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
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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
一种应用于高精度脉冲激光测距的自动增益控制方法
一
种应 用 于高精度 脉 冲激光测 距 的 自动增 益控 制方法
郭 颖 ， 弈， 陈 黄庚 华 ， 舒 嵘
（ 中国科学院上海技 术物理研究所 ， 上海 ２ ０ ８ ） ０ ０ ３
摘 要 ： 对高 精度 脉冲 激 光测距 仪 而言 ， 引入 自动增 益控 制技 术 可 以在 保证 测距 精度 的前 提下 极 大地 扩展接 收 系统 的动 态 范 围。本 文分 析 并讨论 了激光测 距仪 回波接 收系统 中增 益调 整 的 手段 ， 此基础 上 给 出 了高 精度测 距条 件 下增 益控制 的范 围， 出 了一 种根据 实 时测 量 的噪声 在 提 和信 号 幅度 动态调 整接 收 系统增 益 的 自动 增 益控 制 方 法。 实验 结 果表 明 ， 有 自动增 益控 制 含 的回波接 收 系统 可 以 自适应 于 回波功 率 的变化 ， 在宽 动 态范 围 内保 证高 精度 测距 。 关键 词 ： 激光测 距 ； 高精 度 ； 自动增 益控 制
第４ ０卷 第 ４期
２１ ０ ０年 ４月
激 光 与 红 外
Ｌ ＡＳＥＲ ＆ Ｉ ＮＦＲＡＲＥＤ
Ｖｏ ． ０． ． １４ Ｎｏ ４ Ａｐ ｉ， ０ ０ ｒ ２ １ ｌ
文章编号： ０ － ７ （００ Байду номын сангаас－ ４－ １ １ ０８ ２１ ）４ ３５ ４ ０ ５ ０ ０
・ 光应用 技术 ・ 激
ｄ ｎ ｍｉ ａ ｇ ｉｔｎ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｌ ｂ ｎ ｕ ｅ ． ｙ ａ ｃ ｒｎ ｅ ｄｓａ ｃ ａ ｕ ｅ ｎ ｌ ｅ ｅ ｓ ｒ ｄ ｉ ｗ
Ｋｅ ｏｄ ： ｅ ｎｅｆ ｄｎ ；ｉ ｒｃｓ ｎ ａｔｍ ｔ ａ ｏ ｔ ｌＡ Ｃ ｙｗ ｒ ｓｌ ｒ ａｇ ｎｉｇ ｈｇ ｐｅｉｏ ；ｕｏ ａ ｃｇｉ ｃｎｒ （ Ｇ ） ｓ ａ ｒ ｉ ｈ ｉ ｉ ｎ ｏ
爱默生双光增益效应实验思路
爱默生双光增益效应实验思路爱默生双光增益效应是一种光学现象，指的是在一定条件下，一束弱光通过介质后，能够使得另一束强光的增益增大。
这种现象在激光技术、光通信等领域有着广泛的应用。
本文将介绍爱默生双光增益效应的实验思路，并详细讲解实验步骤和结果分析。
1. 实验原理爱默生双光增益效应是一种非线性光学现象，其原理可以用简单的量子力学模型来解释。
在一个介质中，原子或分子会发生光子吸收和发射的过程，当弱光通过介质时，它会引起介质中的原子或分子发生非弹性碰撞，激发出一些电子。
这些电子会通过与介质中的原子或分子相互作用，产生新的能级，从而与强光发生相互作用，使得强光的增益增大。
2. 实验装置本实验需要用到的装置如下：（1）激光器：用来产生强光和弱光。
（2）半波片：用来调节激光器的偏振方向。
（3）分束器：用来将激光分为两束，一束为弱光，一束为强光。
（4）样品：用来产生爱默生双光增益效应的介质。
（5）光学元件：用来调节光路和光强。
（6）光电探测器：用来测量光强。
（7）数据采集系统：用来记录实验数据。
3. 实验步骤（1）将激光器置于光学台上，并调节激光器的偏振方向，使其符合实验要求。
（2）将激光通过半波片，调节半波片的角度，使激光分为两束，一束为弱光，一束为强光。
（3）将弱光和强光通过样品，调节样品的位置和角度，使其符合实验要求。
（4）将弱光和强光通过光学元件，调节光路和光强，使其符合实验要求。
（5）将弱光和强光通过光电探测器，测量光强，并记录实验数据。
（6）重复以上实验步骤，得到多组数据，并进行数据处理和分析。
4. 结果分析根据实验数据，可以得到弱光和强光的光强曲线，通过分析光强曲线，可以得到爱默生双光增益效应的增益系数和阈值。
增益系数是指强光的增益增大的倍数，阈值是指弱光的光强达到一定值时，才能观察到爱默生双光增益效应。
通过实验数据，可以得到爱默生双光增益效应的增益系数与弱光和强光的光强比例有关，当光强比例增大时，增益系数也会增大。
增益系数和折射率
增益系数和折射率是光学领域中两个常用的物理量，它们在激光器、光纤通信等领域中发挥着重要的作用。
本文将分别介绍增益系数和折射率的定义、计算方法以及其在实际应用中的意义。
一、增益系数1. 定义增益系数是指光信号在通过一个放大器时，信号的增强程度与输入信号强度之比。
在激光器中，增益系数表示激光光束在谐振腔内得到的增益。
2. 计算方法增益系数的计算方法一般为：G = (Pout - Pin) / Pin其中，G表示增益系数，Pout为输出功率，Pin为输入功率。
在激光器中，增益系数由以下公式计算：G = exp(gL)其中，g为单位长度内的增益系数，L为激光器的长度。
可以看出，激光器的增益系数与激光器的长度有直接关系。
3. 意义增益系数是衡量放大器或激光器性能的重要指标之一。
在激光器中，增益系数越大，激光光束的强度增益越快，输出功率也越大。
因此，增益系数的大小直接影响着激光器的性能表现。
二、折射率1. 定义折射率是指光线从真空中进入介质后，其传播速度相对于在真空中的速度的比值。
在介质中，光线的速度会减小，因此其波长也会缩短。
2. 计算方法折射率的计算方法一般为：n = c / v其中，n表示折射率，c为光在真空中的速度，v为光在介质中的速度。
在实际应用中，折射率也可以通过测量光线在介质中的传播角度来计算。
3. 意义折射率是介质光学性质的重要指标之一，它决定了光线在介质中的传播速度以及在不同介质界面上的反射和折射规律。
在光纤通信中，折射率的大小直接影响着光纤的传输性能和带宽。
总结：增益系数和折射率是光学领域中两个重要的物理量，它们在激光器、光纤通信等领域中发挥着重要的作用。
增益系数是衡量放大器或激光器性能的重要指标之一，折射率则是介质光学性质的重要指标之一，它决定了光线在介质中的传播速度以及在不同介质界面上的反射和折射规律。
在实际应用中，我们可以通过合理设计增益系数和折射率来优化光学器件的性能表现。
非均匀加宽激光器的增益系数测量
图 １中 ，分 光 片 每 个 表 面 对 光 的反 射 率 是
人射角 咖的函数 ，记作
Ｊ 。不考虑分光片本身
合输 出功率，Ｐ 为饱和功率。移动反射镜 Ｍ 可改
变激 光器 的腔长 。理论 分析 表 明 ：当 Ｈｅ ｅ激 光 —Ｎ
的吸 收和散射 ，且 在较 大 人 射角 的斜 人射 情 况 下 ，
１ 引 言
激光介质增益
g H v,v02 1v v0 2 vH 2 vH 2 gH v,v0 2 vHv v 0 22 v H 22 vH 2(1 5 1 6 )
其中：
(H)2 GH 0(v)(2H)22(0)2Gm
(269)
G mG H 004 A 32 20 2 2 n0 H
(261)0
代入
d Idd I tdh N (265 )
dzdd t zdt
（2-6-5）式，然后由增益系数的定义可得到：
G ddN t Idd IznA pN 3 2h 1gv (,ddN t0)hN v G np A 32g(,0)
(266
单色模密度pν 由（1-2-8）式给出
pvVd pv8c3 v2
激光介质增益
GId zzd Iz (261)
如果增益系数是个恒定的常数，由（2-6-1）式很容易解出光强I(z)随z坐标变化的函数关系为：
IzI0eG z
画出的光强变化曲线如图2-6-2所示。
(262)
增益系数的量纲为1/m。其测量方法是：测出入射到激光介质的光强I0及出射光强I’,并量出激光介质的长 度L，由（2-6-2）式可以出：
非均匀加宽介质增益系数为：
G( )Ge 0
4ln2 (v D 2v0)2
i
m
(261)1
其中
G mG i0(0)4 A 3 20 2 2 v n D 0(ln2 )1 2
(2 6 1 2 )
由（2-6-9）式与（2-6-11）式画出小信号增益系数随变化的曲线，称小信号增益曲线。如图2-6-3所示，其 中（a）为均匀加宽小信号增益曲线，属洛仑兹型，（b）为非均匀加宽小信号增益曲线，属高斯型。
三、四能级系统小信号反转粒子数密度Δn0
m2激光模式的测量实验报告
m2激光模式的测量实验报告篇一：M2激光模式测量激光模式（M2）的测量一、实验的目的和意义如何评价一个激光器所产生的激光光束空域质量是一个重要问题。
人们根据不同的应用需要将聚焦光斑尺寸、远场发散角等列为衡量激光光束空域质量的参数。
但由于当激光通过光学系统后，光束的光腰尺寸和发散角均可改变，减小腰斑直径必然使发散角增加。
因此单独用其中之一来评价激光光束空域质量是不科学的。
人们发现：经过理想的无像差的光学系统后“束腰束宽和远场发散角的乘积不变”，而且可以同时描述光束的近场和远场特性。
目前国际上普遍将“光束衍射倍率因子M”作为衡量激光光束空域质量的参量。
它的一般定义为：M22?实际光束的腰斑半径与远场发散角的乘积基模高斯光束的腰斑半径与远场发散角的乘积（1）激光光束传输质量因子M2是一种全新的描述激光光束质量的参数。
本实验介绍了M2的物理概念、物理意义、特点及测量方法。
并对下面三个方面进行了解。
1 2 3了解M的定义；了解M2实验原理；了解M的测试过程；22二、实验原理（一）、M2的物理意义图1如图1所示，对于基模的高斯光束我们可知?0??2?? （2）式中?0是基模光束束腰半径，θ是基模光束的远场发散角。
W0??M?0?W0?2?2根据定义式（1）可知对于实际光束有M2，即2W0????4?（3）式中W0代表实际光束的束腰半径，Θ代表实际光束的远场发散角[3]。
下面我们根据“束腰的束宽和远场发散角的乘积不变原理”对M进行推导。
2图2无像差透镜对束腰和发散角的变换d0??d0??const’’（4）式（4）可由量子力学的测不准原理来解释：在束腰处光子的位置不确定度是?X,?X最小值是单模高斯光束束腰束宽d0；光子的横向不确定度是?Px?h?Px,在近轴近似条件下h??sin???（5）式中h为普朗克常数，?最小值是单模高斯光束远场发散角???4?d0（6）4?X??P?根据测不准关系：对一般光束束腰处有：?X?D0?h（7）?Px?h?D0??? 代入Eq有4?? （8）2M?D0?d0???4?定义光束质量因子M为：2D0??1（9）又因为实际光束的截面常常不是圆形的，即光束的光强分布不是对称的或存在像散时，光束质量应用两个参数来描述：?M????M??2x???4?D0x?xD0y?y2y?4?4?M2x、M2y是分别表示X方向和Y方向的光束质量因子。
增益开关激光脉冲时基抖动的测量方法
收 稿 日期 ： ０ ６ ８～２ ２ ０ —０ ０
基金项 目： …两 人 同 大 学 青 年科 学 研 究 项 目（０ ６． ７ ２０（ ） ） ０ 作 者 简 介 ： 怀 繁 （ ９０一）男 ， 李 Ｉ８ ， 山西 洪 涧 人 ， 士 ， 教 究 方 向 ： 硕 助 研 光纤 通信 等
维普资讯
用．
１ 激 光脉 ＞ 时基 抖 动 中的
激光 是 利 用 电 于的光 学 跃 迁 进 行 发 光 的 器
图 ｌ 激 光 脉 冲 梗 型
在增 益 开关 半导 体 激光 器 中 ， 冲与 脉 冲之 脉
件 ， 以其来 源‘ 激射 过 程本 身 的量 了特 性 的噪声 所 ｊ 是不 可避 免 的 ， 于 增 益开 关 脉 冲激 光 器 ， 般 来 刘 一 讲 ， 激光 器噪 声 引起 的 光输 出的 随机 起伏 可 分 …
第 ５９ Ｊ Ｊ
拿怀繁等 ： 增益， 火激光脉冲时Ｊ 抖动的测 Ｆ
法
・３ ・ ９
２ 增 益开关半导体 激光脉冲抖动 的测
量 方 法
通 常 ， 光脉 冲的时 基 抖 动是 由数字 存储 示 波 激
器 、 谱仪 以及相 位噪声 等装 置来测量 ， 频 近几年 随着 在实际 应用 中对 脉 冲抖 动要 求 的提 高 ， 人们 在 致 力
低 抖动 的同时 ， 也越 来 越重 视 对抖 动 测 量方 法 的研 究， 因为只有好 的 、 确 的测 量方法 才能更好 的解决 精
产生 的光脉 冲是在激 光器腔 内 自发 辐射 的基础 上建 立起来 的 ， 以 自发 辐射 的起伏 将 造 成 光脉 冲产 生 所 时问 的随机性 ， 而 导 致光 脉 冲 重 复频 率 的 瞬时 变 从
激光器的阈值增益系数
激光器的阈值增益系数摘要：I.激光器阈值增益系数简介A.激光器的定义B.阈值增益系数的定义II.激光器阈值增益系数的影响因素A.激光器材料B.激光器结构C.激光器的工作条件III.激光器阈值增益系数的应用A.激光器性能的评估B.激光器的研究与发展C.激光器在工业领域的应用IV.激光器阈值增益系数的测量方法A.光谱分析法B.电流法C.光斑法V.激光器阈值增益系数与激光器效率的关系A.阈值增益系数与激光器效率的关系B.阈值增益系数对激光器性能的影响VI.提高激光器阈值增益系数的措施A.选择合适的激光器材料B.优化激光器结构C.控制激光器的工作条件正文：激光器是一种利用激光原理产生光束的装置，广泛应用于科学研究、医疗、工业制造等领域。
激光器的性能指标之一是阈值增益系数，它反映了激光器产生激光的难易程度。
激光器阈值增益系数受多种因素影响。
首先，激光器材料是影响阈值增益系数的关键因素。
不同材料的增益系数不同，导致激光器产生激光的阈值电流也不同。
其次，激光器结构也会影响阈值增益系数。
例如，激光器的泵浦方式、激光器内部的光学结构等都会对阈值增益系数产生影响。
最后，激光器的工作条件也是影响阈值增益系数的因素之一。
例如，激光器的工作温度、泵浦功率等都会对阈值增益系数产生影响。
激光器阈值增益系数在激光器性能的评估、研究和发展中具有重要作用。
通过测量激光器的阈值增益系数，可以了解激光器的性能优劣，为激光器的研究和发展提供依据。
此外，激光器阈值增益系数还可以用于评估激光器在不同工作条件下的性能变化。
激光器阈值增益系数的测量方法有多种，包括光谱分析法、电流法和光斑法等。
光谱分析法是通过测量激光器输出光束的光谱特性来确定阈值增益系数。
电流法是通过测量激光器产生激光的电流来确定阈值增益系数。
光斑法是通过测量激光器输出光束的光斑尺寸来确定阈值增益系数。
激光器阈值增益系数与激光器效率密切相关。
阈值增益系数越高，激光器产生激光的阈值电流越低，激光器的效率越高。
激光器小信号增益系数测量装置[实用新型专利]
![激光器小信号增益系数测量装置[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/9321753d360cba1aa911da3d.png)
专利名称：激光器小信号增益系数测量装置
专利类型：实用新型专利
发明人：袁圣付,张鹏,华卫红,王红岩,姜宗福,陈金宝,刘泽金申请号：CN200420069362.8
申请日：20041206
公开号：CN2751286Y
公开日：
20060111
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种激光器小信号增益系数测量装置，它包括主测箱、增益信号探测箱以及用来处理主测箱、增益信号探测箱所采集信号的计算机，主测箱和增益信号探测箱平行放置在待测激光器的增益发生器的两侧，所述主测箱内在光路上依次设有可转动的扫描组件、第二分束镜、聚焦透镜、探测器，所述增益信号探测箱内在光路上依次设有聚焦透镜、探测器，计算机通过电缆分别与主测箱、增益信号探测箱内的探测器相连，所述可转动的扫描组件由两面成固定夹角的平面反射镜组成。
这种激光器小信号增益系数测量装置结构简单、尺寸小、安装使用简便且可以很容易的得到较大的扫描距离和较快扫描速度。
申请人：中国人民解放军国防科学技术大学
地址：410073 湖南省长沙市砚瓦池正街47号国防科技大学光电学院定向能研究所203室
国籍：CN
代理机构：湖南兆弘专利事务所
代理人：赵洪
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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。