激光应用的几个实例

激光器应用的几个实例

1.激光雷达

激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器，天线是光学望远镜，接收机采用各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多远探测器件等。激光雷达的作用是能够准确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。

激光雷达发射机光源的主要选择主要有二氧化碳激光器、半导体激光器、半导体泵浦的固体激光器和波长可调谐的固体激光器等。

半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的Pn结或Pin结为工作物质的一种小型化激光器。半导体激光器工作物质有几十种，目前仪制成激光器的半导体材料有砷化镓（GaAs）、砷化铟（InAs）、锑化铟（InSb）、硫化镉（CdS）、碲化镉（CdTe）、硒化铅（PbSe）、碲化铅（PbTe）等。

半导体泵浦固体激光器，具有体积小、重量轻、量子效率高的特点，通过泵浦激光工作物质，输出光束质量好、时间相干性和空间相干性好的泵浦光，摒弃了半导体激光器光束质量差、模式特性差的特点。激光工作物质可以选择钕（Nd）、铥（Tm）、钬（Ho）、铒（Er）、镱（Yb）、锂（Li）、铬（Cr）等，获得从1.047-2.8um 的多种波长。

目前，在中远距离应用中，波长为1.06um的Nd:YAG激光器和波长为10.6um 的CO2激光器仍是激光雷达的主导辐射源。

长春新产业光电技术有限公司生产的1064nmYAG红外脉冲激光器以及532nm绿光脉冲激光器，在激光雷达方面有广泛的应用。。

图为双激光雷达风切变预警系统

2.激光粒度仪

激光粒度仪是基于光衍射现象而设计的，当颗粒通过激光光束时，颗粒表面会衍射光，而衍射光的角度与颗粒的粒径成分享的变化关系，即大颗粒衍射光的角度小，小颗粒衍射光的角度大。也就是说，不同各大小的颗粒在通过激光光束时其衍射光会落在不同的位置，位置信息反映颗粒大小，如果同样大的颗粒通过激光光束时，其衍射光会落在相同的位置，即在该位置上的衍射光的强度叠加后就比较高，所以衍射光强度的信息反映出样品中相同大小的颗粒所占的百分比多少。这样，如果能够同时测量和获得衍射光的位置和强度的信息，就可得到粒度分布的结果。

激光粒度仪主要由光学检测系统，分散进样系统及控制分析软件组成，而光学检测系统又包括光源，光路及检测器等关键部分。

这里主要介绍一下对激光光源的选择：光源主要有氦氖气体激光器、半导体激光器和固体激光器，氦氖激光器具有线宽窄，单色性极好，不受供电电压波动及温度变化的影响，稳定性高，随着技术的发展，使用寿命有了很大提高，虽然体积大，需高压供电及价格高的缺点，但仍然被一些高端仪器采用。半导体激光器具有体积小，供电电压低，受用寿命较长，但其单色性差，线宽宽，稳定性易受温度变化及供电电源波动的影响等缺点也限制了它在仪器中使用，半导体泵浦的固体激光器具有使用寿命长，线宽窄，单色性好的特点，而且价格适中，将被越来越多的应用在激光粒度仪中。另外需要注意的是，激光器波长对粒度测量的影响，当颗粒较小时，根据瑞利散射理论，散射光强与粒径的六次方成正比，而与光源波长的四次方成反比，所以选用短波长的激光器更能提高小颗粒检测时的信号强度及信噪比。

长春新产业光电技术有限公司生产的脉冲532nm绿光激光器以及低噪声532nm绿光激光器已经批量用于激光粒度仪的光学检测系统。

激光粒度测量原理图

3.公路无损检测

这里主要介绍激光技术在公路检测中的应用，利用激光测距功能可以检测路面的断面特性，如平整度、构造深度、车辙、路面变形和裂缝等。

平整度是行驶舒适性的重要指标，路面激光平整度仪应用激光测距及加速度传感器修正技术，在检测车高速行驶的过程中，通过测量路面的纵断面高程变化值，可直接计算出平整度。

构造深度是路面宏观粗糙度指标，高速行驶时起抗滑作用，激光构造深度仪使用高精度激光位移传感器，通过检测该传感器与路面不同形状骨料间的深度，在显示器上直接读出路面的构造深度。

车辙是车辆长时间在路面上行驶后留下的车轮永久压痕，路面车辙深度直接反映了车辆行驶的舒适度及路面的安全性和使用期限。路面激光车辙仪分为两类，一类为一个横梁上有多个激光测距仪，直接测试路面横断面高程并计算路面车辙深度；另一类为应用线激光和高速数字高分辨图像采集技术，通过获得的激光线的变形，计算路面车辙深度。

路面激光视频病害检测系统，是应用三维成像激光束、强光或日光光源、高速数字摄像技术，检测分析路面变形和裂缝的设备。

长春新产业光电技术有限公司生产的532nm绿光一字线激光器，808nm红外一字线激光器，以及高功率红光一字线激光器在激光道路无损检测应用中已批量生产。下图是客户实际应用的图片。

激光道路无损检测