8。求由衍射损耗及输出损耗分别引起的、c 、Q 、c (设n=1) 解： 衍射损耗: 1880107501106102 262.) .(.a L =???=λ=δ-- s ..c L c 881075110318801-?=??=δ=τ 6 86810 113107511061010314322?=??????=πντ=--....Q c MHz .Hz ...c c 19101910 75114321 2168 =?=???=πτ= ν?- 输出损耗: 119080985050212 1.)..ln(.r r ln =??-=-=δ s ..c L c 8 81078210 311901-?=??=δ=τ 6 86810 964107821061010314322?=??????=πντ=--....Q c MHz .Hz ...c c 75107510 78214321 2168 =?=???=πτ= ν?- (4)有一个谐振腔，腔长L=1m ，两个反射镜中，一个全反，一个半反，半反镜反射系数r=0.99，求在1500MHz 的围所包含的纵模个数，及每个纵模的线宽(不考虑其它损耗) 解： MHz Hz .L c q 15010511 2103288=?=??==ν? 11]11501500 []1[=+=+ν?ν?=?q q 005.02 01 .02===T δ s c L c 7 8 1067.6103005.01-?=??== δτ MHz c c 24.010 67.614.321 217 =???= = -πτν? (5) 某固体激光器的腔长为45cm ，介质长30cm ，折射率n=1.5，设此腔总的单程损耗率0.01，求此激
激光技术在医学上的应用(一)
激光技术在医学上的应用(一) 摘要主要介绍了激光全息技术和C02医用激光的兴起和在医学领域的应用，从激光全息技术的原理到原先再现，都作了详细的说明。对C02医用激光器在实际工作中的具体应用和改进作了详细介绍。 关键词全息技术；全息照相术；全息再现；C02医用激光器 1激光全患技术 激光全息技术是20世纪60年代初兴起的一门技术。激光全息技术发展很快，已在生产和科研的许多领域中广泛应用。最先把激光全息技术应用于医学的是VanUgten，他于1966年在世界上首次摄得眼全息图，但限于当时的技术水平，再现像的分辨率较差。以后各国科学家相继开始将激光全息技术应用于医学领域，从眼科扩展至胸外科、口腔科等。二次曝光的成功，促成了全息测量技术的发展，20世纪70年代出现的超声全息技术，将全息技术推进了一大步。由于超声可深入人体内部，因而超声全息可探测人体内部器官，如肠、胃、肝、胆及主胎儿等的生理异常，肢端和关节软组织的超声全息成像是极有价值的，超声全息还有希望应用于腱、肌肉和神经结构的显示。激光全息医学诊断术虽然产生的时间不长，但由于它具有种种优点，已越来越为人们所重视，并日益广泛地应用于临床。 1.1全患照相术 全息照相术与一般照相不同，照相是记录物体信息的一种技术，一般是将物体通过透镜成像在底片上，底片乳胶只记录光强(振幅)，而不能记录相位，因而失掉了三维特征。而全息照相底片上不只记录光强(振幅)，也记录相位(各点间的相互位相关系)，也就是记录物的全部信息，所以称为全息。 全息照片最早是由英国汤姆逊-豪斯敦公司的：盖宝摄得。照片的实质是将来自物体的波前和另一个参考波(通常是平面波或球面波)相干涉，底片记录干涉条纹，将同样的参考波照射此底片时，可在相应位置重新出现三维物体。 由此可见，全息照相和一般照相具有相同之处，即同样是记录物体信息的一种手段，但又有所不同，其特点如下： (1)因为全息照相记录的是物体的光波，而不是物体的像，因而用这种底片来观察物体时，可以变换视点来改变观察方向，亦即可以从不同的位置来考察物体(而一般照相只是从照相位置观察物体，即在照相镜头处观察物体)。观察方向只受到照片尺寸大小的限制。 (2)全息照相不需要透镜，但需要一个参考波源，如果参考波和再现波采用不同的波长，那么还可以具有放大或缩小的功能。 (3)全息照相具有深度效应(体视效应)。如变换观察方向时，后面部分可被前面部分遮挡，远处物体随着观察者运动而近处的不动，闪光忽隐忽现等。 (4)普通照相底片能直接看出物体的形状，而全息照相由于在激光照射下，记录的是干涉图样，所以在普通光线下观察时，看不到什么物体，而只是灰色的一片，要想见到展现物，必须用再现光照射(目前已制出一种能在普通光照射下再现的全息照片)。 (5)全息片记录的是干涉条纹，对底片的分辨率要求较高(在参考光和物体之间夹角很小时，可采用分辨率略低些的底片)。因此，稍有振动，就会使照片模糊，故必须采取严格的防震措施。 (6)普通相正负片的结果正好相反，而在全息照片中，不论正片还是负片结果一样。 1.2全息技术在医学上的应用 眼全息照相实验装置简图。激光由半反镜分成两束，一束为球面波参考光，另一束通过纤维光束，以球状通过接触镜进入眼球，眼球各部分的反射光和慢射光由瞳孔中央部6mm直径处射出，经投影透镜作为物波记录在全息底版上，激光是氩离子激光器，λ=0.5145UmP=100mWt=10ms-30ms，眼底网膜上的光亮约为3×10-3J／cm2。重现象可观察
激光复习资料
1．激光器的基本结构包括三部分，即工作物质、激励能源、光学谐振腔 2．任何一个共焦腔与无穷多个稳定球面腔等价，而任何一个满足稳定条件的球面腔唯一地等价于一个共焦腔。 3.影响腔内电磁场能量分布的因素有激活介质的光放大作用、腔镜反射不完全介质吸收、衍射损耗 4目前世界上激光器有数百种之多，如果按其工作物质的不同来划分，则可分为四大类，它们分别是固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器5He-Ne激光器是典型的四能级系统，有三条主要激光谱线，其激光谱线及波长分别为3S→2P0.6328μ2S→2P 1.15μ3S→3P 3.39μ1连续激光器稳定工作时的增益系数是否会随泵浦功率的提高而增加？为什么？ 不会因为连续激光器稳定时增益系数为G=号增益系数，I为腔内光强，I s为饱和光强。 G0 1+2I I s =G阈，G0为小信 因此，当满足阈值条件以后，当外界的泵浦功率增加时，腔内光强增加，引起增益饱和作用，则增益下降。在稳态工作时，激光器的增益系数保持与阈值相等，不会随泵浦功率的提高而增加。 2简要叙述激光器稳定出光的过程。 答：激光增益介质在激励源的激励下造成一定数目的粒子数反转分布，高能级上的粒子不稳定会产生自发辐射光，增益介质对这些最初始的自发辐射光有一定的增益系数，此时的增益要大于谐振腔的总损耗，光在谐振腔中往返传播一周增加的量大于损耗的量，因此光在谐振腔中逐步得到放大；当光被继续放大到一定强度可与激光器的饱和光强可比拟时，光强使介质的增益系数产生饱和效应，当增益系数逐步下降到等于谐振腔的总损耗系数时，光在腔中往返一次被增加的量等于损耗的量，此时激光器即发出稳定的光强。 3为什么一般来说均匀增宽的稳定态激光器的输出通常是单纵模的，而非均匀增宽的稳定态激光器输出通常是多个纵模？ 答：（1）对于均匀增宽型介质激光器来说，每个发光粒子对形成整个谱线都有贡献。当强度很大的光通过时，它会造成整个增益曲线按同一比例下降，通过增益的饱和效应模式之间会造成谱线竞争，最终只剩下与中心频率靠得最近的那个模式，所以是单纵模的； （2）对于非均匀增宽型介质激光器来说，某一种纵模的光强增强时，增益的饱和效应并不引起整个增益曲线下降，而是在该纵模对应的频率处烧一个孔，所以如果有多个纵模的小信号增益都大于阈值的话，这些纵模都可以建立起自己的振荡，所以非均匀增宽的稳定态激光器输出通常是多个纵模。