第9章 激光测振技术

激光干涉原理在振动测量中的应用讲解

激光干涉原理在振动测量中的应用 激光干涉原理在振动测量中的应用0 引言振动量值的计量是计量科学中一个非常重要的方面。在现实中，描述振动特性的最常用的量值是位移、速度、加速度。常用的测振技术是接触式测量。在测量物体上安装加速度传感器，利用加速度传感器的电荷输出信号实现加速度-速度-位移的相关测量。如果测量较小物体的振动，附加的传感器质量往往影响被测物体的振动，从而产生测量误差；而且一些工作场合因被测物体表面影响或是测量条件的限制往往 激光干涉原理在振动测量中的应用 0 引言 振动量值的计量是计量科学中一个非常重要的方面。在现实中，描述振动特性的最常用的量值是位移、速度、加速度。常用的测振技术是接触式测量。在测量物体上安装加速度传感器，利用加速度传感器的电荷输出信号实现加速度-速度-位移的相关测量。如果测量较小物体的振动，附加的传感器质量往往影响被测物体的振动，从而产生测量误差；而且一些工作场合因被测物体表面影响或是测量条件的限制往往不允许在被测物体表面安装测振传感器。因此设计和开发新型的非接触式、高精度、实时性的测振技术一直是工程科学和技术领域中的重要任务。 由于激光的方向性、单色性和相干性好等特性，使激光测量技术广泛应用于各种军事目标的测量和精密民用测量中，尤其是在测量各种微弱振动、目标运动的速度及其微小的变化等方面。 1 激光干涉测振原理 激光干涉测振技术是以激光干涉原理为基础进行测试的一门技术，测试灵敏度和准确度高，绝大部分都是非接触式的。激光干涉原理如图1所示。 光源S处发出的频率为f、波长为λ的激光束一部分投射到记录介质H(比如全息干板)上，光波的复振幅记为E1，另一部分经物体O表面反射后投射到记录介质H上，光波的复振幅记为E2。其中： 式中：A1和A2分别为光波的振幅；σ1和σ2分别是光波的位相；当E1和E2满足相干条件时，其光波的合成复振幅E为： 光强分布I为： 式(4)的四项中前三项均为高频分量，只有第四项为低频分量，且与物体表面的状态有关。第四项的含义是σ2代表的物体表面与σ1代表的参考面之间的相对变化量。因此通过处理和分析物体表面与参考在变形前后的位相变化、光强变化等，从而得到被测物体振动速度、位移等关系式。

激光振动测试仪在振动测试教学中的应用

Advances in Education教育进展, 2019, 9(6), 650-659 Published Online November 2019 in Hans. https://www.360docs.net/doc/807411988.html,/journal/ae https://https://www.360docs.net/doc/807411988.html,/10.12677/ae.2019.96106 Application of Laser Vibration Instrument in Vibration Test Teaching Shuyong Liu1, Yongbao Liu1, Jinfang Lu2, Kai Chai3*, Pan Su1 1College of Power Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan Hubei 2College of Civil Engineering, Hunan University, Changsha Hunan 3College of Naval Architecture and Ocean, Naval University of Engineering, Wuhan Hubei Received: Oct. 3rd, 2019; accepted: Oct. 17th, 2019; published: Oct. 24th, 2019 Abstract The application of a novel laser vibration tester in vibration monitoring experimental teaching is discussed. Firstly, the main characteristics and use occasions of the instrument are analyzed. Se-condly, the experimental bench and experimental steps are designed. Thirdly, the different para-meters under the condition of the test results are compared. Then, the time domain curve and the frequency domain characteristic curve of the vibrating body are obtained. Finally, the factors af-fecting the test results and the precautions are discussed, which lays a foundation for the applica-tion of laser vibration tester in engineering practice. Keywords Laser Vibration Instrument, Vibration Monitoring, Experimental Teaching 激光振动测试仪在振动测试教学中的应用 刘树勇1，刘永葆1，卢锦芳2，柴凯3*，苏攀1 1海军工程大学，动力工程学院，湖北武汉 2湖南大学，土木工程学院，湖南长沙 3海军工程大学，舰船与海洋学院，湖北武汉 收稿日期：2019年10月3日；录用日期：2019年10月17日；发布日期：2019年10月24日 *通讯作者。

2010激光原理技术与应用 习题解答

习题I 1、He-Ne 激光器m μλ63.0≈，其谱线半宽度m μλ12 10-≈?，问λλ/?为多少？要使其相干长度达到1000m ，它的单色性λλ/?应是多少？ 解：63.01012 -=?λλ λλδτ?= ==2 1v c c L c 相干 = = ?相干 L λ λ λ 2、He-Ne 激光器腔长L=250mm ，两个反射镜的反射率约为98%，其折射率η=1，已知Ne 原子m μλ6328.0=处谱线的MHz F 1500=?ν，问腔内有多少个纵模振荡？光在腔内往返一次其光子寿命约为多少？光谱线的自然加宽ν?约为多少？ 解：MHz Hz L c v q 60010625 210328 10=?=??==?η

5 .2=??q F v v s c R L c 8 10 1017.410 3)98.01(25)1(-?=??-=-=τ MHz Hz L c R v c c 24104.2)1(21 7=?=-≈=πτδ 3、设平行平面腔的长度L=1m ，一端为全反镜，另一端反射镜的反射率90.0=γ，求在1500MHz 频率范围内所包含的纵模数目和每个纵模的频带宽度？ 解：MHz Hz nL c v q 150105.1100 210328 10=?=??==? 10 150 1500==??q v v L c R v c c )1(21 -≈ =πτδ 4、已知CO 2激光器的波长m μλ60.10=处 光谱线宽度MHz F 150=?ν，问腔长L 为多少时，腔内为单纵模振荡（其中折射率η=1）。

解：L c v v F q η2=?=?， F v c L ?=2 5、Nd 3 —YAG 激光器的m μ06.1波长处光 谱线宽度MHz F 5 1095.1?=?ν，当腔长为10cm 时，腔中有多少个纵模？每个纵模的频带宽度为多少？ 解：MHz L c v q 3 10105.110 21032?=??==?η 130 =??q F v v L c R v c c )1(21 -≈ =πτδ 6、某激光器波长m μλ7.0=，其高斯光束束腰光斑半径mm 5.00=ω。 ①求距束腰10cm 、20cm 、100cm 时， 光斑半径)(z ω和波阵面曲率半径)(z R 各为多少？ ②根据题意，画出高斯光束参数分布图。

Polytec三维激光测振仪

CLV-3D Compact 3-D Laser Vibrometer For Simultaneous 3-D Measurement of Dynamics

Applications The unique capabilities of the CLV-3D make it an ideal tool for numerous applications where three- dimensional information is desired from a non-con- tact sensor. It takes the advantages of conventional 1-D laser Doppler vibrometers one step further to replace tri-axial accelerometers. Disk Drives The disk drive industry has achieved amazing im- provements in performance while simultaneously slashing cost. Due to market pressures, the demand for increased performance at reduced cost is inces- sant. The CLV-3D can make comprehensive measure- ments for modal analysis of suspensions, E-blocks, actuator arms and HGA’s. The ability to precisely quantify the out-of-track effect of an out-of-plane mode enables disk drive engineers to achieve higher and higher tracks per inch (TPI) values. With the integration of the CLV-3D with a 3-D stage driven scan system, 3-D modal analysis of disk drive com- ponents becomes a reality that helps increase disk drive performance. Piezo Motors, Loudspeakers A piezo motor utilizes a piezo ceramics cylinder equipped with electrodes on its circumference. By applying electrical signals that are phased appro- priately,the cylinder is deformed. The periodic deformation will cause a traveling wave that moves the rotor which can be studied with the CLV-3D system. 3-D Vibrometers are also indispensable tools for loudspeaker design. More info:https://www.360docs.net/doc/807411988.html,/ acoustics Automotive With many advantages over contact transducers, laser vibrometry is quickly revolutionizing design development and experimental modal analysis in the automotive industry.It can be extended to the most difficult measurement tasks, such as red-hot surfaces or squealing brakes. More info: https://www.360docs.net/doc/807411988.html,/automotive. For more information about vibrometer applications please contact your local Polytec sales engineer or visit our website https://www.360docs.net/doc/807411988.html,/application

激光测振仪选型指南

[MISSING IMAGE: 无标题.png, 无标题.png ] 图片提供：宝力达光学科技有限公司 [MISSING IMAGE: 1.png, 1.png ] 单点式激光测振仪测量的是沿着激光束方向上的物体振动。由于测量系统垂直于被测表面，因此也被称为“面外”振动测量仪。这种通用的激光测振仪适用于显微振动测量和远距离振动测量，可得出振幅和传递函数。也可以将多台单点式激光测振仪组合成多点式激光测振仪，非接触式获取样本的振型。扫描式激光测振仪用于稳态过程的振动测量。 [MISSING IMAGE: 2.png, 2.png ] 差分振动测量描述的是两个点之间的相对振动。通常使用两种方法： 1. 在光路中测量差值（干涉仪的参考光束被引导至被测物表面）。好处是使用减法能保证绝对的相位保真度，这就是为什么该方法适用于高频的原因。 2. 使用两个独立的干涉仪以电子方式计算差值。这种方法设置更灵活。 [MISSING IMAGE: 3.png, 3.png ] 面内激光测振仪测量的是垂直于测量轴方向的振动和运动。面内振动测量法可以非接触式地检测如活塞、阀轴或工具等运动行程，还可用于高动态应变测量。 [MISSING IMAGE: 4.png, 4.png ]

旋转方法是指对任意形状的旋转结构上旋转振动的角速度和振荡角的测量。例如, 对传动链、燃气轮机、发电机、打印机和复印机进行了旋转动力学分析。 三维振动测量是基于三个光学头同时射在物体表面的一个点，结果是得到每个测量点的三维 数据，可同时测量面内数据和面外数据，可进行振型分析和验证有限元模型，在时域和频域 下显示出直观易懂的图像和动画。

激光原理及应用

激光原理及应用 第1章 辐射理论概要与激光产生的条件 1.光波：光波是一种电磁波，即变化的电场和变化的磁场相互激发，形成变化的电磁场在空间的传播。光波既是电矢量→E 的振动和传播，同时又是磁矢量→B 的振动和传播。在均匀介质中，电矢量→ E 的振动方向与磁矢量→B 的振动方向互相垂直，且→E 、→B 均垂直于光的传播方向→k 。（填空） 2.玻尔兹曼分布：e g n g n kT n n m m E E n m )(--=（计算） 3.光和物质的作用：原子、分子或离子辐射光和吸收光的过程是与原子的能级之间的跃迁联系在一起的。物质（原子、分子等）的相互作用有三种不同的过程，即自发辐射、受激辐射及受激吸收。对一个包含大量原子的系统，这三种过程总是同时存在并紧密联系的。在不同情况下，各个过程所占比例不同，普通光源中自发辐射起主要作用，激光器工作过程中受激辐射起主要作用。（填空） 自发辐射：自发辐射的平均寿命A 211=τ（A 21指单位时间内发生自 发辐射的粒子数密度，占处于E 2能级总粒子数密度的百分比） 4.自发辐射、受激吸收和受激吸收之间的关系 在光和大量原子系统的相互作用中，自发辐射、受激辐射和受激吸收三种过程是同时发生的，他们之间密切相关。在单色能量密度为ρV 的光照射下，dt 时间内在光和原子相互作用达到动平衡的条件下有下述关系：dt dt dt v v n B n B n A ρρ112221221=+ （自发辐射光子数） （受激辐射光子数） （受激吸收光子数）

即单位体积中，在dt 时间内，由高能级E2通过自发辐射和受激辐射而跃迁到低能级E1的原子数应等于低能级E1吸收光子而跃迁到高能级E2的原子数。（简答） 5.光谱线增宽：光谱的线型和宽度与光的时间相干性直接相关，对许多激光器的输出特性（如激光的增益、模式、功率等）都有影响，所以光谱线的线型和宽度在激光的实际应用中是很重要的问题。（填空） 光谱线增宽的分类：自然增宽、碰撞增宽、多普勒增宽 自然增宽：自然增宽的线型函数的值降至其最大值的1/2时所对应的两个频率之差称作原子谱线的半值宽度，也叫作自然增宽。 碰撞增宽：是由于发光原子间的相互作用造成的。 多普勒增宽：是由于发光原子相对于观察者运动所引起的谱线增宽。当光源和接收器之间存在相对运动时，接收器接收到的光波频率不等于光源与接收器相对静止时的频率，叫光的多普勒效应。 6.按照谱线增宽的特点可分为均匀增宽和非均匀增宽两类。 7.要实现光的放大，第一需要一个激励能源，用于把介质的粒子不断地由低能级抽运到高能级上去；第二需要有合适的发光介质（或称激光工作物质），它能在外界激励能源的作用下形成g n g n 1 122 的粒子数密度反转分布状态。 8.要使受激辐射起主要作用而产生激光，必须具备三个条件： （1）有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子（原子、分子或者离子）有适合于产生受激辐射的能级结构； （2）有外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能

激光原理及技术课程标准

《激光原理及技术》课程标准 适用专业：光电信息科学与工程专业 所属教研室（系）：光电信息教研室 课程名称：激光原理及技术（Principles and Techniques of Laser） 课程类型：专业核心课程 学时学分：32学时（学分） 一、课程概述 （一）课程性质 《激光原理及技术》是光电信息科学与工程专业的一门专业核心课程。本课程的目的在于介绍激光的基本理论知识和掌握激光器的使用技术。 通过《激光原理及技术》课程的教学，使学生了解和掌握激光器的基本结构、工作原理和基本操控技术，培养学生分析解决激光原理问题的能力。激光原理及应用的预修课程为高等数学、线性代数、数学物理方法和大学物理等基础课程，激光原理为后继课的学习和专业训练提供必要的准备，是高等学校光学工程类和光电信息类各专业学生的一门重要的必需专业课程。我校光电信息科学与工程专业的人才培养目标是要求本专业毕业生在光电信息科学与工程领域方向上具有宽厚的理论基础、扎实的专业基础知识、熟练的实验技能，并具有综合运用专业理论技术分析解决工程问题的基本能力。激光是本专业中应用最为基本、最普遍的工具之一，例如在光纤通信、光存储、激光切割、激光雷达等方面都起着至关重要的作用，为了培养出符合社会需求的应用型人才，就必须要学生掌握激光的基本知识和操作技能。特别强调物理概念的深入理解，为今后从事光电子方向和相关专业的教学和科研打下扎实的理论基础。该课程共分五章，包括激光的基本原理，开放式光腔和高斯光束，激光介质的增益线形和增益系数，激光器稳态振荡特性，激光器和技术。 本课程应先修《大学物理（电磁学、光学部分）》、《高等数学》、《线性代数》、《数学物理方法》等课程，同时它又是《半导体物理与器件》、《光电子技术》、《光电探测和信号处理》和《光电成像原理与技术》等课程的基础。 （二）基本原则 本课程主要围绕着提高学生知识、技能和思维等方面能力为目标，遵循“掌握原理”、“了解技术”的原则。“掌握原理”是指教学内容要符合物理学专业的培养目标的需要和满足物理学专业学生能力发展的需求。“了解技术”是指教学内容既要保持本课程在以后工作中的应用性和实践性，又要“重难点突出”，让学生了解激光器的广泛应用和使用中常用的技术。 （三）设计思路。 1.教学改革基本思路 本课程依据光电信息科学与工程专业人才培养的目标和规格，在目标设定、教学过程、课程评价和教学资源的开发等方面突出以学生为主体、教师为主导的思想，以提高学生理性思维能力、逻辑推理能力和实际应用能力为主要目标，把知识与技能，

激光原理与技术-北京理工大学--光电学院

《激光技术原理与实验》 课程代码： 课程名称：激光原理与技术实验 学分：3 学时：48 （其中实验学时：16） 先修课程：普通物理、物理光学 一、目的与任务 本课程是测控技术与仪器专业一门理论与实验并重的专业基础课，其教学目的是通过该课程理论部分的学习，使学生系统掌握激光的基本概念和基础理论，掌握各种类型激光器和基本激光技术的工作原理与设计方法，了解激光器件和激光技术领域的发展趋势和技术前沿。通过实验环节的锻炼，进一步加深对激光器和激光技术基本工作原理的理解，认识和熟悉常见激光器的基本构造、工作特性和调试方法，掌握激光器主要特性参数的测试方法，并学会使用激光实验研究常用的测试仪器。以期通过本课程的学习，培养学生理论联系实际、综合运用所学基础知识解决实际工程问题的能力。 二、教学内容及学时分配 理论部分 绪论（1学时） 第一章激光的物理基础（4学时） 1.激光的特性 2.光波模式和光子状态 3.原子的能级、分布和跃迁 4.激光产生的必要条件与充分条件 第二章场与物质的相互作用（4学时） 1.谱线加宽与线型函数 2.激光器的速率方程理论 3.均匀加宽工作物质的增益系数 4.非均匀加宽工作物质的增益系数 第三章光学谐振腔理论（5学时） 1.光学谐振腔的基本知识

2.光学谐振腔的损耗 3.光学谐振腔的稳定性条件 4.谐振腔的衍射积分理论 5.平行平面腔的自再现模 6.对称共焦腔的自再现模 7.一般稳定球面腔的模式特征 8.高斯光束 第四章激光器的工作特性（4学时） 1.连续激光器和脉冲激光器 2.激光振荡的阈值条件 3.激光器的振荡模式 4.激光器的输出特性 5.单模激光器的线宽极限 6.激光器的泵浦技术 第五章典型激光器（4学时） 1.概述 2.气体激光器 3.固体激光器 4.光纤激光器 5.半导体激光器 6.其他类型激光器 第六章激光调制技术（2学时） 1.调制的基本概念 2.电光调制 3.声光调制 4.直接调制 第七章调Q技术与锁模技术（4学时） 1.调Q技术的基本原理 2.常用的调Q技术

激光多普勒信号相位解调算法误差分析

DOI:10.16185/j.j https://www.360docs.net/doc/807411988.html,.2016.12.002 激光多普勒信号相位解调算法误差分析? 张雄星1,张梦娇1,杨宇祥2,王一伟1,王可宁1 (1.西安工业大学光电工程学院,西安710021;2.西安理工大学机械与精密仪器工程学院,西安710048) 摘一要:一为了分析激光多普勒测振仪位移测量精度误差的主要影响因素,采用了两次希尔伯 特变换求解附带直流偏置的激光多普勒信号的相位,推导了相位求解的误差传递函数.通过信 号发生器产生调频波,叠加不同强度的高斯白噪声模拟多普勒信号,针对振动频率1kHz,振 幅10λ,信噪比为0dB的多普勒信号,得出相位解调误差的标准差等于信号信噪比的倒数.研 究结果表明:当多普勒信号的信噪比高于10dB时,采用相位法计算目标位移精度较高;当多 普勒信号的信噪比低于-15.97dB时,采用相位法和条纹法计算目标位移精度相当. 关键词:一相位解调;多普勒信号;振动测量;Hilbert变换;误差分析 中图号:一O436一一一一文献标志码:一A文章编号:一1673-9965(2016)12-0954-05 Error Anal y sis of Phase Demodulation Al g orithm of Laser Do pp ler Si g nal Z HANG Xion g xin g1,Z HANG Men gj iao1,YANG Yuxian g2,WANG Wei1,WANG Kenin g1 (1.School of O p toelectronics En g ineerin g,Xi an Technolo g ical Universit y,Xi an710021,China; 2.School of Mechanical and Precision Instrument En g ineerin g,Xi an Universit y of Technolo gy,Xi an710048,China) Abstract:一In order to anal y ze the main influencin g factors of dis p lacement measurement accurac y error of laser Do pp ler vibrometer,a p hase demodulation al g orithm of two Hilbert transform is used to g et the p hase of a laser Do pp ler si g nal with a DC bias,and to derive the error transfer function of p hase solution. Do pp ler si g nal is simulated b y FM wave g enerated b y the si g nal g enerator,su p erim p osed Gaussian white noise of different intensit y.The correctness of the calculation error of p hase demodulation for is verified for the Do pp ler si g nal with vibration fre q uenc y of1kHz,am p litude of10λand si g nal to noise ratio of 0dB.Research results show:While the Do pp ler si g nal with SNR hi g her than10dB,the p recision is hi g her b y p hase method to calculate tar g et dis p lacement;While the Do pp ler si g nal SNR is lower than -15.97dB,the similar accurac y of tar g et dis p lacement is calculated b y p hase method and frin g e method. Ke y words:一p hase demodulation;do pp ler si g nal;vibration measurement;Hilbert transform;error anal y sis 一一激光多普勒技术可同时测量目标的速度和位移,具有较高的时间分辨率和空间分辨率[1-2].激光多普勒测量仪器分辨能力的上限受限于光电探测器的带宽,下限在硬件上受限于光电探测器和信号调理电路的噪声,软件上受限于所选用的多普勒信号解调算法.商用多普勒测振仪光电探测器的带宽 第36卷第12期 2016年12月一一一一一一一一一一一西一安一工一业一大一学一学一报 Journal of Xi an Technolo g ical Universit y一一一一一一一一一一Vol.36No.12 Dec.2016 ?收稿日期:2016-05-13 基金资助:陕西省教育厅2016年度专项科学研究计划项目(16JK1370) 作者简介:张雄星(1979-),男,西安工业大学讲师,主要研究方向为光电测试二仪器仪表测控技术. E-mail:zhan g xion g xin g@https://www.360docs.net/doc/807411988.html,. 万方数据

激光原理技术器件及应用

激光原理、技术、器件及应用 实验指导书

目录 激光扫描技术 (3) 氦—氖激光器 (6) 相位式激光测距原理 (8) CO 激光器 (11) 2

激光扫描技术 旋转多面镜扫描主要应用在激光高速扫描的情况。转镜扫描的最大特点是它 统来驱动。具有N Ψ=N 720度=N 4π弧度（N>2） 下面来介绍两种扫描形式转镜系统光路布置: 1. 入射型扫描 入射型扫描亦称为物空间扫 描.入射型扫描如图. 激光束经过扩束入射到旋转的转 镜上,而偏转的光束由一个透镜或 凹面镜聚焦到扫描平面上.值得注 意的是,扫描光斑轨迹在平面上, 所以,透镜设计应保证在接受平面 上聚焦成像时不产生大于设计要 求的像差.因为由图来看,光束经 过转镜扫描后会形成一个扇形非 匀速扫描平面,称为f-θ工作状态, 据此设计的透镜称为f –θ透镜. 这种透镜工作时能保证:平面聚焦, 在整个扫描范围内,聚焦光斑均匀,直径不变;在聚焦平面内光斑线形扫描(假设光束以均匀的角速度扫描入射);有一个足够大的视场. 2．出射型扫描 转镜扫描原理图

出射型扫描，也称为像空间扫描，这种扫描的特点是转镜位于扫描透镜之后，如图。 由于成像透镜位于转镜前，因此，入射到透镜上的光束是固定不动的，这样透镜设计就简单了。但出射型扫描的轨迹是一条曲线，曲线中心就是转镜表面上光斑的位置。一般来说，接收信号的存储介质是平面，所以我们往往选择大f 数，譬如f/50的透镜，这样，聚焦曲面的弦深会小于扫描光束的焦深，用平面型光电接收器接收时，光信号不会出现任何畸变。比较以上两种，本文建议在激光电视中采用前者，即入射型扫描。所以还需对其中的关键部件f -θ透镜进行一下说明。 设F-θ透镜焦距为f '，总扫描角度为2θ，扫描场的覆盖长度为L 。 在普通照相物镜中，如果校正了畸变，其像高为： H=f '.tg θ 将此式两边对时间微分得： dt dH =dt d f θθ2sec ' 可见，对等角速度偏转的入射光束在焦平面上的扫描速度不是一定的。 对F-θ透镜，为得到一定的扫描速度，像高必须为： H=f '.θ 这样： ωθ..f dt d f dt dH '='= 其中，ω是扫描元件恒定的角速度。这样即可实现在L=2H=2f '.θ范围内的等速扫描。这即是要求F-θ透镜故意产生正的畸变，当扫描角度θ增大时实际像高比几何光学确定的理想像高小，是它的θθtg /倍，其线畸变为： ? H=f '.tg θ-f '.θ=(f 'tg θθ-） 其相对畸变为： 100?-='θ θθtg tg T D % 故具有畸变像差量的透镜，对以等角速度偏转的入射光，在焦平面上的扫描速度就是等速的。由于此镜头的像高等于f '·θ，故常简称为F-θ透镜。

激光原理及应用实验讲义 -4个实验要点

实验一CO2激光器及激光扫描实验 一、实验目的 1、了解CO2激光器的工作原理及典型结构； 2、掌握CO2激光器的输出特性； 3、掌握CO2激光器的使用方法； 4、掌握激光扫描及F-Theta镜的工作原理。 二、实验器材 CO2激光管1支，激光电源1台，功率计1台，水冷系统1套，扫描系统1套，控制器1套，计算机1台 三、实验原理 1、CO2激光器工作原理 CO2激光器的工作气体是CO2、N2和He的混合气体。波长9-11um间，处于大气传输窗口（吸收小，2-2.5um;3-5um;8-14um）。利用同一电子态的不同振动态（对称、弯曲和反对称振动）的转动能级间的跃迁。 图1 CO2激光器典型结构 CO2激光器由工作气体、放电管、谐振腔和电源等组成。放电管大多采用硬质玻璃(如GG)制成，放电管的内径和长度变化范围很大。为了防止内部气压和气压比的变化而影响17 器件寿命，放电管外加有贮气管。为了防止发热而降低输出功率，加有水冷装置。激光器的 输出功率随着放电管长度加长而增大。 CO2激光器中与激光跃迁有关的能级是由CO2分子和N2分子的电子基态的低振动能级构成的。CO2振动模型如图1所示。 激光跃迁主要发生在0001→1000和0001→0200两个过程，分别输出10.6um和9.6um。 激光低能级100和020都可以首先通过白发辐射到达0l0，再次通过自发辐射到达基态000，但由于自发辐射的几率不大，远不如碰撞驰豫过程快，其主要的驰豫过程如图2。

分子反对称振动 CO 2 分子振动模型 图1 CO 2 图2 CO2分子能级跃迁过程 其中前两个过程进行得很快，而后两个过程进行得很慢，故分子堆积在010能级上，形成瓶颈效应，而使粒子数反转减小，特别是温度升高时，由热激发而使010能级上分子增加，造成粒子数反转的严重下降，甚至停振，最后一个式子中的M代表辅助气体。如果选择恰当的气体(常见的如H2O和H2)作为辅助气体，可促进010能级上分子的弛豫过程。另外由于010能级上的分子扩散到管壁上会引起消激发，这就使器件的管壁不能太粗。另外，为了增加气体的热导率，通过在气体中加入He气，可实现对放电管的冷却，同样使气体流动，都是降低温的好办法。 气体中一般还需要加入N2气，利用其v＝1能级与CO2分子的001能级相差较小，可以实现共振转移，选择性激励co2分子进入001态，特别由于N2气的v=1态不能通过自发

激光测振仪文献总结

1. 用于车载自主导航激光多普勒测速仪的初步研究 针对应用：用于车载导航系统，固体表面运动测速。 认为：激光多普勒测速精度高，空间分辨率好，动态响应快，测量范围大，非接触测量，是速度测速技术的重要发展方向。 绪论：已有测速方式比较，多普勒测速现状、原理、直接和外差。双光束差动模式、参考光模式及自混合光路结构比较，提出多点分层技术、Janus配置技术。理论：散斑场推出多普勒频移产生机理，根据散斑场随机过程推出固态散射面激光多普勒信号强度表达式，与聚焦光斑直径相关，据此分析信号强度、信噪比。根据条纹模型和粒子随机散射机理，模拟固体表面运动多普勒信号时域特征，分析固体表面特性（粒子尺寸及散射系数有关）影响。分析参考光模式中，信号光与参考光最佳匹配及失配下外差效率，分析光学参数影响。 信号处理分析： 误差分析：分析测量误差，提出控制措施，引入Cramer-Rao Lower Bound评估测量精度。 实验研究。 这篇文献介绍全面，思路清晰，理论分析较完整，针对固体表面测速，精度评估也是亮点，时间也较新（2011），选作总结模板。

绪论 激光问世→光学测量发展。1842多普勒→多普勒频移，1964 Yeh和Cummins水流粒子散射光频移→多普勒频移技术可以实现流速测量。现在LDV用于液体、气体流速测量成熟产品，而固体表面测速，表面粗糙不一，散射特性各异，环境影响，信号产生机理不完善。 背景： 惯性导航系统→线速度→三种方式：加速度计、全球定位系统、里程计。多普勒测速是重要发展方向：非接触、精度高、空间分辨率好、测速范围广、动态响应快、方向灵密度好可多维测量。 几种固体表面测速的光学非接触测试方法： （1）激光相关法：激光分两束相互平行，聚焦到固体被测物表面，间距h，两探测器接收两散射光信号，分析找到两随机相关信号之间的时间延迟σ，则运动速度为h/σ。 （2）双频激光干涉：双频激光器激光分成两束，一束直接拍频，另一路分出两频率，其中一频率用于测被测物并附加多普勒平移，利用角锥棱镜平行返回，同另一频率拍频，两组拍频信号处理得到运动速度。这能增强抗干扰能力，提高精度，但同时需要角锥棱镜不方便。（3）空间滤波测速：激光直接照在被测物，散射光将图像信号经接收物镜传到光栅（空间滤波器）上，再经聚焦透镜传至光电检测器。运动表面特征信息经光栅产生一定频率的输出信号，该频率与运动速度成正比。 （4）激光多普勒技术

激光原理与应用教案

激光原理与应用教案 一. 绪论 本节课教学目标： 让学生了解激光的历史，激光形成及发展、理论体系的形成。 让学生了解激光科学的分支及激光在军事、信息技术、医疗等方面的应用； 本节课教学内容： 1．激光的概念： 激光——利用受激辐射的光放大。 LASER——Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 2．激光的发现： 最早在1917年——Einstein首次预言受激辐射激光，历史上首先在微波波段实现量子放大（1953），1954年——C. H. Townes, I. P. Gorden, H. J. Zeiger 使用NH3分子射束实现Maser向更短波长进发——ammonia beam maser，1958年——A. L. Schawlow, C. H. Townes, A. M. PoxopoB提出将Maser原理推广到光波段——laser，1960年——T. H. Maiman of Bell Lab 红宝石首次实现laser l=6943? 红光（早期的名称：莱塞、光量子振荡器、光激射器受激光，“激光”——钱学森在1963年提出。61年中国（亚洲）第一台激光器诞生在长春（长春光机所和光机学院），由王之江院士发明。 激光科学技术发展的基础学科——光谱学，物理光学，固体物理，物质结构，无线电电子学。推动力——广阔的应用领域：核聚变，加工，热处理，通讯，测距，计量，医疗可调谐性和超短脉冲——高时间、空间分辨、能量分辨。3．激光与普通光源的区别？ （1）良好的单色性。单色性指光源发射的光波长范围很小，测距。 （2）良好的方向性。激光的光束几乎只沿着一个方向传输。测距，通信。（3）高亮度。激光功率集中在极小的空间范围内。切割，手术，军事。 （4）极好的相干性。各列波在很长的时间内存在恒定的相位差。精确测距。

激光原理及其应用简介

激光原理及其应用简介 内容摘要 继原子能、计算机、半导体之后，激光是上世纪人类的又一重大发明。早在1917年，著名物理学家爱因斯坦就发现了激光的原理，但直到1958年，激光才被首次成功制造。它一问世，即获得超乎寻常的飞快发展，不仅使古老的光学及其技术焕发青春，也生发了许多新兴的学科。激光正以特殊的方式深刻影响着人们生活。本文描述了激光的基本原理和特性，并在此基础上简单地介绍了激光技术在工业、信息、军事等几个领域内的重要应用及发展前景。 关键词：激光受激辐射粒子数反转相干性 一、激光发展史 激光技术的启蒙研究发展就完全印证了上面的话。最早对激光做出理论研究的人是爱因斯坦，1916年爱因斯坦提出受激辐射的概念，即处于高能级的原子受外来光子作用，当外来光子的频率与其跃迁频率恰好一致时，原子就会从高能级跃迁到低能级，并发射与外来光子完全相同的另一光子，新发出的光子不仅在频率方面与外来光子相一致，而且在发射方向、偏振态以及位相等方面均与外来光子相一致，因此，受激辐射具有相干性；在发生受激辐射时，一个光子变成了两个光子，利用这个特点，可实现光放大，并且能够得到自然条件下得不到的相干光。 受激辐射提出后，陆续有科学家进行研究。如1916-1930年间拉登堡及其合作者对氖的色散的研究并于1933年绘制出色散系数随放电带电流密度变化的曲线。1940年法布里坎特首先注意到了负吸收现象。这一阶段发展并不迅速。到了第二次世界大战之后，1947年兰姆和雷瑟夫指出通过粒子数反转可以受激辐射，从此激光理论的研究开始突破。1952年帕塞尔及其合作者实现了粒子数反转，观察到了负吸收现象。第二年，韦伯产生了利用受激辐射诱发原子或分子，从而放大电磁波的思想，进而提出了微波辐射器的原理。1957年斯科威尔实现了固体顺磁微波激射器。既然微波可以激发受激辐射，那么红外乃至可见光等也应该可以。1958年汤斯和肖洛发表了著名的“红外与光学激射器”一文，1959年汤斯提出了建造红宝石激光器的建议。终于1960年由休斯航空公司的莱曼建造出第一部可用的激光装置。（我国第一台红宝石激光器于15个月后的1961年8月建成。）从此人

激光原理与应用技术简介

目录 摘要 (1) 引言 (1) 1.激光特性简介 (1) 2.激光原理 (2) 2.1激光产生的物理基础 (2) 2.2激光产生的基本原理和方法 (5) 3.激光技术的应用 (8) 3.1激光技术在工业中的应用 (8) 3.2激光技术在医疗方面的应用 (10) 3.3激光技术在信息方面的应用 (11) 3.4激光技术在军事上的应用 (12) 4.结束语 (13) 参考文献 (14) 致谢 (15)

激光原理与应用技术简介 摘要：由于激光具有方向性好、亮度高、单色性好和高相干性的特点，激光被广泛应用于工业、医疗、信息、军事和其他一些领域。本文简要的介绍了激光的这四个特性，又在激光产生的物质基础和激光的基本原理与方法等方面做了主要介绍。文章最后从工业、医疗、信息、军事等领域论述了激光技术的重要应用及其发展前景。 关键词：激光；辐射；光学谐振腔；激光技术 The Introduction of Laser Principle and Application Technology Abstract：Because of its good direction, and high brightness, good color, high coherent, laser is now widely used in industrial, medical, information, military and several other areas. This paper briefly describes the four characteristics of it and then introduces the material foundation, basic principles and the methods of laser. It discusses the important application of laser technology and its development prospect from the field of industrial, medical, information, military and others in the latter half of this article. Key Words：Laser；Radiation；Optical Resonator；Laser Technology 引言 激光是上世纪最大的、也是最实用的发明，是与热核技术、半导体、电子计算机和航天技术相媲美的一个举世瞩目的重大科技成就。经过50多年的发展，激光的应用已经遍及科技、经济、军事和社会发展的许多领域，远远超出了人们原有的预想：激光针灸、激光裁剪、激光切割、激光焊接、激光淬火、激光唱片、激光测距仪、激光陀螺仪、激光铅直仪、激光手术刀、激光炸弹、激光雷达、激光枪、激光炮……，在不久的将来，激光肯定会有更广泛的应用。

激光原理技术与应用习题

习题I 1、He-Ne 激光器m μλ63.0≈，其谱线半宽度m μλ1210-≈?，问λλ/?为多少？要使其相干长度达到1000m ，它的单色性λλ/?应是多少？ 2、He-Ne 激光器腔长L=250mm ，两个反射镜的反射率约为98%，其折射率η=1，已知Ne 原子m μλ6328.0=处谱线的MHz F 1500=?ν，问腔内有多少个 纵模振荡？光在腔内往返一次其光子奉命约为多少？光谱线的自然加宽ν?约为多少？ 3、设平行平面腔的长度L=1m ，一端为全反镜，另一端反射镜的反射率90.0=γ，求在1500MHz 频率范围内所包含的纵模数目和每个纵模的频带宽度？ 4、已知CO 2激光器的波长m μλ60.10=处光谱线宽度MHz F 150=?ν，问 腔长L 为多少时，腔内为单纵模振荡（其中折射率η=1）。 5、Nd 3—Y AG 激光器的m μ06.1波长处光谱线宽度MHz F 51095.1?=?ν， 当腔长为10cm 时，腔中有多少个纵模？每个纵模的频带宽度为多少？ 6、某激光器波长m μλ7.0=，其高斯光束束腰光斑半径W 0=0.5mm 。 ①求距束腰10cm 、20cm 、100cm 时，光斑半径W(z)和波阵面曲率半径R(z)各为多少？ ②根据题意，画出高斯光束参数分布图。 7、He-Ne 激光器波长m μλ6328.0=，采用平凹腔，其中凹面反射镜R=100m 时： ①分别计算当腔长为10cm 、30cm 、50cm 、70cm 、100cm 时两个反射镜上光斑尺寸W 平和W 凹。 ②根据题意，画出光斑尺寸W 平和W 凹随腔长L 变化曲线。 8、比较激光振荡器和放大器的异同点。 9、试说明红宝石激光器的谱线竞争。 10、说明选单模（横、纵）的意义和方法。