激光脉冲的平均功率和功率
激光原理与应用答案(陈家壁主编)
思考练习题11． 试计算连续功率均为1W 的两光源，分别发射λ＝0.5000μm ，ν=3000MHz 的光，每秒从上能级跃迁到下能级的粒子数各为多少？答：粒子数分别为：188346341105138.21031063.6105.01063.61⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯==---λνc h q n 239342100277.51031063.61⨯=⨯⨯⨯==-νh q n2．热平衡时，原子能级E 2的数密度为n 2，下能级E 1的数密度为n 1，设21g g =，求：(1)当原子跃迁时相应频率为ν＝3000MHz ，T ＝300K 时n 2/n 1为若干。
(2)若原子跃迁时发光波长λ＝1μ，n 2/n 1＝0.1时，则温度T 为多高？答：（1）(//m n E E m m kTn n n g e n g --=）则有：1]3001038.11031063.6exp[2393412≈⨯⨯⨯⨯⨯-==---kT h e n n ν（2）K T Te n n kT h 3623834121026.61.0]1011038.11031063.6exp[⨯=⇒=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-==----ν3．已知氢原子第一激发态(E 2)与基态(E 1)之间能量差为1.64×l0－18J ，设火焰(T ＝2700K)中含有1020个氢原子。
设原子按玻尔兹曼分布，且4g 1＝g 2。
求：(1)能级E 2上的原子数n 2为多少？(2)设火焰中每秒发射的光子数为l08 n 2，求光的功率为多少瓦？答：（1）1923181221121011.3]27001038.11064.1exp[4----⨯=⨯⨯⨯-⨯=⇒=⋅⋅n n e g n g n kTh ν且202110=+n n 可求出312≈n（2）功率＝W 918810084.51064.13110--⨯=⨯⨯⨯4．(1)普通光源发射λ＝0.6000μm 波长时，如受激辐射与自发辐射光功率体密度之比q q 激自1=2000，求此时单色能量密度νρ为若干？(2)在He —Ne 激光器中若34/100.5m s J ⋅⨯=-νρ，λ为0.6328μm ，设μ＝1，求q q 激自为若干？ 答：（1）3173436333/10857.31063.68)106.0(2000188m s J h h c q q ⋅⨯=⇒⨯⨯⨯=⇒=---ννννρρπρπλρνπ＝自激（2）943436333106.71051063.68)106328.0(88⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==---πρπλρνπννh h c q q ＝自激5．在红宝石Q 调制激光器中，有可能将全部Cr 3＋(铬离子)激发到激光上能级并产生巨脉冲。
激光原理及应用习题解答
麦拉福 思考练习题11． 试计算连续功率均为1W 的两光源，分别发射λ＝0.5000μm ，ν=3000MHz 的光，每秒从上能级跃迁到下能级的粒子数各为多少？答：粒子数分别为：188346341105138.21031063.6105.01063.61⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯==---λνc h q n 239342100277.51031063.61⨯=⨯⨯⨯==-νh q n2．热平衡时，原子能级E 2的数密度为n 2，下能级E 1的数密度为n 1，设21g g =，求：(1)当原子跃迁时相应频率为ν＝3000MHz ，T ＝300K 时n 2/n 1为若干。
(2)若原子跃迁时发光波长λ＝1μ，n 2/n 1＝0.1时，则温度T 为多高？答：（1）(//m n E E m m kTn n n g e n g --=）则有：1]3001038.11031063.6exp[2393412≈⨯⨯⨯⨯⨯-==---kT h e n n ν（2）K T Te n n kT h 3623834121026.61.0]1011038.11031063.6exp[⨯=⇒=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-==----ν3．已知氢原子第一激发态(E 2)与基态(E 1)之间能量差为1.64×l0－18J ，设火焰(T ＝2700K)中含有1020个氢原子。
设原子按玻尔兹曼分布，且4g 1＝g 2。
求：(1)能级E 2上的原子数n 2为多少？(2)设火焰中每秒发射的光子数为l08 n 2，求光的功率为多少瓦？答：（1）1923181221121011.3]27001038.11064.1exp[4----⨯=⨯⨯⨯-⨯=⇒=⋅⋅n n e g n g n kTh ν且202110=+n n 可求出312≈n（2）功率＝W 918810084.51064.13110--⨯=⨯⨯⨯4．(1)普通光源发射λ＝0.6000μm 波长时，如受激辐射与自发辐射光功率体密度之比q q 激自1=2000，求此时单色能量密度νρ为若干？(2)在He —Ne 激光器中若34/100.5m s J ⋅⨯=-νρ，λ为0.6328μm ，设μ＝1，求q q 激自为若干？ 答：（1）3173436333/10857.31063.68)106.0(2000188m s J h h c q q ⋅⨯=⇒⨯⨯⨯=⇒=---ννννρρπρπλρνπ＝自激（2）943436333106.71051063.68)106328.0(88⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==---πρπλρνπννh h c q q ＝自激5．在红宝石Q 调制激光器中，有可能将全部Cr 3＋(铬离子)激发到激光上能级并产生巨脉冲。
脉冲和激光
脉冲和激光引言：脉冲和激光是现代科学技术中的两个重要概念。
脉冲是指在一段时间内快速、间断地发生的能量传递现象，而激光则是一种特殊的光源，具有高度的单色性、方向性和高亮度。
本文将分别介绍脉冲和激光的定义、特性以及应用领域，并探讨两者之间的联系。
一、脉冲1. 定义脉冲是指在一段时间内快速、间断地发生的能量传递现象。
它可以是物理量的突然变化，也可以是一次性的脉冲信号。
2. 特性脉冲具有以下特性：(1) 能量集中：脉冲的能量在短时间内集中传递，能够产生较高的功率密度。
(2) 时间短暂：脉冲的持续时间很短，通常在纳秒至毫秒级别。
(3) 高峰值功率：脉冲的峰值功率比平均功率高很多。
3. 应用领域脉冲在许多领域中都有广泛的应用，如雷达、激光、通信、医学等。
在雷达中，脉冲被用于探测目标的距离和速度；在激光中，脉冲被用于产生高能量的光束；在通信中，脉冲被用于传输信息；在医学中，脉冲被用于治疗、诊断等。
二、激光1. 定义激光是一种特殊的光源，具有高度的单色性、方向性和高亮度。
它是通过激发原子或分子的能级跃迁产生的，具有狭窄的频谱宽度和高度的相干性。
2. 特性激光具有以下特性：(1) 单色性：激光的频率非常单一，具有极高的色纯度。
(2) 方向性：激光具有很强的方向性，能够形成狭窄的光束。
(3) 高亮度：激光的亮度非常高，光束能够聚焦成极小的点。
3. 应用领域激光在许多领域中都有广泛的应用，如激光切割、激光打印、激光医疗、激光通信等。
在激光切割中，激光被用于切割各种材料；在激光打印中，激光被用于打印高质量的图像；在激光医疗中，激光被用于手术、治疗等；在激光通信中，激光被用于传输信息。
三、脉冲与激光的联系脉冲和激光在某些方面具有联系：1. 脉冲激光：脉冲激光是指脉冲信号产生的激光。
它既具有脉冲的特性，又具有激光的特性，能够产生高能量的、短暂的光脉冲。
2. 激光脉冲：激光脉冲是指激光的脉冲信号。
它既具有激光的特性，又具有脉冲的特性，能够在短时间内产生高能量的光脉冲。
脉冲激光与连续激光的区别
脉冲激光与连续激光的区别连续激光顾名思义 激光输出时间上时连续的 脉冲激光的输出是不连续的商用的最短能到几飞秒的量级吧 所以脉冲激光常用于测量超快的物理过程。
但是连续激光也有好处 经过稳频 可以得到很窄的线宽 能用于激光测距精细光谱。
两者峰值功率差很多 连续激光中比较好的半导体激光器能做到百W量级而脉冲激光现在飞秒的能做到TW的量级 脉宽越短 热作用效应越少 精细加工中都是用脉冲激光较多。
峰值功率=单脉冲能量/脉冲宽度 平均功率=单脉冲能量*重复频率激光的脉宽是对脉冲激光器或准连续的激光器而言的 简单说可以理解为每次发射的一个激光脉冲的作用时间或一个激光脉冲的持续时间。
重复频率是每秒中激光器发射的脉冲数 如10Hz就是指一秒钟发射10个激光脉冲。
但是每个激光脉冲的脉宽就因不同激光器而不同 是纳秒级的还是微妙级的还是毫秒级的。
就像上面朋友说的 有如下关系 峰值功率=单脉冲能量/脉冲宽度 平均功率=单脉冲能量*重复频率。
激光线宽是表征激光单色性的 线宽越窄 激光单色性越好什么是连续激光和脉冲激光,区别在哪？发表日期：2016-06-21 文章编辑：廖浏览次数: 503激光（英语：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写为LASER，或laser），港澳地区称“激光”、“雷射”，台湾地区称“雷射”、“镭射，是指通过受激辐射而产生，放大的光，即受激辐射的光放大。
特点是单色性极好，发散度极小，亮度（功率）可以达到很高。
产生激光需要“激发来源”，“增益介质”，“共振结构”这三个要素。
脉冲就是隔一段相同的时间发出的波（电波/光波等等）等机械形式。
激光脉冲指的是脉冲工作方式的激光器发出的一个光脉冲，简单的说，好比手电筒的工作一样，一直合上按钮就是连续工作，合上开关立刻又关掉就是发出了一个“光脉冲”。
用脉冲方式工作有它的必要性，比如发送信号、减少热的产生等。
激光脉冲的平均功率和功率
一台脉冲激光器，脉冲发射能量是1焦耳/次，脉冲频率是50Hz，则每秒钟发射激光50次，每秒钟内做功的平均功率为：50X1焦耳=50焦耳，所以，平均功率就换算为50瓦。再举例说明峰值功率的计算，一台绿光脉冲激光器，脉冲能量是0.14mJ/次，每次脉宽20ns,脉冲频率100kHz，
能量密度=（单脉冲能量*所用频率 ）/ 光斑面积算
通常也用单位时间内的总能量除以光斑面积
峰值功率=脉冲能量除以脉宽
平均功率=脉冲能量*重复频率（每秒钟脉冲的个数）
脉冲激光器的能量换算
脉冲激光器的发射激光是不连续，一般以高重频脉冲间隔发射。发射能量以功的单位焦耳(J)计，即每次脉冲做功多少焦耳。
连续激光器发射的能量以功率单位瓦特(W)计量，即每秒钟做功多少焦耳，表示单位时间内做功多少。
从脉冲激光器的平均功率看，该镜片是能承受不被损伤的，但从脉冲激光器的峰值功率看，是大于该镜片的激光损伤阈值的。所以，综合判断，该ZnSe镜片不宜用于此脉冲激光器。如果有条件，对脉冲激光器镜片，应当分别测试平均功率和峰值功率的激光损伤阈值。
Ave.Power：平均功率Pulseenergy：脉冲能量PulseWidth：脉宽PeakPower:峰值功率Rep.Rate：脉冲频率ps：皮秒，10-12Sns：纳秒，10-9SM:兆，106J:焦耳W:瓦
平均功率为：0.14mJX100k=14J/s=14W，即平均功率为14瓦；峰值功率是每次脉冲能量与脉宽之比，即
峰值功率：0.14mJ/20ns=7000W=7kW,峰值功率为7千瓦。
要想知道镜片的脉冲激光损伤阈值是否在承受极限内，既要计算脉冲激光的峰值功率，也要计算脉冲激光的平均功率，综合考虑。
如某ZnSe镜片的激光损伤阈值时是500MW/cm2,使用在一台脉冲激光器中，脉冲激光器的脉冲能量是10J/cm2，脉宽10ns，频率50kHz。首先，计算平均功率：10J/cm2X50kHz=0.5MW/cm2其次，再计算峰值功率：10J/cm2/10ns=1000MW/cm2
各功率激光的特点
常见激光技术总结目前常见的激光器按工作介质分气体激光器、固体激光器、半导体激光器、光纤激光器和染料激光器5大类，近来还发展了自由电子激光器。
大功率激光器通常都脉冲方式输出已获得较大的峰值功率。
单脉冲激光指的是几分钟才输出一个脉冲的激光，重频激光指的是每分钟输出几次到每秒输出数百次甚至更高的激光。
一、气体激光器1.He-Ne激光器：典型的惰性气体原子激光器，输出连续光，谱线有632.8nm（最常用），1015nm，3390nm，近来又向短波延伸。
这种激光器输出地功率最大能达到1W，但光束质量很好，主要用于精密测量，检测，准直，导向，水中照明，信息处理，医疗及光学研究等方面。
2.Ar离子激光器：典型的惰性气体离子激光器，是利用气体放电试管内氩原子电离并激发，在离子激发态能级间实现粒子数反转而产生激光。
它发射的激光谱线在可见光和紫外区域，在可见光区它是输出连续功率最高的器件，商品化的最高也达30-50W。
它的能量转换率最高可达0.6%，频率稳定度在3E-11，寿命超过1000h，光谱在蓝绿波段（488/514.5），功率大，主要用于拉曼光谱、泵浦染料激光、全息、非线性光学等研究领域以及医疗诊断、打印分色、计量测定材料加工及信息处理等方面。
3.CO2激光器：波长为9~12um（典型波长10.6um）的CO2激光器因其效率高，光束质量好，功率范围大（几瓦之几万瓦），既能连续又能脉冲等多优点成为气体激光器中最重要的，用途最广泛的一种激光器。
主要用于材料加工，科学研究，检测国防等方面。
常用形式有：封离型纵向电激励二氧化碳激光器、TEA二氧化碳激光器、轴快流高功率二氧化碳激光器、横流高功率二氧化碳激光器。
4.N2分子激光器：气体激光器，输出紫外光，峰值功率可达数十兆瓦，脉宽小于10ns，重复频率为数十至数千赫，作可调谐燃料激光器的泵浦源，也可用于荧光分析，检测污染等方面。
5.准分子激光器：以准分子为工作物质的一类气体激光器件。
激光脉冲原理与调Q原理
激光脉冲原理与调Q原理按照输出激光的时间特性，激光器可以分为连续激光器和脉冲激光器，脉冲激光的脉宽主要是纳秒，微秒和飞秒。
连续激光器连续不断地输出激光，输出功率一般都比较低，适合于要求激光连续工作(激光通信，激光手术等)的场合；以连续光源激励的固体激光器，以连续电激励方式工作的气体激光器及半导体激光器，均属于连续激光器。
脉冲激光器：是指每间隔一定时间才输出一次激光的激光器，一般具有较高的峰值功率，适合于激光打标，切割，测距等应用。
常见的脉冲激光器包括：固体激光器中的钇铝石榴石(YAG)激光器，红宝石激光器，蓝宝石激光器，钕玻璃激光器等，还有氮分子激光器，准分子激光器等。
脉冲激光器的关键参数：平均功率：表征在一个完整的周期内(脉冲周期)能量输出的平均速率峰值功率：表征一个脉冲内(脉宽)输出的能量的速率脉冲周期：从一个脉冲开始到下一个脉冲的开始之间的间隔(和重复频率是倒数关系) (重复频率：每秒内输出的脉冲个数)脉宽：一个脉冲的持续时间(例如，一台激光器每秒内输出一个能量为0.5J的激光脉冲，那么它的平均功率就是0.5W；如果相同一台单脉冲能量为0.5J的激光器的脉宽为1微妙，那么它的峰值功率为500000W)脉冲激光器的分类：1.长脉冲激光器：长脉冲激光也被称为准连续激光器，一般产生毫秒ms量级的脉冲，占空比为10%(比较大)；脉冲时间通常为1.5—100ms不等，常用的长脉冲激光包括翠绿宝石激光，半导体激光，Nd:YAG激光，染料激光，红宝石激光，超脉冲CO2激光，铒激光等2．巨脉冲激光器(调Q激光器)：在激光腔体内人为的加入损耗，使其大于工作物质的增益，这时抑制激光输出。
但在泵浦源持续不断的激励下，激光上能级的原子数越来越多，得到了较大的粒子数反转，不断积累能量。
在撤除人为加入的损耗情况下，就会在很短的时间内以极快的速度产生脉冲宽度窄，峰值功率高的脉冲激光，通常称为巨脉冲。
调Q：调Q是许多商用激光器产生脉冲激光的主要方式，为研究出真正具有实用价值的激光器，需不断改进其性能，提高效率和功率、压缩脉冲宽度、改变输出频率。
脉冲激光能量参数关系_脉冲激光器的能量换算
脉冲激光能量参数关系_脉冲激光器的能量换算激光器从运行上分为连续激光器和脉冲激光器。
脉冲激光器是指单个激光脉冲宽度小于0.25秒、每间隔一定时间才工作一次的激光器，它具有较大输出功率，适合于激光打标、切割、测距等。
常见的脉冲激光器有固体激光器中的钇铝石榴石（YAG）激光器、红宝石激光器、钕玻璃激光器等，还有氮分子激光器、准分子激光器等。
调Q和锁模是得到脉冲激光的两种最常用的技术。
本文首先介绍了脉冲激光器的分类及脉冲激光器的激光级别，其次阐述了脉冲激光能量参数关系及能量换算，最后介绍了常用的脉冲激光器，具体的跟随小编一起来了解一下。
脉冲激光器的分类1、短脉冲激光器2、长脉冲激光器脉冲激光器激光级别第一级：在正常操作情况下，不会产生对人有伤害的光辐射。
第二级：其辐射范围在可见光谱区，其AEL值相当于在第一级产品的辐射中暴露0.25秒时的值。
该级产品需要附加警告标记，进行安全测试。
第三级：分成3a与3b两级。
3a级别对于具有对强光正常躲避反应的人来说，不会对裸眼造成伤害，但是对于通过使用透镜仪器进行观察的情况，就会对人眼造成伤害。
3b级产品包括在200nm至1000000nm范围内的辐射，如果裸眼直视就会造成意外伤害。
对其的管理及控制要比第二级严格。
第四级：AEL在第三级以上，不但在直视时会对人眼造成伤害，在其他情况下也会造成以外伤害。
不但对眼睛，也可能伤及皮肤，甚至引起火灾。
对该类产品要进行严格的管理及控制。
脉冲激光能量参数关系_脉冲激光器的能量换算脉冲激光器的发射激光是不连续，一般以高重频脉冲间隔发射。
发射能量以功的单位焦耳（J）计，即每次脉冲做功多少焦耳。
连续激光器发射的能量以功率单位瓦特（W）计量，即每秒钟做功多少焦耳，表示单位时间内做功多少。
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激光脉冲的平均功率和功率，
设脉冲激光器输出的单个脉冲持续时间（脉冲宽度）为：t,（实际为FWHM宽度）
单个脉冲的能量：E,
输出激光的脉冲重复周期为：T,
那么,激光脉冲的平均功率Pav = E/T,（即在一个重复周期内的单位时间输出的能量）
脉冲激光讲峰值功率（peak power）Ppk = E/t
能量密度=（单脉冲能量*所用频率）/光斑面积算
通常也用单位时间内的总能量除以光斑面积
峰值功率=脉冲能量除以脉宽
平均功率=脉冲能量*重复频率（每秒钟脉冲的个数）
脉冲激光器的能量换算
脉冲激光器的发射激光是不连续，一般以高重频脉冲间隔发射。
发射能量以功的单位焦耳J）
计，即每次脉冲做功多少焦耳。
连续激光器发射的能量以功率单位瓦特（W）计量，即每秒钟做功多少焦耳，表示单位时间内
做功多少。
瓦和焦耳的关系：1W=1J/秒。
一台脉冲激光器，脉冲发射能量是1焦耳/次，脉冲频率是50Hz,则每秒钟发射激光50次，每秒钟内做功的平均功率为：50X 1焦耳=50焦耳，所以，平均功率就换算为50瓦。
再举例
说明峰值功率的计算，一台绿光脉冲激光器，脉冲能量是0.14mJ/次，每次脉宽20 ns,脉冲
频率100kHz，
平均功率为：0.14mJ X 100k=14J/s=14W，即平均功率为14瓦；峰值功率是每次脉冲能量与脉宽之比，即
峰值功率：0.14mJ/20ns=7000W=7kW，峰值功率为7千瓦。
要想知道镜片的脉冲激光损伤阈值是否在承受极限内，既要计算脉冲激光的峰值功率，也要计算脉冲激光的平均功率，综合考虑。
如某ZnSe镜片的激光损伤阈值时是500MW/cm2,使用在一台脉冲激光器中，脉冲激光器的
脉冲能量是10J/cm2，脉宽10ns，频率50kHz。
首先，计算平均功率：10J/cm2 X 50kHz
=0.5MW/cm2 其次，再计算峰值功率：10J/cm2 / 10ns = 1000MW/cm2 从脉冲激光器的平均功率看，该镜片是能承受不被损伤的，但从脉冲激光器的峰值功率看，
是大于该镜片的激光损伤阈值的。
所以，综合判断，该ZnSe镜片不宜用于此脉冲激光器。
如果有条件，对脉冲激光器镜片，应当分别测试平均功率和峰值功率的激光损伤阈值。
Ave. Power :平均功率Pulse energy :脉冲能量Pulse Width :脉宽Peak Power:峰值功率Rep. Rate :脉冲频率ps：皮秒，10-12 S ns：纳秒，10-9S M: 兆, 106 J:焦耳W:瓦
氙灯作为激光设备一个常用光源，通常被人们也叫做激光氙灯、脉冲氙灯。
氙灯是一
种填充氙气的光电管或闪光电灯。
氙气化学性质不活泼，不能燃烧，也不助燃。
是天然的稀
有气体中分子量最大、密度最高的。
氙气高压灯辐射发出很强的紫外线，可用于医疗,
制作光谱仪光谱以及各种工业激光设备中。
编辑本段尺寸说明
①9X125X270在这里①9代表氙灯的外径。
125"表示氙灯的弧长，"270"表示氙灯的总长
编辑本段注意事项
1、不要沾污石英泡壳应保持清洁，使用前应用酒精棉花擦净后再点灯。
2、由于电
流较大，灯头和灯座之间接触必须良好，使用中必须保证接触点清洁。
3、因灯内充有高
压气体，故在装卸运输时，尤其在装机时避免碰撞，工作时应置于散热良好的罩内，以防爆炸及强光、强紫外线灼伤皮肤和眼睛。
4、氙灯必须与专用的直流电源及触发器配套使用，
直流电源的波纹系数不得大于7%，点燃时工作电流应在规定范围内。
否则会影响灯的寿命，甚至毁坏。
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