激光分析仪技术原理ppt课件
激光粒度分析仪课件
02
03
光路设计
采用开角式、闭角式或光 纤式等不同光路设计，以 满足不同测量需求。
光学元件
反射镜、聚焦
保持光束质量稳定，以提 高测量精度和重复性。
检测器
检测器类型
光电倍增管、光电二极管 等，根据测量需求选择合 适的检测器。
动态范围
检测器的动态范围需满足 测量需求，以提高测量精 度和线性度。
进行测量
将标准样品放入仪器中，进行 测量并记录结果。
分析结果
根据标准样品的已知粒径，分 析仪器的测量结果是否准确。
结果评估与误差分析
结果评估
将仪器测量的结果与标准样品的已知粒 径进行比较，评估仪器测量的准确性。
VS
误差分析
分析仪器测量结果与标准样品已知粒径之 间的误差，找出误差来源，如仪器误差、 样品制备误差等。
动态光散射法
通过测量颗粒在运动状态时散射光的频率变化来分析颗粒粒径。
动态光散射法利用了颗粒在溶液中做布朗运动的现象，当颗粒运动时，散射光的 频率发生变化。通过测量散射光的频移，可以反推出颗粒的粒径分布。该方法具 有较高的测量精度，适用于测量较窄粒径范围，尤其适用于小颗粒的测量。
透射法
通过测量光线通过颗粒悬浮液时透射光的光强来分析颗粒 粒径。
电信号经过处理后，可 以输出颗粒大小的分布 结果。
应用领域
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化工
用于研究化学反应过程中颗粒 大小的变化，以及催化剂、填
料等颗粒的粒度分布。
制药
用于研究药物颗粒的粒度分布 ，以及制备微粉、纳米药物等
。
陶瓷
用于研究陶瓷材料的颗粒大小 和分布，以及烧结过程中的变
化。
环境
激光检测技术PPT课件
3. 谐振腔的共振作用与激光的形成
在增益介质的两端安装两块相互平行的反射镜，一块为全反射镜（反射 率近似为1），另一块为部分反射镜（反射率必须大于某一值），构成一 个光学共振腔（又称谐振腔）。谐振腔对光的模式有选择作用，即对光的 频率、相位、偏振及传播方向有严格的选择。
和。
.
5
二、激光的特性与用途
1. 激光的高方向性：根据这一特性可制成激光准直仪； 2. 激光的高亮度：利用激光能量高度集中的特性，进行
精密焊接、打孔及切割 ； 3. 激光的高单色性 ：在小孔、细丝、狭缝等小尺寸的衍
射测量中得到了广泛的应用； 4. 激光的高相干性：全息摄影就是利用了激光相干性好
的这一特征。
.
8
四、应用举例
1. 激光的载波测温技术
激光载波测温原理方框图
.
9
激光载波测温的发射部分
RT-热敏电阻；V1-单结晶体管；V2-晶闸管； T1，T2-脉冲变压器
.
f
1
RT CT
ln
1 1
脉冲调频波
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调频波解调原理
(a) LC谐振电路；（b）谐振曲线；（c）调频波及调幅波
.
11
2. 激光准直测量技术
8. ● 其他激光器 X射线、薄膜、光纤激光器等
.
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2. 激光器的结构与工作原理
以氦氖激光器为例
除激励电源之外，氦氖激光器通常包括放电管、电极和谐振腔等基 本组成部分。根据放电管和组成谐振腔的两块反射镜的连接方式，可将 氦氖激光器分为内腔式、半内腔式（半外腔式）和外腔式三种结构型 式。在放电管中按一定比例和压力充上氦氖混合气体。
2024年度激光原理及应用PPT课件
激光的相干性比普通光 强很多，可用于精密测 量和全息照相等领域。
激光器组成及工作原理
激光器组成
激光器一般由工作物质、激励源和光学谐振腔三部分组成。
2024/3/24
工作原理
在激励源的作用下，工作物质中的电子被激发到高能级，形 成粒子数反转分布。当这些电子从高能级跃迁到低能级时， 会辐射出与激励源频率相同的光子，并在光学谐振腔内得到 放大和反馈，最终形成稳定的激光输出。
激光雷达
测距、成像、识别等多元化应 用
激光显示
高清晰度、大色域、节能环保
激光制造
高精度、高效率、无接触加工
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激光器类型及其特
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点分析
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固体激光器
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工作原理
通过激励固体增益介质（ 如晶体、玻璃等）中的粒 子，实现粒子数反转并产 生激光。
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根据实际需要，还可选择佩戴耳塞、手套 等个人防护装备，以降低激光对其他部位 的危害。
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未来发展趋势预测
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与挑战分析
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新型激光器研发方向探讨
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新型材料激光器
探索新型增益介质，如量子点、二维材料等，提高激光器的性能 。
微型化与集成化
发展微型激光器，实现与其他光电器件的集成，推动光电子集成技 术的发展。
1960年，美国物理学家 梅曼制造出第一台红宝 石激光器
现代激光技术突破与创新
光纤激光器
高功率、高效率、光束质量好
量子级联激光器
覆盖中红外到太赫兹波段
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激光分析仪技术原理
利用激光的高亮度和单 色性，进行长度、角度、
速度等测量。
利用激光的高能量密度， 进行切割、焊接、打标
等加工操作。
利用激光的生物效应， 如光热、光化学等，进
行医学诊断和治疗。
PART 02
激光分析仪的基本原理
激光分析仪的构成
激光发射器
用于产生特定波长的激光束， 是激光分析仪的核心部件。
激光技术概述
激光的特性
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相干性
激光具有高度相干性，其 光波列的相位、振幅和偏 振状态一致。
单色性
激光的波长范围很窄，具 有极佳的单色性，适合用 于光谱分析。
高亮度
激光的亮度极高，能够在 远距离聚焦形成小光斑， 提高测量精度。
激光的种类
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气体激光器
以气体为工作物质，产生特定 波长的激光，如氦氖激光器。
信号放大与处理
为了提高测量精度和灵敏度，需要将光电转换器输出的微 弱电信号进行放大和处理。激光分析仪采用电子线路对信 号进行放大、滤波、调制和解调等处理。
数据采集与处理
激光分析仪通常配备高精度的数据采集系统和计算机软件， 可以对采集到的数据进行实时处理、分析和存储。
计算机技术
数据采集与控制
计算机通过数据采集卡和控制卡 等硬件与激光分析仪连接，实现 对仪器工作状态的控制和数据的
PART 05
激光分析仪的发展趋势和 未来展望
激光分析仪的发展趋势
技术创新
智能化发展
随着科技的不断进步，激光分析仪在技术 上不断创新，提高检测精度和稳定性，拓 展应用领域。
激光分析仪正朝着智能化方向发展，通过 引入人工智能和机器学习技术，实现自动 识别、自动调整和智能诊断等功能。
激光原理与技术完整ppt课件
够存在于腔内的驻波(以某一波矢k为标志)称为电磁被的模式或光波模。一种模式是电
磁波运动的一种类型，不同模式以不同的k区分。同时，考虑到电磁波的两种独立的偏振，
同一波矢k对应着两个具有不同偏振方向的模。
精选ppt
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下面求解空腔v内的模式数目。设空腔为V=ΔxΔyΔz的立方体，则沿三个
坐标轴方向传播的波分别应满足的驻波条件为
第八章 激光器特性的控制和改善
8.1 模式选择 8.2 频率稳定 8.3 Q调制 8.4 注入锁定 8.5 锁模
精选ppt
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第九章 激光器件
9.1 固体激光器 9.2 气体激光器 9.3 半导体激光器 9.4 染料激光器
精选ppt
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第一章 激光的基本原理
本章概激光器基本原理。讨论的重点是光的相干性和光波模式的联系、光的受激辐
（1.1.4）
式中E0为光波电场的振幅矢量，ν为单色平面波的频率，r为空间位置坐标矢量，k为波
矢。而麦克斯韦方程的通解可表为一系列单色平面波的线性叠加。
在自由空间，具有任意波矢k的单色平面波都可以存在。但在一个有边界条件限制的
空间V(例如谐振腔)内，只能存在一系列独立的具有特定波矢k的平面单色驻波。这种能
第六章 激光器的放大特性
6.1 激光放大器的分类 6.2 均匀激励连续激光放大器的增益特性 6.3 纵向光均匀激励连续激光放大器
的增益特性 6.4 脉冲激光放大器的增益特性 6.5 放大的自发辐射（ASE） 6.6 光放大的噪声
精选ppt
4
第七章 激光振荡的半经典理论
7.1 激光振荡的自洽方程组 7.2 原子系统的电偶级距 7.3 密度距阵
二、光波模式和光子状态相格 从上面的叙述已经可以看出，按照量子电动力学概念，光波的模式和光子的状态是等
激光原理及应用ppt课件
激光调制前
激光调制后
4.机械运动系统
• 基片送入后，高精度伺服电机在微机的控制下转动振镜的角度；
• 激光束通过扫描镜的反射，由f-θ场镜聚焦到基片的边缘位置上；
• 在微机上通过专用的控制软件输入总的清边面积、激光束的行走速度 和需要重复的次数；
E2
E2
E1
E1
自发辐射跃迁
自发辐射光子
c. 受激辐射（激光）: 当频率为=ν（E2-E1）/h的光子入射时，会引发粒子以一定的概率，迅 速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都 相同的光子。
E2
E2
入射光子
E1
E1
受激辐射光子 入射光子
受激辐射跃迁 3-2 粒子数反转
(Top flat)
高斯
多元高斯
• 减少脉冲时间，高的峰值能量，更多的能量密度
Less pulse time, high peak power more energy density
能量密度=功率/频率/光斑面积
pulse
1.1uW/um=220W/20KHz/900um2
Hz
4.重叠率计算——Overlap
全反光镜
反光镜： （越75%
）
Shutter
激光器外形 接光纤
Q-Switch
晶体腔
功率计
激光器内部分解图（P4）
Q-Switch 半反镜
晶体腔 光纤耦合器
镜头聚焦原理——凸透镜
激光刻划原理——以P1为例
光斑
1.Beam Shaping （激光束形状）
• 一般的激光都为高斯分布的波形，即高斯光束，为实现特殊的制程需求，需要转变 成为扁平式波形的平顶光束，即Top Hat，通过透镜组改变光束质量和形状产生。
激光分析仪技术原理
激光分析仪技术原理激光器是激光分析仪最重要的组成部分之一、它可以产生具有高相干性和单色性的激光束。
常见的激光器包括气体激光器、半导体激光器、固体激光器等。
激光器的发射波长、功率、光束质量等参数对激光分析仪的性能有着重要的影响。
样品是激光束与之相互作用的对象。
样品可以是气体、液体或固体等多种形式的物质。
当激光束与样品相互作用时，会发生一系列的光学和物理过程，如吸收、散射、荧光等。
这些过程中样品会吸收一部分激光能量，并发射出特定的光信号。
探测器是接收并测量样品发射的光信号的装置。
它可以是光电二极管、光电倍增管、光谱仪等。
探测器的选择要根据样品发射的光信号的特点来决定。
探测器接收到样品发射的光信号后，会转换成电信号，并经过电子学处理，得到与被测量相关的信息。
吸收光谱法是利用被测样品对激光光束的吸收特性来进行分析。
当激光光束通过被测样品时，样品会吸收特定波长的光，这部分吸收光的强度与样品中目标组分的浓度有关。
通过测量吸收光的强度变化，可以得到被测样品中目标组分的浓度信息。
荧光光谱法是通过测量被测样品在受激光束的作用下发射出的荧光光谱来进行分析。
当激光光束照射到被测样品上时，样品中的一些分子或原子可能会吸收光束的能量，并发射出特定的荧光光。
这些荧光光的波长和强度可以提供关于被测样品的信息。
拉曼光谱法是通过测量样品受激光束作用后发射的拉曼散射光谱来进行分析。
当激光光束入射到样品上时，样品中的分子或原子会发生振动、转动等运动，这些运动会导致光的频率发生变化，出现了拉曼散射光。
通过测量拉曼散射光的波长和强度变化，可以获得被测样品的结构和组分信息。
综上所述，激光分析仪的工作原理主要涉及激光器、样品和探测器三个主要部分。
通过选择合适的技术和分析方法，可以获取被测样品的相关信息，实现对样品的分析和检测。
《激光原理》PPT课件
2024/1/28
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前沿动态及发展趋势预测
超快激光技术
实现飞秒、皮秒级超短脉冲输出，用 于精密加工、生物医学等领域。
高功率激光技术
发展高能量、高效率的激光器，应用 于国防、能源等领域。
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激光显示技术
利用激光作为光源的显示技术，具有 色域广、亮度高等优点，是未来显示 技术的重要发展方向。
概述光纤激光器的工作原理、 优势及在通信、传感等领域的 应用前景。
其他典型固体激光器
简要介绍其他类型的固体激光 器，如半导体激光器、拉曼激
光器等。
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气体激光器原理与技术
2024/1/28
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气体放电过程及发光机制
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气体放电基本概念
电子与气体原子或分子碰 撞，引发电离和激发过程 ，产生带电粒子和光子。
液体染料激光器技术特点பைடு நூலகம்
具有宽调谐范围、高转换效率、短脉冲输出等优点。同时 ，液体染料激光器也存在染料稳定性差、需要定期更换等 缺点。
液体染料激光器应用领域
广泛应用于光谱学、生物医学、光化学等领域。例如，可 用于荧光光谱分析、激光医疗、光动力疗法等。
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半导体材料发光机制及器件结构
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利用半导体材料的特性实现受激辐射，具有 体积小、效率高、寿命长等优点，广泛应用 于通信、显示等领域。
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固体激光器原理与技术
2024/1/28
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固体激光材料及其发光机制
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固体激光材料种类与特性
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包括晶体、玻璃、陶瓷等，具有不同的发光特性和应用场景。
2024版激光原理与技术PPT(很全面)
•激光基本原理•激光器类型及技术•激光束特性及控制技术目录•激光与物质相互作用•激光测量与检测技术•激光通信与信息处理技术•激光安全与防护技术光的自发辐射与受激辐射自发辐射原子或分子在没有外界作用下，由于自身能级的不稳定性而自发地从高能级向低能级跃迁，同时发射出一个光子的过程。
受激辐射原子或分子在外界光子的作用下，从高能级向低能级跃迁，同时发射出一个与入射光子完全相同的光子的过程。
区别与联系自发辐射是随机的，而受激辐射是确定的；自发辐射产生的光是非相干的，而受激辐射产生的光是相干的。
光放大当外来光信号通过激光工作物质时，受激辐射产生的光子与入射光子具有相同的频率、相位、传播方向和偏振状态，从而实现光信号的放大。
粒子数反转在激光工作物质中，高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数，形成粒子数反转分布。
实现方法通过泵浦源提供能量，使激光工作物质中的粒子被激发到高能级，形成粒子数反转分布。
粒子数反转与光放大产生条件特性应用领域030201激光的产生与特性晶体激光器玻璃激光器光纤激光器He-Ne 激光器CO2激光器以氦气和氖气作为工作气体，产生红色可见光激光，常用于精密测量和准直。
Ar+激光器染料激光器液体激光核聚变半导体激光器边发射半导体激光器面发射半导体激光器采用垂直腔面发射结构，具有低阈值电流、圆形光束和易于集成等特点，适用于光通信和光互连等领域。
激光束的传输与聚焦激光束的传输特性01激光束的聚焦原理02激光束的聚焦技术03介绍评价激光束质量的常用参数，如光束直径、发散角、光强分布等。
激光束质量评价参数阐述实验测量和数值模拟等方法在激光束质量评价中的应用。
激光束质量评价方法分析激光束质量对激光加工、光通信、激光雷达等应用的影响。
激光束质量对应用的影响激光束的质量评价激光束的控制与整形激光束控制技术激光束整形技术激光束控制与整形的应用激光与物质相互作用的基本过程激光束在物质中的传播激光与物质相互作用的机理激光与物质相互作用的特点1 2 3激光加工的基本原理激光加工的应用领域激光加工的优势激光加工原理及应用利用激光的高能量密度和生物效应，对生物组织进行照射，以达到治疗疾病的目的。
激光氧分析仪激光分析仪设备工艺原理
激光氧分析仪激光分析仪设备工艺原理仪器原理激光氧分析仪是一种基于激光吸收光谱原理的仪器。
它主要采用激光器发射特定波长的激光束，照射到待检测的气体中，在激光的作用下，气体分子或原子会吸收或发射某些特定波长的光，这种吸收和发射的特定光谱成为气体的光谱指纹特征。
基于这种特征，激光氧分析仪可定量检测氧气的分子或原子的浓度。
通过测量光束经过气体样品后的强光和弱光之间的差异，还可以测量氧气的密度和温度。
设备构成激光氧分析仪主要由以下部件组成：激光器激光器是激光氧分析仪中最重要的部件之一。
它主要产生能量密度高、波长单色性好、光束稳定、方向性好的激光束。
激光器的波长必须与气体分子或原子的特定吸收频率匹配，以便实现准确测量。
充气与净化系统充气与净化系统主要负责提供待检测气体和清洁的气氛环境。
在充气阶段，它将样品气体输送到激光氧分析仪的激光腔中。
在净化阶段，它将气体中的水分、氧气和杂质去除，以确保分析的准确性。
光学系统光学系统主要由透镜、反射镜、光传感器等组件构成，主要用于对激光束进行聚焦和分离。
透镜和反射镜可调整激光束的射出角度和聚焦深度，光传感器则用于检测光强度。
电子控制器电子控制器是激光氧分析仪的核心控制部件，主要用于控制激光器、光学系统和光传感器等部件的工作。
控制器还可接收传感器传回的数据，并进行数据处理和存储。
工艺原理激光氧分析仪主要用于工业生产中的氧气检测。
其工艺原理基于激光吸收光谱原理，可通过以下步骤实现：1.开启激光器，发射激光束。
2.待检测气体进入气体腔室，与激光束相互作用产生光谱。
3.光学系统将光强度信号转换为电信号，并将其发送给电子控制器。
4.电子控制器对信号进行处理和分析，计算气体浓度值并输出相应数据。
经测量发现，激光氧分析仪的检测精度高、测量速度快、安装方便，因此在工业领域得到了广泛的应用。
总结激光氧分析仪是一种基于激光吸收光谱原理的气体分析仪器。
其工作原理基于气体分子或原子对激光束的特定光谱吸收和发射现象。
激光原理与技术PPT课件
激光手术
阐述激光手术在眼科、神 经外科等领域的应用及优 势，如精度高、创伤小等 。
05
CATALOGUE
激光测量与检测技术
激光干涉测量技术
1 2
干涉测量原理
利用激光的相干性，通过干涉条纹的变化来测量 长度、角度等物理量。
干涉测量系统组成
包括激光器、分束器、反射镜、探测器等部分。
3
干涉测量技术应用
时间特性
激光束的时间特性包括脉冲宽度、重复频率和稳定性等。其中，脉冲宽度决定 了激光的峰值功率和能量，重复频率则影响了激光的平均功率。稳定性则是确 保激光束在长时间内保持一致性的关键因素。
激光束的调制与偏转技术
调制技术
通过对激光束进行幅度、频率或相位等调制，可以实现信息 的加载和传输。常见的调制方式包括振幅调制、频率调制和 相位调制等。这些调制技术使得激光束能够携带更多的信息 ，并在通信、传感等领域得到广泛应用。
对皮肤的危害
长时间或高强度激光照射皮肤， 可能导致皮肤烧伤、色素沉着、 皮肤癌等严重后果。
激光安全标准与防护措施
激光安全标准
国际电工委员会（IEC）和美国激光产品安全标准（ANSI）等制定了激光产品的 安全标准，包括激光等级分类、安全警示标识、使用说明等。
防护措施
使用激光产品时，应佩戴合适的防护眼镜或面罩，避免直接照射眼睛或皮肤；同 时，应在激光工作区域内设置明显的安全警示标识，提醒他人注意安全。
偏转技术
激光束的偏转技术主要是通过改变激光束的传播方向来实现 。常见的偏转方式包括机械偏转、电光偏转和声光偏转等。 这些偏转技术使得激光束能够灵活地指向目标，并在激光雷 达、光学扫描等领域发挥重要作用。
激光束的聚焦与整形技术
激光原理与应用讲 课件
光的干涉与衍射
光的干涉是指两束或多束相干光波在空间某一点相遇时，由 于光波的相位关系不同，导致光强分布发生变化的现象。干 涉现象是双缝实验中明暗条纹形成的原因。
光的衍射是指光波在传播过程中遇到障碍物时，光波发生弯 曲的现象。衍射现象使得光波能够绕过障碍物，继续向前传 播。
光的受激辐射
光的受激辐射是指处于激发态的原子在特定频率的光照射 下，会释放出与照射光频率相同的光子的现象。受激辐射 是产生激光的重要机制之一。
当一个光子与一个处于基态的原子相互作用时，该原子会 吸收光子的能量并跃迁到激发态。随后，该原子会释放出 一个与原先照射光频率相同的光子，同时自身回到基态。
激光的特性
国家安全规范
各国政府和相关机构也制定了相 应的激光安全规范，规定了激光 产品的生产和销售要求、使用限 制等，以确保公众的安全。
2023 WORK SUMMARY
THANKS
感谢观看
REPORTING
激光去痘
利用激光能量杀死引起 痘痘的细菌，量破坏毛囊 的生长能力，从而达到
永久脱毛的效果。
军事领域
01
02
03
激光制导
利用激光束对导弹进行精 确制导，提高导弹的命中 精度和作战效果。
激光雷达
利用激光束对目标进行探 测和定位，具有高精度、 高分辨率、抗干扰能力强 等优点。
PART 05
激光的安全与防护
激光的生物效应
光热效应
激光照射生物组织后，组织吸收光能 转化为热能，引起局部温度升高，可 能导致组织损伤。
光化学效应
电磁场效应
激光产生的电磁场能够影响生物组织 的电磁特性，对细胞和分子产生影响 。
激光原理与技术ppt课件2024新版
激光束的传输与变换
激光束的传输特性
探讨激光束在自由空间和光学系统中 的传输特性，包括光束的发散、聚焦 和像差等。
激光束的质量控制
阐述激光束质量评价的标准和方法， 以及提高激光束质量的措施和技术。
激光束的变换方法
介绍常见的激光束变换方法，如透镜 变换、反射镜变换和光纤传输等，并 分析它们的应用场景和优缺点。
激光原理与技术 ppt课件
目录
• 激光原理概述 • 激光技术基础 • 固体激光器 • 气体激光器 • 液体激光器与光纤激光器 • 激光技术的应用与发展趋势
01
激光原理概述
激光的产生与发展
01
1917年，爱因斯坦提出 “受激辐射”理论
02
03
1954年，美国物理学家 汤斯和肖洛提出激光原 理
1960年，梅曼制成世界 上第一台红宝石激光器
03
固体激光器
固体激光器的结构与工作原理
固体激光器的组成
工作物质、泵浦源、光学谐振腔
工作原理
通过泵浦源提供能量，使工作物 质中的粒子实现粒子数反转，然 后在光学谐振腔的作用下产生激
光振荡，输出激光。
光学谐振腔的作用
提供正反馈，使受激辐射光不断 放大，同时控制激光输出的方向
和质量。
固体激光器的性能特点
液体激光器与光纤激光器的性能特点及应用
液体激光器
主要应用于可调谐激光光谱学、生物 医学成像等领域。
光纤激光器
广泛应用于工业加工、通信、医疗等 领域，如激光切割、焊接、打标等。
06
激光技术的应用与发 展趋势
激光加工技术的应用与发展
激光切割
高精度、高效率的切割方法，广泛应用于金 属、非金属材料的加工。
激光分析仪技术原理
吸收光谱技术
能级的概念
E2 - E1 = hn
光子
分子能量表现
E2
能级跃迁
E1
旋转
CopyriLeabharlann ht @2005 FPI振动
电子跃迁
4
分子光谱
每两个能级对应一根吸收谱线 在低分辨率光谱上表现为谱带
Linestrength [atm-1cm-2] Absorbance [cm-1]
100
CO2
激光频率扫描范围内只有被测气体吸收谱线
15
Copyright @2005 FPI
调制光谱技术
半导体激光器调制特性
电流波长调谐技术 抗粉尘测量 相敏检测技术 提高探测灵敏度
16 Copyright @2005 FPI
2f trace [a.u.]
环境因素修正
0.25 Increasing pressure (P = 3.4, 4.8, 6.3, 7.6, 8.9, 10.5 bar)
60 50 40 30 20 10
0 7870
7880
传统光源波长宽度
7890
7900
Frequency (cm-1)
7910
60
50
激光器波长宽度
40
30
20
10
7920
0 7884.0
7884.2
7884.4
Frequency (cm-1)
7884.6
单线光谱技术无交叉气体干扰：
激光谱宽非常窄（单色性好）
按激光的传输方式
光纤式 非光纤式
Copyright @2005 FPI
按测量气体
测量O2 76X nm 波段（可见光） 测量CO，CO2 15XX nm 波段 测量HCL 17XXnm 波段 测量CH4 16XXnm 波段 测量H20 近红外
激光原理与技术课件课件
激光原理与技术课件一、引言激光作为一种独特的人造光，自20世纪60年代问世以来，已经在众多领域取得了举世瞩目的成果。
激光原理与技术已经成为现代科学技术的重要组成部分，并在光学、通信、医疗、工业加工等领域发挥着重要作用。
本课件旨在阐述激光的基本原理、特性以及应用技术，使读者对激光有更深入的了解。
二、激光的基本原理1.光的粒子性与波动性光既具有粒子性，也具有波动性。
在量子力学中，光被视为由一系列光子组成的粒子流，光子的能量与频率成正比。
而在波动光学中，光被视为一种电磁波，具有频率、波长、振幅等波动特性。
2.光的受激辐射受激辐射是指处于激发态的原子或分子在受到外来光子作用后，返回基态并释放出一个与外来光子具有相同频率、相位、传播方向和偏振状态的光子。
这个过程是激光产生的核心原理。
3.光的放大与谐振在激光器中，通过光学增益介质实现光的放大。
当光在增益介质中往返传播时，不断与激发态原子或分子发生受激辐射，使光子数不断增加。
同时，通过谐振腔的选择性反馈，使特定频率的光得到进一步放大，最终形成激光。
三、激光的特性1.单色性激光具有极高的单色性，即频率单一。
这是由于激光器中的谐振腔对光的频率具有高度选择性，只有满足特定频率的光才能在谐振腔内稳定传播。
2.相干性激光具有高度的相干性，即光波的相位关系保持稳定。
相干光在传播过程中能形成稳定的干涉图样，广泛应用于光学检测、全息成像等领域。
3.方向性激光具有极高的方向性，即光束的发散角很小。
这是由于激光器中的谐振腔对光的传播方向具有高度选择性，只有沿特定方向传播的光才能在谐振腔内稳定传播。
4.高亮度激光具有高亮度，即单位面积上的光功率较高。
这是由于激光的单色性、相干性和方向性使其在空间上高度集中，从而具有较高的亮度。
四、激光的应用技术1.光通信激光在光通信领域具有广泛应用，如光纤通信、自由空间光通信等。
激光的高单色性、相干性和方向性使其在传输过程中具有较低的信号衰减和干扰，从而实现高速、长距离的数据传输。
激光原理与技术课件
自由空间光通信
利用激光在自由空间中传输信息，具 有传输速度快、抗干扰能力强等优点 。
激光雷达
利用激光的反射和散射特性对目标进 行探测和定位，具有精度高、抗干扰 能力强等优点。
军事领域
激光雷达侦查
利用激光雷达对敌方目标进行探测和识别 ，具有探测距离远、分辨率高等优点。
A 激光武器
利用激光的高能量密度对目标进行 摧毁或致盲，具有反应速度快、命
、光谱分析等。
半导体激光器
01 总结词
利用半导体材料作为增益介质 的激光器。
02
详细描述
半导体激光器通常由半导体材 料、电极、反射镜等组成，其 中半导体材料是实现光放大的 介质。由于半导体激光器的结 构紧凑、效率高、寿命长等特 点，使其在许多领域得到广泛 应用。
03
特点
04
半导体激光器具有体积小、重量 轻、可靠性高、响应速度快等特 点，同时其成本较低，易于集成 。
激光原理与技术课件
目录 Contents
• 激光原理 • 激光技术 • 激光器件 • 激光技术应用 • 激光安全
01
激光原理
光的相干性
光的相干性是指光波在空间不同点上具有相同的相位关系。在激光中，相干性使 得光波在传播过程中能够保持稳定的相位关系，从而实现光的干涉和衍射现象。
光的干涉是指两束或多束相干光波在空间某一点相遇时，由于相位关系不同而产 生的明暗交替的现象。干涉现象在激光技术中具有重要的应用，如干涉仪和光学 薄膜等。
液体激光器
总结词
详细描述
特点
应用领域
利用液体作为增益介质的激 光器。
液体激光器通常由染料溶液 、泵浦源、反射镜等组成， 其中染料溶液是实现光放大 的介质。液体激光器的输出 波长可以通过改变染料溶液
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小结
基于吸收光谱技术，直接测量的是吸收率 浓度测量值和四个因素相关：吸收率、温度、压力、
光程 光源是用半导体激光： 波段窄，可调制
技术上的特点决定了安装测量方式：原位测量
11
.
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原位分析
发射单元
L 接收单元
过程气体
半导体激光 驱动电路
环境因素修正
0.25 Increasing pressure (P = 3.4, 4.8, 6.3, 7.6, 8.9, 10.5 bar)
0.20
R7Q8
R7R7
(13142.584 cm-1)
(13140.568 cm-1)
0.15
0.10
0.05
0.00
-0.05
-0.10
0
2
4
6
8 10 12 14 16
发
13
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原位测量必须解决三个问题
不受背景气体交叉干扰 不受测量现场粉尘等颗粒物干扰 不受气体参数（温度、压力等）变化的影响
14
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“单线光谱”技术
-6
x10 -6 x1 0
数据分析 及控制
中央分析仪器元
数据采集
12
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原位分析 VS 采样分析
采样分析
获得样本 预处理 分 析
众多缺点：
• 系统复杂、故障率高 • 探头腐蚀、堵塞 • 长时间滞后 • 经常性的标定
原位分析
现场直接分析过程气体 针对测量工艺的定制化开
Absorbance [cm-1]
10 0
CO 2
10 -5
10 0 10 -2 10 -4 1100-62 10 0 1v (4.6 m) 10 -2 10 -4
H 2O
R branch 2v (2.3 m)
CO 3v (1.55 m)
2000
4000
6000
Frequency [cm
-1 ] 8000
运行费用
LGA-2000激光现场在线气体分析仪 不需要
必需
传统光谱在线气体分析仪
现场、连续、实时测量
采样预处理后间断测量
高温、高粉尘、高水分、高流速、强腐蚀等恶 劣环境适应能力强
5
5x10-6
10 ppm CO @1atm, 300K
4
3
2
1
10000
.
0
4200
4240
4280
Frequency [cm-1]
4320
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浓度测量公式
测量基本公式
吸收率absorbance
透过率曲线
T (v)
ln(I) ln(I)d
激光频率扫描范围内只有被测气体吸收谱线
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调制光谱技术
半导体激光器调制特性
电流波长调谐技术 抗粉尘测量 相敏检测技术 提高探测灵敏度
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2f trace [a.u.]
FOCUSED PHOTONICS INC
DLAS技术原理培训
市场部-许鹏 11.04.2020
产品基本情况
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吸收光谱技术
吸收光谱技术 半导体激光吸收光谱（DLAS）技术
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DLAS技术
使用半导体激光器作为光源
单色性好，即光的波长宽度窄。<0.0001nm，传统红外 光源一般在20-30nm左右
可调制扫描
绝大部分光属于红外区域，
波长范围750-2000nm左右。
激光波 长范围
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X I0
I0 (1.2)
PSL
PSL
v0
v
关键因素Ｘ＝F(Absorbance,T,P,L)
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公式说明
在波长一定的情况下，S线强由两方面因素决定：
① 分子跃迁上，下能级的波函数 —由分子结构等性质决定
② 分子的集居（Population) —与温度相关
60
60
传统光源波长宽度
50
50
激光器波长宽度
40
40
30
30
20
20
10
10
0 7870
7880
7890
7900
Frequency (cm -1)
7910
0
7920
7884.0
7884.2
7884.4
7884.6
Frequency (cm -1 )
单线光谱技术无交叉气体干扰：
激光谱宽非常窄（单色性好）
吸收光谱技术
能级的概念
E2 - E1 = hn
光子
分子能量表现
E2
能级跃迁
E1
旋转
4
振动
.
电子跃迁
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分子光谱
每两个能级对应一根吸收谱线 在低分辨率光谱上表现为谱带
-1 -2
L in e s tr e n g th [ a tcmm ]
Байду номын сангаас
Time [ms]
测量气体的温度、压 力等环境参数影响气体 吸收谱线展宽 通过展宽补偿技术可 进行精确补偿： 单线光谱数据 针对测量工艺的展宽 补偿
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技术比较-传统光谱技术
指标 预处理系 统 测量方式 气体环境
响应速度
准确性
连续性 可靠性 介质干扰 尾气排放 标定维护
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公式说明
线型函数Φ
产生原因：测不准原理 影响因素：温度/压力 归一性：面积不变
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DLAS技术
DLAS——Diode Laser Absorption Spectroscopy 半导体激光吸收光谱
与传统吸收光谱相似，基于受激吸收效应并遵循Beer – Lambert公式
采用半导体激光器为光源，并可采用调制吸收光谱技术 （TDLAS）
发展历史：
上世纪六十年代，激光器发明 上世纪七、八十年代，激光吸收光谱技术逐步应用于科学实验的精密测量 上世纪九十年代，半导体激光器和光纤元件大规模商用化 上世纪九十年代，欧美国家开始DLAS技术产业化研究