激光测量技术 激光原理与技术
激光测量技术
激光测量技术
作者：孙长库
出版年： 2001年
本书系统地介绍了激光测量的基本原理、方法及应用,主要内容包括:激光的基本原理与技术、激光干涉测量技术、激光衍射测量技术、激光准直及多自由度测量技术、激光三维视觉测量技术等。
第一章激光原理及技术
第一节辐射理论概要
第二节激光产生的原理及条件
第三节激光的基本物理性质
第四节高斯光束
第五节稳频技术
第六节激光调制技术
第七节半导体激光器
第二章激光干涉测量技术
第一节激光干涉测量长度和位移
第二节激光小角度干涉仪
第三节激光外差干涉测量技术
第四节激光全息干涉测量技术
第五节激光散斑干涉测量技术
第六节激光光纤干涉测量技术
第七节激光多波长干涉测长技术
第三章激光衍射测量技术
第一节激光衍射测量原理
第二节激光衍射测量方法
第三节激光衍射测量的应用
第四章激光准直及多自由度测量
第一节激光准直测量原理
第二节激光准直仪的组成
第三节大气扰动及激光束漂移
第四节激光准直测量的应用
第五节激光多自由度测量技术
第五章激光视觉三维测量技术
第一节激光三角法测量原理
第二节激光视觉测量的基本原理
第三节激光视觉三维测量技术的应用第六章激光的其他测量技术
第一节激光多普勒(Doppler)测速技术第二节激光扫描测径技术
第三节激光测距技术。
激光原理与技术--第六章 激光在精密测量中的应用
半波长的奇数倍时----- 出现明纹。
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我们把k =士1的两个暗点之 间的角距离作为中央明纹的 角宽度．中央明纹的半角宽度
Δθ0≈λ∕a
◆暗纹中心位置公式:
◆明纹中心位置公式:
明纹 暗纹
◆光强分布公式:
单缝衍射测量仪器示意图
4
6.1.2 激光干涉测长系统的组成
除了迈克尔孙干涉仪以外，激光干涉测长系统还包括激光光源、可移 动平台、光电显微镜、光电计数器、显示记录装置
7.干涉条纹计数时，通过移相获得两路相差π/2的干涉条纹的光强信号， 该信号经放大，整形，倒向及微分等处理,可以获得四个相位依次相差π/2 的脉冲信号（图6-5）。
图6-2 反射器
3
6.1.2 激光干涉测长系统的组成
5.激光干涉仪的典型光路布局有使用角锥棱镜反射器的光路布局，如图6-3示。
图6-3 典型光路布局
6. 移相器也是干涉仪测量系统的重要组成部分。常用的移相方法有机械移相（图6-4）， 翼形板移相，金属膜移相和偏振法移相。
图6-4 机械法移相原理图
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基本原理
The Michelson interferometer is shown in Figure 1. The basic optical path of laser interferometer length measurement is a Michelson interferometer, and this makes use of interference fringes ,which are the traces of points owing the same path difference, to reflect the information of measured object. It uses the partially reflecting element P to divide the light from laser source into two mutually coherent beams which are reflected by M1 and M2 .The output intensity of an interferometer is a periodic function of the length difference between the measuring path and the reference path of the interferometer. Typical length measurements with a laser interferometer are performed by moving one reflector of the interferometer along a guideway and counting the periodic interferometer signal, e.g. the interference fringes. These results are unambiguous as long as the length difference between two consecutive measurements is within λ/2. Interpolation of the fringes can lead to a resolution of the length measurement below 1nm. The bright fringes occur when the path difference is kλ and the dark fringes when it is (k+1/2)λ,where k is any integer.
激光原理与技术实验报告.doc
激光原理与技术实验报告.doc概述激光技术是一种应用广泛、发展迅速的新技术，在工业、医学、通讯等领域都有着广泛的应用。
本实验旨在了解激光的基本原理，掌握激光器的构造和激光束的生成与测量方法，以及掌握激光的一些基本特性和应用。
实验原理激光是指具有高度纯度、单色性好、方向性和相干性极强的光，其产生和放大是通过受激辐射过程完成的。
具体来说，激光器的工作原理是通过激发介质内的原子或分子，使其受激辐射，在辅助的反射镜的作用下，从而在激光器中形成一束具有极强方向性和相干性的激光。
实验装置实验装置如图所示，主要由He-Ne激光器、反射镜组、光路组件和功率测量仪等组成。
其中，He-Ne激光器是实验的主体部分，可产生波长为632.8nm的激光。
反射镜组是用来控制和调整激光束传输方向、聚焦和扩展等方面的效果。
光路组件包括凸透镜、切向波片、偏振片等，主要用来调整、过滤和分析激光束的偏振状态、强度和相位，以及产生不同的波长和形状的激光束。
功率测量仪主要用来测量激光束的功率、光密度和曲率等参数。
实验步骤1. 准备工作：检查实验装置的连接和安全，确认激光幽灵系统处于正常工作状态，注意保护眼睛。
2. 初步调整：用反射镜组将激光束从He-Ne激光器中传输到实验台上的观测屏幕上，调整反射镜组的位置和角度，以便获得尽可能高的反射率和强度。
3. 改变激光束的偏振状态：加入偏振片，以控制激光束的偏振状态和方向，观察不同偏振状态的激光束在屏幕上的反映情况，了解激光束的偏振特性。
4. 产生不同波长的激光束：加入切向波片和凸透镜组件，改变激光束的相位和波长，观察不同波长激光束在观察屏幕上的差异，掌握不同波长激光束的产生和调制方法。
5. 测量激光束的功率和强度：用功率测量仪测量激光束的功率和光密度等参数，掌握不同位置和距离的激光束的功率和强度变化情况，应用激光干涉和相位空间法等技术分析和处理激光束。
激光科学与技术：激光原理和激光技术的应用
牙齿矫正
激光矫正技术可 以改善牙齿排列
问题
● 04
第四章 激光在工业领域的应 用
激光切割技术
激光切割技术是一种 高精度、高速度且无 污染的加工方法，广 泛应用于金属和非金 属材料的加工中。通 过激光束的聚焦和高 能量密度，能够实现 精确切割各种形状的 工件。
激光切割技术应用
零件编码 安全标记
激光在3D打印中的应用
激光在3D打印领域具有重要意义，其高精度和 快速制造能力使其成为3D打印技术的主流。激 光烧结和激光光固化技术不断推动3D打印技术 的发展。
● 05
第五章 激光在科研领域的应 用
激光光谱技术
01 原子吸收光谱分析
激光技术在原子吸收光谱中的应用
02 拉曼光谱分析
光纤激光器
光纤激光器利用光纤 作为增益介质传输激 光，具有传输距离远、 抗干扰能力强的特点。 在通信、激光打标等 领域有着广泛的应用。 光纤激光器的发展也 推动了光纤通信技术 的进步，为信息传输 提供了更快速、更可 靠的方式。
激光在医疗领域的应用
激光治疗
用于皮肤疾病、 眼科手术等
激光造影
用于诊断和治疗
01 治疗青光眼
激光可以有效治疗青光眼，为患者带来希望
02 激光角膜矫正术
一种常见的激光眼科手术，可以改善视力问 题
03
激光在皮肤美容中的应用
祛斑
激光祛斑效果显 著
祛皱
激光祛皱是一种 常见的美容方式
祛痣
激光祛痣安全、 快捷
激光在肿瘤治疗中的应用
精准杀灭
激光可以精准杀灭肿瘤细 胞
激光消融
激光消融技术在肿瘤治疗 中应用广泛
激光科学与技术：激光原理 和激光技术的应用
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。
激光检测原理
激光检测原理激光检测是一种利用激光技术进行测量和检测的方法，它在工业、医疗、科研等领域有着广泛的应用。
激光检测原理是基于激光的特性和相互作用规律，通过对激光的发射、传播、接收和处理，实现对被测对象的测量和检测。
本文将从激光的特性、激光检测的基本原理和应用实例等方面进行介绍。
激光的特性。
激光是一种具有高亮度、高直线度、高单色性和高相干性的光束。
这些特性使得激光在检测领域有着独特的优势。
高亮度和高直线度使得激光能够远距离传播而不发散，保持较小的光斑；高单色性使得激光具有特定的波长，适用于特定的测量和检测需求；高相干性使得激光能够产生干涉和衍射现象，实现精密的测量。
激光检测的基本原理。
激光检测的基本原理是利用激光束与被测对象相互作用后产生的光学信号进行测量和分析。
激光检测可以通过测量激光的反射、散射、吸收、干涉等方式来获取被测对象的信息。
例如，通过测量激光的反射光强来确定目标的距离和形状；通过测量激光的散射光强来分析目标的表面粗糙度和形貌；通过测量激光的吸收光强来检测目标的化学成分和浓度；通过测量激光的干涉图案来实现精密的位移和形变测量。
激光检测的应用实例。
激光检测在工业、医疗、科研等领域有着广泛的应用。
在工业领域，激光检测被应用于精密加工、质量检测、无损检测等方面，例如激光测距仪、激光干涉仪、激光扫描仪等设备；在医疗领域，激光检测被应用于医学影像、激光治疗、生物检测等方面，例如激光扫描显微镜、激光手术系统、激光生物传感器等设备；在科研领域，激光检测被应用于物理、化学、生物等学科的实验和研究，例如激光光谱仪、激光干涉仪、激光散射仪等设备。
总结。
激光检测是一种基于激光技术的测量和检测方法，它利用激光的特性和相互作用规律，实现对被测对象的精密测量和分析。
激光检测具有高亮度、高直线度、高单色性和高相干性的特性，适用于工业、医疗、科研等领域。
通过对激光的发射、传播、接收和处理，激光检测可以实现对目标的距离、形状、表面粗糙度、化学成分、位移和形变等信息的获取，为各个领域的应用提供了有力的技术支持。
激光原理与技术习题答案
激光原理与技术习题答案激光是一种特殊的光，它具有高度的单色性、相干性、方向性和亮度。
激光技术是现代物理学的一个分支，广泛应用于通信、医疗、工业加工等多个领域。
为了更好地理解激光原理与技术，我们通常会通过习题来加深理解。
以下是一些激光原理与技术的习题答案，供参考。
习题1：解释激光的产生机制。
激光的产生基于受激辐射原理。
当原子或分子被外部能量激发到高能级后，它们会自发地返回到较低的能级，并在此过程中释放出光子。
如果这些光子能够被其他处于激发态的原子或分子吸收，就会引发更多的受激辐射，形成正反馈机制，最终产生相干的光束，即激光。
习题2：描述激光的三个主要特性。
激光的三个主要特性是：1. 单色性：激光的波长非常窄，频率非常一致，这使得激光具有非常纯净的光谱特性。
2. 相干性：激光束中的光波在空间和时间上具有高度的一致性，使得激光束能够保持稳定的光强和方向。
3. 方向性：激光束的发散角非常小，几乎可以看作是平行光束，这使得激光能够聚焦到非常小的点上。
习题3：解释激光在通信中的应用。
激光在通信中的应用主要体现在光纤通信。
光纤通信利用激光的高亮度和方向性，通过光纤传输信息。
光纤是一种透明的玻璃或塑料制成的细长管，激光在其中传播时损耗非常小，可以实现长距离、大容量的信息传输。
激光通信具有抗干扰性强、传输速度快等优点。
习题4：讨论激光在医疗领域的应用。
激光在医疗领域的应用非常广泛，包括激光手术、激光治疗和激光诊断等。
激光手术可以用于精确切除病变组织，减少手术创伤；激光治疗可以用于治疗皮肤病、疼痛管理等；激光诊断则可以用于无创检测和成像，提高诊断的准确性。
习题5：解释激光冷却的原理。
激光冷却是利用激光与原子或分子相互作用，将它们冷却到接近绝对零度的过程。
当激光的频率略低于原子或分子的自然频率时，原子或分子吸收光子后会向激光传播的反方向运动，从而损失动能。
这个过程被称为多普勒冷却。
通过这种方法，可以实现对原子或分子的精确控制和测量。
激光原理与技术PPT(很全面)
激光束质量对应用的影响
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。
激光束的控制与整形
激光束控制技术
探讨通过光学元件、机械装置等手段对激光束进行控制的原理和 方法。
激光束整形技术
介绍将激光束整形为特定形状（如平顶、环形等）的原理和方法， 以及整形后激光束的特性。
激光束控制与整形的应用
阐述激光束控制与整形在材料加工、生物医学、光通信等领域的应 用实例。
激光Байду номын сангаас眼睛的危害
激光束直接照射眼睛，可能导致视网膜烧伤、视力下降甚至失明。防护措施包 括佩戴合适的激光防护眼镜，避免直接观看激光束。
激光对皮肤的危害
激光照射皮肤可能导致烧伤、色素沉着、皮肤癌等。防护措施包括穿戴防护服 、使用防晒霜等。
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）和美国国家标准学会（ANSI）等制定了激光安全标准， 对激光产品的分类、标识、使用等做出了规定。
液体激光器
染料激光器
使用有机染料作为增益介质，通 过泵浦光激发染料分子产生激光 ，具有宽调谐范围和短脉冲输出 能力。
液体激光核聚变
利用高功率激光束照射含有氘、 氚等聚变燃料的靶丸，实现核聚 变反应，是惯性约束聚变研究的 重要手段。
半导体激光器
边发射半导体激光器
电流注入半导体PN结，电子与空穴 复合释放能量形成激光输出，具有体 积小、效率高、寿命长等优点。
激光手术
利用激光的高精度和可控性，进行微 创手术操作，如眼科手术、皮肤科手 术等。
生物医学成像
利用激光的高亮度和方向性，对人体 内部组织进行光学成像，以辅助医学 诊断和治疗。
05
激光测量与检测技术
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
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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。
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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
激光测速原理
激光测速原理激光测速是一种利用激光技术进行速度测量的方法，它通过测量被测物体上的反射光信号来获取物体的速度信息。
激光测速原理主要依赖于激光的特性和运用多普勒效应进行速度测量的原理。
首先，激光测速利用的是激光的单色性和定向性。
激光是一种高度一致的单色光，它的波长非常短，能够形成一个非常尖锐的束。
这种特性使得激光能够非常精确地照射到被测物体上，并且能够准确地测量被测物体反射回来的光信号。
其次，激光测速利用了多普勒效应进行速度测量。
当激光照射到运动物体上时，如果该物体在激光束的作用下发生了运动，那么反射回来的光信号的频率就会发生变化。
这种频率变化就是多普勒效应所表现出来的现象，通过测量这种频率变化，就可以计算出物体的速度信息。
激光测速原理的关键在于精确地测量被测物体反射回来的光信号的频率变化。
为了实现这一点，激光测速系统通常会采用光电探测器来接收反射回来的光信号，并将其转化为电信号。
然后，利用电子技术对这些电信号进行处理，可以得到频率变化的信息，进而计算出被测物体的速度。
除了利用多普勒效应进行速度测量外，激光测速还可以通过测量光信号的时间延迟来获取物体的距离信息。
这种方法通常被称为激光测距。
通过测量激光束发射和接收之间的时间差，结合光速的已知数值，可以计算出被测物体与激光测速系统之间的距离。
总的来说，激光测速原理是一种利用激光技术进行速度测量的方法，它利用了激光的单色性和定向性，以及多普勒效应和时间延迟来获取被测物体的速度和距离信息。
这种技术在工业、交通、科研等领域都有着广泛的应用，可以为我们提供精确、可靠的测量数据，为工程技术和科学研究提供重要的支持。
激光原理与技术
激光原理与技术激光原理与技术是一门研究激光的产生、传播和应用的学科，也是光学和物理学的重要分支之一。
激光的产生原理是基于受激辐射和光放大的过程。
激光技术在现代科学和技术领域中得到广泛应用，涵盖了通信、医疗、材料加工、测量和科学研究等多个领域。
激光的原理主要包括受激辐射、光放大和能级跃迁等过程。
受激辐射是指当一个原子或分子吸收一个光子的能量后，其能级跃迁激发到一个更高的能级，随后再次发射出一个与所吸收光子相同频率、相同相位和同一方向的光子。
这种过程导致光子数目的指数增加，形成了光的放大效应。
激光的放大过程一般是通过激光器来实现的。
激光器由激发源、增益介质和反射镜组成。
当激发源提供足够的能量激发增益介质时，增益介质中的原子或分子被激发到一个高能级，并在镜面之间来回传播，逐渐放大，形成激光束。
增益介质通过选择合适的物质和能级跃迁方式来实现各种类型的激光。
不同类型的激光器具有不同的特点和应用。
常见的激光器包括氦氖激光器、二氧化碳激光器、固体激光器等。
它们在波长范围、脉冲宽度、输出功率和单色性等方面有所差异，因此被广泛应用于各类领域。
激光技术在通信领域中具有重要应用。
激光作为一种高度聚焦的光束，可以在光纤中传输大量的信息。
光纤通信系统利用激光器产生激光束，并通过光纤将信息传输到目的地。
激光的窄束和低衰减使得信息传输速度更快、距离更远。
目前，光纤通信已经成为主要的通信方式之一，广泛应用于电话、互联网和电视等领域。
激光技术在医疗领域也发挥了重要作用。
激光器可以用于激光手术、激光治疗和激光诊断等多个方面。
激光手术利用激光的高能量和高度聚焦能力，对组织进行切割、烧蚀或照射，达到治疗病症的目的。
激光治疗通过激光的生物刺激效应，促进伤口愈合或减轻疼痛。
激光诊断则利用激光的光散射和吸收特性，来获取目标组织的信息。
激光技术在材料加工领域的应用也非常广泛。
激光加工可以通过激光的高能量密度和高精度控制，对材料进行切割、焊接、打孔和表面改性等操作。
激光原理与技术课后答案
激光原理与技术课后答案激光技术作为一种高科技技术，已经在各个领域得到了广泛的应用，包括医疗、通信、制造业等。
激光的应用范围越来越广，因此对激光原理和技术的深入了解显得尤为重要。
下面是一些关于激光原理与技术的课后答案，希望能帮助大家更好地理解和掌握这一技术。
1. 什么是激光？激光的产生原理是什么？激光是一种特殊的光，它具有高度的单色性、方向性和相干性。
激光的产生原理是利用激发态原子或分子受到外界能量激发后，通过受激辐射产生的一种特殊的光。
2. 激光的特点有哪些？激光具有高亮度、高单色性、高方向性和高相干性的特点。
这些特点使得激光在各个领域有着广泛的应用，比如在医疗领域可以用于手术切割，通信领域可以用于光纤通信，制造业可以用于激光打印和激光切割等。
3. 请简要描述激光器的工作原理。
激光器是将受激辐射过程放大后的光源。
它的工作原理是通过外界能量激发原子或分子，使其处于激发态，然后通过受激辐射产生的光在光学谐振腔中来回反射，最终形成激光输出。
4. 什么是激光共振腔？它的作用是什么？激光共振腔是激光器中的一个重要部件，它由两个反射镜构成。
它的作用是在两个反射镜之间形成光学谐振腔，使得受激辐射产生的光在腔内来回反射，最终形成激光输出。
5. 请简要描述激光的应用领域。
激光在医疗、通信、制造业等领域有着广泛的应用。
在医疗领域，激光可以用于手术切割、皮肤治疗等；在通信领域，激光可以用于光纤通信；在制造业中，激光可以用于激光打印、激光切割等。
6. 请简要介绍激光在医疗领域的应用。
在医疗领域，激光可以用于手术切割、皮肤治疗、癌症治疗等。
由于激光具有高度的精确性和可控性，因此在医疗领域有着广泛的应用前景。
7. 请简要介绍激光在通信领域的应用。
在通信领域，激光可以用于光纤通信。
由于激光具有高度的方向性和单色性，因此可以在光纤中传输更多的信息，使得通信更加高效和稳定。
8. 请简要介绍激光在制造业中的应用。
在制造业中，激光可以用于激光打印、激光切割、激光焊接等。
激光原理与技术课后答案
激光原理与技术课后答案激光，全称为“光电子激发放射”，是一种具有高度相干性和高能量密度的光。
它具有许多独特的特性，使其在各种领域得到广泛应用，如医学、通信、材料加工等。
激光的产生原理和技术是激光学乃至整个光学领域的基础知识，对于理解激光的特性和应用具有重要意义。
下面是关于激光原理与技术的课后答案，希望能够帮助大家更好地理解和掌握这一知识。
1. 什么是激光？激光是一种特殊的光，具有高度相干性和高能量密度。
它的特点是具有单一波长、高亮度和方向性好。
2. 激光的产生原理是什么？激光的产生主要是通过受激辐射过程实现的。
在受激辐射过程中，原子或分子受到外界能量激发后，会发射出与外界光同频率、同相位、同方向的光子，从而形成激光。
3. 激光的特性有哪些？激光具有单一波长、高亮度、方向性好和高相干性等特性。
这些特性使得激光在许多领域具有广泛的应用价值。
4. 激光在医学领域的应用有哪些？激光在医学领域有着广泛的应用，如激光手术、激光治疗、激光诊断等。
其中，激光手术可以实现无创伤手术，减少患者的痛苦和恢复时间。
5. 激光在通信领域的应用有哪些？激光在通信领域主要应用于光纤通信和激光雷达等领域。
激光的高亮度和方向性好使得它成为了光纤通信的理想光源。
6. 激光在材料加工领域的应用有哪些？激光在材料加工领域有着广泛的应用，如激光切割、激光焊接、激光打标等。
激光加工可以实现高精度、高效率的加工，广泛应用于汽车制造、航空航天等领域。
7. 激光技术的发展趋势是什么？随着科学技术的不断发展，激光技术也在不断创新和进步。
未来，激光技术将更加广泛地应用于各个领域，同时也会不断提升其性能和效率。
通过以上内容，我们可以更深入地了解激光原理与技术，以及其在各个领域的应用。
激光作为一种特殊的光，具有许多独特的特性，使其在医学、通信、材料加工等领域发挥着重要作用。
随着科学技术的不断发展，激光技术也将不断创新和进步，为人类社会的发展做出更大的贡献。
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20
三、谐振腔
由提I高(ZZ)的大I小0e，GZ常知常，采Z用越以大下，结光构越: 强， 为减小体积，
目的:
1. 光往返,增加Z的大小,利于光放大
2. 腔体对光的频率、相位、传播方向和偏振方向有选 择作用.
测控教研室
20光产生的条件
条件： 三要素加一阀值条件
三要素: 1. 泵浦 2. 增益介质 3. 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.
测控教研室
2006年3月6日星期一
31
一、方向性
光的方向性定义参数： 1.发散角
光源发出的所有光线中 两光线之间的夹角的最 大夹角, 一般 2 表示 单位Rad
书中用度表示,错误
?
测控教研室
2006年3月6日星期一
2
32
2.空间立体角
以立体角顶点为球心，作一半
径为R 的球面。用此立体角的 边界在球面上所截的面积ds 除 以半径平方标志立体角的大小， 即（以dω表示立体角，R为半 径）
③ 定态限制:即电子的轨道 运动的角动员P必须等于 h/2π的整数倍:
PФ=nh/2π 玻尔量化条件 n为整数 主量子数
测控教研室
2006年3月6日星期一
8
2.简并度、简并能级
表 13-1 角动量状态
主量子数 (n)
1 23
符号
K LM
角动量 l (n-1) 0 1 2
符号
s pd
简并度 g = 2l+1 1 3 5
测控教研室
2006年3月6日星期一
22
通用结构
全 反 镜
五、结构形式
泵浦源
部分反部分透射镜
增益介质
激光
谐振腔
以He-Ne激光器为例：
测控教研室
2006年3月6日星期一
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五、结构形式
He-Ne激光器的三种结构： A. 外腔式
B. 半内腔式
C. 内腔式
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六、激光器的分类及特点
应用: 通信光源、测距、激光光盘、唱片、 印刷术、办公自动化、泵浦源
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4．液体激光器
常见有机染料激光器
特点：
输出的激光波长在很大 范围内连续可调(0.341.2um)
应用:
在光化学、光生物学、
激光医学等方面
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5.化学激光器
常有HF、碘原子激光器等 特点: • 可将化学能直接转换为激
• 固体激光器的单色性较差 • 半导体激光器的单色性最差。 注:He—Ne激光器的极限线宽大约为6×10-3Hz
Δλ/λ=Δν/ν? Δλ λ /( λ1 λ2) =Δν/ν
Δλ λ /[(λ+Δ)(λ-Δ)]≈ Δλ /λ =Δν/ν
?
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四、相干性
1、时间相干性(同地异时)
光能，不需外加激光源
• 输出的波长丰富，从紫外到 红外，高功率、高能量输出， 最有希望获得最大功率
应用: 适合于无电源的野外作业
氧碘化学激光器
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6. 其他激光器
有x射线、薄膜、光纤激光器
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第三节 激光的基本物理性质
本节主要内容: 一、方向性 二、高亮度 三、单色性 四、相干性： 空间相干性 时间相干性 五、横、纵模
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2. 气体激光器
常见: CO2,He-Ne, Ar+激光器 特点: • 种类多，波长分布区域宽
• 应用广，频率稳定性好，是很好 的相干光源
• 可实现最大功率连续输出 • 结构简小，造价低，转换效率高 • CO2, 常用于机械加工
He-Ne 测量、计量 Ar+ 化学分析，全息摄影，
B
E st
单位: W/cm2.Sr
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二、高亮度
• 太阳光的亮度约为1.03W/cm2·Sr • 普通的1mW氦氖激光1.05W/cm2·Sr • 大功率脉冲激光1014~ 1017W/cm2·Sr • 飞秒激光可达1020W/cm2·Sr
是太阳的1011倍以上
激光是最亮的光
请勿对准眼睛
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三、单色性
单色性是指光强按频率(波长)的分布状况。
激光的频率受以下条件影响：
• 腔长变化
P
Pmax
• 泵浦 • 温度
1/2Pmax
• 震动 • 能级分裂
V1 V0 V2
V
激光单色性的好坏可以用频谱分布的宽度 Δν= ν2- ν1(线宽)描述。
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第二节 激光产生的原理及条件
一、粒子数反转分布及泵浦过程
1.粒子数反转分布
① 由受激辐射知：可以产生高相干光 ② 由玻尔兹曼分布知N2<N1g2/g1,若产生连续的高相干光
输出必须有: N2>N1g2/g1，即粒子数分布反转。 ③ 粒子数分布反转是介质对光放大作用的条件及产生
定义：在同一空间点上，由同一光源分割出 来的两光波之间的位相差与时间无关的性 质，即光波的时间延续性。
也可理解为：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
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3、玻尔兹曼分布
Ni
g e
Ei KT
i
k1.381023KJ
为Ei能级的简并度, K为常数,T为绝对温度
g当i Em>En能级对应的粒子数目：
e 1 Nm /gm
Nn /gn
EmKTEn
结论: 高能级的粒子数目少于第能级
的粒子数目
? P2, T>0 错误
激光照排，水下通讯
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3．半导体激光器
特点: • 超小型，质量轻，成本低，批量生产 • 能量转换效率高(＞30％)，波长范围
广(0．5—30 74m)，寿命长(＞百万小 时)，功率小(一般在1—00mw)，发散 角大，单色性差
• 易于调制．改变驱动电流，可将输出 光调制到G赫兹
第一章 激光原理与技术
本章主要内容: 1. 辐射理论概要（重点） 2. 激光产生的条件:泵浦、增益介质、谐振腔、阀值条件
（重点）
3. 结构及分类 4. 物理性质（重点） 5. 高斯光束（重点） 6. 稳频技术 7. 调制技术（重点） 8. 半导体激光器
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第一节 辐射理论概要
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三、光与物质的相互作用
3.受激辐射 特点:
相同的频率、相位、偏振方向和传播方向
E2
h
E1
发光前
发光后
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h h
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三、光与物质的相互作用
当光与原子相互作用时，总是同时 存在这三种过程
光场能量
自发辐射
受激辐射 受激吸收
粒子能量
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可能达到平衡
也可能达不到平衡
一、光量子学说及波粒二象性
几何光学 波动光学 电磁理论 量子理论
微粒说
波动说
电磁说 量子说
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一、光量子学说及波粒二象性
1. 光具有反/折射、衍射、干涉、光电效应
2. 牛顿：粒子说 ——折/反射现象
3.
Yang：波动说——衍射、干涉
b a
4. 波粒二象性解释不了光电效应：
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三、单色性
由 C 知 , 线宽也对应着一定波长宽度
1 2
工程上一般也用 或
来度量线宽的大小.
单色光源是氪（Kr86）灯，中心波长为605.7 nm，
中心频率为4.95×108 MHz，其谱线宽度为
3.8×102 MHz，即4.7×10－4 nm
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三、光与物质的相互作用
作用种类:
1. 自发辐射
2. 特点: 辐射光没有固定频率、相位i、偏振
方向
和传播方向
E2
E1
发光前
发光后
hE2E1
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三、光与物质的相互作用
2、受激吸收
E2
h
E1
吸收前
吸收后
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固体激光: 10-2
半导体激光: 5-10x10-2
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激光的方向性
影响因素：
介质的均匀性 谐振腔的类型、腔长 泵浦方式 工作的状态
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二、高亮度
亮度定义:
单位面积的光源在单位时间内向着其法线 方向上的单位立体角范同内辐射的能量
Δλ/λ为7.96×10-7 一般He-Ne激光Δλ/λ为10-11 中心波长6328埃
稳频后可达 10-13 中心波长3392.23139埃
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三、单色性