光电测试技术激光原理和技术
激光原理及其应用技术简介
激光原理及其应用技术简介物理系物理学专业09.2 刘娜摘要：激光（LASER）是上实际60年代发明的一种光源。
LASER是英文的“受激放射光放大”的首字母缩写。
激光有很多特性：激光是单色的，或者说是单频的;激光是相干光;激光是高度集中的。
由于激光的这些特性以及经过30多年的发展，激光现在几乎是无处不在，它已经被用在生活、科研的方方面面。
关键词：激光激光原理激光的特性激光应用Principle of laser and its application technologyLiuna Class 2,Grade 2009 Physics Major Department of Physics Abstract: Laser (LASER) is a kind of light source on the actual 60's invention. LASER is the English "stimulated emission light amplification" acronym. Laser has many characteristics: laser monochromatic, or is the single frequency; laser is coherent light; laser is highly concentrated. Because of these characteristics of the laser and after 30 years of development, the laser is now almost everywhere, it has been used in every aspect of life, scientific research.Keyword: laser laser principle The characteristics of laser laser action；1 引言1960年，在光学发展史上发生了不寻常的事件：激光器——一种具有极高亮度和极好单色性的新型光源诞辰诞生了。
激光器的工作原理及应用
激光器的工作原理及应用激光器是一种能够产生高度聚焦、具有高纯度、高单色性的光束的装置。
它的工作原理是通过将一些能量源输入到激光介质中，从而激发介质中的原子或分子跃迁到一个激发态，然后在受激辐射的影响下，将能量原子或分子从激发态跃迁到一个更低的能级，从而产生出高度聚焦、单色性良好的激光光束。
激光器可以应用于多个领域，下面将介绍一些典型的应用。
首先是激光器在医疗领域的应用。
激光可以用于低侵入性手术，如激光抛光、激光热凝固等，这些手术使用激光器可以减少创伤和出血，使手术更加安全和有效。
此外，激光还可以用于治疗皮肤病、眼科手术和癌症治疗等，因为激光可以精确地照射到目标组织，达到切除或破坏病变组织的目的。
其次是激光器在通信领域的应用。
激光可以用于光纤通信系统中的激光器发射端和接收端。
在激光器发射端，激光器产生的激光光束可以通过光纤传输数据，传输效率高、带宽大，可以满足高速数据传输的需求。
在激光器接收端，激光可以被光探测器接收并转换成电信号，进一步处理和传递。
激光器在光纤通信系统中发挥着非常重要的作用，是现代通信技术的关键。
另外，激光器还在制造业中有广泛的应用。
激光可以被用来切割、焊接、打孔、打标等。
比如，激光切割可以通过将高能量密度的激光束直接照射在材料上，使材料熔化、汽化，从而实现切割。
此外，激光打标可以将图案或文字刻在各种材料上，广泛应用于包装、饰品、汽车零配件等制造行业。
此外，激光器还应用于测距、测速、光谱分析等领域。
激光测距原理是通过发送激光脉冲并测量其返回时间来计算出物体与激光器的距离，被广泛应用于测绘、地质勘探、机械制造等领域。
激光测速原理是通过测量激光光束的多普勒频移来计算速度，被广泛应用于交通违章监控、车辆测速等。
激光光谱分析可以通过测量物质吸收、发射或散射激光光束的方式，获得物质的化学成分、构造和性质。
总的来说，激光器作为一种具有特殊光学特性的光源，被广泛应用于医疗、通信、制造业和科学研究等领域。
激光的工作原理
激光的工作原理激光，全称为“光电子激光”，是一种具有高度相干性和高能量密度的特殊光线。
激光的工作原理是基于光的受激辐射过程和共振辐射过程。
激光的产生主要依赖于激光器，激光器是一种能够产生激光的装置，它能够将其他形式的能量转化为激光能量。
激光的工作原理主要包括三个基本过程，受激辐射、自发辐射和吸收辐射。
首先，当激光介质受到外界能量激发时，原子或分子的电子跃迁至高能级，形成激发态。
接着，当处于激发态的原子或分子受到外界的激发光子的作用时，它们会发生受激辐射，释放出与激发光子完全一致的光子，这些光子具有相同的频率、相位和方向，从而形成了相干光。
最后，激光介质中的原子或分子在外界条件下发生自发辐射和吸收辐射，使得激光器中的光子数保持在一个稳定的水平，从而保持激光的输出。
激光的工作原理还与激光器的结构和工作方式密切相关。
常见的激光器包括气体激光器、固体激光器、半导体激光器等。
其中，气体激光器利用气体放电或化学能转换为光能，固体激光器利用固体材料的能级结构来实现激光输出，而半导体激光器则是利用半导体材料的载流子复合过程来产生激光。
除了激光器的结构和工作方式，激光的工作原理还与激光的放大过程密切相关。
激光的放大是通过光的受激辐射过程实现的，当激光通过增益介质时，受激辐射会使得激光的能量逐渐增加，从而实现激光的放大。
放大过程还需要通过光学腔来实现光的反射和增益介质的激发，以保证激光的输出。
总的来说，激光的工作原理是基于光的受激辐射过程和共振辐射过程，通过激光器、激光的放大过程和光学腔等装置来实现。
激光具有高度相干性和高能量密度的特点，因此在医疗、通信、材料加工等领域有着广泛的应用前景。
对激光的工作原理有深入的理解，有助于更好地应用和发展激光技术。
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。
光电技术期末总结
光电技术期末总结光电技术，顾名思义是通过光和电的相互作用来实现各种功能的技术。
光电技术广泛应用于通信、显示、能源、生物医学等领域，已经成为了现代社会发展不可或缺的一部分。
本文将对光电技术的原理、应用以及未来发展进行总结。
一、光电技术的原理光电技术实质上是光和电的相互转换。
光是一种电磁波，它具有波粒二象性，既可以看作是由粒子组成的光子流，也可以看作是由电场和磁场构成的电磁波。
而电则是由电子流组成的电流。
光电技术的核心在于通过材料的光电效应或半导体的光电效应将光能转化为电能，或者将电能转化为光能。
光电技术的原理有多种，其中最常见的是光电效应。
光电效应指的是当光照射到金属或半导体表面时，光子与物质相互作用产生电子的现象。
根据光电效应的不同，可以将光电技术分为光电导技术、光电堆技术和光电传感技术等。
二、光电技术的应用光电技术在各个领域都有广泛的应用。
以下将对光电技术在通信、显示、能源和生物医学四个领域中的应用进行简要介绍。
1. 光电技术在通信领域的应用光电技术在通信领域的应用主要体现在光纤通信中。
光纤通信采用光的传输方式，具有大带宽、低损耗、长传输距离等优势，广泛应用于互联网、电视、电话等领域。
光纤通信是将光信号转换为电信号再进行传输和处理的过程，其中光电转换器件起到了至关重要的作用。
2. 光电技术在显示领域的应用光电技术在显示领域的应用主要体现在液晶显示器和有机发光二极管（OLED）显示器中。
液晶显示器通过光电效应将电信号转化为光信号，实现图像的显示。
OLED显示器则是利用有机材料的电致发光特性将电信号转化为光信号，具有极高的色彩还原度和对比度，逐渐替代了液晶显示器成为主流的显示技术。
3. 光电技术在能源领域的应用光电技术在能源领域的应用主要体现在太阳能的利用上。
利用光电效应，太阳能可以转化为电能。
光电技术通过太阳能电池板将光能转化为电能，用于供电等用途。
太阳能电池板具有高效、可再生、环保等优势，是未来可持续能源的重要组成部分。
光电计量与测试技术
提高光电计量与测试技术的精度和稳定性，满足高精度和 高可靠性的需求
光电计量与测试技术的发展趋势：高精度、高稳定性、高可靠性
提高精度和稳定性的方法：采用先进的传感器、信号处理算法、校准技术等
挑战：如何满足高精度和高可靠性的需求，同时降低成本和功耗
光电信号的放大：通过放大器将微弱的电信号放大
光电信号的滤波：通过滤波器去除噪声和干扰
光电信号的转换：通过ADC将模拟电信号转换为数字信号
光电信号的处理：通过DSP或FPGA对数字信号进行处理 和分析
光电信号的显示：通过显示器将处理后的信号显示出来
光电计量与测试的精度和误差分析
光电计量与测试技术的原理：利 用光电效应进行测量
应用领域：拓展 光电计量与测试 技术的应用领域， 如医疗、环保、 航天等
感谢观看
汇报人：
光电计量与测试技术是利用光电效应进行测量和测试的技术。
光电计量与测试技术包括光电转换、光电检测、光电信号处理等方 面。
光电计量与测试技术广泛应用于各种光电子器件、光电子系统、光电 子设备的性能测试和评价。
光电计量与测试技术是光电子技术领域的重要组成部分，对于光电 子技术的发展具有重要意义。
光电计量与测试技术的应用领域
红外成像等
红外光计量与 测试技术的发 展趋势：高精 度、小型化、
智能化等
紫外光计量与测试技术
紫外光计量与测试技术的定义和原理 紫外光计量与测试技术的应用领域 紫外光计量与测试技术的优缺点 紫外光计量与测试技术的发展趋势和挑战
X射线计量与测试技术
X射线计量与测试技术的 定义和原理
X射线计量与测试技术的 应用领域
光电检测原理与技术知到章节答案智慧树2023年内蒙古大学
光电检测原理与技术知到章节测试答案智慧树2023年最新内蒙古大学第一章测试1.以下属于光电检测仪器的有（）。
参考答案:光敏电阻2.光电检测系统的组成包括（）。
参考答案:光电探测器;光电检测电路;光源;光学系统3.以下属于光电检测技术的特点的有（）。
参考答案:寿命长;速度快;距离远;精度高4.光电检测技术是对待测光学量或由非光学待测物理量转换成光学量，通过光电转换和电路处理的方法进行检测的技术。
（）参考答案:对5.半导体激光器在激光外径扫描仪中起到提供光源的作用。
（）参考答案:对第二章测试1.可见光的波长范围是（）。
参考答案:380 nm～780 nm2.半导体对光的吸收种类不包括（）。
参考答案:电子吸收3.荧光灯的光谱功率谱是（）。
参考答案:复合光谱4.激光器的发光原理是（）。
参考答案:受激辐射5.视角分辨率的单位通常为（）。
参考答案:lpi6.光调制包括（）。
参考答案:PM;AM;FM7.电光效应反映介质折射率与电场强度可能呈（）。
参考答案:平方关系;线性关系8.大气散射包括（）。
参考答案:瑞利散射;无规则散射;米氏散射9.光纤损耗包括（）。
参考答案:吸收损耗;散射损耗10.参考答案:1.63 lm和5.22×105 cd第三章测试1.以下主要利用光电子发射效应的光电器件有（）。
参考答案:光电倍增管;真空光电管2.可用作光敏电阻的主要材料包括有（）。
参考答案:有机材料;半导体;金属;高分子材料3.以下主要利用光伏效应的光电器件有（）。
参考答案:CIGS电池4.以下属于声光调制晶体的有（）。
参考答案:PbMoO5.以下效应可用于普朗克常量测量的是（）。
参考答案:光电效应6.光伏探测器处于光电导工作模式，其外加偏压为正向偏压。
（）参考答案:错7.光敏电阻的电阻温度系数可正可负。
（）参考答案:对8.光电导探测器的工作原理是多子导电。
（）参考答案:对9.光电倍增管的阳极灵敏度和阴极灵敏度之比是电流增益。
CSY10L型激光多功能光电测试系统概要
CSY10L型激光多功能光电测试系统在激光光电教学实验仪器中，CSY10L为全国首创，它将激光在近代测试技术中成功应用的范例，结合光电方法以教学实验的方法进行演示，实验内容新颖科学，使实验者能充分了解和掌握现代激光光电测试技术得主要原理和方法。
系统配置：激光系统；复用光学系统；CCD图像系统；A／D卡；视频卡；光纤传感系统；计算机实验软件主要实验内容：一、光散斑测试实验1、光散斑的性质及测量方法2、面内位移及离面位移的散斑测量3、速度及振动的散斑测量4、散斑编码及图像处理方法二、激光干涉测量1、三维面型的全场干涉测量及计算2、精密位移两的干涉测量方法3、数字干涉测量方法及其他干涉方法三、激光衍射计量技术1、精密狭缝缝宽的衍射测量2、巴俾特原理及细丝直径测量3、变形的全场衍射测量四、激光共焦三维测量1、三维型貌的共焦测量2、共焦显微镜的测量原理及相关技术实验五、纳米测量系统及演示实验1、利用笔束激光的干涉实现纳米测量的原理演示2、位移的纳米级测量方法3、微弱振动的纳米测量六、光学傅立叶变换及图像处理方法1、常用函数及图形的傅立叶变换2、图形的滤波、增强及像质改善七、光纤传感技术1、光纤单元技术：光源（LD）、耦合器、分束器、光纤接头2、SM光纤、PM光纤的原理和性能演示3、光纤传感—光线干涉传感系统实验4、光纤格林－台曼干涉系统实验5、光纤马赫－任德系统或光纤FP系统6、光纤传感－精密温度测试7、光线传感－压力标定温度8、仪器尺寸720×600×300mm，重量70kgCSY－10L激光多功能光电测试系统实验仪（Laser Universal Opto-Eletro Testing Systems）是在系列传感器实验系统的基础上发展的新型光电测试实验系统，用于仪器科学，计量测试专业，自动控制专业以及物理专业等课程教学。
其特点是实验内容新颖，技术先进，功能多样。
通过实验指导书提供的数十种实验，能完成包括激光、散斑、衍射、光电、共焦、光纤、纳米、图像等多种先进测试技术的实验，给学习者了解和掌握现代光学测试技术中的一些主要原理及方法建立基础，达到实验者今后在应用中做到举一反三的目的。
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"for the discovery and development of optical methods for studying Hertzian resonances in
光 子 具 有 运 动 质 量 ， 但 是 静 止 质 量 为 零 ；
(3)、 Pmn0 c2 h •2 n0 k；
(4)、光子具有两种可能的独立偏振态，对应 于光波场的两个独立偏振方向；
(5)、光子具有自旋，并且自旋量子数为整数， 是玻色子。（电子的自旋量子数 1，2是费 米子。）
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2.光子的相干性和光子简并度
新事物登上了历史舞台。
– 1960年5月，休斯实验室的Maiman和Lamb共同研制的 红宝石激光器发出了694.3nm的红色激光，这是公认的 世界上第一台激光器。
绪论之激光发展史
– 1960年年中，IBM实验室利用CaF2中的三价铀制成了第一台 四能级固体激光器；
– 1960年12月，Bell实验室的Javan，Bennett和Herriott制成了 第一台氦氖气体激光器；
激光原理和技术简介
1
绪论之激光发展史
– 1947年，Lamb和Reherford在氢原子光谱中发现了明显的受激辐射， 这是受激辐射第一次被实验验证。Lamb由于在氢原子光谱研究方 面的成绩获得1955年诺贝尔物理学奖；
"for his discoveries concerning the fine structure of the hydrogen spectrum"
– 更小
• 各种工业指示、标记、探测 用的半导体激光器或者半导 体泵浦固体激光器向着小型 化方向发展；
绪论之激光发展现状
–更集成 各种通信用 的激光模块， 往往包含十几 个甚至几十个 半导体激光器， 并且集成了调 制、功率检测、 温度监测等功 能模块。
绪论之激光发展现状
– 更快
• 更高的调制频率：GHz； • 更短的脉冲宽度：飞秒激光器(FemtoSecond Laser)；
– 1962年，GaAs半导体激光器； – 1963年，液体激光器； – 1964年，CO2激光器； – 1964年，离子激光器；
– 1964年，Nd：YAG固体激光器； – 1965年，HCl化学激光器； – 1966年，生物染料激光器；
– 从1917年爱因斯坦提出受激辐射的概念到1960年第一台激光 器诞生，其间用了近半个世纪，而实际上却没有太多理论上 的突破，为什么激光器没有早半个世纪诞生？
绪论之激光发展现状
• 发展
– 更大
• 为了进行高能物理、 热核聚变等方面的 研究工作，激光器 产生的能量密度和 功率不断提高。
• 现在世界上功率最 大的激光器是美国 的国家点火工程 （NIF）中使用的 NOVA激光系统， 其峰值功率达到 1.3PW（1015W）， 该系统有望在今年 投入使用。
绪论之激光发展现状
• 半经典理论（Semiclassical Laser Theory）
– 电磁场－麦克斯韦方程组；原子－量子力学描述
• 量子理论（Quantum Laser Theory）
– 电磁场和原子——二者作为一个统一的物理体系作量 子化处理
• 速率方程理论（Rate Equation Theory）
– 量子理论的简化形式，忽略光子的相位特性和光子数 的起伏特性
atoms"
绪论之激光发展史
– 1951年,Townes提出受激辐射微波放大，即MASER的概 念。
– 1954年，第一台氨分子Maser建成，首次实现了粒子数 反转，其主要作用是放大无线电信号，以便研究宇宙 背景辐射。Townes由于在受激辐射放大方面的成就获 得1964年诺贝尔物理学奖。
"for fundamental work in the field of quantum electronics, which has led to
激光原理和技术简介
1.光子的基本特性
爱因斯坦根据光电效应实验并结合普朗克 能量子假说，提出了光量子理论：
光是一种以光速c运动的光子流，光子和 其它基本粒子一样，具有能量、动量和质量。 它的粒子属性（能量、动量、质量等）和波动 属性（频率、波矢、偏振等）之间的关系满足：
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((12))、 、 E m hcE 22h h c2 , ；
光的相干性：在不同的空间点上、不同时刻的光波场
的某些特性的相关性
相干体积：
Vc Ac Lc或 Vc Ac c c 式 中 ， c为 真 空 中 的 光 速 ； c =Lc / c是 光 沿 传 播 方 向 通 过
相 干 长 度 Lc所 需 要 的 时 间 ， 称 为 相 干 时 间 。 可以证明：
– 更多样化
• 多样化的泵浦方式：光泵浦、电泵浦、化学能泵浦、 热泵浦等、磁泵浦；
• 多样化的工作物质：固体（Nd：YAG）、气体 （He-Ne、CO2）、液体、染料、半导体、自由电
子等；
绪论之激光理论体系
• 经典理论（Classical Laser Theory）
– 电磁场－麦克斯韦方程组；原子－电偶极振子
the construction of oscillators and amplifiers based on the maser-laser
principle"
绪论之激光发展史
• 突破
– 1958年Schawlow和Townes在Phy. Rev. 上发表论文 “Infrared and Optical Maser”，标志着激光作为一种
Vc=（）2c Nhomakorabeac3
2 ( )2
光子简并度n :处于同一光子态的光子数目。
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二、 光辐射的量子理论基础
1、三种跃迁
绪论之激光发展现状
• 激光器的严格理论是建立在量子电动力学 基础上的量子理论，在原则上可以描述激 光器的全部特性；
• 不同近似程度的理论用来描述激光器的不 同层次的特性，每种近似理论都揭示出激 光器的某些特性，因此可以根据具体应用 选择合适的近似理论；
• 本课程主要用到的理论是经典理论和速率 方程。