激光脉冲的平均功率和功率
激光脉冲的平均功率和功率
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。
脉冲 计算平均功率
脉冲计算平均功率以脉冲计算平均功率脉冲是指电流或电压在一段时间内的突然变化，通常是短暂的、高幅值的波形。
在电路和通信系统中，脉冲信号广泛应用于各种场合，例如雷达、激光、遥控、计算机等。
在对脉冲信号进行分析时，计算平均功率是一项重要的任务。
平均功率是指在一定时间内，信号的功率平均值。
对于周期性信号，我们可以通过求取一个周期内的功率平均值来计算平均功率。
但对于脉冲信号来说，由于其波形特殊，不能直接使用这种方法来计算平均功率。
那么，如何计算脉冲信号的平均功率呢？下面我们将以脉冲为例，介绍一种常用的计算方法。
我们需要了解脉冲信号的特点。
脉冲信号通常由一个基本脉冲和重复周期组成。
基本脉冲是脉冲信号的一个周期内的波形，而重复周期是指脉冲信号重复出现的时间间隔。
对于一个周期性的脉冲信号，我们可以将其看作是由若干个基本脉冲叠加而成。
因此，我们可以将脉冲信号的平均功率表示为每个基本脉冲的功率平均值与基本脉冲的重复频率之积的总和。
具体计算方法如下：1. 首先，测量并记录基本脉冲的幅值和宽度。
幅值是指脉冲信号在峰值处的电压或电流值，宽度是指脉冲信号从起始点到终止点的时间间隔。
2. 计算基本脉冲的功率。
功率可以通过幅值的平方除以负载电阻来计算，即 P = V^2 / R，其中 P 是功率，V 是幅值，R 是负载电阻。
3. 测量并记录基本脉冲的重复频率。
重复频率是指脉冲信号每秒钟重复出现的次数。
4. 将每个基本脉冲的功率与重复频率相乘，并将结果累加，得到脉冲信号的平均功率。
需要注意的是，以上计算方法适用于周期性脉冲信号，对于非周期性脉冲信号，可以将其近似看作是周期性脉冲信号的一部分。
除了以上方法，还有其他一些计算平均功率的方法，如通过测量脉冲信号的能量和时间来计算平均功率。
这些方法在不同情况下都有其适用性，需要根据具体的需求选择合适的方法。
通过将脉冲信号看作是由基本脉冲叠加而成的周期性信号，我们可以通过计算每个基本脉冲的功率平均值与重复频率之积的总和来计算脉冲信号的平均功率。
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。
连续激光和脉冲激光的区别
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！。
高斯脉冲峰值功率平均功率
高斯脉冲的峰值功率和平均功率都是重要的指标，它们在描述高斯脉冲的性能方面各有侧重。
峰值功率代表脉冲能量的上限，而平均功率则代表脉冲持续时间内平均输出的功率。
首先来看峰值功率。
高斯脉冲的峰值功率可以从公式中看出，它等于脉冲能量除以脉冲宽度。
也就是说，峰值功率越高，脉冲能量就越高，或者说，它代表了脉冲强度或效果的大小。
在高斯脉冲中，峰值功率反映了瞬间能量的释放，因此常常在高强度激光、电磁脉冲等应用中使用。
例如，在激光切割和焊接中，高峰值功率的激光可以瞬间熔化或汽化材料，达到高效、精确的切割或焊接效果。
再来看平均功率。
与峰值功率不同，平均功率描述的是脉冲持续时间内平均输出的功率。
对于高斯脉冲，平均功率可以通过峰值功率和脉冲持续时间相除得到。
这意味着，平均功率的大小不仅取决于瞬间的峰值能量，还取决于脉冲的持续时间。
因此，平均功率反映了高斯脉冲的稳定输出能力，尤其是在需要长时间连续工作的设备中，如激光器、电源等。
另外，高斯脉冲的峰值功率和平均功率之间的关系也很有趣。
在某些情况下，峰值功率和平均功率之间存在正比关系，即峰值功率越高，平均功率也越高。
然而，在其他情况下，由于脉冲持续时间的影响，平均功率可能会低于峰值功率。
这就像水龙头的流量和压力之间的关系：水龙头开启最大流量时，压力可能最低；而当水龙头开启一定流量并逐渐减小压力时，流量会逐渐增大。
总的来说，高斯脉冲的峰值功率和平均功率都是重要的性能指标。
峰值功率代表了瞬间能量的释放和效果的大小，而平均功率则反映了脉冲的稳定输出能力和持续时间的影响。
在实际应用中，我们应根据具体需求选择合适的高斯脉冲参数，如峰值功率、平均功率和脉冲宽度等。
同时，我们也需要考虑到其他因素，如设备的承受能力、环境条件等，以确保高斯脉冲能够在实际应用中发挥出最佳的效果。
激光原理及应用思考练习题答案.
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。
华中科技大学《激光原理》考研题库及答案
华中科技大学《激光原理》考研题库及答案1．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 qn 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 mkTn nn g en g --=）则有：1]3001038.11031063.6exp[2393412≈⨯⨯⨯⨯⨯-==---kTh 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。
脉冲激光功率密度计算公式
脉冲激光功率密度计算公式
脉冲激光功率密度计算公式为：
功率密度（P）= 脉冲能量（E）/ 脉冲宽度（t）
其中，脉冲能量（E）表示激光脉冲的总能量，通常以焦耳（J）为单位；脉冲宽度（t）表示激光脉冲的持续时间，通常以秒（s）为单位。
根据单位换算，功率密度的单位通常为焦耳/秒（J/s）或瓦特/平方米（W/m^2）。
需要注意的是，这个公式适用于单个脉冲的功率密度计算。
对于多个连续脉冲的功率密度计算，需要考虑重复频率（即单位时间内脉冲发射的次数），并将每个脉冲的功率密度求平均。
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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。
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
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
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
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。
折叠编辑本段尺寸说明
Φ9X125X270在这里Φ9代表氙灯的外径。125"表示氙灯的弧长，"270"表示氙灯的总长
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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：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。