光电子学综述ppt-军事激光技术 47页

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激光技术课件

激光技术课件激光技术课件激光技术是一种高度精密的技术，广泛应用于各个领域，如医学、通信、制造等。

本文将探讨激光技术的原理、应用以及未来发展趋势。

一、激光技术的原理激光技术是利用激光器产生的激光束进行各种操作的技术。

激光器的核心部件是激光介质，如气体、固体或液体。

当激光介质受到外界能量激发时，原子或分子的能级发生跃迁，释放出能量，形成激光光束。

激光技术的原理主要包括受激辐射、波长选择和光放大。

受激辐射是指激光介质中的原子或分子受到外界激发后，与另一个处于低能级的原子或分子发生碰撞，使其也跃迁到高能级，达到激发态，然后在外界光的作用下，从高能级返回到低能级，释放出一束与外界光同相干的激光。

波长选择是通过光学元件对激光进行波长选择，使其具有特定的波长。

光放大是指激光在激光介质中传播时，通过光学元件的反射和折射，使激光光束逐渐增强。

二、激光技术的应用激光技术在医学领域有广泛的应用。

例如，激光手术可以用于眼科手术，如激光近视矫正术和激光白内障手术。

激光手术具有高精度和无创伤的特点，可以减少手术风险和恢复时间。

激光技术在通信领域也有重要的应用。

光纤通信是一种基于激光光束传输信息的技术。

激光光束在光纤中传播时，可以保持较高的能量和信息传输速度，使得通信更加快速和稳定。

此外，激光技术在制造业中也发挥着重要作用。

激光切割和激光焊接是常见的制造工艺。

激光切割可以精确地切割各种材料，如金属、塑料和陶瓷。

激光焊接可以实现高强度的连接，广泛应用于汽车制造和电子设备制造。

三、激光技术的未来发展趋势随着科技的不断进步，激光技术也在不断发展。

未来，激光技术有望在更多领域得到应用。

首先，激光技术在医学领域的应用将进一步扩大。

随着人口老龄化的加剧，激光技术在癌症治疗和疾病诊断方面的应用将变得更加重要。

激光技术可以精确地破坏肿瘤细胞，减少对正常组织的伤害。

同时，激光技术也可以用于检测和诊断疾病，提高诊断的准确性和效率。

其次，激光技术在能源领域的应用也将得到进一步发展。

光电子技术激光原理 PPT

光的自发辐射、受激辐射、受激吸收
爱因斯坦在光量子理论的基础上,考虑了光和物质相互作用的模型(原子的两个能级),引入了两个重要概念,同样得出了普朗克公式
•光的自发辐射
在没有外界作用的情况下,原子从高能级E2向低能级E1的跃迁方式有两种:无辐射跃迁和自发辐射跃
迁。
辐射出的光子能量:
h 21 E 2 E1
：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
激光的产生
▪当光与物质相互作用时,自发辐射、受激辐射和受激吸收这三个过程是同时出现的,如何实现大量原子的受激辐射产生激光?
激光产生必须具备的前提条件
集居数反转分布(粒子数反转分布)
激光产生的三个前提条件
1. 有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质,其激活粒子(原子、分子或离子)有适合于产生受激辐射的能级结构;
2. 有外界激励源,使激光上下能级之间产生集居数反转;
3. 有激光谐振腔,使受激辐射的光能够在谐振腔内维持振荡。
光学谐振腔的构成
光学谐振腔的构成
最简单的光学谐振腔是在激活介质两端恰当地放置两个镀有高反射率的反射镜构成。
常用的基本概念: 光轴:光学谐振腔中间垂直与镜面的轴线孔径:光学谐振腔中起着限制光束大小、形状的元件,大多数情况下,孔径是激活物质的两个端面, 但一些激光器中会另外放置元件以限制光束为理想的形状。
感谢您的聆听！
光的自激振荡和激光谐振腔
▪ 光的自激振荡:光在增益介质内传播放大,总存在各种各样的光损耗,当增益和损耗达到平衡时光强不再增加并达到一个稳定的极限值。
▪ 只要激光放大器的长度足够大,就估计成为一个自激振荡器, 实现稳定运转的激光振荡。

光电子技术课件二激光原理和技术

其他非线性光学效应简介
光学整流
光学整流是指利用非线性光学效应将交流光信号转换为直流电信号的过程。它在光通信、光计算等领域有潜在应用。
光学参量振荡（OPO）
OPO是一种基于非线性光学效应的频率转换技术，可以实现宽调谐范围、高效率的激光输出。它在激光雷达、光谱学等领域有广泛应用。
四波混频（FWM）
工作原理
通过电流注入半导体芯片，使芯片内的电子和空穴复合并释放出能量，形成激光振荡并输出激光。
特点
具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等优点，广泛应用于通信、工业加工等领域。
03
激光束特性及参数测量
激光束空间分布特性
高斯光束
基模高斯光束是激光束的典型空间分布形式，具有中心光强最大、向外逐渐减小的特点。
相位调制与解调方法
相位调制
通过改变激光束的相位来加载信息。这通常使用电光调制器（如Pockels效应调制器）来实现。
相位解调
从接收到的激光信号中提取相位变化的信息。常见的方法包括使用干涉测量技术，如Mach-Zehnder干涉仪或 Michelson干涉仪。
05
非线性光学效应在激光技术中应用
二次谐波产生（SHG）原理及应用
02
激光器结构与工作原理
固体激光器
固体激光器的构成
特点
通常由激光工作物质、泵浦源、光学谐振腔等部分组成。
具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等优点，广泛应用于科研、工业、医疗等领域。
工作原理
通过泵浦源提供能量，使激光工作物质中的粒子实现粒子数反转，然后在光学谐振腔的作用下，产生激光振荡并输出激光。
新型高功率高能量密度激光技术
随着新型激光材料、新型激光器等技术的不断发展，高功率高能量密度激光技术将不断取得新的突破。

【精品课件】光电子技术(激光器件).pptx

Pth n2th A21VRh p lcab1 ........(1.2 10)
29
三种工作物质的阈值比较
工作物质尺寸：Φ6mm×100mm，损耗系数α＝0.01，输出镜透射率T＝0.5，ηL＝0.5，ηc＝0.8，ηab＝0.2
参数
σ21（cm2） νp（S－1） ntot(cm-3) η0 Δnth(cm-3) n2th(cm-3) Eth(J)
21 0 A21 / 4 2n2
g n 21......................(1.2 2)
高斯线型
21 0 A21 ln 2 / 4 2n2
22
固体激光器阈值
受激辐射截面
红宝石 2.5E-20 cm2
Nd3+:YAG
27~88E-20 cm2
Nd3+:Glass 3E-20 cm2
20
100% I0
工作物质
固体激光器的阈值
R
I’ l
I ' I0 Re2(g )l
Re 1 阈值条件：
2(g )l
21
固体激光器阈值
gth
1 2l
ln
1 R
.................(1.2 1)
洛仑兹线型中心频率处的增益系数：
g
n
0 A21 4 2n2
其中，n
n2
g2 g1
n1
n为激光工作介质中的折射率
E1
E0
b) 四能级
量子效率0
亚稳态发射的荧光光子数工作物质从光泵吸收的光子数
1
2
三能级1
=
S32 S32 +A31
2
A21 A21 S21

光电子技术(2)(激光技术)

②对鉴频器的要求：a.中心频率要稳定，标准频率不能有漂移。b.灵敏度要高，微小变化能鉴别。
③ 鉴频器的类型：以原子谱线本身作为鉴频器以外界标准频率做鉴频器
光电子技术精品课程
蓝姆凹陷稳频
❖ 稳频原理： 1.蓝姆凹陷：对非均匀加宽激光介质，激光器输出的
功率（或光强）在中心频率处最小。
2.结构和原理：
谢谢大家！
❖
树立质量法制观念、提高全员质量意识。20.10.2120.10.21Wednes day, October 21, 2020
❖
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。23:03:3323:03:3323:0310/21/2020 11:03:33 PM
❖
安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦绷。20.10.2123:03:3323:03Oc t-2021- Oct-20
❖ 为了达到稳频的目的，要求激光输出的强度除了频率的漂移造成的光强度变化之外，其他因素造成的光强变化应该尽力避免。如放电电流、电压变化造成的光强变化，否则干扰频率的稳定－甚至无法稳频。
❖ 为了排除其他因素造成的激光强度变化采取的措施： 1.激光器的电源加稳压稳流装置。激光强度稳定到n％ 2.采用稳定激光强度控制装置。
❖
好的事情马上就会到来，一切都是最好的安排。下午11时3分33秒下午11时3分23:03:3320.10.21
❖
一马当先，全员举绩，梅开二度，业绩保底。20.10.2120.10.2123:0323:03:3323:03:33Oc t-20
❖
牢记安全之责，善谋安全之策，力务安全之实。2020年10月21日星期三11时3分 33秒 Wednesday, October 21, 2020

第三章光电子技术-PPT课件

LD的工作特性（模式特性）
（1）
提高LD性能的方法
（2）
单纵模（SLM）激光器设计的基本思想
使
几种典型的SLM激光器
大功率光纤激光器
包层泵浦技术
光纤耦合技术
大功率光纤激光器
美国 IPG Photonics 公司、德国 Jena 大学的应用物理所和英国 Southampton 的 ORC 研制的单根双包层光纤激光器，连续输出功率分别达到135W、150W、1000W、 4000W, 20000W
难点
控制能力差
电子技术的发展
半导体电子学的强大生命力在于它能够实现集成化
处理功能和运行速度得到大幅度提高，功耗大大降低
尺寸大大缩小
芯片的成品率、可靠性和性价比极大改善
但是利用电子作为信息的载体，由于路径延迟和电磁串扰效应的存在，无论从技术局限或是经济代价以及信息安全的角度来考虑，电子技术都出现了它的阶段局限性。
5、半导体光电探测器
5.1 PN光电二极管
5.2 PIN光电二极管
5.3 APD光电二极管
5.4 光电二极管工作特性和参数
原因：W越大，光子入射到该区域的可能性越大，被吸收产生光电流的概率就越高。
5.5 光电二极管一般性能和应用
谢谢
半导体掺杂材料的选择原则: 如果掺入的杂质原子代替半导体晶格中的原子后存在多余的价电子，该杂质为施主杂质；如果掺入的杂质原子代替半导体晶格中的原子后尚缺乏成键所需要的电子，即存在电子空位，该杂质为受主杂质。
3、激光基本原理
光发射和光吸收
T为热力学温度，k=1.381×10-23J/K为玻尔兹曼常数

军事高技术-激光(2)33页PPT

美军移动型战术高能激光系统（THEL）的激光发射部分
机载激光武器
(ABL，Airborne Laser)项目，
目标是研制装在经过改造的波音747飞机上安装激光武器，用于从高空攻击敌方的战区弹道导弹，是美国优先发展的项目。
（二）激光测距
1、激光测距原理激光特点（方向性极好、单色性好） +激光传播特点
激光在传播过程中的三个特性：
（1）定向辐射和接收；（2）遇到障碍物反射；（3）以光速传播：计算公式 L 1/2 ct； t n/f (式中，c-光速30万公里/秒；n-脉冲个数； f-计数器脉冲重复频率)
激光测距仪的使用，提高了武器的首发命中率。
各武器的火控系统
首发命中大于80%
卫星跟踪测距仪
2、激光测距的优缺点：
（1）距离远精度高
（2）速度快数秒
（3）体积小重量轻
（4）抗电子干扰能力
美
强
军激
（5）主要缺点是受天
光指
气和战场烟尘影响大，
示仪
因此不能全天候使用
/
测
距
机
（三）激光通信
以激光做载波通信：大气、空间、水下、光纤
发射机
1、大气激光通信
接收机
Laser
大气传输
光电转换器
调制器发射望远镜
2、激光武器的杀伤破坏原理
（1）烧蚀效应
高能——高温、高压------气化、膨胀、穿孔、燃爆
低能——致盲
（2）激波效应
汽
光束化
（3）辐射效应
反作用力（断裂）
（3）辐射效应
光束
目标
表面辐射
紫外线
X射线

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11
1. 5
激光测距技术的最新进展及发展趋势
激光测距技术
【混沌激光测距技术】
激光测距技术中提高测距精度和测距距离是很重要的一个方面，激光器的不稳定性是一个普遍现象，二混沌是激光器不稳定性的一个重要特例，可以利用混沌激光来实现多目标的远距离和高精度测距。混沌激光测距是利用混沌激光的类噪声特性，其相关曲线类似于δ 函数的线型，最大测程与精度与混沌激光的自相关特性密切相关。混沌激光测距示意图
军事激光技术综述
军事激光技术
【制作人】
xxx
【制作时间】 2015.11.7
1
目
录
1
2 3 4
激光在军事技术领域的应用概述
激光测距技术
激光雷达激光制导技术
2
激光在军事技术领域的应用概述
1.激光的特点 ①单色性好
②相干性好
③方向性好
④亮度高
2.应用激光技术的军事领域目前激光主要用于侦测、导航、制导、通信、模、显示、信息处理和光电对抗等方面。 3.军事激光设备激光测距仪、激光雷达、激光瞄准具、激光制导弹、激光陀螺、激光致盲武器等。
【3.光电探测器】
将光信号转换成电信号。
17
2.3
激光雷达的组成
激光雷达
【4.信息处理系统】
主要功能是对光电探测器探测到的信号进行处理，并提取出包括目标距离、角脱靶量、速度和图像在内的目标信息参数。
【5.跟踪瞄准系统】
简称跟瞄系统，包括放置激光收发系统的跟踪架、伺服系统和其他辅助的捕获、跟踪设备。
灵敏度取决于所采用的探测技术和探测器件的灵敏度。
24
2.5
新体制成像激光雷达
【1.相空阵激光雷达】
激光雷达
光学相控阵的基本原理
光学相控阵移相扫描原理图
25
2.5
新体制成像激光雷达
【1.相空阵激光雷达】
激光雷达
光学相控阵的基本原理通过调节从各个相控单元(光学移相器)辐射出的光波之间的相位关系，使其在设定方向上彼此同相，产生相互加强的干涉，干涉的结果是在该方向上产生一束高强度光束，而在其他方向上从各相控单元射出的光波都不满足彼此同相的条件，干涉的结果彼此相抵消，因此，辐射强度接近于零。组成相控阵的各相控单元在计算机的控制下，可使一束或多束高强度光束的指向按设计的程序实现随机空域扫描。图中光学相控阵是由M个相控单元组成的一维阵列，其作用相当于一个理想薄透镜，相位的变化与坐标成正比。当人射光波通过一个具有线性相位方程 x x 的光学相控阵时，光束将偏转 s 角度，其中 2 π sin s 是待定的偏转角，分别控制每个 s / λ ，λ 是入射光的波长，相控单元的相位调整相位波前，从而控制入射光束的偏转和形状。
9
1. 4
激光测距技术
激光测距机的关键技术
②微弱信号检测技术
微弱信号检测技术是采用电子学、信息论、计算机及物理学的方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特点及相关性，检测被噪声淹没的微弱信号。常见的有相关检测技术、匹配滤波技术、小波变换、统计检测技术等。
③时刻鉴别技术 ④飞行时间间隔测量技术
⑤虚警抑制技术
激光测距机在接受回波信号时，不可避免地会引入背景杂散光等干扰，它们的存在使得测距机接收信号的信噪比恶化，产生虚警，常见的抑制技术有，距离选通技术、背景辐射自动补偿、信号累积技术。
10
1. 5
激光测距技术激光测距技术的最新进展及发展趋势
【多脉冲体制激光测距技术】
现有的激光测距大多采用单脉冲激光测距体制，测距能力的提高主要依赖提高激光功率、减少激光发散角，增大接收口径等。而多脉冲激光测距时可发射一个激光脉冲串。
激光器要有高重复率、高输出功率，要考虑诸如转换效率、输出功率、光速发散度等因素。不同平台的应用还需要权衡激光器体积、重量、制冷、寿命、维护等因素。目前军用脉冲激光测距仪主要采用红宝石、Nd:YAG、二氧化碳、喇曼频移Nd:YAG和Er:玻璃等脉冲激光器。红宝石脉冲激光器测距仪是第一代军用激光测距仪，但由于工作波长属于红光，极易暴露，加上对人眼极不安全，目前除小数应用已淘汰；Nd:YAG脉冲激光器测距仪是第二代军用测距仪，隐秘性强，效率高于红宝石激光测距仪，但对人眼有伤害，目前仍有较广泛的应用；二氧化碳激光器为第三代激光器测距仪，主要优点是穿透能力强，兼容性强，对人眼安全；目前双包层光纤激光器（工作波长1微米）取得重大进展，效率极高，可适应地基、空基、天基等平台。
21
2.4
激光雷达的工作基本原理
【3.激光测角原理】
激光雷达
②成像跟踪角测量对探测区域一定范围内进行扫描，建立成像视场内每一点的强度、距离等信息。经过图像处理，找出目标及其位置，从而实现对目标的距离、角度等参数的测量。
【4.激光成像原理】
①扫描成像采用高重复频率激光脉冲对目标逐点扫描照射，在接收每个脉冲回波信号的同时对跟踪架机械轴角传感器进行采样，然后通过计算机绘出以方位角为横坐标、俯仰角为纵坐标的每点信号强弱的目标图像。如果采用的是单元探测器，则采用二维扫描成像；如果是采用阵列多元探测器，则采用一维扫描成像。
13
2. 1
激光雷达概述
激光雷达
激光雷达是利用激光光波探测目标位置的光电设备。激光雷达可用来进行通常由微波雷达系统进行的一些测量，其中包括测距、角跟踪、目标速度测量及活动目标指示。国际国际导弹技术控制法明确指出：“激光雷达系统将激光用于回波测距、定向，并通过位置、径向速度及物体反射特性识别目标，体现了特殊的发射、扫描、接收和信号处理技术“。
激光引导雷达：
靶场测量激光雷达:
15
2.3
激光雷达的组成
激光雷达
激光雷达组成框图
16
2.3
激光雷达的组成
激光雷达
【1.激光发射器】
激光是雷达的信息载体，通过它探测目标的特征信息，激光器是激光发射源，根据不同雷达的用途采用不同的激光源。
【2.光学系统】
发射光学系统又称发射望远镜，作用是将来自激光器的激光束发射角压缩，使远处的激光能量密度增大。接收光学系统又称接收望远镜其作用接收来自目标反射的激光信号，并将其反射到激光探测器的光敏面上。
反射回来的微弱脉冲信号，信息处理装置经接收光学系统聚焦或缩小光束截面后，照在光电探测器的光敏面上，使光信号变为电信号并经放大器放大，推动信息处理装置里的计数
03
测量脉冲从测距仪到被测目标往返一次的时间t，并显示出准确的距离。
显示部分工作。
8
1. 4
激光测距技术
激光测距机的关键技术
①激光器
HWPI,HWP2一半波片；PBSI，PBS2一偏振相关分束器；01 一光隔离器；PDL，PD2一光电探测器；A一放大器；DL一可变电延迟线。
12
1. 5
激光测距技术的最新进展及发展趋势
激光测距技术
【混沌激光测距技术工作原理】
图中外部反射镜(Minor)将一部分激光反射并注人到半导体激光器 (LD)有源区中，实现光反馈。 LD和反射镜构成一个非线性动力学系统，其输出状态由反馈光的强度和相位决定。反馈光的强度可通过旋转半波片相对于偏振相关分朿器的角度来调节，反馈光相位的控制由压电陶瓷晶体改变反射镜的位置来实现。产生的混沌激光被分为两朿，分别作为探测光和参考光，前者直接射向目标并被反射回来。参考光与反射回来的探测光由两个型号相同的探测器接收，其波形和频谱分别由实时示波器和频谱分析仪检测，将检测到的数据结果输人计算机进行运算，可得到两者的互相关曲线。通过半波片和偏振相关分束器调节探测光和参考光的功率比，可获得最佳探测光功率。混沌光可以实现与距离无关的远距离测量，精度可达到毫米量级。
3
激光在军事技术领域的应用概述
激光测距仪
激光雷达
激光制导弹
4
1.1
激光测距技术的简单介绍
激光测距技术
激光由于亮度高、单色性和方向性好，是人们早就渴望得到的理想测距光源，在激光出现后不到一年的时间里就被用于测距，激光测距是激光最早，应用最成熟的领域。发展历程： 1961年，第一套激光测距系统出现； 1969年，激光测距开始应用到军事上；目前，各国已有几百个型号的激光测距装备投入使用，测距精度已发展到第四代，即毫米级、亚毫米级，激光器的种类医进展到人眼安全固体激光器和二氧化碳激光器。 20世纪80年代，我国开始了常规兵器领域激光测距仪的研制，研制的舰载火炮激光测距仪，安装在光电跟踪仪上，主要用于测量低空或超低空飞行目标，对掠海导弹的激光测量距离达到7km，对歼击机的最远测量距离超过20km。
5
1. 2
激光测距的基本原理
激光测距技术
激光测距与雷达测距在原理上是完全相同的。在测距点向被测的目标发射一束短而强的激光脉冲，光脉冲发射到目标上后其中一部分激光反射回测距点被接收器所接收，假定光脉冲在发射点与目标间来回一次的时间间隔为t，那么被测目标的距离是：
1 R ct 2
当不考虑大气中光速的微小变化时，测距精度 R 主要由测时精度 t 确定，即：
【6.角度传感器】
由角码盘和解码、读出电路组成。角码盘与跟踪架的转轴刚性连接，分别与方位轴和俯仰轴相连的两个角度传感器给出跟踪架方位和俯仰的精确角位置。
18
2.4
激光雷达的工作基本原理
【1.激光测距原理】
激光雷达
脉冲激光测距原理在测距地点向被测目标发射一束短而强的激光脉冲设光脉冲在发射点与目标间来回一次所经历的时间间隔为t，则被测目标的距离为：
1 R ct 2
相位激光测距原理用连续调制的激光光束照射被测目标，通过测量被调制的激光在激光测距机与目标之间往返传播的相位变化，间接求出飞行时间间隔，进而求出待测距离，即：