激光辅助知识
Matlab辅助激光光学分析与应用
1.1 Maxwell方程组和电磁波
十八世纪中叶，James Maxwell 将已知的各种电磁作用关系用一组方程组合起来，形 成了一个方程组：
ρ (源于库伦定律的高斯定律) (1.1) ε0 (源于毕奥-萨瓦尔定律的高斯定律) (1.2) ∇ ·B = 0 ∂B (法拉第定律) (1.3) ∇×E + =0 ∂t ∂E B ∇ × − ε0 =J (Maxwell 修正的安培定律) (1.4) μ0 ∂t 式中， E 和 B 分别代表了电场和磁场分量。电荷密度 ρ 描述路径空间单位体积内的电荷量 分布；电流 J 描述电荷的移动 ( 单位电荷乘以速度 ) 。 ε 0 表示真空介电常数，其值为 ∇·E =
缓慢变化的， 与平面波类似。 但是我们允许振幅沿 z 轴在远大于波长量级的范围上有明显的 变化。这样就得到了旁轴波方程：
⎛ ∂2 ∂2 ∂ ⎞ ⎟E ≅ 0 ⎜ 2 + 2 + 2 jk ∂y ∂z ⎠ ⎝ ∂x
求解方程(1.21)式，得到：
(1.21)
(x , y , z ) ≅ − j E λz
Matlab辅助激光光学分析与应用
作 者：刘良清 Email：llq-hust@ 单 位：武汉凌云光电科技有限公司 毕业院校：华中科技大学激光技术与工程学院 学 历：硕士研究生 研究方向：自适应光学、非线性光学、激光光学、固体激光 器件
2008 年 3 月
第一版
第一章
光的波动性和衍射
外，如果进一步满足远场条件
( x − x ′ ) + (y − y ′ ) r ≅z+
(1.25)
k ( x ′2 + y ′2 ) 2
⎛ x 2 +y 2 2z
激光玩具的原理
激光玩具的原理激光玩具是一种使用激光技术制作的玩具。
激光是一种高度聚焦和高能量的光线，具有特定的波长和频率。
激光玩具利用激光的特性，通过特殊的电子元件和光学系统，将激光转化为可见的束状光线，用于娱乐和游戏。
激光玩具的原理涉及到光学、电子学和光学元件的知识。
下面，我们将详细介绍激光玩具的原理。
首先，激光发生器是激光玩具的核心组件之一。
激光发生器包含一个激光二极管，这是一种基于固体或半导体材料的电子元件，通过激励电流来产生激光。
激光二极管具有一个正极（即阳极）和一个负极（即阴极），当通过二极管的电流足够大时，激光二极管中的电子开始在半导体材料的能带之间跃迁，产生光子。
这些光子在带有弯曲反射镜的包裹中来回反射，最终转化为激光束。
其次，光学系统是激光玩具的另一个重要组件。
光学系统包括透镜、反射镜和棱镜等元件，用于控制激光束的方向、形状和颜色。
透镜可以使激光束聚焦或散开，从而改变其直径和亮度。
反射镜通过反射激光束，使其改变方向。
棱镜可以将激光束分成多个不同颜色的光束，从而实现多彩的效果。
光学系统的设计和调整是激光玩具制作中的一项重要工作，可以根据需要来调整激光束的特性，以达到更好的效果。
另外，电子控制系统也是激光玩具的关键组成部分。
电子控制系统负责控制激光发生器的工作状态和输出功率，同时还可以通过按钮、滑动开关或遥控器等操作控制器来控制激光玩具的工作模式和功能。
电子控制系统中通常还会包括电源供应和电流调节等电路，以确保激光玩具的正常运行和安全性。
激光玩具的工作原理是利用激光技术将激光转化为可见的束状光线。
在激光发生器中，激光二极管通过激励电流产生激光。
激光通过光学系统被聚焦或散开，形成可见的激光束。
电子控制系统控制激光发生器的工作状态和输出功率，并通过操作控制器实现激光玩具的各种功能和模式。
激光玩具的应用非常广泛，常见的有激光瞄准器、激光指示器、激光迷宫和激光秀等。
激光瞄准器是一种通过聚焦激光束来辅助瞄准的装置，常用于射击运动和枪支训练中；激光指示器可以用于科学实验和教学中的光学演示；激光迷宫是一种利用激光束穿越迷宫来进行游戏的玩具；激光秀则是一种通过激光束的展示和投影来创造艺术效果的表演。
激光技术在消防救援领域的应用探索培训
,a click to unlimited possibilities
汇报人：
目录
激光技术的基础知 识
激光技术在消防救 援领域的挑战和发 展趋势
激光技术在消防救 援领域的应用优势
消防救援人员使用 激光技术的培训内 容和培训方式
激光技术在消防救 援领域的具体应用
方式
培训目标
掌握激光技术的原理和应用场景 学会使用激光技术进行消防救援 了解激光技术的安全使用和注意事项 提高消防救援人员的技能和效率
培训内容
激光技术的原理和应 用领域介绍
激光技术在消防救援 中的优势和作用
激光技术在消防救援 中的实际应用案例分
享
激光技术使用过程中 的安全注意事项和操
作规范
激光技术设备的维护 保养和常见故障排除
激光技术在火场定 位中的应用场景： 建筑物倒塌、山洞 火灾等复杂环境下 的搜救、定位工作
激光技术在火场定 位中的未来发展： 提高定位精度、拓 展应用范围，适应 更多复杂环境
激光技术在火场搜索和救援中的应用
激光技术在火场搜 索中的应用：利用 激光穿透烟雾和黑 暗，提高搜索效率
激光技术在火场救 援中的应用：通过 激光指示，为救援 人员提供精确的定 位和导航
军事等领域
激光技术在消防救援 领域的应用优势
提高救援效率
激光测距仪：测量火场距离， 确定最佳救援方案
激光雷达：快速获取火场信 息，为救援提供准确数据支 持
激光切割机：快速切割火场 障碍物，开辟救援通道
激光灭火器：精准定位火源， 提高灭火效率
提升安全性
激光束方向性好，能量集中，穿透力强 激光束颜色单一，亮度高，抗干扰能力强 激光束传播距离远，能够穿透烟雾、黑暗等恶劣环境 激光束具有高精度、高速度、高稳定性的特点，能够提高救援效率
Matlab辅助激光光学分析与应用
M a t l a b辅助激光光学分析与应用2008年3月第一版M M a a t t l l a a b b辅助激光光学分析与应用 (I)第一章光的波动性和衍射 (1)1.1 Maxwell方程组和电磁波 (1)1.2 波动方程 (3)1.3 衍射 (4)1.3.1 小孔衍射 (5)1.3.2 双缝衍射 (11)1.4 波前畸变 (13)1.4.1 Zernike多项式 (13)1.4.2 畸变光束的衍射 (15)1.5 光束通过光学元件的变换 (18)1.5.1 平行光束通过透镜的聚焦 (18)1.5.2 高斯光束通过透镜的聚焦 (23)1.5.3 自聚焦透镜 (25)1.6 高斯光束 (27)1.6.1 高阶高斯光束 (27)1.6.2 高斯光束的传输变换 (31)第二章激光谐振腔 (35)2.1 激光谐振腔的本征方程 (35)2.2 无源腔的Fox-Li迭代方法 (35)2.3 无源腔的矩阵特征向量方法 (40)2.3.1 平行平面腔 (40)2.3.2 双凹腔 (43)2.4 基模谐振腔 (49)第一章 光的波动性和衍射1.1 Maxwell 方程组和电磁波十八世纪中叶，James Maxwell 将已知的各种电磁作用关系用一组方程组合起来，形成了一个方程组：ε·E(源于库伦定律的高斯定律) (1.1) 0·B(源于毕奥-萨瓦尔定律的高斯定律)(1.2) 0B E t (法拉第定律)(1.3)B EJt (Maxwell 修正的安培定律) (1.4)式中，E 和B 分别代表了电场和磁场分量。
电荷密度描述路径空间单位体积内的电荷量分布；电流J 描述电荷的移动(单位电荷乘以速度)。
表示真空介电常数，其值为122208.85410/·CN m 。
0表示真空磁导率常数，其值为70410/·T m A（或者2k /·g m C ）。
在安培定律中引入了一个关键参数之后，Maxwell 意识到，方程组构成了一个完美的电磁现象自洽理论。
激光基础知识
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激光简介
• 激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人 类的又一重发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、 “最亮的光”和“奇异的激光”。它的亮度为太阳光的 100亿倍。它的原理早在 1916 年已被著名的物理学家爱 因斯坦发现，但要直到 1960 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 导致整个一门新兴产业的出现。激光可使人们有效地利用 前所未有的先进方法和手段，去获得空前的效益和成果， 从而促进了生产力的发展。该项目在华中科技大学武汉光 电国家实验室和武汉东湖中国光谷得到充分体现，也在军 事上起到重大作用。
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激光产生条件：粒子数反转
• 当频率一定的光射入工作物质时，受激辐射和 受激吸收两过程同时存在，受激辐射使光子数增 加，受激吸收却使光子数减小。物质处于热平衡 态时，粒子在各能级上的分布，遵循平衡态下粒 子的统计分布律。按统计分布规律，处在较低能 级E1的粒子数必大于处在较高能级E2的粒子数。 这样光穿过工作物质时，光的能量只会减弱不会 加强。要想使受激辐射占优势，必须使处在高能 级E2的粒子数大于处在低能级E1的粒子数。这种 分布正好与平衡态时的粒子分布相反，称为粒子 数反转分布，简称粒子数反转。如何从技术上实 现粒子数反转是产生激光的必要条件。
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• • • •
通常激光器包括三个基本部分： 激光工作物质 外界激励源 光学谐振腔
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• 激光工作物质 • 是激光器中用于发射激光的物质。作为激光的工 作介质，必须是激活介质，即在外界能源激励下， 能在介质中形成粒子数反转（若介质在外界能源 激励下破坏了热平衡，使高能级上的粒子数大于 的能级上的粒子数，这种状态称为粒子数反转态。 在这种状态下光通过介质后得到放大，这种情况 称为有光增益，此时的介质为光增益介质。）红 宝石激光器的工作物质为含铬离子的红宝石，氦 氖激光器的工作物质是气体氖（氦为辅助工作物 质），常见的氩离子激光器的工作物质是气体氩。
激光微加工技术讲解
自1960年第一台激光器问世以来，激光的研究及其在各个领域的应用得到了迅速的发展。
其高相干性在高精密测量、物质结构分析、信息存储及通信等领域得到了广泛应用。
激光的高方向性和高亮度可广泛应用于加工制造业。
随着激光器件、新型受激辐射光源，以及相应工艺的不断革新与优化，尤其是近20年来，激光制造技术已渗入到诸多高新技术领域和产业，并开始取代或改造某些传统的加工业。
1987 年美国科学家提出了微机电系统(MEMS发展计划，这标志着人类对微机械的研究进入到一个新的时代。
目前，应用于微机械的制造技术主要有半导体加工技术、微光刻电铸模造(LIGA工艺、超精密机械加工技术以及特种微加工技术等。
其中，特种微加工方法是通过加工能量的直接作用，实现小至逐个分子或原子的去除加工。
特种加工是利用电能、热能、光能、声能、化学能等能量形式进行加工的，常用的方法有：电火花加工、超声波加工、电子束加工、离子束加工、电解加工等等。
近年来发展起来一种可实现微小加工的新方法：光成型法，包括立体光刻工艺、光掩膜层工艺等。
其中利用激光进行微加工显示出巨大的应用潜力和诱人的发展前景。
为适应21世纪高新技术的产业化、满足微观制造的需要，研究和开发高性能激光源势在必行。
作为激光加工的一个分支，激光微加工在过去十年被广泛关注。
其中原因之一是由于更加有效的激光源不断涌现。
比如具有非常高峰值功率和超短脉冲固体激光，有很高光束质量的二极泵浦的Nd:YAG激光器等。
另外一个原因是有了更为精确、高速的数控操作平台。
但一个更为重要的原因是不断涌现的工业需求。
在微电子加工中，半导体层的穿孔、寄存器的剪切和电路修复都用到激光微加工技术。
激光微加工一般所指加工尺寸在几个到几百微米的工艺过程。
激光脉冲的宽度在飞秒（fs ）到纳秒（ns ）之间。
激光波长从远红外到X 射线的很宽波段范围。
目前主要应用于微电子、微机械和微光学加工三大领域。
随着激光微加工技术的发展和成熟，将在更广的领域得到推广和应用。
基质辅助激光解吸电离质谱技术
基质辅助激光解吸电离质谱技术
基质辅助激光解吸电离质谱技术（MALDI-TOF）是一种分析生物
分子的强大工具。
它已经在蛋白质、核酸和其他生物分子分析方面得
到广泛应用。
下面将从以下四个方面介绍MALDI-TOF技术的原理、
优点和应用。
一、原理
MALDI-TOF技术基于激光的原理，将样品与基质的混合物直接离子化，负离子和正离子由离子源加速器加速并分离，形成离子束，然后质量
分析器通过测量离子的飞行时间确定其质量。
该技术的核心基质辅助
激光解吸（MALDI）利用吸收激光能量的基质辅助离子化样品，以便
于其在质谱仪中分析。
二、优点
1.高灵敏度和快速分析速度
2.允许复杂混合物的分析
3.适合大分子分析
4.样品制备简单，并且适合高通量分析
三、应用
1.蛋白质质量分析
MALDI-TOF技术被广泛用于蛋白质质量分析，如蛋白质组学研究、酶学、蛋白质结构与功能研究等领域。
2.核酸分析
MALDI-TOF技术已用于分析DNA序列，RNA序列、突变筛查等应用。
3.药物筛选
MALDI-TOF技术可以被用于药物筛选研究，例如药物的质量控制和药
物代谢动力学等。
4.食品安全
MALDI-TOF技术可以基于蛋白质和碳水化合物分析技术来鉴定、检测
和鉴别食品中的致病菌和其他食品中的杂质。
四、结论
MALDI-TOF是一种革命性分析技术，已被广泛应用于多个领域，包括
蛋白质质量分析、核酸分析、药物筛选和食品安全等。
由于它的快速、高灵敏度和不依赖于基础知识的可靠性，它被证明是高通量分析的方
法选择之一。
激光切割知识与技能训练
激光切割知识与技能训练激光切割是一种高精度、高效率的金属加工技术，广泛应用于工业制造、汽车、航空航天等领域。
如何掌握激光切割的相关知识和技能，提高切割质量和效率，是每个从事相关行业的工作者都需要面对和解决的问题。
激光切割原理激光切割是利用高能密度的激光束对工件进行热能加工，通过熔化、气化或燃烧的方式将工件切割成所需要的形状。
激光切割的原理可以归纳为以下几点：1.激光能量聚焦：激光束通过透镜聚焦成高能密度的光点，能量集中在小范围内，从而实现高效加工。
2.熔化或气化工件：激光束的高能量可以使工件局部熔化或气化，实现切割作用。
3.辅助气体吹扫：通常在激光切割过程中会使用辅助气体，如氧气、氮气等，用以吹扫工件表面产生的熔渣，提高切割质量。
从事激光切割的必备技能要成为一名优秀的激光切割工作者，除了具备相关的专业知识外，还需要掌握以下几项关键技能：1. 激光设备操作技能熟练掌握激光切割设备的操作技能，包括启动设备、调整参数、监控加工过程等。
2. 安全意识和操作规范激光切割是一项高风险的工作，操作人员必须具备严谨的安全意识，遵守操作规范，做好相关防护工作，确保人身和设备安全。
3. 材料特性了解不同材料在激光切割过程中的反应不同，了解不同材料的熔点、气化点、硬度等特性，有助于选择合适的加工参数，提高切割效率和质量。
4. 故障排除能力在实际工作中，激光切割设备可能会出现各种故障，具备快速准确的故障排除能力对于保证生产连续性至关重要。
提高激光切割技能的途径除了掌握基本技能外，提高激光切割技能还可以从以下几个方面入手：1. 参加培训课程参加正规的技术培训课程，系统学习激光切割的相关知识和技能，能够更好地掌握实际操作技巧。
2. 多实践、多总结在工作中多积累实践经验，不断总结和改进工作方法，尝试不同的切割参数和材料组合，以提高切割效率和质量。
3. 关注行业动态及时了解激光切割领域的最新技术和设备，跟踪行业前沿动态，不断学习和提升自己的专业水平。
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Anderson于2004年首先发表, 立即得到世界各地专家认同并迅速
应用于临床治疗。它既有侵袭性治疗的快速和显著效果，又具有 非侵袭性治疗副作用小，恢复时间短的优势，集二者的优点为一 体。
什么是3D点阵激光技术？
• 3D点阵激光技术即三维点阵激光技术：可以调
控点阵的密度(即小光斑间隔距离)，又可以调 控点阵的穿透深度、脉宽和能量，以达到无损 点阵模式、微损点阵模式及有损点阵模式。有 效降低激光创伤面积，同时利用小光斑周围的
Er-Glass激光比Co2激光的优势
• 铒玻璃激光能比Co2激光穿透更深，色素沉着更小。能使靶组 织均匀吸收同样宽度和深度的激光，能达到最高能量和最有 效的治疗结果；而二氧化碳激光只是作用在皮肤表面。
• 另外由于二氧化碳激光被水吸收很厉害，能有效作用在靶组
织上的有效能量比较少，要达到同样的治疗结果，必然要加
激光美容知识
什么是激光美容技术？
• 激光是一种高能量的光，穿透力非常强，方向性非常好，只向一 个方向发射，在传播中始终像一条笔直的线，不易发散，颜色单 一。即具有高能量，相干性及单色性的特点。 • 激光自十九世纪被发现后，已开始运用于工业、医疗、美容等各 个领域。医疗中常用到的如激光诊断，激光手术，激光治疗近视
大能量，这样造成色素沉着、皮肤灼伤的概率要大很多。铒
激光更趋向于采用特定焦距的透镜作用在深层的靶组织，从
长远的影响来看铒玻璃点阵激光是很好的一种治疗方式。
正常皮肤组织加速治疗部位愈合的速度，取得
最好的临床疗效。
点阵激光作用原理
• 激光在医疗的发展治疗上，是以高功率和小光点来穿透皮肤。以往这样的治疗方式， 会导致健康皮层随着需要治疗的皮肤而遭受破坏，术后需要较长的修复及照护期。而3D变频 飞梭激光是根据分段光热裂解作用而发展出来的科技。局部的以极细微的激光光束治疗皮肤， 每个激光光点直径可控制在60-100微米，是极细致的激光光束，达到独特的伤疤疗愈成效。 • 每一个激光光束所产生的微热区MTZ (Micro-Thermal Zone)都被健康的皮层环绕。许多 乳突真皮层的胚胎干细胞和黑色素细胞因此消失。3D变频飞梭激光除疤不但能让表皮组织快 速再生，同时也能促进胶原蛋白重组，深度可达0.2~ 1.5mm。 • 3D变频飞梭激光采分段换肤(Fractional)的方式，一次治疗20%~30%而非全面性破坏， 激光光束能够精准的穿透组织层及角质层，就如同光线穿透一扇窗一般，并且使组织层毫无 损伤。这种治疗比起一次治疗整个皮肤区域，更能让皮肤快速治疗，运用皮肤的自愈机制， 创造新生健康且能取代不完美皮肤的全新皮层。 3D变频飞梭激光治疗不仅具有非侵入式的 无伤害性特色，同时更能达成如同侵入式治疗般，对于皮肤表面的再生，产生极佳效果。再 深的痘疤疤痕也能获得最好的改善。
等。
• 激光在美容行业最先用于除皱，祛除面部黑痣等方面。现在在美 容业的使用越来越广泛，最近用于治疗面部的各种疤痕、凹凸洞
及面部肤色及紧致度的提升方面。不同的激光，作用完全不同。
激光的作用主要取决于它的波长和光源。
Байду номын сангаас 什么是点阵激光技术？
• 点阵(像素)激光是在激光输出过程中，通过光栅将激光光束分解 成许多直径在50u-150u左右的细小光斑，每个细小光斑相互间隔， 所以称为“点阵(像素)”激光。 • 点阵激光治疗理论英文称为 Fractional Photothermolysis(点阵式光 热分解作用)理论，是由美国哈佛大学的激光医学专家Dr. Rox