激光准直技术分类
激光检测技术
能够形成粒子数反转分布的工作物质称为增益介质。
把原子送上高能级。把粒子从基态激发到高能级，使在某两个能级之间 实现粒子数反转的过程称为泵浦。
实现泵浦的方法有很多，通常采用以下几种： (1) 光泵浦 (2) 电泵浦 (3) 化学反应
激光载波测温原理方框图
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
1
RT CT ln 1
脉冲调频波
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
2. 激光准直测量技术
激光准直仪按工作原理可分为振幅测量法、干涉测量法和偏振测量法。 干涉测量法是在以激光束作为直线基准的基础上，又以光的干涉原理
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。
要形成激光，首先必须利用激励能源，即泵浦激 活介质内部的一种粒子，使其在某些能级间实现粒 子数反转分布，这是形成激光的前提条件。同时， 还必须有使光产生放大作用的增益介质和使光产生 共振作用的谐振腔。泵浦、增益介质和谐振腔是激 光产生的三要素。同时光在谐振腔内来回一次所获 得的增益必须等于或大于它所遭受的各种损耗之
激光准直测量的应用
机床导轨不直度的激光准直测量原理图
进行读数来进行直线度测量的。 1．楔形板干涉法
激光准直的基本步骤
激光准直的基本步骤嘿，咱今儿个就来讲讲激光准直那些事儿哈！你可别小瞧这激光准直，它就像是给各种工程、测量啥的安上了一双精准的眼睛呢！那激光准直的第一步啊，就好比是给一场精彩演出拉开帷幕，得先把激光源给准备好呀！这激光源就像是舞台上的主角，得闪亮登场才行。
得挑个质量好的、稳定的激光源，不然它一会儿亮一会儿暗的，那可咋整啊！这就好像你要去跑步，总不能穿双破鞋吧，那不得把脚给磨破喽。
第二步呢，就是调整激光束的方向啦！这就好像给箭调整方向，得让它直直地朝着目标飞过去呀。
要是方向歪了，那可就射偏啦！得小心翼翼地调整，不能马虎。
你想想，要是射箭的时候手一抖，那箭不就不知道飞到哪里去啦。
接下来第三步，是设置好接收装置。
这接收装置就像是守门员，得稳稳地接住激光束传来的信号呀。
要是接收装置没弄好，那激光束就算射得再准，也没个落脚的地儿呀。
就好比你踢球，踢得再好，没人接球，那不是白搭嘛。
第四步呢，就是要进行精确的测量和校准啦！这可不能有一点差错，就跟你做数学题一样，一个小数点错了，那结果可能就全错啦。
得反复测量，反复校准，确保万无一失。
然后到了第五步，还得实时监测和调整呢！这世界上可没有一成不变的事儿，环境啊、条件啊随时都可能变化。
就好像天气，一会儿晴天一会儿下雨的，你得随时注意着，及时调整激光准直的状态呀。
不然，前面的功夫不就白费啦？激光准直啊，虽然听起来挺高深莫测的，但只要咱一步一步来，就像盖房子一样，一砖一瓦地垒起来，肯定能把它弄好呀！它在好多领域都发挥着大作用呢，比如建筑、测量，那可都少不了它。
你说，这激光准直是不是很神奇呀？咱可不能小瞧了这些个技术，它们可是能让我们的生活变得更美好、更精确呢！咱得好好了解了解，说不定哪天自己也能用上呢，对吧？。
半导体激光器光束准直技术研究
半导体激光器光束准直技术研究摘要：相较于其他激光器，半导体具有结构简单、功耗低、操作方便等优点，且目前已广泛应用于激光领域，例如：激光通信、激光测距等。
基于半导体激光器的基本结构，在垂直于结平面方向上，它发出的光束的发射角大小大约为30o；而在平行于结平面方向上，它的发射角大约为10o。
正是由于两者的发射角相差太大，所以半导体激光器在应用过程中，利用特殊的光学系统对其输出光束进行准直是非常有必要的。
本文开篇部分主要介绍了半导体激光器的发展现状和准直意义，中间部分主要讲述了半导体激光器的基本原理与结构分类，最后大概介绍了一些半导体激光器光束准直方法。
关键词：半导体激光束；准直；整形一、半导体激光器的发展现状和准直意义半导体激光器从二十世纪六十年代开始发展，较其他激光器落后几年，如今半导体激光器的技术已相当成熟。
二十世纪七十年代开始，人们重点研究了半导体激光器的动态特性，使其主要朝着两个方面发展，其一是功率型激光器，主要以提高光功率为主；其二是信息型激光器，主要以传递信息为主。
近年来，人们也研发出了高功率半导体激光器，其指的是脉冲输出功率在5W以上，且连续输出功率在100mW以上。
二十世纪九十年代，在泵浦固体激光器的作用下，高功率半导体激光器的研发取得了实质性进展，主要指半导体激光器的连续输出功率可以达到5W~30W左右，得到了很大的提高。
现在，高功率半导体激光器在国内外的发展已相当白热化，其中国外商品化的大功率半导体激光二极管阵列已达到千瓦级别，而国内的样品器件要稍微落后一点，但也已达到了600W。
现如今，半导体激光器已广泛应用于各行各业，但是在应用过程中，出现了一些问题，主要是由于半导体激光器的波导结构造成的。
这些问题主要表现在三个方面：其一，半导体激光束在快轴方向和慢轴方向的发射角之间相差太大，其中在慢轴方向的发射角大概在10o左右，而在快轴方向上的发射角甚至可以达到60o左右；其二，半导体激光器具有固有像散，即半导体激光器在慢轴和快轴两个方向上的束腰不在同一地方；其三，半导体激光器的远场的光斑为椭圆形的。
光学测试技术-第2章-光学准直与自准直技术1
(-z-)--z处的光斑半径（光强下降到光斑中心光强的
1/ e处2 的光斑半径； ----激光波长； --n--传播空间的折
射率，在大气中传输时取为1。
第一节 激光束的准直与自准直技术
其中
2
(
z)
02
1
z 02n
2
（1）束腰处的波阵面为平面，此时 R(0) （取束腰位于
坐标原点），则有：
q0
与望远镜视放大率有关，此外还和高斯光束结构参数
（ 10,）z1 有关。增大 （z束1 腰远离望远镜 ）L，1 压缩比
也增大，光束准直性将更好些。
第一节 激光束的准直与自准直技术
总结：望远镜两透镜的距离为 D f1，f2其 中
f2 f1
如果有一高斯分布的激光光束，其发散角为 ，从左方
入射到倒置的望远系统，出射后的发散角 f1
第一节 激光束的准直与自准直技术
由于激光具有极好的方向性，一个经过准直的连续输出的 激光束，可以认为是一条粗细几乎不变的直线。因此可以用 激光束作为空间基准线，这样的激光准直仪能够测量直线度、 平面度、平行度、垂直度，也可以做三维空间的基准测量。
激光准直仪和平行光管、经纬仪等一般的准直仪相比， 具有工作距离长，测量精度高和便于自动控制、操作方便等 优点，可以广泛地用于隧道开凿、管道铺设、高层建筑建造、 造桥、修路、开矿以及大型设备的安装、定位等。
（例如中心斑直径 70m , 保持约1m范围内光强分布基本不变）
这一特点，在测量上可有许多用途。
图示为用于测量物 体表面轮廓的一个
扫描反射镜
CCD相机
例子。准直激光束
通过轴锥镜成为近
似的零阶贝塞尔光 束，经扫描反射镜。 光束在被测表面扫 一条细亮线。
光路准直的调节方法
光路准直的调节方法光路准直的调节方法光路准直是光学实验中非常重要的一环，因为只有光路准直了，才能得到准确的实验结果，否则在实验中很容易出现误差。
在实验室中，光学实验的准直主要是指对激光或其他光源发出的光束进行精细的准直调节，以使光束进入到实验装置中，并且通过最小的损失，达到实验的预期目的。
下面我们将介绍一下光路准直的调节方法。
1. 准直棒法准直棒法是最基本的调节光路的方法，如果实验装置较为简单，常常使用这种方法。
准直棒是由石英玻璃或其他透明材料制成的一根棒，通常它的两端都刻有刻度，具有一定的透明度。
我们可以通过透镜将激光束成一束平行光，再将这束平行光通过准直棒，根据准直棒上的刻度观察光路是否垂直。
如果不垂直，就需要用手轻轻调节准直的位置，使其与光路垂直，达到准直的效果。
通常，在使用准直棒法时，需要预先调整好波长和工作距离，以保证最终的准直效果。
2. 平行光干涉法平行光干涉法是调节光路准直的常用方法之一，它可以提高准直的精度，特别适用于一些要求非常高的实验。
平行光干涉法需要使用一个分束器，在分束器中分离出一个平行光，利用干涉现象观察光路的准直情况，最后再调节准直仪的位置，使其与光路保持垂直。
平行光干涉法的优点是：可以测量非常小的偏移，尤其适用于高精度的准直调节；缺点是需要使用干涉仪器，成本较高。
3. 共焦法共焦法也是一种常用的光路准直方法，它适用于一些要求比较精准的实验。
共焦法需要使用一个三轴向微动台，根据焦点的移动来判断光路是否准直。
这个方法需要使用一些微观显微镜或者其他的设备来观察试样，利用光学放大器的功能把观察器中的试样成像到目标器上，然后在移动三轴向微动台的条件下调整准直仪的位置，通过观察试样的微小变化，判断光路是否准直。
共焦法的优点是非常精确，可以测量微观水平的偏移，适用于高精度的实验；缺点是需要较高的技术和设备投资，成本较高。
4. 激光干涉法激光干涉法也是调节光路的一种方法，它可以测量出光路的精度，并进行准确的调节，具有非常高的准确性。
激光准直原理
激光准直原理激光准直是指将激光束从发散状态变为平行或近似平行的过程，是激光技术中非常重要的一环。
激光准直技术在各种激光应用中都有着广泛的应用，比如激光测距、激光传输、激光加工等领域。
本文将介绍激光准直的原理及其相关知识。
激光准直的原理主要涉及激光的特性和准直元件的作用。
首先，激光的特性决定了它与普通光的区别，激光是一种高度相干、定向性好、波长狭窄的光。
这些特性使得激光在传输过程中能够保持较好的方向性和聚焦性，但是在远距离传输时，由于大气折射等因素会导致激光束发散，因此需要进行准直处理。
其次，准直元件的作用是通过光学方法来改变激光束的传播方向和角度，使其变得更加平行。
常用的准直元件有准直透镜、准直棱镜、准直光栅等。
这些准直元件能够根据激光的波长和特性进行设计，通过透镜的曲率、棱镜的折射等方式来实现激光的准直处理。
在实际的激光准直过程中，需要根据具体的应用需求选择合适的准直元件，并结合激光的特性进行设计和调整。
同时，还需要考虑到环境因素对激光传输的影响，比如大气折射、湿度、温度等因素都会对激光的准直效果产生影响，因此需要进行相应的补偿和校正。
除了传统的光学准直方法，近年来还出现了一些新的激光准直技术，比如自适应光学技术、相位共轭技术等，这些新技术能够更好地应对复杂环境下的激光准直需求，提高激光准直的精度和稳定性。
总之，激光准直是激光技术中至关重要的一环，它直接影响着激光在各种应用中的传输效果和加工质量。
通过对激光特性和准直元件的合理设计和选择，结合新技术的应用，能够更好地实现激光的准直处理，推动激光技术在各个领域的应用和发展。
激光准直的真实原理是什么
激光准直的真实原理是什么激光准直是指通过特定的光学元件以及光学设计手段，使激光光束具有平行光特性的过程。
在激光技术的应用中，激光准直是一个非常重要的工艺步骤，它能够确保激光束在传输过程中的方向性、光强、光斑尺寸等参数的稳定性和一致性，从而提高激光系统的成像质量、测量精度和功率效率等方面的性能。
激光准直的真实原理主要包括两个方面：光学元件的选择和光学系统的调整。
第一，光学元件的选择：在激光准直的过程中，光学元件起到了至关重要的作用。
其中，最常用的光学元件包括准直透镜、锥形透镜以及棱镜等。
准直透镜是最常见的光学元件之一，在激光准直中主要用于改变光束的方向、焦距和尺寸等参数。
而锥形透镜则可以将被准直的光束聚焦成较小且尺寸均匀的激光光点，从而实现光束的微聚焦。
另外，棱镜可以通过反射和折射等光学原理，对激光光束进行线性调整，实现光束的偏转和对准等功能。
根据激光准直的要求和实际应用场景的不同，选择合适的光学元件是至关重要的。
一般来说，需要综合考虑光学元件的透射率、折射率、材料的热膨胀系数以及成本等因素，以确保光学元件能够在激光准直中具有较好的性能和稳定性。
第二，光学系统的调整：在选择合适的光学元件后，还需要对光学系统进行精确的调整，以实现激光准直的目标。
光学系统的调整主要包括光路对准、调焦和调整光斑尺寸等方面的操作。
首先，进行光路对准是激光准直的重要步骤。
通过调整光学元件的位置和角度，使得光线在系统中的传输路径保持平行，以确保激光光束具有稳定的方向性和光强分布。
其次，进行调焦操作是实现激光准直的关键环节。
通过改变准直透镜或锥形透镜的位置和焦距，使激光光束能够在一定距离内保持最佳的聚焦效果，以实现激光准直的最终目标。
此外，调整光斑尺寸也是激光准直中需要考虑的因素之一。
根据实际需要，通过调整光学元件的直径、形状和倾斜角度等参数，改变激光光斑的大小和形状，以满足特定的应用需求。
综上所述，激光准直的真实原理主要包括光学元件的选择和光学系统的调整。
激光准直原理
激光准直原理
激光准直是指将激光束聚焦为一束平行光线的过程。
它是激光技术中非常重要的一环，广泛应用于光学通信、激光加工、激光测量等领域。
激光准直的原理主要包括激光源的产生、光束的整形和聚焦。
下面将详细介绍每个步骤。
首先，激光源产生的是一束具有高度相干性、单色性和直线性的光。
常见的激光源包括氦氖激光器、二极管激光器等。
这些激光源能够提供高质量的激光光束，为后续的准直提供了良好的基础。
接下来，需要对激光光束进行整形，以确保其具有平行的性质。
通常采用的方法是通过透镜组对光束进行整形。
透镜组包括凸透镜和凹透镜，在透镜的作用下可以将光束进行弯曲和聚焦，从而得到平行的光线。
此外，还可以使用棱镜来实现光束的整形。
最后，需要对光束进行聚焦，使其达到所需的直径。
这一步通常使用聚焦透镜来完成。
聚焦透镜具有特定的焦距，它使光束经过折射后聚焦在焦点上。
利用不同焦距的透镜可以实现不同直径的光束聚焦。
总而言之，激光准直通过激光源的产生、光束的整形和聚焦三个步骤，将激光光束变为一束平行光线。
这个过程是激光技术中至关重要的一环，它为后续的光学应用提供了基础。
激光准直仪原理
激光准直仪原理激光准直仪原理是指利用激光光束来检测测量物体的水平和垂直方向的相对位置，是一种常用于建筑、制造和测绘等领域的精确测量工具。
激光准直仪由于其高精度和高效率，已成为现代科技和工程实践的必备工具。
激光准直仪原理包括激光发射原理、激光束偏转原理和光电测量原理。
下面我们将详细介绍这三个方面的原理。
一、激光发射原理激光准直仪可以发射单色、高强度的激光束，其核心技术是激光的发射原理。
激光是由激光器中的激光介质（如He-Ne、Nd:YAG等）所产生的，并通过光机系统将激光束做成平行光线发射出去。
激光的发射具有相干性强、方向性好、空间相干长度长等特点，因此具有高亮度性质。
激光准直仪中常用的激光器有He-Ne激光、半导体激光和固体激光等。
He-Ne激光器是一种常见的气体激光器，具有单色性好、光束质量高等优点。
而半导体激光器体积小，效率高，但线宽大，不适用于精密测量。
固体激光器具有较大的输出功率和较高的光束质量，因此被广泛应用。
二、激光束偏转原理激光准直仪中的激光束偏转主要是通过光学元件来实现的，常见的光学元件有反射镜、透镜和棱镜等。
激光准直仪中常用的光学元件是反射镜。
激光准直仪中的反射镜一般分为二面反射镜和三面反射镜两种。
二面反射镜由两块平行的反射面构成，常用于对准垂直方向和水平方向；而三面反射镜则由三块相互垂直的反射面构成，可以同时对准垂直方向、水平方向和竖直方向。
当激光束通过反射镜时，会依照反射镜的角度发生偏转，从而实现对准垂直方向和水平方向，达到准确定位的目的。
三、光电测量原理激光准直仪还需要通过光电测量原理对测量值进行确定。
光电检测是通过光电二极管集成电路将光电转化为电信号，经放大、滤波、数字化等处理后，达到对物体位置的测量。
在激光准直仪中常用的光电检测元件有光电倍增管、光电二极管、CCD等。
在进行精密的测量时，通常采用CCD，以提高测量的精度和稳定性。
激光准直仪原理是利用激光的发射、光束偏转和光电测量原理，将物体的水平和垂直方向的相对位置进行测量。
光纤激光的准直与聚焦
光纤激光的准直与聚焦光纤激光技术是一种将激光光束通过光纤传输的技术，它具有高效、稳定、灵活、可靠等优点，在许多领域得到广泛应用。
而光纤激光的准直与聚焦是光纤激光技术中的重要环节，决定了激光光束的质量和传输效率。
准直是指将光束的传播方向调整为平行于光轴的过程，通过准直可以使光束从发出光源处沿着特定的路径传输，并最大限度地保持光束的质量。
光纤激光的准直通常采用透镜组合的方式实现。
在透镜组合中，凸透镜常用于扩大光束的直径，而凹透镜则用于减小光束的直径。
通过透镜的组合，可以将光束的直径调整到适合光纤输入的范围，从而实现准直的目的。
在进行光纤激光准直时，需要注意准直透镜的位置和角度。
准直透镜应尽可能地与光纤末端保持一定的距离，以避免透镜受到光纤末端的热效应影响，导致透镜变形或损坏。
此外，透镜的角度也需要调整，以使光束能够正确定向光纤的轴线。
通过合理的准直透镜设计和调整，可以使光纤激光的准直效果更加理想。
聚焦是指将光束的能量聚集到一个较小的区域内，使光束具有较高的功率密度。
光纤激光的聚焦通常采用透镜组合或光纤末端的特殊处理方式实现。
在透镜组合中，凸透镜常用于聚焦光束，而凹透镜则用于扩大光束的直径。
通过透镜的组合，可以将光束的直径调整到适合聚焦的范围，从而实现聚焦的目的。
在进行光纤激光聚焦时，同样需要注意透镜的位置和角度。
透镜与光纤末端的距离会影响聚焦的效果，过近或过远都会导致光束无法聚焦到预期的位置。
透镜的角度也需要调整，以使光束能够准确地聚焦到目标区域。
通过合理的聚焦透镜设计和调整，可以使光纤激光的聚焦效果更加理想。
光纤激光的准直与聚焦是光纤激光技术中不可或缺的环节。
准直和聚焦的效果直接影响到光纤激光的传输效率和应用效果。
因此，在进行光纤激光准直与聚焦时，需要根据具体的应用需求和光纤激光的特性进行合理的设计和调整。
总结起来，光纤激光的准直与聚焦是光纤激光技术中的重要环节，通过准直和聚焦可以使光束的传输方向和能量分布更加理想。
准直光束和锥形光束
准直光束和锥形光束一、准直光束的概念及特点准直光束是指光线在传播过程中保持平行的光束。
它具有以下特点：1. 平行性：准直光束中的每条光线都是平行的，无论是在空间中的任何位置。
2. 方向性：准直光束的光线在传播过程中保持相同的方向，不会发生偏转或散射。
3. 聚焦性：由于光线是平行的，因此准直光束可以很容易地聚焦到一个小的区域内，提供高强度的光源。
4. 稳定性：准直光束在传播过程中不会发生偏转或散射，因此可以在较长的距离上保持光束的稳定性。
二、准直光束的应用准直光束在许多领域中都有广泛的应用，例如：1. 激光技术：准直光束是激光器中最基本的组成部分，可以用来产生高强度、高方向性的激光光源。
2. 光通信：准直光束可以用于光纤通信系统中的光源，提供稳定、高效的光信号传输。
3. 光刻技术：准直光束可以用于半导体工业中的光刻机，用于制造微电子器件。
4. 显示技术：准直光束可以用于投影仪等显示设备中，提供清晰、高对比度的图像。
三、锥形光束的概念及特点锥形光束是指光线在传播过程中逐渐扩散的光束。
它具有以下特点：1. 扩散性：锥形光束中的光线在传播过程中逐渐扩散，角度逐渐增大。
2. 散射性：由于光线扩散，锥形光束容易发生散射，无法保持光线的平行性。
3. 透明性：锥形光束中的光线可以透过透明介质，例如空气或玻璃。
4. 反射性：锥形光束可以被反射，根据反射定律可以预测其反射方向。
四、锥形光束的应用锥形光束在许多领域中都有重要的应用，例如：1. 光束传感器：锥形光束可以用于光束传感器中，用来检测物体的位置和形状。
2. 光学测量：锥形光束可以用于光学测量仪器中，例如测距仪、测角仪等。
3. 光学显微镜：锥形光束可以用于显微镜中，提供高分辨率的图像。
4. 激光加工：锥形光束可以用于激光加工中，例如激光切割、激光焊接等。
五、准直光束与锥形光束的区别与联系准直光束和锥形光束在光线传播过程中具有不同的特点，但它们也存在一些联系：1. 共同点：准直光束和锥形光束都是光线的传播方式，都可以用于光学系统中。
激光准直原理
激光准直原理激光准直是激光技术中非常重要的一部分，它是指将激光束从发射源出来后，通过一系列的光学器件，使其直线传播并保持其直径不断减小的过程。
激光准直的原理是基于光学器件对激光束进行调整和控制，使其在传播过程中保持一定的直径和方向。
激光准直的原理主要包括以下几个方面：1. 激光发射源。
激光发射源是激光准直的起始点，它可以是激光二极管、固体激光器、气体激光器等。
这些激光发射源会产生一束高度聚焦的激光束，但由于光学器件的限制，激光束往往会存在一定的散射角度和直径。
2. 准直镜。
准直镜是激光准直中最常用的光学器件之一，它可以将激光束进行调整，使其直线传播并减小其直径。
准直镜通常由透镜或反射镜组成，通过镜面的曲率和表面处理，可以有效地调整激光束的方向和直径。
3. 调焦镜。
调焦镜是用来调整激光束的焦距和聚焦效果的光学器件，它可以使激光束在传播过程中保持一定的直径和焦点位置。
通过调焦镜的调整，可以使激光束在远距离传播时保持一定的聚焦效果，从而实现远距离准直。
4. 光学系统。
除了准直镜和调焦镜外，激光准直还需要配合其他光学器件，如棱镜、光栅、偏振片等，来实现对激光束的精确控制和调整。
光学系统的设计和优化对于激光准直的效果至关重要，它可以有效地改善激光束的质量和传播特性。
5. 控制系统。
激光准直还需要配合一套完善的控制系统，通过对光学器件的精确控制和调整，来实现对激光束的准直和调焦。
控制系统可以采用手动控制或自动控制，通过精密的控制算法和反馈机制，可以实现对激光束的高度精准的调整和控制。
总结起来，激光准直的原理是基于光学器件对激光束进行调整和控制，使其在传播过程中保持一定的直径和方向。
通过准直镜、调焦镜、光学系统和控制系统的配合，可以实现对激光束的精确控制和调整，从而实现远距离传播和高质量准直的效果。
激光准直在激光通信、激光雷达、激光加工等领域有着广泛的应用，它对于提高激光系统的性能和稳定性具有重要意义。
第三章 准直和自准直
6
2011年12月10日
光学检测技术-测控技术
7
2011年12月10日
光学检测技术-测控技术
8
2011年12月10日
光学检测技术-测控技术
9
1.1 激光束的准直
零阶贝塞尔光束
2011年12月10日
光学检测技术-测控技术
10
实现1
2011年12月10日
光学检测技术-测控技术
11
a = 2π sin θ / λ
θ ≈ d /2f 2πρ ρ Z max = ≈ tgθ aλ
2011年12月10日 光学检测技术-测控技术 12
2011年12月10日
光学检测技术-测控技术
13
实现1: 轴锥镜
Z max
2011年12月10日
光学检测技术-测控技术
14
r is the radial distance from the center axis of the beam, z is the axial distance from the beam's narrowest point (the "waist"), E0 = | E(0,0) | , w(z) is the radius at which the field amplitude and intensity drop to 1/e and 1/e2 of their axial values w0 = w(0) is the waist size (described in more detail below). The functions w(z), R(z), and ζ(z) are parameters of the beam, which we define below.
激光切割的准直焦距和焦距
激光切割的准直焦距和焦距激光切割是一种高精度切割技术，通常使用激光光束对工件进行切割。
在激光切割过程中，准直焦距和焦距是两个重要的概念。
本文将详细介绍这两个概念，并分析它们在激光切割中的应用。
首先，准直焦距是指将光束聚焦到尽可能小的斑点的距离。
在激光切割中，激光光束从激光器发出后，经过准直镜或光学系统进行准直，使激光光束直线传播。
准直焦距是准直镜或光学系统中的一个关键参数，它决定了激光光束直线传播后的光斑质量。
准直焦距越小，激光光束在传播过程中的发散角越小，能聚焦到更小的光斑，从而提高激光切割的精度和效率。
准直焦距的大小受到准直镜或光学系统的设计和制造工艺的限制。
通常，采用透镜或聚焦镜片来准直激光光束，其准直焦距可以通过透镜或镜片的曲率半径、折射率、光束直径等参数来调节。
一般来说，准直焦距越短，透镜或镜片的直径就越大，成本就越高。
其次，焦距是指将光束聚焦到焦点的距离。
在激光切割中，焦距决定了激光光束在焦点处的激光功率密度大小。
激光切割时，激光光束经过准直后，通过聚焦镜片聚焦到焦点，形成一个高能量密度的光斑，使工件被切割或熔化。
焦距的大小是通过聚焦镜片的曲率半径、折射率、光束直径等参数来调节的。
焦距越小，激光光束在焦点处的激光功率密度越高。
激光功率密度的大小决定了激光切割的速度和效果。
通常情况下，焦距和准直焦距的大小是相互关联的，通过调节透镜或镜片的参数，可以在兼顾准直质量和切割速度的前提下，选择适合的焦距。
激光切割的准直焦距和焦距对切割质量有重要影响。
准直焦距影响激光光束的发散角度，直接影响到光斑的大小。
准直焦距越小，光斑越小，切割精度越高。
然而，准直焦距过小会使光斑在传播过程中变大，限制切割深度。
因此，需要在切割任务和系统设计的整体要求下，选择合适的准直焦距。
焦距决定了激光光束在焦点处的功率密度，直接影响到材料的切割或熔化效果。
焦距越小，激光功率密度越高，切割速度越快。
然而，焦距过小会增加系统的对准要求，加大了切割机器的复杂度和成本。
十章光电检测技术的典型应用
二、取样积分器（Boxcar平均器） 利用取样＆平均化技术测定深埋在噪声中的周期性信
号的测量装置。根据被测信号的形式可分为稳态＆ 扫描测量方式。其中扫描测量方式见下页。 1、运行步骤： 利用检测光脉冲的激励源取得＆输入光脉冲同步的 触发信号； 利用门延时＆门脉冲宽度控制单元形成与触发脉冲 具有恒定时延或时延与时间成线性关系的可调脉宽 取样脉冲串； 取样脉冲控制取样开关对连续的周期性变化信号进 行扫描取样； 积分器对取样信号进行多次线性累加，经过滤波后 获得输出信号。
（2）波带板：根据菲涅耳衍射原理设计，透光带或 遮光带边缘具有很高的位置精度，且透光部分有很 好的透光性能，常为圆形波带板。通常利用电化学 工业在金属薄板上形成透光孔而得到波带板图案。
（3）光电接收装置：具有很高放大倍率的电子线路， 一般采用调制光源以及相应的带有选频放大的光电 接收装置。
自
动
准
直
间频率光分布的传输函数； 相位传递函数（PTF）：表示系统对不同空
间频率光分布的相位推移； 光学传递函数（OTF）：表征滤波器对其中
的光学信息进行滤波变换的能力。
2、测量OTF的基本环节：
光学目标发生器：以典型激励图形为单元， 组成空间变化的物面标准图形。通过合适的 光路投射到被测系统上作为理想的物函数；
效率 0.3% 1% 1%
导热值 好 不好 较好
稳定值 较好 次之 次之
四种调Q方法的比较
调Q方法
优点
缺点
马达 （转镜）
调Q
饱和吸 收染料
调Q
简便可靠 简单经济
开关速度慢；脉冲宽；电 机噪声大；寿命短。
激光准直技术在机场道面摊铺测量施工中的应用
之一甚至更高 ， 同样在竖向上也 可以达到百万分之 竖向误差是由点光源及光 电接收器 的安设误差
一
，
以及激光束的漂移误差组成 。如果安设误差控制在
２Ｈｎ以 内 ， 样就 可 以满足 民航 机 场跑道 施 工误 差 Ⅱ 这 要求 。安设 误 差 控 制 在 ２ｌｌ以 内很 容 易 达 到 ， ｒ ｎｉ 所
光信号 ， 并将其转换成电信号 ， 通过运算电路给出偏 离信号 ， 以此达到准直效果。 其主要设备有 ： 激光发射器、 光电接收器等。
滤 片 光电 光 池
图 ２ 光 电接收器原理 示意图
３ 激 光 准 直 技 术 的应 用
３ １ 应 用原 理 ．
图中 １２为两块对 称的硅光 电池 （ 、 或光 电管 中
４ 与 传 统 方 法 的 比较
以 ２ｋ 长 、６ｍ 宽 、 段 组成 的 飞机 跑 道 为 ｍ ３ ３坡
或其它组合 ， Ｎ为整数。Ａ Ｂ Ｃ Ａ 、 Ｃ 、 ”Ｂ 、 、 、 、 Ｂ 、 Ａ 、 ”
Ｃ 均为区段 、 ” 区块端点 ， 也可能为跑道纵 向变坡 点。
例 ， 以得出的 比较数据见 表 ｌ 可 。传统 方法导梁长 ２ 激光方法按 １０ｍ架设 。 ０ｍ， ０
Ａ
图 １ 应 用 原 理 示 意 图
光电接收器间架设一条激光光束导梁 ， 其长度是传
供摊铺机控制摊铺厚度使用 。
Hale Waihona Puke 统导梁 的数倍甚至几十倍 。和激光点光源对应的光 电接收器 ， 主要作用是接收点光源发射的激光 ， 提高
照准精度 。机载光点接收器是用来接收激光点光源 发出的激光束信号 ， 并将此信号转换成 电信号传输 到摊铺机 中控 电脑 ， 以控制摊铺厚度。该光 电接收
半导体激光光束准直技术研究
半导体激光光束准直技术研究一、激光光束的准直到底是什么？先别着急，我们先从头说起，激光光束是什么？你肯定知道，激光就像是那种从遥控器里射出来的光一样，虽然它很小很细，但却有着超强的穿透力。
那准直呢？简单来说，就是让这些“调皮”的激光光束朝一个方向整齐划一地跑，不让它们左跑右跑，甭管是短的还是长的，它们都得按照统一的步调前进。
想象一下，如果你拿着激光笔瞄准远处的某个小点，激光光束如果不准直，准不准打到那个点那还得看运气了。
这对于半导体激光器来说可就不是一个简单的事儿了。
半导体激光器是把电能转化成光能的机器，是很多设备里不可或缺的核心部分。
可是，它发出来的激光光束总是有点“小脾气”，有时会有点发散，光束不够集中的时候，就会影响到它的表现。
比如，如果用在光通信中，信号不集中就会影响到传输的质量。
所以，我们需要研究怎么把这些光束“训得服服帖帖”的，乖乖地听话。
二、为什么准直技术这么重要？这就像是你开车，如果前方的路标方向不清晰，那你开车能直行吗？肯定不行！同样的道理，激光光束如果不准直，它的应用效果就大打折扣了。
很多时候，我们用激光的地方，比如激光切割、激光打印、激光测距，这些都需要激光光束具备很高的准直性，不然光束分散了，结果可能连切个东西都切不好，打印也可能歪歪扭扭的，测距直接算错。
干一件事如果光是“乱跑”，那效果肯定不行。
而且准直性好的激光光束，还能节省很多不必要的能源浪费。
想象一下，光束发散了，射出来的能量就被浪费掉了，这不仅影响效率，还可能增加设备的负担。
举个简单的例子，如果你拿一支照明灯，在很远的地方用它照射，你肯定不希望光束像烟雾一样散开，最好能集中在一个地方，让远处的人一眼看到你的光，而不是把所有的光都浪费在空气中。
三、常见的准直技术有哪些？那我们到底该怎么做才能让这些“任性”的激光光束变得乖巧呢？准直技术的方法有很多。
先说说最常见的一种：使用光学元件。
比如镜头、透镜等等，这些东西可不是摆设，它们通过改变激光光束的传播路径，让光线更加平行。
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1.2激光准直技术分类
按检测原理激光准直技术大致可分为三个类型。
（一）振幅(光强)测量型
利用激光本身的方向性，以激光光强分布中心作为准直基线，是这类准直方法的最初型式。
当用位敏光电器件或CCD作为探测器时-可同时实现二维测量，这是振幅测量型激光准直仪的优点。
然而如前面所述，由于激光漂移、光线弯曲、大气扰动以及光束横截面内光强分布的不对称性的影响，直接利用激光本身作准直基线，稳定性最好也只能达到5
10 量级。
为提高准直精度，必须有效地克服上述影响，于是出现了多种设计方案，如菲涅尔波带法、零级条纹干涉法、零级衍射同心圆法、不对称位相板法 ]、海定格非定位干涉条纹法 ]、对称双光束法、单模光纤法等。
这些方法在克服激光漂移及光强不对称分布的影响方面起到了好的效果-然而对大气扰动的影响仍无法解决
1、 Fresnel波带片法
激光束通过Fresnel波带片形成十字形的能量分布。
以十字线的中心作为准直基线，来克服光强分布不对称的影响，但因为波带片有确定的焦距，不可能在很长距离上都得到清晰的十字像。
2、位相板法
采用二维非对称位相板，它的四个象限上每两个相邻的象限具有二相位差，所形成的直边衍射图是亮背景上的一个暗十字。
这种方法很适合于对中控制，但由于衍射的作用，测量范围不可能太大。
3、双光束准直法
两光束是由一个空间棱镜分出的。
当激光器的出射光束漂移时，经过棱镜之后的两光束漂移方向相反。
采用两光束的平分线作为准直基线可以克服激光器的漂移影响，但该系统对双光束的平行性要求较高，在长距离范围内不易实现。
4、反馈控制法
利用闭环反馈技术，实时修正各种因素而致的漂移误差，来提高准线精度，进而实现高精度的激光准直测量。
反馈控制法准直系统在出现光束漂移时，反馈系统的接收装置(控制用探测器)接收到该信号。
并将其转换为相应的电信号，此信号再经驱动放大，作用于驱动机构(压电陶瓷)，来对激光束的方向进行二维调整，从而实现对光束漂移量的实时修正，提高准线的精度。
该系统经实验测试表明:准直距离为5m，相对精度为
7
1-
⨯。
10
5、单模光纤准直法
采用单模光纤激光准直主要是将激光器本身的漂移抑制到最少的程度。
实际上，激光器发出的光经过单模光纤后，其单模光纤的出射端点相当于二次光源，理论上，激光光束的稳性只取决于光纤出射点在空间的稳定性，激光器与光纤入射端点的相对位置的变化只影响它们之间的耦合效率。
（二）相位测量型
这类准直装置大多属于激光准直干涉仪，其工作原理是让直线度误差引起干涉信号的相位变化而被检测出来相位测量型大部设计成千涉仪两臂(测量光束与参考光束)在传播方向上呈对称分布。
因此，其准直基线不是激光束本身，而是测量光束与参考光束的对称轴。
这在克服激光漂移的影响方面有较好的效果当两束光靠得很近时，对大气扰动的影响也能有所减轻属于相位测量型的准直方案有：双频激光干涉法、直线光栅测量法、激光准直干涉法等。
目前双频激光干涉仪在工业上得到广泛的应用。
1、莫尔条纹激光准直
无衍射光是一种光束截面形状不随光传播距离变化的特殊光束，可以作空间直线测量的基准。
由于无衍射光对激光束的准直性要求小，可以采取措施大大减小激光器本身的漂移。
其基本原理是: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。
从而可以用五维驱动装置跟踪贝塞耳函数光环中心来补偿二维偏移量。
该激光准直系统的定向精度是m
.0μ。
12
m5/
2、双频激光干涉法
激光束被Wollaston棱镜对称分开，射向两面角反射镜并按原路返回于Wollaston棱镜上重新会合被探测器接收。
这种方法精度高、稳定性好，目前应用最广。
但是其测量传感元件不允许在光路中移进移出，记数必须连续，且只能采用不同的附件分段测量直线度。
图1-1所示的清华大学研究开发的自适应双频激光准直系统，参考信号和测量信
号在50米内两光束几乎是重合的，对大气扰动具有相当的自适应能力。
由于在测
量上的改进，可在数十米的长度上无死区的连续测量直线度，在准直距离为llm
,并且测量敏感元件可以从光路中移进移出，能用于同轴度时，标准偏差为6m
的测量
（三）偏振测量型
偏振测量型的代表是激光旋光准直仪，它以往返光束的对称中心作为准直
基线，让直线误差变成激光编振方向的变化(旋光)而设检测来。
它的构思是独特
的-测量灵敏度也很高，往返光束的对称分布对克服激光平漂是有效果的。
当往
返光束靠得很近，甚至重合时·也能在某种程度上减轻大气扰动的影响。
偏振测
量型另一个优点是它的测量元件可在光路中移进移出，这是大多数相位测量型准
直干涉仪做不到的。
这个特点可使它应用于同轴度测量。
图1-3旋光准直光学系统
1.3影响激光准直的主要因。