激光增益的测量
激光扫描测量技术的数据处理方法

激光扫描测量技术的数据处理方法激光扫描测量技术是一种能够高精度地测量物体形状和尺寸的方法。
随着科技的发展,激光扫描仪的应用越来越广泛,但是如何处理激光扫描仪得到的大量数据成为了一个重要的问题。
本文将介绍几种常见的激光扫描测量技术的数据处理方法,以及它们的优缺点。
一、点云数据处理方法激光扫描仪通过发射激光束到被测物体上,接收激光的反射信号,从而得到点云数据。
点云数据是一组有序的空间点坐标,表示物体表面的三维信息。
处理点云数据是激光扫描测量技术中的核心问题。
1. 点云数据滤波由于环境噪声和仪器误差等原因,点云数据中存在一些无效点和异常点。
滤波是将这些无效点和异常点从点云数据中剔除的过程。
常用的滤波方法有高斯滤波、中值滤波和基于统计学模型的滤波等。
这些滤波方法可以有效地去除点云数据中的噪声,提高数据的质量。
2. 点云数据配准点云数据配准是将多个点云数据集进行匹配,使它们在同一个坐标系下表示被测物体的完整形状。
点云数据配准通常包括刚体变换、非刚体变换和局部配准等方法。
刚体变换是在保持形状不变的情况下对点云数据进行平移、旋转和缩放。
非刚体变换则可以对点云数据进行形变,使其更好地适应被测物体的形状。
3. 点云数据提取点云数据提取是从点云数据中提取出感兴趣的特征信息,如边缘、曲面和拓扑结构等。
点云数据提取的方法有基于几何特征的算法和基于拓扑结构的算法等。
这些方法可以帮助工程师更好地理解被测物体的形状和结构,为后续的分析和设计提供参考。
二、激光测距数据处理方法激光扫描仪能够通过测量激光束在发射和接收过程中的时间差,从而得到被测物体的距离信息。
激光测距数据的处理也是激光扫描测量技术中的重要环节。
1. 激光测距误差校正激光扫描仪在测量过程中可能会受到环境光、温度变化和仪器本身的误差等因素的影响,从而导致测距数据的误差。
误差校正是根据激光扫描仪的特性和实际测量情况,对测距数据进行补偿和修正的过程。
常用的误差校正方法有零点校准、增益校准和非线性校准等。
脉冲激光测距机相对增益曲线测试方法

Vo. O1 140 N . 2
红 外 与 激 光 工 程
I fa e n s r En i e r g n r r d a d La e g n e i n
21 0 1年 1 月 2 De .0 c2 1 1
脉 冲激 光 测 距 机 相 对 增 益 曲线 测试 方 法
r c i i g y tm v r i g e ev n s se a y n wi t e it c o tr e o t e i o ls r c o wh c c n v i te h t h d s ̄a e f a g t r h t me f a e e h , i h a a o d h
o s al o i g age s ro sy. S t e o to o g n i a e p i t i d sg o p le a e f m l m v n t r t e ul i o h c nr l f a s k y o n n e i n f u s ls r i
关 键 词 :激 光 测 距 机 ; 增 益 ; 测 试 中 图 分 类 号 : P 0 ;2 56 T 2 6. P 2 . 1 文献 标志 码 : A 文 章 编 号 :10 — 2 62 1 )2 2 1 — 5 0 7 2 7 (0 1 1 — 4 3 0
M eh d f r m e s rn ea i e g i u v f t o o a u i g r l tv an c r e 0
韩福 利 , 曾嫦娥 梁 君 , , 陈振 兴 ( .中国 白城 兵 器试验 中心 , 1 吉林 白城 1 7 0 ; . 京跟 踪与 通信技 术研 究所 , 301 2 北 北京 10 9 ) 0 0 4 摘 要 : 冲激 光测 距机 为 了抑 制近 距 离大 气后 向散 射 的 干扰 , 用 时 间程序 增 益( P 控 制 电路 , 脉 采 T G)
激光器 小信号增益 与长度的关系

激光器小信号增益与长度的关系1.引言1.1 概述在激光技术领域,激光器是一种非常重要的光学器件。
它通过受激辐射的过程产生相干光,具有高亮度、狭窄的光束和高能量密度等特点,被广泛应用于通信、制造、医疗、科研等诸多领域。
在激光器的运行过程中,小信号增益是一个关键的参数。
小信号增益可以被定义为激光器在非饱和状态下的增益系数,它反映了激光器对输入信号的放大能力。
在实际应用中,我们常常需要通过调整激光器的长度来控制小信号增益的大小,以满足特定的需求。
激光器的长度对小信号增益有着直接的影响。
一般来说,随着激光器长度的增加,小信号增益也会相应增加。
这是由于激光在激光谐振腔内的来回反射过程中,会与激光介质相互作用,使得激光能量逐渐得到放大。
因此,增加激光器长度可以提高激光器内部的相互作用次数,从而增加小信号增益。
然而,过长的激光器长度也会导致一些问题。
当激光器的长度过长时,激光在谐振腔中的往返次数增加,可能会引起一些不稳定的现象,如自脉冲和模式跳跃等。
此外,过长的激光器长度还会增加功耗和材料成本,限制了激光器的实际应用。
综上所述,激光器的小信号增益与其长度存在着紧密的关系。
适当调整激光器的长度可以有效地控制小信号增益的大小,从而满足具体应用中对激光器性能的需求。
通过进一步研究和应用,我们可以进一步完善激光器的设计和制造,推动激光技术的发展与应用。
1.2文章结构文章结构部分的内容:在本文中,我们将首先介绍激光器及其基本原理,并探讨小信号增益对于激光器性能的重要性。
随后,我们将详细研究激光器长度对小信号增益的影响,并分析其原因和机制。
最后,我们将总结小信号增益与激光器长度的关系,并展望其应用和进一步研究的可能性。
通过这些内容的阐述,读者将能够更全面地了解激光器的性能与长度之间的关系,从而为相关领域的应用和研究提供有益的参考。
1.3 目的本文旨在探讨激光器小信号增益与长度之间的关系。
了解激光器的小信号增益及其影响因素对于优化激光器的性能、提高激光器的效率具有重要意义。
激光测量技术总结

激光测量技术第一章 激光原理与技术1、简并度:同一能级对应的不同的电子运动状态的数目;简并能级:电子可以有两个或两个以上的不同运动状态具有相同的能级,这样的能级叫 简并能级2、泵浦方式:光泵浦,电泵浦,化学泵浦,热泵浦3、激光产生三要素:泵浦,增益介质,谐振腔阀值条件:光在谐振腔来回往返一次所获得光增益必须大于或者等于所遭受的各种 损耗之和.4、He-Ne 激光器的三种结构:【主要结构:激光管(放电管,电极,光学谐振腔)+电源+光学元件】 1)内腔式;2)外腔式;3)半内腔式5、激光器分类:1)工作波段:远红外、红外激光器;可见光激光器;紫外、真空紫外激光器;X 光激光器2)运转方式:连续激光器;脉冲激光器;超短脉冲激光器6、激光的基本物理性质:1)激光的方向性。
不同类型激光器的方向性差别很大,与增益介质的方向性及均匀性、谐振腔的类型及腔长和激光器的工作状态有关。
气体激光器的增益介质有良好的均匀性,且腔长大,方向性 ,最好!例1:对于直径3mm 腔镜的632.8nmHe-Ne 激光器输出光束,近衍射极限光束发散角为2)激光的高亮度。
3)单色性。
激光的频率受以下条件影响:能级分裂;腔长变化←泵浦、温度、振动4)相干性:时间相干性(同地异时):同一光源的光经过不同的路径到达同一位置,尚能发生干涉,其经过的时间差τc 称为相干时间。
相干长度: 例 : He-Ne laser 的线宽和波长比值为10-7求Michelson 干涉仪的最大测量长度是多少? 解: ,最大测量长度为Lmax=Lc/2=3.164m 。
空间相干性(同时异地):同一时间,由空间不同的点发出的光波的相干性。
7、相邻两个纵模频率的间隔为谐振腔的作用:(1)提供正反馈;(2)选择激光的方向性;(3)提高激光的单色性。
例 设He-Ne 激光器腔长L 分别为0.30m 、1.0m,气体折射率n~1,试求纵模频率间隔各为多少?8、激光的横模:光场在横向不同的稳定分布,激光模式一般用TEMmnq 表示原因:激活介质的不均匀性,或谐振腔内插入元件(如布儒斯特窗)破坏了腔的旋转对称性。
10.21 He-Ne激光器实验

实验报告课程名称: 指导老师: 成绩:__________________ 实验名称: He-Ne 激光器与激光谐振腔 同组学生姓名一、实验目的和要求(必填) 二、实验内容和原理(必填) 三、主要仪器设备(必填) 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析(必填)七、讨论、心得一、实验目的和要求本套实验装置的核心He-Ne 激光器,采用的是一种半内腔结构,激光器的一个全反射镜与毛细管、储气套等做成一体,并在出厂前将全反射镜与毛细管调至垂直。
而另一个半反射镜则被安装在一个精密二维调整架上,可灵活移动。
通过一准直光源调整激光管和半反射镜,使之产生激光。
用激光功率计检测这束激光并进一步调整膜片使之达到最佳状态(功率最大)。
观察光斑大小和光强分布。
用扫描干涉仪观察其纵膜的频谱分布情况。
调整工作电流,观察输出功率的变化。
重复移动半反射镜并重新使之达到最佳状态,观察光斑大小和分布变化,记录功率,用干涉仪观察纵膜,比较前后变化,分析腔长对功率、纵膜、横膜、发散角、束腰、腔型的影响。
在激光管与半反射镜之间插入一可调损耗,使之与增益刚好达到平衡,通过对损耗的测量,求得 激光管的增益。
通过实验,掌握激光调谐的原理和技巧,验证谐振腔理论和有关增益的概念,全面、深入地了解激光器的结构、特性、工作条件和相关理论。
二、 实验内容和原理1.改变工作电流,观察电流与输出功率的关系。
(在超过5mA 的大电流时,工作时间不可过长。
) 2.腔长与激光功率、横模、纵模、束腰、发散角的关系1)设备调试完成后,用功率计测量其最大功率。
用显示屏在全反射端一定距离处(2-3米)观察光斑的大小和形状,光斑的大小反应了发散角的大小,光斑的形状即为激光的横模。
观察半反射镜上的光斑(束腰)大小。
在半反射镜端装上F-P 扫描干涉仪探头,观察纵模情况。
装订线专业: 姓名: 学号:日期: 10.21 地点:2)松开反射镜架滑块上的螺钉,移动反射镜,在适当位置上重新锁紧,以改变谐振腔的腔长和腔型。
受激拉曼增益激光雷达测量CO2气体

随着现代工业的发展 , 准确可靠地测量大气中的 C 2 0 气体浓度变化对当代环境和经济发展具有重要的
意义…。目前 , 测量大气中的 C 2 0 气体技术处于积极探索之中 , 而利用差分吸收( I L 原理雷达技术来探 DA )
测气体浓度已经得到 了广泛的应用 。但是 ,由于 D A J IL需要双波长 的脉冲输出,不可避免地要使用双台 激光器或者一台可调谐激光器,由于激光器的各物理参数的不同, 造成测量的误差大 , 造价 昂贵 。 本文中,
收稿 日期 :2 0- 50 收 到修 改稿 E期 :2 0— 卜2 0 50- 8 l 051 7
基金项目:国家 83计划资助项 目 6 作者简介:赵日峰 (9 6) 17一 ,男( 汉族) ,山东枣庄人 .博士生,20 年前研究固体激光器和激光打标技术 现从事测污激光雷达研究 04
p o e s ten nie rRa a ia y tm r ee t gteC02wa e i d M o e v rtesg asf r r c s,h o l a m n l rs s n d e f tci o d n h sd vs . e ro e,h in l o p oo sc u tr g wee a he e u c sfl n p a t e O te c n e tain p o l rC02ae h t n o ne i r c iv d s c esul i rc i ,S h o c nrt r f e f n y c o i o r g ie ,whc e p o n n aibe v le a p o i tl.T e v le o o c n rt n n v ria an d ih k e n a iv r l au p r xmaey a h au f c n e tai i et l o c drcinfr i t e o o C02 a fisa o t 0 p . si Hee b u 0p m g n i 4 Ke r s At s h rco t s Lia; f rnil b op in C02 a ywo d : mo p ei pi ; d r Di ee t s rt ; c aa o s g 己I JI 吉 口
激光的技术习题

激光原理与技术实验YAG 多功能激光实验系统光路图实验内容一、固体激光器的安装调试1、安装激光器。
2、调整激光器,使输出脉冲达最强二、激光参数测量1、测量自由振荡情况下激光器的阈值电压。
2、测量脉冲能量和转换效率。
3、测量光束发散角。
三、电光调Q 实验研究1、调整Q 开关方位,寻找V λ/4 。
2、确定延迟时间。
3、测试动静比。
四、倍频实验1、测量倍频光能量与入射角的关系。
2、倍频效率的测量。
五、激光放大实验1、放大器放大倍率测量。
2、放大器增益测量3、最佳时间匹配测量。
M 1脉冲氙灯 脉冲氙灯第一章 习题1、请解释(1)、激光Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation辐射的受激发射光放大(2)、谐振腔在工作物质两端各放上一块反射镜,两反射镜面要调到严格平行,并且与晶体棒轴垂直。
这两块反射镜就构成谐振腔。
谐振腔的一块反射镜是全反射镜,另一块则是部分反射镜。
激光就是从部分反射镜输出的。
谐振腔的作用一是提供光学正反馈,二是对振荡光束起到控制作用。
(3)、相干长度从同一光源分割的两束光发生干涉所允许的最大光程差,称为光源的相干长度,用∆Smax 表示,相干长度和谱线宽度有如下关系:∆Smax = λ2 / ∆ λ光源的谱线宽度越窄,相干性越好。
2、激光器有哪几部分组成?一般激光器都具备三个基本组成部分:工作物质、谐振腔和激励能源。
3、激光器的运转方式有哪两种?按运转方式可分为: 脉冲、连续 ,脉冲分单脉冲和重复脉冲。
4、为使氦氖激光器的相干长度达到1km ,它的单色性∆λ/λ应为多少?109max 10328.61016328.0-⨯=⨯==∆mm S μμλλλ第二章 习题1、请解释(1)、受激辐射高能态E 2 的粒子受到能量 h ν = E 2 - E 1 光子的刺激辐射一个与入射光子一模一样的光子而跃迁到低能级 E 1 的过程称受激辐射.(2)高斯光束由凹面镜所构成的稳定谐振腔中产生的激光束即不是均匀平面光波,也不是均匀球面光波,而是一种结构比较特殊的高斯光束,沿 Z 方向传播的高斯光束的电矢量表达式为:)]())(2(exp[])()(exp[)(),,(222220z i z z R y x ik z y x z A z y x E ϕωω+++-∙+-= 高斯光束是从z<0处沿z 方向传播的会聚球面波,当它到达z=0处变成一个平面波,继续传播又变成一个发散的球面波.球面波曲率半径R(z)>z,且随z 而变.光束各处截面上的光强分布均为高斯分布.(3)、增益饱和受激辐射的强弱与反转粒子数 ∆N 有关,即增益系数G ∝ ∆N ,光强 I ∝ ∆N 。
第三章-激光工作物质的增益kp

在气压不太高时,有:
均匀加宽来源于自然加宽和碰撞加宽 均匀加宽谱线宽度为
3. 晶格振动加宽
3.2 谱线加宽和线型函数
由于晶格原子的热振动,镶嵌在晶体里的激活离子处在随时间变化的晶格场中, 导致其能级位置在一定范围内发生变化从而引起谱线加宽
晶格热振动对所有发光离子的影响是相同的,属均匀加宽。晶格振动加宽是固体 工作物质主要均匀加宽因素
原子自发辐射、受激辐射和受激吸收概率
3.3 激光器的速率方程 一、自发辐射、受激辐射和受激吸收概率的修正
3.3 激光器的速率方程 对自发辐射来说,n2个原子中单位时间内发生自发辐射跃迁的原子总数为(保持不变):
对于受激辐射:
3.3 激光器的速率方程
3.3 激光器的速率方程 则受激跃迁概率为: 实际应用中常引入吸收和发射截面来表示。
用经典电磁场理论描述光;用量子力学模型描述原子 可处理与光的波动性相关的物理现象(包括非线性现象), 但不能处理与光的粒子 性(量子光学)有关的问题,例如光的量子起伏,光子统计等。
第三章 激光工作物质的增益 (3)(全)量子理论-量子电动力学理论处理方法
辐射场与原子都作量子化处理 量子电动力学处理光—光子 量子力学模型处理原子
功率为P(ν) d ν,则自发辐射的总
功率为:
3.2 谱线加宽和线型函数
本质:反映发光粒子或光源 光谱线形状
3.谱线宽度
3.2 3谱.2线谱加线宽加和宽线和型线函型数函数
线宽的其他表示形式: 用波长差表示的线宽:
3.2 谱线加宽和线型函数
举例 •两种加宽机制:均匀加宽、非均匀加宽
3.2 谱线加宽和线型函数
该能级具有无限长寿命
上、下能级宽度分别为
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激光增益的测量
一、 实验目的
1. 掌握用腔内损耗法测量激光参数的原理和方法。
2. 根据自动测试系统测得的曲线,取适当的数据,编写程序,利用计算机进行计算。
3. 通过对激光器增仪等参数的测量,对激光器的工作过程有进一步的了解。
二、 实验原理
在激光器中,小信号增益系数g 0、饱和光强I s 、腔内损耗α和最佳输出率T opt 等是决定激光器工作特性的重要参数,它们均可由实验测得,而这些参数的测量均与增益系数的测量有关。
由增益系数的定义:12ln 1
I I l G = (1) 我们可以方便的利用一个激光器和一个与激光器充同样工作物质的放大管直接测出I 1、I 2。
由放大管的长度计算出增益系数。
但对于本实验所要测量的He-Ne 激光管的增益系数,由于探测过程中,荧光光强的贡献不能忽略,造成很大的误差。
所以本试验采用的是腔内损耗法测量He-Ne 激光器的增益。
因而可以消除这一误差因素,其测量装置的原理图如图1所示
图1
在两个全反射镜组成的外腔式He-Ne 激光器内,置一透明的平行平板作为反射器,该反射器与腔轴相交成某一角度,在满足振荡条件的情况下,反射器两边有一定功率的激光输出。
反射器单个表面对0.6328μm 的光的反射率R 是入射角ϕ的函数,由菲涅尔公式得
)]
/(sin sin [)]/(sin sin [)(1212n tg n tg R ϕϕϕϕϕ--+-= (2) 其中n 为平行材料对激光波长的折射率。
(本实验中所用平板玻璃对λ=0.6328μm 光的折射率为1.515)。
理论推导证明:在不考虑反射器本身的吸收和散射时,反射器的输出率(即来回一次在反射器表面反射的光强于入射光强之比)表示为:
2])
(1)(1[1)(ϕϕϕR R T +--= (3) 若将反射器绕与激光束相垂直,同时也与放电管布氏窗的发现相垂直的轴线旋转,入射角ϕ将连续地变化,因此,该反射器将起一个反射率可变的平面耦合输出镜的作用。
定义α为激光腔除输出率以外的光学损耗(往返一次),成为内损耗,L 为激活介质的长度,g 0为小信号增益系数,P out 为耦合输出功率,P 0s 为饱和功率,由于本实验管较长,使
纵模间隔小于碰撞增宽的宽度,因而其增益饱和遵循均匀综型激光器规律,故:
)12(0-+=T L g T P P s out α (4) 由此式可知,激光器有一最佳输出率T opt ,这时相应的有最大输出功率,由0/=∂∂T P ,得αα-=2/10)]2([L g T opt (5)
旋转反射器,增加输出率T ,从而增加谐振腔的总损耗(α+T ),使激光刚好熄灭,这时满足:0)12(0=-+⋅g
s g T L g P T α T g 为阈值输出率,从而得到:g T L g +=α02 (6) 解(5)和(6)组成的方程组得:opt g opt g T T T T L g 2)(22
0--= (7)
所以要测得最佳输出率T opt ,再测得阈值输出率T g ,由式可得到激光器的增益,再由(6)式可计算得腔内损耗α。
由式(4)得:0)2(02=⋅+-
--s s P P T P P L g T αα (8) 得两根T 1,T 2。
则:s
o P P l g T T --=+α221 (9) s
P P T T α⋅=⋅21 (10) 由(9),(10)得:0)2()(02121=--++⋅αααL g T T T T (11) 由(10),(11)两个线性方程可以作出直线,(如图2)
图2
由21T T +对21T T ⋅所作直线的斜率可以确定腔内损耗α,再由P 对21T T ⋅所作直线的斜
率可以确定饱和功率s P ,则由2/26.1o s s P I πω= 可以求得饱和光强。
(式中o ω为腰粗)。
另外由式(9)可以计算出小信号增益系数o g 。
根据这一原理,在实验时对于每一个输出功率P,可在最佳透过率两侧找到所对应输出功率的两个输出率T1和T2,从而有作图计算可得到参量α, I s 和g 0。
图3为平行平板转动过程中,计算机采集记录的输出曲线。
P 为反射器两边反射功率之和,ϕ为入射角,B ϕ为布儒斯特角,其值为56.2°,opt ϕ为最佳输出率对应的入射角,g ϕ为阈值输出率对应的入射角。
图3
三、 实验步骤
1. 开启激光器电源开关,缓慢旋转可调变压器直至点燃激光管,约190~210伏左右。
激光器工作电流调节在13-14 mA (不可过大)。
预热30分钟左右。
2. 轻轻掀起激光器观察窗口盖至近90度位置。
观察激光器是否已经输出激光,如果在
分束片上未见到细约1 mm 的红色激光输出,请老师调整(学生不许擅自调整)。
确认有激光输出方可进入测试环节。
3. 在计算机显示器桌面上,找到“He-Ne 激光增益实验”文件夹”,找到“hene.exe ”
点击,进入“激光增益测量实验”系统。
4. 点击“初始化”按钮,步进电机开始带动平行平板玻璃片转动、扫描;该过程可以
从观察窗口中观察到。
5. 确认步进电机停止转动后,点击“增益曲线”按钮,可以从坐标图中观察到有波峰
的曲线图。
同时步进电机带动平行平板玻璃片转回最佳输出位置。
6. 点击“数据存储”按钮,可以把实验数据存储到自带的软盘或U 盘。
激光功率的单
位是毫瓦。
该数据可以用Origin 、Matlab 、Excell 等程序处理画出曲线。
7. 存储完毕后,点击“退出”按钮,退出实验程序。
通过观察窗可以看到,激光器仍
然有红色激光输出。
8. 将激光器电源的可调电压旋转到零位置,然后关闭电源开关。
四、实验报告内容
1. 简述实验原理。
2. 用分析软件画出实验曲线。
3. 编写一个程序,将g ϕ和opt ϕ值输入,直接得到小信号增益系数和腔内损耗等参数。
激光放电管腔长约1m 。
4. 在曲线的opt ϕ两端选择几组对应同一功率的不同ϕ值,编写计算程序,将这些值输
入计算机,直接得到P ~21T T ⋅和21T T +~21T T ⋅的关系,并计算出小信号增益系
数g 0、腔内损耗α和饱和光强I s 等参数。
5. 由He-Ne 激光器小信号增益系数的经验公式d g o /1034-⨯=(d 为放电管直径,约
2mm ),计算出小信号增益系数,并与实验所测的值对比,分析误差。