激光材料基础知识综述
常用激光器工作原理
E1
➢He-Ne激光器是典 型的四能级系统， 其激光谱线主要有 三条 : ➢3S2P 0.6328 ➢2S2P 1.15 ➢3S3P 3.39
下能级E1 能级E3 级E2
本上是空的。其激励能量要
激光要比三能级系统容易得 多。
一.固体激光器的基本结构与工作物质
固体激光器基本上都是由工作物质、泵浦系统、谐振腔和冷却、滤光系统构成的。 图5-1是长脉冲固体激光器的基本结构示意图(冷却、滤光系统未画出)。
激光的发射原理不同于常规光，不是各种能级加在一起的自发辐射产生的， 而是受激发射，各种能级的原子被泵浦到较高的一个激发态上，由于维持的 时间总体正态分布，大部分原子都在一段极短的时间内掉到同一个较低的能 态上，这种发射方式导致光处在几乎一致的能量水平，也就是我们平常所说 的激光单色性
综述.激光器发光原理
1、全反镜，6、半反镜，5、YAG棒产生震荡激光以后，在经过一个或者 两个YAG棒放大，可得到1064nn的激光光源。
2、调Q组件 4、偏振器 3、光阑
9、倍频晶体（变频器），可以改变激光的频率，输出1064nm 、532nm、 355nm的激光器的输出特性
固体激光器的基本结构示意图
YAG 激光器具有能量大、峰值功率高、结构较紧凑 、牢固耐用等优点, 广泛应 用于工业、国防、医疗、科研等领域。用调Q Nd: YAG 的谐波泵浦的可调谐染 料激光器,具有高功率、窄线宽的特点, 可用于光谱学、激光医疗与生物工程等科
工作物质
掺钕钇铝石榴石(Nd3＋：YAG) ➢工作物质:将一定比例的A12O3、Y2O3，和Nd2O3在单晶炉中进行熔化结晶而 成的，呈淡紫色。它的激活粒子是钕离子(Nd3＋)
1. 固体激光器的激光脉冲特性 ➢一般的脉冲固体激光器产生的激光脉冲是由一连串不规则振荡的短脉冲(或 称尖峰)组成的，各个短脉冲的持续时间约为(0.11)m，各短脉冲之间的间隔 约为(510) s。泵浦光愈强，短脉冲数目愈多，其包络峰值并不增加。
激光综述范文
激光综述范文激光综述。
激光技术是一种非常先进的技术，它已经在各个领域得到了广泛的应用。
激光技术的发展对于推动现代科学技术的发展起到了非常重要的作用。
本文将对激光技术的原理、应用领域以及未来发展进行综述。
激光是一种特殊的光，它是一种高度聚焦的、单色的、相干的光。
激光的产生是通过激发原子或分子，使其跃迁到高能级，然后再自发辐射出来。
激光的特点是具有高亮度、高能量密度、高单色性和高相干性。
这些特点使得激光在各个领域有着广泛的应用。
激光技术在材料加工领域有着广泛的应用。
激光切割、激光焊接、激光打标等技术已经成为现代制造业中不可或缺的工艺。
激光加工技术具有高精度、高效率、无污染等优点，因此在汽车制造、航空航天、电子等领域得到了广泛的应用。
激光技术在医学领域也有着重要的应用。
激光治疗、激光手术、激光诊断等技术已经成为现代医学中的重要手段。
激光在医学领域的应用具有非侵入性、高精度、无痛苦等优点，因此在眼科、皮肤科、牙科等领域得到了广泛的应用。
激光技术在通信领域也有着重要的应用。
激光通信技术已经成为现代通信领域中的重要技术。
激光通信具有传输速度快、抗干扰能力强、传输距离远等优点，因此在卫星通信、光纤通信等领域得到了广泛的应用。
未来，随着科学技术的不断发展，激光技术将会得到进一步的发展。
激光技术将会在材料加工、医学、通信等领域得到更广泛的应用。
同时，激光技术的发展也将会推动相关领域的发展，促进社会的进步。
综上所述，激光技术是一种非常先进的技术，它已经在各个领域得到了广泛的应用。
激光技术的发展对于推动现代科学技术的发展起到了非常重要的作用。
相信在不久的将来，激光技术将会得到进一步的发展，为人类社会的进步做出更大的贡献。
激光增材制造过程数值仿真技术综述
激光增材制造过程数值仿真技术综述激光增材制造（LAM）是一种先进的快速成型技术，它利用激光熔化金属粉末来逐层构建复杂的零件和结构。
这种技术在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域有着广泛的应用。
在激光增材制造过程中，数值仿真技术扮演着重要的角色，可以帮助优化工艺参数、预测材料性能和预测构件的变形等问题。
本文将就激光增材制造过程中的数值仿真技术进行综述，包括其基本原理、建模方法、影响因素等方面的内容。
一、激光增材制造的基本原理激光增材制造是一种以激光熔化金属粉末为基础的快速成型技术。
其基本原理是利用激光束瞬间加热金属粉末，使其熔化并与基底材料结合，从而形成复杂的三维结构。
激光增材制造的工艺包括激光熔化、材料沉积和热循环等环节，其中的激光熔化过程是整个工艺中最关键的环节。
在这一过程中，激光功率、扫描速度、层间距离等工艺参数会对成形结构的质量产生重要影响。
二、激光增材制造的数值仿真建模数值仿真是激光增材制造过程中不可或缺的一部分，它可以帮助工程师优化工艺参数、预测材料性能和预测构件的变形等问题。
在激光增材制造中，数值仿真建模主要包括以下几个方面：1.热流体模拟激光增材制造中的热流体模拟是一个复杂的多物理过程，涉及到激光传热、熔化金属粉末和热应力等问题。
采用有限元方法，可以模拟激光熔化过程中的温度场分布、熔池形态等关键参数，从而辅助工程师优化激光功率、扫描速度等工艺参数。
2.相变模拟激光增材制造中的相变过程是影响构件质量的重要因素，通过数值仿真可以模拟金属粉末的熔化和凝固过程，预测构件的组织结构和性能。
3.热应力模拟激光增材制造过程中由于快速加热和冷却会产生较大的热应力，通过数值仿真可以模拟构件的变形和裂纹分布，从而优化工艺参数和提高构件的质量。
三、激光增材制造数值仿真技术的应用激光增材制造数值仿真技术在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域有着广泛的应用。
其中，激光增材制造在航空航天领域的应用最为突出，它可以制造复杂的轻质结构零部件，提高整体结构的强度和耐久性。
激光基本概述范文
激光基本概述范文激光是一种特殊的光辐射，具有单色性、相干性和方向性等特点。
激光器是一种能产生激光的装置，通常由激发源、增益介质和光腔三部分组成。
激光由于其特殊的性质，在科研、医疗、通信、材料加工等多个领域有着广泛的应用。
激光的单色性是指激光具有极窄的频率谱线，一般能够达到很高的频率稳定性。
这是由于激光的产生依赖于特定的能级跃迁，因此能够产生具有固定频率的光波。
与其他光源相比，激光的单色性使得其具有更强的穿透力和辨识能力。
激光的相干性是指激光光束中的光波具有非常好的相位关系。
这种相位关系使得激光光束能够形成明亮、锐利、高对比度的干涉条纹。
相干性使得激光在干涉、衍射和散射等方面有着独特的应用，例如激光干涉测量和激光全息术等。
激光的方向性是指激光光束能够在相当长的距离上保持较小的光束发散角度。
这是由于激光的光波具有在空间上高度一致的波前形状，能够通过适当设计的光学系统将光束聚焦成较小的点。
激光的方向性使得其在光通信、激光雷达等领域有着广泛的应用。
激光器是产生激光的装置，根据辐射介质的不同，可分为气体激光器、固体激光器和半导体激光器等。
气体激光器利用气体放电产生激发能级，再通过受激辐射过程产生激光。
常见的气体激光器包括氦氖激光器、二氧化碳激光器等。
固体激光器利用固体增益介质，通过光泵浦方式产生激发能级，再进行受激辐射过程得到激光。
常见的固体激光器有Nd:YAG激光器、激光二极管等。
半导体激光器是利用半导体材料的特殊性质产生激光，这类激光器尺寸小、功耗低，广泛应用于光通信和激光打印等领域。
激光的应用十分广泛，其中激光切割是一种主要的激光材料加工方法，广泛应用于金属、塑料、木材等材料的切割和雕刻领域。
激光打印技术利用激光的单色性和方向性，可以高速、高质量地实现文件和图像的打印。
此外，激光还在医疗领域有着广泛的应用，例如激光治疗和激光手术等。
总之，激光作为一种特殊的光辐射，具有单色性、相干性和方向性等特点。
激光器是产生激光的装置，根据辐射介质的不同有气体激光器、固体激光器和半导体激光器等。
激光知识点归纳总结
激光知识点归纳总结一、激光的基本概念1. 激光的定义：激光是指一种纯准直性极好的光线，其光子是高度同步的单色光子。
2. 激光的产生：激光是由受激发射产生的，利用三能级或四能级的原子，分子或离子系统，通过外加能量使体系转移到激发态，再利用其辐射产生激光光子。
3. 激光的特性：激光具有单色性、准直性、明暗对比度高、相干性强等特点。
4. 激光的种类：激光可以分为气体激光器、固体激光器、液体激光器和半导体激光器等。
二、激光的基本原理1. 激光的受激辐射：当原子、分子或离子处于激发态时，通过外界刺激的辐射能引起它们从激发态向稳态跃迁，再发出与外界激发辐射相同特性的电磁波，即受激辐射。
2. 激光的稳态条件：产生激光需要满足稳态条件，即发射和吸收的粒子数要平衡，从而实现能量的持续放大和稳定输出。
3. 激光的放大作用：在激光器内，通过激发态原子、分子或离子吸收外界光子能量，使它们跃迁到更高激发态，从而放大光子，产生激光。
4. 激光的光学谐振腔：激光器内部常常设置光学谐振腔，用来反射和增强激光，从而实现激光的输出。
三、激光的应用领域1. 激光测距与测速：激光雷达通过测量反射光的飞行时间来实现测距，同时通过多普勒效应测速。
2. 激光材料加工：激光可用于金属切割、焊接、打孔等材料加工过程。
3. 激光医学应用：激光可用于眼科手术、皮肤治疗、激光治疗仪等医疗设备。
4. 激光通讯：激光可以传输更大带宽、更高速率的信息，用于通讯领域。
5. 激光导航：激光雷达可用于无人飞行器、自动驾驶汽车等导航系统。
6. 激光防御：激光武器可用于导弹防御、激光束武器等领域。
四、激光器的分类1. 气体激光器：以气体为工作物质的激光器，常见的包括二氧化碳激光器、氦氖激光器等。
2. 固体激光器：以固体为工作物质的激光器，常见的包括Nd:YAG激光器、激光二极管等。
3. 半导体激光器：以半导体为工作物质的激光器，可用于激光打印机、光纤通信等领域。
4. 液体激光器：以液体为工作物质的激光器，常见的包括染料激光器等。
激光加工技术综述
激光加工技术综述作者：张臣吴恒鑫来源：《卷宗》2017年第21期摘要：激光加工作为一种新技术，在机械制造中有着很重要的应用。
本文简要阐述了激光加工的原理、特点，并介绍了它在现实中的应用情况，同时简要介绍了激光加工的最新研究进展。
关键词：激光加工；制造；应用；进展随着航空航天、核电工业的迅猛发展，更多的高性能材料得到应用。
虽然，高性能材料拥有良好的物理、力学性能，但是，却对机械加工工艺提出了更高的要求。
于是，人们开始探索高性能材料的加工方法。
激光作为一种具有亮度高、方向性强、单色性好、相干性强等特点的光源，可以实现难加工材料的加工。
1 激光加工的原理金属材料的激光加工主要是基于光热效应的热加工，其前提是激光被加工材料所吸收并转化为热能。
由于激光的发散角小和单色性好，理论上可以聚焦到尺寸与光的波长相近的小斑点上，再加上其强度高，因此其加工的功率密度很大，温度可达1万摄氏度以上。
在这样的高温下，任何材料都将瞬时急剧熔化和汽化，并爆炸性地高速喷射出来，同时产生方向性很强的冲击。
因此，激光加工是工件在光热效应下产生高温熔融和受冲击波抛出的综合过程。
2 激光加工的主要特点2.1 适用范围广激光加工是一种高能加工方法，几乎所有的材料都能适用。
它既可在大气中加工，又可在真空中加工。
尤其对于某些难加工材料，激光加工是唯一可行的方法。
2.2 设备自动化程度高相比于传统的机械加工系统，激光加工更容易采用数字化信号进行控制。
激光器经常与机器人相结合，其体积小、精度高、灵活方便，特别适合于多品种、变批量的柔性生产。
2.3 生产成本低激光加工属于非接触加工，加工过程中的损耗小、效率高。
在大批量生产中，可以明显降低成本。
激光束不会发生像电子束那样的X射线，而且无加工污染。
2.5 节能环保据相关研究，激光束的能量利用率为常规热加工工艺的10-1000倍，激光加工可节省材料15%-30%。
3 激光加工的应用举例3.1 激光切割技术激光切割是一种应用最广泛、最成熟的激光加工技术，最初被用在硬木板上切割非穿透槽、嵌刀片，制造冲剪纸箱板的模具。
激光材料的分类及应用
激光材料的分类及应用激光材料是指在激光器中发挥重要作用的材料。
根据激光材料的性质和特点，可以将其分为固体激光材料、气体激光材料和液体激光材料三大类。
固体激光材料是指在固体状态下发挥激光作用的材料。
其中最常见的固体激光材料是晶体，如Nd:YAG（钇铝石榴石）、Nd:YVO4（钇钒酸钇）和Ti:sapphire （蓝宝石钛）等。
固体激光材料具有高温性能好、光学性能稳定等特点，能够输出高功率和短脉冲的激光束。
固体激光材料广泛应用于医疗、材料加工、通信、军事等领域。
例如，医疗激光在眼科手术、皮肤美容和癌症治疗上有着重要的应用；固态激光在金属切割、焊接和打标等领域具有广泛应用。
气体激光材料是指在气体状态下发挥激光作用的材料。
气体激光材料主要包括CO2气体激光和氦氖气体激光。
CO2气体激光是一种高能量、高平均功率（几百瓦至几千瓦）的激光，被广泛应用于工业、医疗和科研领域，如金属切割、焊接、雕刻和眼科手术等。
氦氖气体激光是一种波长为632.8纳米的可见光激光，广泛应用于激光打印、激光读盘和光学测量等领域。
液体激光材料是指将某些特定的物质溶解于液体中，形成能够发射激光的液体。
液体激光材料主要包括有机染料和半导体材料两类。
有机染料激光器以有机染料为工作物质，广泛应用于医疗、科研和军事等领域。
有机染料激光器具有宽波长段、调谐范围大等特点，可广泛应用于多种领域。
半导体激光器是一种以半导体材料为工作物质的激光器，具有高效、小型化和低成本等优点，广泛应用于通信、信息存储和激光打印等领域。
除了以上三类激光材料，还有其他一些特殊的激光材料，如光纤材料和二维材料等。
光纤材料是一种将激光束传输的重要材料，广泛应用于通信、传感和激光器等领域。
二维材料是一种具有单层或几层原子厚度的材料，如石墨烯和二硫化钼等，具有优异的光学性能和电学性能，被广泛应用于激光器、光电器件和传感器等领域。
总结起来，激光材料的分类主要包括固体激光材料、气体激光材料和液体激光材料。
(完整word版)文献综述-激光加工
关于激光加工技术的文献综述*摘要：激光是20世纪的重大发明之一，因其具有单色性、相干性和平行性，特别适用于材料加工，激光加工是激光应用最有发展前途的领域。
本文主要论述了激光加工技术的发展历史、应用原理、关键技术、发展趋势及前景。
关键词：激光加工，历史，原理，技术，前景激光是最重大的发明之一，具有巨大的技术潜力。
它具有强度高、方向性好、单色性好的特点，因此特别适合进行材料加工。
[1]激光先进制造技术是最为广泛和活跃的激光应用领域之一,具有柔性、高效、高质量等综合优势,可应用于从计算机芯片到大型飞机、航空母舰等几乎所有的加工制造领域,在减量化、轻量化、再制造、节能、环保等方面发挥越来越重要作用。
[2]1.发展历史1960年，梅曼(T·Maiman)发明了第一台红宝石激光器，标志着量子光学由理论发展到技术工程。
1964年，帕特尔(C．Patel)发明了第一台CO2激光器；1965年，贝尔实验室发明了第一台YAG激光器。
1968年后高功率CO2激光器发展迅速，1971年出现了第一台商用1 kWCO2激光器。
激光加工用于工业生产，首先要有可靠稳定的、光束能量可调的、光束模式合适的激光器。
70年代初，YAG激光器开始作为微型件切割、焊接的重要光源，并逐步在生产中得到应用，如电子工业中的各种焊接、切割、退火及钟表行业中的打孔等。
70年代后期，电子、钟表工业中出现了正规的激光加工工艺。
尤其是集成电路的发展，迫切需要采用激光加工工艺提高其加工效率与质量，也助推了新的激光加工工艺的产生、发展和应用。
80年代，激光器质量又有了提高，其输出功率大幅提高：CO2激光器由几千瓦发展到上万瓦，YAG激光器由几百瓦发展到数千瓦；这些激光器均实现了连续运行和脉冲运行的工作方式；激光的模式从多模输出发展到基模或接近基模输出；光束发散角也达到几个毫弧度。
这样就更进一步推动了激光加工技术的普及与应用。
近年来，光纤激光器在技术上取得了巨大的发展，与传统的固体激光器相比较，具有很大的输出功率，光束质量好，转换效率高，柔性传输良好，使得光纤激光器在激光材料加工中具有很大吸引力。
激光加工综述
激光加工综述激光加工是一种新兴的技术，通过非接触式的方式将激光束聚焦到物体表面，实现对材料的加工和处理。
相比传统的加工方法，激光加工具有许多优点，如高精度、高效率、低成本等。
本文将从以下几个方面对激光加工进行综述：一、激光加工的特点激光加工具有许多优点。
首先，激光加工是非接触式的，不会对材料造成机械挤压或变形，因此可以避免对材料造成损伤。
其次，激光加工的精度高，可以实现对微小细节的精确控制。
此外，激光加工的速度快，可以大幅提高生产效率。
最后，激光加工还可以对各种材料进行加工，如金属、非金属、复合材料等。
二、激光加工的类型及应用激光加工主要包括激光切割、激光焊接、激光打标等类型。
激光切割是通过高能激光束将材料汽化或氧化，从而实现切割的目的。
激光焊接则是通过激光束将材料熔化后重新凝结，实现焊接的目的。
激光打标则是通过激光束在材料表面留下永久性的标记。
在实际应用中，激光加工被广泛应用于各种领域，如汽车制造、航空航天、电子工业、医疗器械等。
在汽车制造领域，激光加工可以用于实现汽车零部件的高精度焊接和切割。
在航空航天领域，激光加工可以用于制造高强度的零部件。
在电子工业领域，激光加工可以用于实现微电子器件的精细打标和切割。
在医疗器械领域，激光加工可以用于制造高精度的医疗设备和器械。
三、激光加工技术的未来发展随着科技的不断发展，激光加工技术也在不断进步和完善。
未来，激光加工将会向着更加高效、精确、智能化的方向发展。
同时，随着新材料的不断涌现和应用，激光加工也将会面临新的挑战和机遇。
相信在未来，激光加工将会在更多的领域得到应用和发展。
激光原理-第四章 半导体激光器
第二节 激发与复合辐射
若掺杂原子比材料原子少一个电子,则附加能级接近 价带,其上的空穴很容易进入价带,使价带中出现大量 过剩空穴,这种材料称为p型材料,而杂质称为受主。
掺杂的净效果是在导带和价带中形成过剩的自由载流 子。 P掺杂三价元素（杂质），载流子主要是空穴，而杂 质称为受主 N掺杂5价元素（杂质），载流子主要是电子,而杂质 称为施主 p型材料和n型材料接触时形成pn结,
式中,kpn 为声子波矢,k pn 一般比k小1个量级左右。
初态与末态相应于k空间不同点的电子跃迁称为非 竖直跃迁或间接跃迁。在这种跃迁中,发射或吸收一 个光子的同时,必须伴随发射或吸收一个适当波数的 声子,以满足动量守恒,因而属于二级过程。其几率比 属于一级过程的纯光跃迁小得多,故不适合用于激光 发射。
E
导带 Eg
满带
半导体的能带
第一节半导体的能带结构和电子状态
二、半导体中的电子状态 用量子力学确定孤立原子的电子能量和运动状态是通过求解薛定 鄂方程实现的。然而,由于固体中所含原子数量极大,对每个电 子求解薛定鄂方程是根本不可能, 只能采取某种近似的方法:
其相应的能量本征值为
h2k 2 E V 2me
1．满带（排满电子）(价带) 2．价带（价电子能级分离后形成的能带,能带中一部分能级排 满电子） 3. 导带 （未排满电子的价带） 3．空带（未排电子） 空带也是导带 4．禁带（不能排电子）
第一节半导体的能带结构和电子状态
半导体材料Si和Ge为例,每个原子有4个价电子,在原子状态中s态 和p态各2个。 由轨道杂化重新组合的两个能带中各含２Ｎ 各状态，较低的一 个正好容纳４Ｎ 个价电子， 所有的电子排满了s轨道,只有当能带被电子部分填充时,外电场 才能使电子的运动状态发生改变而产生导电性。 这些材料低温下不导电,在温度较高时,部分电子从价带激发到导 带,表现出导电性。
碳纤维复合材料激光切割综述
因素 ， 总 结了激光切割碳 纤维复合材料的表 面质量 的研 究进展 ， 最后对 激光切 割碳 纤维复合材料 的发展趋 势进行 了展 望
关键 词 ：碳 纤维复合材料 ：激光切割 ；热影 响区 中图分 类号 ：Ｔ Ｂ ３ ３ ２ 文 献标 识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ３ — ０ ９ ９ ９ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ４ — ０ ０ ９ ９ — ０ ５
的机理 以热蒸 发 和热熔 化 为主 。
Ｆ ｅ ｎ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｙ 等［ ４ ］ 将脉冲 Ｎ Ｄ： Ｙ Ａ Ｇ激光 与水射 流 切割碳纤维复合材料的质量进行对 比． 研究得 出脉 冲激光 导致 的热 损伤 比用 连续 激光 切割 时更 小。
Ｌ ａ ｕ等 ［ ５ ］ 研 究 了激 光 加 工 参 数 对 碳 纤 维 复 合 材 料
伤 问题 ， 如热影响区过大、 纤维拔 出、 材料分层等。
收稿 日期 ：２ ０ １ ６ ． １ １ ． １ １ 基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目 （ ５ １ １ ７ ５ ２ ２ ９ ） 作者简介 ：章辰 （ １ ９ ９ ３ ． ） ，男 ，硕士在读 ，主要从事激光精密加工方面的研究。 通讯作 者：袁根福 （ １ ９ ６ ４ ． ） ，博士 ，教授 ，主要从事激光精密加工方面的研究 ，ｆ ｏ ｒ ｙ ｇ ｆ ＠ ２ ６ ３ ． ｎ ｅ ｔ 。
的切 割 深度 、 热影 响 区宽度 和切 割 质量 的影 响 ， 实验 表 明波 长 为 １ ０ ６ ４ ｎ ｍ的 Ｎ Ｄ： Ｙ Ａ Ｇ激光 源相 对 于 Ｃ Ｏ，
度和 比模量远高于其他结构材料 。由于其轻质高强 的特性 ， 在对重量和力学特性有较高要求 的场合 ， 碳 纤维复合材料得到了广泛的应用 。
１ 引 言
有关激光加工的综述
产生如电极污染或者受损的问题，当然也不用考虑工 具损耗和替换等耗时耗力的情况，因此十分方便[4]。没 有 磁 场 的 影 响，定位可以变 得 相当 精准，能 够 达 到 进 行微型工件的大批量生产工艺的要求。激光焊接可以 在任何情况下进行，不用必要的真空条件，这样一来， 就可以有效减少木材的使用量，简洁地保护了环境[5]。 而且它可以焊接各种材料，包括熔点极高的多种材料， 甚至陶瓷和玻璃制品，在异型材料的一些方面，焊接 效 果也 相 对传 统 焊接 好很多 [6 ]。激 光 切割与激 光 焊接 原 理 相 似，不过 要 使 材料达 到 更 高的 温 度，使 材料达 到气化的条件，将材料从中断开[7]。激光切割与焊接有 类似的优 点，具 有清洁 性、精准 性、高 效性 等 优 点，和 焊接技术相辅相成，广泛应用于金属制造、机械加工、 零 件 装配等 领域，较为客 观 地改善了以往 传 统切割技 术下恶 劣的 生 产 环 境，提 高了生 产 效率，成 为 切 割 金 属的主流技术[8]。
①作者简介：赵思博（1993—），男，硕士，研究方向为锻造机器人静力学，模态热分析。 Байду номын сангаас成栋（1984—），男，博士，高级工程师，研究方向为机器人。
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科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald
工业技术
科技创新导报 2021 NO.09
1 激光加工的简介 激 光 焊 接 技 术 最早出现 在 2 0 世 纪中后期，相 对于
落后的人工焊接技术，它的操作时间更短、变形更小、 深度更大、操作更简单[1]。如今，激光焊已深入渗透于
空间探 索、船 舶 制造、汽 车工业、医 疗 器 械、电子 制造 业等诸多领域[2]。
激光光束漂移特性研究综述知识讲解
激光光束漂移特性研究综述激光准直中光束漂移的特性研究综述引言：从产生的原因来看，激光光线主要存在三种不同类型的漂移，分别是：激光器本身发射的激光存在光线漂移；固定激光发射器的调整装置存在机械位移，导致激光光线缓慢漂移；空气扰动或折射率不均匀造成的光线漂移或者光线弯曲。
而针对这三种漂移提出的补偿方案也有很多。
本文将从实用性、价格因素以及可操作性三个方面分析各种方案总结并提出最佳方案。
一、光漂的抑制双光束准直法：采用特别设计的光学系统，将激光器发出的光束分成两束光，且当激光束发生光漂时，这两束光朝相反的方向变化，其能量中心即两路光的对称中心线不变，用具有双光电座标的检测靶检测出这条中心线的相对位置，以此作为基准线，从而起到抑制光漂的作用。
优点：受大气扰动的影响小，光束漂移小，准直基线的稳定性较好，精度达到10-6缺点：所用元件较多，调整困难。
单模光纤法: 激光束经显微镜聚焦，将光点耦合进入单模光纤，光纤出射端位于准直物镜的焦点上，使出射光为准直光束，即采用一根光纤建立新的光发射基准。
理论计算表明，光束经单模光纤后，其模式重新分布，激光束的平漂、角漂只会影响耦合效率，不会影响出射光强分布。
精度达到1.5x10-6优点：，此方法可以完全消除光漂，而且，在保证单模传输情况下，通过光纤后的光束质量也有提高；成本相当低。
缺点：由于机械装置的漂移，长时间后光束会偏离光纤，需重新耦合。
固定点补偿法：采用两个或多个光靶来实时测量激光的漂移量，然后据此对测量值进行修正以实现补偿。
缺点：，光漂监测和测量不能同时进行，使得各测量点的光漂相关性降低。
光线弯曲和大气抖动的影响造成的误差会随着测量距离的增加而增大。
莫尔条纹激光准直法：激光器、空间滤波器、扩束镜和锥镜形成无衍射光，利用无衍射光所形成的、不随传播距变化的贝塞耳函数光环作直线基准Z轴。
该光圆环光栅相迭，产生的莫尔条纹被CCD采集后存储于计算机。
被测物移动过程中相对贝塞耳函数中心线的偏移将会改变莫尔条纹，计算机根据莫尔条纹中心的二维偏移量就可以直接测量出贝塞耳函数光束中心与圆环光栅中心的距离。
激光基础知识
激光基础知识目录一、激光概述 (2)1.1 激光的定义 (3)1.2 激光的产生原理 (4)1.3 激光的特点与应用 (4)二、激光器的工作原理与结构 (5)2.1 激光器的基本构成 (6)2.2 激光器的类型 (7)2.2.1 固体激光器 (9)2.2.2 液体激光器 (10)2.2.3 气体激光器 (11)2.3 激光器的输出特性 (13)三、激光的发射与调控 (14)3.1 激光的发射过程 (15)3.2.1 脉宽调制 (17)3.2.2 频率调制 (18)3.2.3 相位调制 (19)四、激光的传输与耦合 (20)4.1 激光的传输介质 (21)4.2 激光的耦合方式 (22)4.3 激光的聚焦与散射 (23)五、激光的检测与测量 (24)5.1 激光的检测方法 (25)5.2 激光的测量技术 (27)5.2.1 功率测量 (29)5.2.2 频率测量 (30)5.2.3 相位测量 (31)六、激光的安全与防护 (32)6.2 激光的防护措施 (35)6.3 激光的正确使用与废弃处理 (36)七、激光新技术与发展趋势 (37)7.1 新型激光技术 (38)7.2 激光技术的应用领域 (40)7.3 激光技术的发展趋势 (41)一、激光概述激光（Laser）是一种受控能量释放过程，通过特定物质在受激发射过程中发射出高度集中、单一波长的光子束。
它是一种非传统光源，具有许多独特的特点和优势。
激光的原理起源于20世纪初，当时科学家们发现某些物质的电子在受到特定频率的光照射后，会吸收能量并跃迁到更高的能级。
当这些电子从高能级回落到低能级时，会以光的形式释放出能量。
这种跃迁过程使得特定波长的光被有效地放大和发射，从而产生了激光。
单色性：激光发射出的光子具有高度集中的单一波长，这使得激光在光谱分析、医疗、通信等领域具有广泛的应用价值。
直线性：激光的光束传播方向高度集中，几乎可以沿直线传播，这使得激光在切割、焊接等加工领域具有很高的精度。
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一个诱发光子不仅能引起受激辐射，而 且它也能引起受激吸收，所以只有当处在高 能级的原子数目比处在低能级的还多时，受 激辐射跃迁才能超过受激吸收，而占优势。 由此可见，为使光源发射激光的关键是发光 原子处在高能级的数目比低能级上的多，这 种情况，称为粒子数反转。但在热平衡条件 下，原子几乎都处于最低能级（基态）。因 此，如何从技术上实现粒子数反转则是产生 激光的必要条件。
3 光电子技术
光电子技术与微电子技术构成了当今信息技术的 两大支柱；
光子独特的优点：极大的响应速度、极大的频宽、 极大的信息容量； 美国：通信和计算机研究与发展的未来世界属于 光 子学领域； 中国：国家863计划与973计划两个高科技计划 的重点是光电子产业；
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中国的光谷：武汉东湖新技术开发区
4 光电子材料
含义：在光电子技术领域应用的，以光子、电子 为载体，处理、存储和传递信息的材料。
包含：固体激光材料、光纤材料、太阳能电池材
料、光显示材料等
20世纪四大发明：原子能 计算机
半导体 激光器
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激光材料
激光的基本原理 激光材料 激光材料的应用
激光
英文名：LASER(Light Amplification by Stimulated
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光纤
2
激光器
2 光电子技术的发展
1960年以前，光学与电子学仍是两门独立的学科；
1960年，美国梅曼成功研制第一台激光器——红宝石 激光器，引起连锁反应。
1960年5月15日，美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼设计和建造了 一台小型的激光发生器。他将闪光灯线圈缠绕在指尖大小的红宝石棒上， 从而产生一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一点时，可使这一点 达到比太阳还高的温度 ，激光时代由此开启，从此和人们的生活息息相关。 3
Emission of Radiation) 受激辐射的光放大“镭射”、“莱塞”
中文名：1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受
激发射”改称“激光”
“最快的刀”
“最准的尺”
“最亮的光” 《奇异的激光》——小学五年级语文课文
世界上第一台激光器的诞生，使激光技术成为一 门新兴科学发展起来，在光学发展史上翻开了崭 新的一页。激光的出现极大地促进了光学材料的 发展，目前已有数百种新型激光工作物质。
处于低能级态的原子在一定条件下的辐射场作用下，吸收 一个光子， 跃迁到高能级态；
宏观表现：光被吸收
(c)：受激辐射
处于高能级态的原子在一定条件下的辐射场作用下，跃迁 到低能级态，并同时辐射出一个与入射光子完全一样的光子。
宏观表现：光被放大
自发辐射与受激辐射的区别：
原子的自发辐射过程完全是一种随机过程，各发光原子的发 光过程各自独立，互不关联，即所辐射的光在发射方向上是无规 则的射向四面八方，另外位相、偏振状态也各不相同。由于激发 能级有一个宽度，所以发射光的频率也不是单一的，而有一个范 围。 受激辐射时, 原子可发出与诱发光子全同的光子，不仅频率 （能量）相同，而且发射方向、偏振方向以及光波的相位都完全 一样。
3、粒子数反转
要想使受激辐射占优势或者说占主导地位，就必须使 N2>N1。如果借助于外界的激励，破坏粒子的热平衡 分布，就可能使高能级E2的粒子数N2大于低能级E1的 粒子数N1。由于它同正常分布相反，所以叫粒子数反 转分布，见图4。
图4 粒子数的分布 （a）正常分布 （b）反转分布
粒子数反转分布的作用在于当外来光辐射时，受激辐射总 是大于受激吸收，因而产生了光的放大信号。实验证明， 许多物质给予一定激励后，能实现这种反转分布，它为激 光的产生提供了基础。
各原子的自发发射是独自进行的，彼此无关。
图2 粒子的自发辐射
（3）受激发射：处于高能级的原子不仅可以自 发发射，而且可以在入射频率为ν21的光子感应下 受激发射，跃迁到E1能级上（图3）。
图3 粒子的受激发射
(a)：自发辐射
处于高能级态的原子自发跃迁到低能级态，并同时向外辐
射出一个光子；
宏观表现：发光 (b)：受激吸收
2 光电子技术的发展
1961年，第一台激光测距机问世，随后各种激光 武器相 继研制成功。
20世纪70年代，低损耗的光纤、半导体激光器的 成熟、 CCD图像传感器问世，导致光信息技术蓬 勃发展。 20世纪80年代，对量子阱材料等其他材料的深入 研 究，导致一些新的光电子器件的产生与应用。 20世纪90年代，光电子技术在通信领域和光存储 4 方面 取得了极大成功。
绪：1 什么是光电子技术？
是电子技术与光子技术相结合形成的一门新兴的综合性的 交叉学科，主要研究光与物质中的电子相互作用及其能量 相互转换的相关技术。
电子技术：包括真空电子技术、气体电子技术、固体
电子技术等，主要研究电子的特征与行为及其在真空 或物质中的运动与控制 光子技术：研究光子的特征与行为及其与物质的相互 作用以及光子在自由空间或物质中的运动和控制。
结论：受激辐射是产生激光的唯一渠道。
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受激辐射占主导之必要条件；受激辐射>受激吸收
4 形成粒子数反转的结构-----原子能级系统
1960年美国科学家梅曼红宝石激光器
激光的基本原理
一、激光材料的物理基础
1、波尔兹曼统计分布 根据统计力学原理，大量相同粒子(原子、离子、分子)集 合处于热平衡温度下，粒子数按能级的分布服从波耳兹曼 分布规律，即
N2 / N1 e
( E2 E1 ) / kT
N2、N1分别为能级E2和E1上的粒子数。 在热平衡条件下绝大部分粒子处于基态，即处于 低能级上的粒子数总多于高能级上的粒子数，这 叫粒子数正常分布。
Байду номын сангаас
2、光的吸收和发射 辐射与物质的相互作用主要包括受激吸收、自发 辐射和受激发射。
（1）受激吸收：当一个频率为ν21的准单色光波通 过能隙hν21的二能级系数时，若能级满足辐射跃迁 选择定则，这时处于低能级E1的原子吸收入射光 子，跃迁到高能级E2上(图1)。
图1 粒子的受激吸收
（2）自发辐射：跃迁到能级E2上的原子是不稳定 的，它会自发地通过辐射一个能量的光子返回到 E1能级上（图2）。