第4部分 技术冲突及其解决原理

激光原理及技术习题答案

激光原理及技术部分习题解答（陈鹤鸣） 第一章 4. 为使氦氖激光器的相干长度达到1km, 它的单色性0/λλ?应当是多少？ 解：相干长度C c L υ = ?，υ?是光源频带宽度 85 3*10/3*101C c m s Hz L km υ?=== 22 510 8 (/) 632.8*3*10 6.328*103*10/c c c c nm Hz c m s λλυυυυλλλυλ-=??=?=???=?== 第二章 4. 设一对激光能级为2121,,E E f f =，相应的频率为υ，波长为λ，能级上的粒子数密度分别为21,n n ，求： （1）当3000,300MHz T K υ= =时，21/?n n = （2）当1,300m T K λμ= =时，21/?n n = （3）当211,/0.1m n n λμ= =时，温度T=？ 解： T k E E b e n 121 2 n -- = 其中1 2**E E c h E c h -= ?=λ ν λ h c h == ?*E （1）

（2） 10 * 425 .121 48 300 * 10 * 38 .1 10 10 *3 * 10 * 63 .6 1 223 6 8 34 ≈ = = = =- - - - - - - e e e n n T k c h b λ （3） K n n k c h b 3 6 23 8 34 1 2 10 * 26 .6 )1.0( ln * 10 * 10 * 8 .3 1 10 *3 * 10 * 63 .6 ln * T= - = - = - - - λ 9. 解：(1) 由题意传播1mm,吸收1%，所以吸收系数1 01 .0- =mm α (2) 0 1 01 100 366 0I . e I e I e I I. z= = = =- ? - α 即经过厚度为0.1m时光能通过36.6% 10.解：

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物理冲突分离原理解决问题实例分析 一、现代TRIZ提出的四条分离原理： 1.空间分离 2.时间分离 3.基于条件的分离 4.整体与部分的分离 二、分离原理及其实例 （一）空间分离原理 1.空间分离原理 所谓空间分离原理是将冲突双方在不同的空间分离，以降低解决问题的难度。当关键子系统冲突双方在某一空间只出现一方时，空间分离是可能的。应用该原理时，首先应回答如下问题： （1）是否冲突一方在整个空间中“正向”或“负向”变化？ （2）在空间中的某一处冲突的一方是否可不按以一个方向变化？ （3）如果冲突的一方可不按一个方向变化，利用空间分离原理是可能的。 2.分离原理与四十条发明原理的对应关系 ● 1.分割 ● 2.分离 ● 3.局部质量 ● 4.不对称 ●7.套装 ●13.反向 ●17.维数改变 ●24.中介物 ●26.复制 ●30.柔性壳体或薄膜 3.空间分离原理解决问题实例 （1）.自行车采用链轮与链条传动是一个采用空间分离原理的例子。在链轮与链条发明前，自行车存在两个物理冲突，其一为了高速行走需要一个直径大的车轮，为了乘坐舒适，需要一个小的车轮，车轮既要大又要小形成了物理冲突；其二骑车人既要快蹬脚蹬，以提高速度，又要慢瞪以感觉舒适。链条在空间上将链轮的运动传递给飞轮，飞轮驱动自行车后轮旋转；其次链轮直径大于飞轮，链轮以较慢的速度旋转将导致飞轮较快的旋转速度。因此，骑车人可以较慢的速度驱动脚蹬，自行车后轮将以较快的速度旋转，自行车车轮直径也可以较小。

（2）.潜水艇利用电缆拖着千米之外的声纳探测器，以在黑暗的海洋中感知外部世界的信息。被拖的声纳探测器与产生噪声海洋中感知外部世界的信息。（3）波音公司改进737设计过程中，出现的技术冲突为：即希望发动机吸入更多的空气，但又不希望发动机罩与地面的距离减少。将其转变为物理冲突：发动机罩的直径应该加大， 以吸人更多的空气，但机罩直径又不能太大防止路而和机罩的间距减少。利用空间分离原理来解决该物理冲突，可以将对称设计改为不对称设计。如图所示；（二）时间分离原理1. 时间分离原理所谓时间分离原理是待冲突双方在不同的时间段分离，以降低解决问题的难度。当关键子系统冲突双方在某一时间段只出现一方时，时间分离是可能的。应用该原理时，首先应回答如下问题：（1）是否冲突一方在整个时间段中“正向”或“负向”变化？（2）在时间段中的某一处冲突的一方是否可不按以一个方向变化？（3）如果冲突的一方可不按一个方向变化，利用时间分离原理是可能的。2. 时间原理与四十条发明原理的对应关系●9.预加反作用●10.预操作●11.预补偿●15.动态化●16.未达到或超过的作用 ●18.振动●19.周期性作用●20.有效作用的连续性●21.紧急行动●29.气压与液压结构●34. 抛弃与修复●37. 热膨胀

激光原理与技术习题

1.3 如果微波激射器和激光器分别在λ＝10μm ，＝5×10－ 1μm 输出1W 连续功率，试问每秒钟从激光上能级向下能级跃迁的粒子数是多少？ 解：若输出功率为P ，单位时间内从上能级向下能级跃迁的粒子数为n ，则： 由此可得： 其中346.62610J s h -=??为普朗克常数， 8310m/s c =?为真空中光速。 所以，将已知数据代入可得： =10μm λ时： 19-1=510s n ? =500nm λ时： 18-1=2.510s n ? =3000MHz ν时： 23-1=510s n ? 1.4设一光子的波长＝5×10－ 1μm ，单色性λ λ ?＝10－ 7，试求光子位置的不确定量x ?。若光子的波长变为5×10－ 4μm （x 射线）和5 ×10 －18 μm （γ射线），则相应的x ?又是多少 m m x m m m x m m m x m h x h x h h μμλμμλμλλμλλ λλλλλλλλ 11171863462122 1051051051051051051055/105////0 /------?=?=???=?=?=???=?==?=???=?=?P ≥?≥?P ??=P?=?P =?P +P?=P 1.7如果工作物质的某一跃迁波长为100nm 的远紫外光，自发跃迁几率A 10等于105S － 1，试问：（1）该跃迁的受激辐射爱因斯坦系数B 10是多少？（2）为使受激跃迁几率比自发跃迁几率大三倍，腔内的单色能量密度ρ应为多少？ c P nh nh νλ==P P n h hc λ ν= =

1.8如果受激辐射爱因斯坦系数B10＝1019m3s－3w－1，试计算在（1）λ＝6 m（红外光）；（2）λ＝600nm（可见光）；（3）λ＝60nm（远紫外光）；（4）λ＝0.60nm（x射线），自发辐射跃迁几率A10和自发辐射寿命。又如果光强I＝10W/mm2，试求受激跃迁几率W10。 2.1证明，如习题图2.1所示，当光线从折射率η1的介质，向折射率为η2的介质折射时，在曲率半径为R的球面分界面上，折射光线所经受的变换矩阵为 其中，当球面相对于入射光线凹（凸）面时，R取正（负）值。 习题

激光原理与技术习题一

《激光原理与技术》习题一 班级 序号 姓名 等级 一、选择题 1、波数也常用作能量的单位，波数与能量之间的换算关系为1cm -1 = eV 。 （A ）1.24×10-7 (B) 1.24×10-6 (C) 1.24×10-5 (D) 1.24×10-4 2、若掺Er 光纤激光器的中心波长为波长为1.530μm ，则产生该波长的两能级之间的能量间 隔约为 cm -1。 （A ）6000 (B) 6500 (C) 7000 (D) 10000 3、波长为λ=632.8nm 的He-Ne 激光器，谱线线宽为Δν=1.7×109Hz 。谐振腔长度为50cm 。假 设该腔被半径为2a=3mm 的圆柱面所封闭。则激光线宽内的模式数为 个。 （A ）6 (B) 100 (C) 10000 (D) 1.2×109 4、属于同一状态的光子或同一模式的光波是 . (A) 相干的 (B) 部分相干的 (C) 不相干的 (D) 非简并的 二、填空题 1、光子学是一门关于 、 、 光子的科学。 2、光子具有自旋，并且其自旋量子数为整数，大量光子的集合，服从 统计分布。 3、设掺Er 磷酸盐玻璃中，Er 离子在激光上能级上的寿命为10ms ，则其谱线宽度为 。 三、计算与证明题 1．中心频率为5×108MHz 的某光源，相干长度为1m ，求此光源的单色性参数及线宽。 2．某光源面积为10cm 2，波长为500nm ，求距光源0.5m 处的相干面积。 3．证明每个模式上的平均光子数为 1 )/ex p(1 kT hv 。

《激光原理与技术》习题二 班级 姓名 等级 一、选择题 1、在某个实验中，光功率计测得光信号的功率为-30dBm ，等于 W 。 （A ）1×10-6 (B) 1×10-3 (C) 30 (D) -30 2、激光器一般工作在 状态. (A) 阈值附近 (B) 小信号 (C) 大信号 (D) 任何状态 二、填空题 1、如果激光器在=10μm λ输出1W 连续功率，则每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数 是 。 2、一束光通过长度为1m 的均匀激励的工作物质。如果出射光强是入射光强的两倍，则该物 质的增益系数为 。 三、问答题 1、以激光笔为例，说明激光器的基本组成。 2、简要说明激光的产生过程。 3、简述谐振腔的物理思想。 4、什么是“增益饱和现象”？其产生机理是什么？ 四、计算与证明题 1、设一对激光能级为2E 和1E (设g 1=g 2)，相应的频率为ν(波长为λ)，能级上的粒子数密度分 别为2n 和1n ，求 (a) 当ν=3000MHz ，T=300K 时，21/?n n = (b) 当λ=1μm ，T=300K 时，21/?n n = (c) 当λ=1μm ，21/0.1n n =时，温度T=？ 2、设光振动随时间变化的函数关系为 （v 0为光源中心频率）， 试求光强随光频变化的函数关系，并绘出相应曲线。 ? ??<<=其它,00),2exp()(00c t t t v i E t E π

什么是技术冲突,列举生活中的技术冲突

发明问题与创新理论作业 班级：机械 姓名： 学号：200907 1、什么是技术冲突？列举生活中遇到的技术冲突。 答：着市场竞争的日益加剧，对产品开发速度的要求越来越快。技术系统的进化速度已成为现代经济竞争的焦点。与10年前相比，一方面，新产品占有市场的进程正在加快，而新产品成为老产品的市场寿命也在缩短。花费较长时间开发新产品既是陈旧的观念，又是竞争中被淘汰的潜在危机.另一方面，许多设计人员只知提高产品的性能，但不知提高产品的级别。面对产品一个特征参数的改进带来对另一特征参数产生的负面影响所引起的技术冲突，设计人员只能按照传统的设计方法，采用折衷法解决设计中的冲突，但折衷解通常不是创新解。因此设计人员不知或不会同时满足冲突双方需求的解法是造成上述局面的关键。 在新产品或工艺的开发策略中，TRIZ是当今世界公认的正确、高效的技术创新理论，TRIZ是俄文缩写，即TIPS(theory of inventive problem solving)—发明问题解决理论，由前苏联著名发明家G. Altshuller创立，其核心是技术系统进化原理。根据TRIZ理论，技术系统进化速度将随一般冲突的解决而降低，使其产生突变的唯一方法是解决阻碍技术系统进化的深层次冲突。 生活中技术冲突的例子：现实生活中虽然有毯子，但毯子都不会飞的，原因是由于地球引力，毯子具有重量，而毯子比空气重。那么在什么条件下毯子可以飞翔? 我们可以施加向上的力，或者让毯子的重量小于空气的重量，或者希望来自地球的重力不存在。如果我们分析一下毯子及其周围的环境，会发现这样一些可以利用的资源，如空气中的中微子流、空气流、地球磁场、地球重力场、阳光等，而毯子本身也包括其纤维材料，形状、质量等。那么利用这些资源可以找到一些让毯子飞起来的办法，比如毯子的纤维与中微子相互作用可使毯子飞翔，在毯子上安装提供反向作用力的发动机，毯子在没有来自地球重力的宇宙空间，毯子由于下面的压力增加而悬在空中（气垫毯），利用磁悬浮原理，或者毯子比空气轻。这些办法有的比较现实，但有的仍然看似不可能，比如毯子即使很轻，但也比空气重，对这一点我们还可以继续分析。比如毯子之所以重是因为其材料比空气重，解决的办法就是采用比空气轻的材料制作毯子，或者毯子象空中的尘埃微粒一样大小，等等。 2、试用40个创新原理中的“分离原理”解决生活中遇到的问题. 答：手机万能充的发明,在手机试用的初期大部分都是是用直冲，没个手机用一个充电器充电的时候手机没法随声携带使用，通过40个创新原理中的“分离理论”将手机的充电环节分离，用万能充取代手机来给手机电池充电。两个电池循环使用，于是就解决了手机充电与使用之间的矛盾。

激光原理与技术习题一样本

《激光原理与技术》习题一 班级序号姓名等级 一、选择题 1、波数也常见作能量的单位, 波数与能量之间的换算关系为1cm-1 = eV。 ( A) 1.24×10-7 (B) 1.24×10-6 (C) 1.24×10-5 (D) 1.24×10-4 2、若掺Er光纤激光器的中心波长为波长为1.530μm, 则产生该波长的两能级之间的能量 间隔约为 cm-1。 ( A) 6000 (B) 6500 (C) 7000 (D) 10000 3、波长为λ=632.8nm的He-Ne激光器, 谱线线宽为Δν=1.7×109Hz。谐振腔长度为50cm。 假设该腔被半径为2a=3mm的圆柱面所封闭。则激光线宽内的模式数为个。 ( A) 6 (B) 100 (C) 10000 (D) 1.2×109 4、属于同一状态的光子或同一模式的光波是 . (A) 相干的 (B) 部分相干的 (C) 不相干的 (D) 非简并的 二、填空题 1、光子学是一门关于、、光子的科学。 2、光子具有自旋, 而且其自旋量子数为整数, 大量光子的集合, 服从统计分布。 3、设掺Er磷酸盐玻璃中, Er离子在激光上能级上的寿命为10ms, 则其谱线宽度 为。 三、计算与证明题 1．中心频率为5×108MHz的某光源, 相干长度为1m, 求此光源的单色性参数及线宽。

2．某光源面积为10cm 2, 波长为500nm, 求距光源0.5m 处的相干面积。 3．证明每个模式上的平均光子数为 1 )/ex p(1-kT hv 。 《激光原理与技术》习题二 班级 姓名 等级 一、 选择题 1、 在某个实验中, 光功率计测得光信号的功率为-30dBm, 等于 W 。 ( A) 1×10-6 (B) 1×10-3 (C) 30 (D) -30 2、 激光器一般工作在 状态. (A) 阈值附近 (B) 小信号 (C) 大信号 (D) 任何状态 二、 填空题 1、 如果激光器在=10μm λ输出1W 连续功率, 则每秒从激光上能级向下能级跃迁的粒子数 是 。 2、 一束光经过长度为1m 的均匀激励的工作物质。如果出射光强是入射光强的两倍, 则该物 质的增益系数为 。 三、 问答题 1、 以激光笔为例, 说明激光器的基本组成。 2、 简要说明激光的产生过程。 3、 简述谐振腔的物理思想。 4、 什么是”增益饱和现象”? 其产生机理是什么? 四、 计算与证明题 1、 设一对激光能级为2E 和1E (设g 1=g 2), 相应的频率为ν(波长为λ), 能级上的粒子数密度 分别为2n 和1n , 求 (a) 当ν=3000MHz , T=300K 时, 21/?n n =

《激光原理及技术》1-4习题问题详解

激光原理及技术部分习题解答（鹤鸣） 第一章 4. 为使氦氖激光器的相干长度达到1km, 它的单色性0/λλ?应当是多少？ 解：相干长度C c L υ = ?，υ?是光源频带宽度 85 3*10/3*101C c m s Hz L km υ?=== 22 510 8 (/) 632.8*3*10 6.328*103*10/c c c c nm Hz c m s λλυυυυλλλυλ-=??=?=???=?== 第二章 4. 设一对激光能级为2121,,E E f f =，相应的频率为υ，波长为λ，能级上的粒子数密度分别为 21,n n ，求： （1）当3000,300MHz T K υ= =时，21/?n n = （2）当1,300m T K λμ= =时，21/?n n = （3）当211,/0.1m n n λμ= =时，温度T=？ 解： T k E E b e n 121 2 n --= 其中1 2**E E c h E c h -=?=λ ν λ h c h == ?*E （1） （2）010*425.12148300 *10*38.11010*3* 10 *63.61 2 236 8 34 ≈====--- ----e e e n n T k c h b λ

（3） K n n k c h b 3 6 238341 210*26.6)1.0(ln *10*10*8.3110*3*10*63.6ln *T =-=-=---λ 9. 解：(1) 由题意传播1mm,吸收1%，所以吸收系数101.0-=mm α (2) 010010100003660I .e I e I e I I .z ====-?-α 即经过厚度为0.1m 时光能通过36.6% 10. 解： m /..ln .G e .e I I G .Gz 6550314 013122020===?=?

技术冲突解决基本知识

技术冲突解决原理 23. 反馈 1)引入反馈以改善过程或动作。如音频电路中的自动音量控制；加工中心自动检测装置。 2)如果反馈已经存在，改变反馈控制信号的大小或灵敏 度。如飞机接近机场时，改变自动驾驶系统的灵敏度。 例6-23 轧机钢板厚度控制(图6-23) 控制被轧钢板的厚度，重要的是控制钢板温度。最终的 厚度是温度和接近辊子的板的厚度共同作用的结果。 建议使用“反馈”控制输出厚度。可以将接近辊子的钢板的厚度与加热器(电子枪)电子束的进给速度结合起来，电子束通过钢板被传感器监控。钢板越厚，接收到的辐射密度越低。那么发信号降低电子束的进给速度以增加钢板的温度。这种反馈控制改善了输出厚度的精度。 24. 中介物 1)使用中介物传递某一物体或某一种中间过程。如机械传动中的惰轮。 2)将一容易移动的物体与另一物体暂时接 合。如机械手抓取重物并移动该重物到另一处。 例6-24 抗磨喷嘴(图6-24) 当一种研磨剂喷射器加速到高速时，喷嘴很图6-23 轧机控制 电子枪 传感器 辊子 被轧板 反馈 图6－24 抗磨喷嘴 同轴孔 气流 喷嘴

快就会被磨损。 建议应用中介物原理来减小喷嘴的磨损。可以引进空气介质流来加速研磨剂。这些空气流，通过同轴孔(在喷嘴延长块中)流动，不仅加速了研磨剂而且保护了喷嘴壁少受磨损。 快捷信封 应用背景：文具店出售信封的样式如图1，不同大小和格式的信件或文档有与之相匹配的信封。大页面的文件可用比其稍大些的信封封装以便拆开。人们往往认为撕开胶粘的信封是很快捷方便的，但是，这种方法通常会把信封内的文件撕坏或使信封开口变粗糙。当然,如果借助某种辅助工具如剪刀且在剪开前抖动信封，就可既不损坏文件又获得好看的开口。但是，该方法给用户带来了不便。因此，设计一种能又快又可靠地拆开的信封很有必要。 图1.常用信封样式 有何经济效益和社会效益：新的设计方案使拆信简单方便，为用户节约了时间，在不损坏文件的同时获得美观的信封开口。 问题描述：怎样用最少的时间安全快捷地取出信封内的文件或资料。

激光原理与技术09级A卷含答案

题号一二三四总分阅卷人 得分 得分 2011 ─2012学年 第 2 学期 长江大学试卷 院（系、部） 专业 班级 姓名 学号 …………….……………………………. 密………………………………………封………………..…………………..线…………………………………….. 《 激光原理与技术 》课程考试试卷( A卷)专业：应物 年级2009级 考试方式：闭卷 学分4.5 考试时间：110 分钟相关常数：光速：c=3×108m/s, 普朗克常数h =6.63×10-34Js, 101/5=1.585 一、选择题 (每小题 3 分，共 30 分) 1. 掺铒光纤激光器中的发光粒子的激光上能级寿命为10ms ，则其自 发辐射几率为 。 （A ）100s -1 (B) 10s -1 (C) 0.1s -1 (D) 10ms 2. 现有一平凹腔R 1→∞，R 2=5m ，L =1m 。它在稳区图中的位置是 。(A) (0, 0.8) (B) (1, 0.8) (C) (0.8, 0) (D) (0.8, 1) 3. 图1为某一激光器的输入/输出特性曲线，从图上可以看出，该激光器的斜效率约为 。

(A) 10% (B) 20% (C) 30% (D) 40% 图1 图2 4．图2为某一激光介质的吸收与辐射截面特征曲线，从图上可以看出，该激光介质可用来产生 的激光。

得 分 (A) 只有1532 nm (B)只能在1532 nm 附近 (C) 只能在1530 nm-1560nm 之间 (D) 1470 nm-1570nm 之间均可 A 卷第 1 页共 6 页 5. 电光晶体具有“波片”的功能，可作为光波偏振态的变换器，当晶体加上V λ/2电场时，晶体相当于 。 （A ）全波片 (B) 1/4波片 (C) 3/4波片 (D) 1/2波片 6. 腔长3m 的调Q 激光器所能获得的最小脉宽为 。（设腔内介质折射率为1） （A ）6.67ns (B) 10ns (C) 20ns (D) 30ns 7. 掺钕钇铝石榴石（Y 3Al 5O 12）激光器又称掺Nd 3+:YAG 激光器，属四能级系统。其发光波长为 。 （A ） 1.064μm （B ）1.30μm （C ） 1.55μm （D ）1.65μm 8. 在采用双包层泵浦方式的高功率光纤放大器中，信号光在 中传输。 （A ） 纤芯 （B ）包层 （C ）纤芯与包层 （D ）包层中（以多模） 9. 脉冲透射式调Q 开关器件的特点是谐振腔储能调Q ，该方法俗称 。 （A ）漂白 （B ）腔倒空 (C ）锁模 （D ）锁相 10. 惰性气体原子激光器，也就是工作物质为惰性气体如氩、氪、氙、氖等。这些气体除氙以外增益都较低，通常都使用氦气作为辅助气体，借以 。 (A ）降低输出功率 (B ）提高输出功率 C ）增加谱线宽度 （D ）减小谱线宽度 二、填空题 (每小题 3 分，共 30 分) 1. 在2cm 3空腔内有一带宽为1×10-4μm ，波长为0.5μm 的跃迁，此跃迁的频率范围是 120 GHz 。 2. 稳定球面腔与共焦腔具有等价性，即任何一个共焦腔与无穷多个稳定

技术冲突解决原理之欧阳家百创编

技术冲突解决原理 欧阳家百（2021.03.07） 23. 反馈 1)引入反馈以改善过程或动作。如音频电路中的自 动音量控制；加工中心自动检测装置。 2)如果反馈已经存在，改变反馈控制信 号的大小或灵敏度。如飞机接近机场时， 改变自动驾驶系统的灵敏度。 例6-23 轧机钢板厚度控制(图6-23) 控制被轧钢板的厚度，重要的是控制钢板温度。最终的厚度是温度和接近辊子的板的厚度共 同作用的结果。 建议使用“反馈”控制输出厚度。可以将接近辊子的 钢板的厚度与加热器(电子枪)电子束的进给速度结合 起来，电子束通过钢板被传感器监控。钢板越厚，接 收到的辐射密度越低。那么发信号降低电子束的进给 速度以增加钢板的温度。这种反馈控制改善了输出厚 度的精度。 图6-23 轧机控制 电子枪 传感器 辊子 被轧板 反馈

24. 中介物 1)使用中介物传递某一物体或某一种中间过程。如 机械传动中的惰轮。 2)将一容易移动的物体与另一 物体暂时接合。如机械手抓取重物 并移动该重物到另一处。 例6-24 抗磨喷嘴(图6-24) 当一种研磨剂喷射器加速到高 速时，喷嘴很快就会被磨损。 建议应用中介物原理来减小喷嘴的磨损。可以引 进空气介质流来加速研磨剂。这些空气流，通过同轴 孔(在喷嘴延长块中)流动，不仅加速了研磨剂而且保 护了喷嘴壁少受磨损。 快捷信封 应用背景：文具店出售信封的样式如图1，不同大小和格式的信件或文档有与之相匹配的信封。大页面的文件可用比其稍大些的信封封装以便拆开。人们往往认为撕开胶粘的信封是很快捷方便的，但是，这种方法通常会把信封内的文件撕坏或使信封开口变粗糙。当然,如果借助某种辅助工具如剪刀且在剪开前抖动信封，就可既不损坏文件又获得好看的开口。但是，该方法给用户带来了不便。因此，设计一种能又快又可靠地拆开的信封很有必要。 图6－24 抗磨喷嘴 同轴孔 气流 喷嘴

第六章物理矛盾及解决方法

我们首先来看阿奇舒勒的矛盾矩阵。 阿奇舒勒矛盾矩阵由39个通用工程参数和40个创新原理构成，矛盾矩阵第一列表示改进的参数，第一行表示恶化的参数，共有39*39个小格子，每一个小格子代表一个工程矛盾（具体说明），非对角线上小格子所表达的矛盾为技术矛盾。该矛盾由对应小格子里所提供的创新原理解决（具体说明）。 需要说明： 1、不同的矛盾提供原理数不一样（1、 2、 3、4），尽可能应用所提供的创新原理解决问题，否则你定义的矛盾有问题； 2、如果非对角线上小格子里面没有数字，表明该矛盾在实际工程中不存在； 3、对角线上小格子里面没有数字，并不表示不存在矛盾，而是另一类矛盾。 我们知道，技术矛盾是两个参数之间形成的矛盾，即当一个参数改进时，引起另一个参数的恶化；当我们用同样的方式描述对角线上小格子所表达的矛盾时，应该是“当一个参数改进时，又引起该参数的恶化”，也就是说，对角线上小格子对应的正反两个参数是一个参数，说明这些参数自身产生了矛盾，这样的矛盾称物理矛盾。例如，笔记本携带时应该小点，使用时应该大点，对笔记本的尺寸相反的要求就构成了物理矛盾。本章研究物理矛盾及其解决方法。 幻灯片2

§1 物理矛盾的定义 ?物理矛盾的定义： ?当一个技术系统中对同一个参数具有相互 排斥(相反的或是不同的)需求时，所产生的 矛盾称为物理矛盾。 对于技术系统的元素，物理矛盾有以下三种情况： 第一种情况，这个元素是通用工程参数，不同的设计条件对它提出了完全相反的要求，例如：对于建筑领域，墙体的设计应该有足够的厚度以使其坚固，同时墙体又要尽量薄以使建筑进程加快并且总重比较轻。建筑结构的材料密度应接近零以使其轻便，同时材料密度也应该足够高以使其具有一定的承重能力。另外还有：温度既要高又要低；尺寸既要长又要短；材质既要软又要硬等等。 第二种情况，这个元素是通用工程参数，不同的工况条件对它有着不同(并非完全相反)的要求，例如：灯泡的功率既要是25瓦，又要是100瓦；一个工件的形状，既要是直的，又要是弯的等等。 第三种情况，这个元素是非工程参数，不同的工况条件对它有着不同的要求，例如：冰箱的门既要经常打开，又要经常保持关闭；道路上既要有十字路口，又要没有十字路口。 幻灯片4

激光原理与技术

激光的特性：方向性好、单色好、相干性好、亮度高。由于谐振腔对 光振荡方向的限制，激光只有沿腔轴方向受激辐射才能振荡放大，所以激光具有很高的方向性。半导体激光器的方向性最差。衍射极限θm≈1.22λ D (λ为波长，D为光束直径)；激光是由原子受激辐射而产生，因而谱线极窄，所以单色性极好。单模稳频气体激光器的单色性最好，半导体激光器的单色性最差；激光是通过受激辐射过程形成的，其中每个光子的运动状态（频率、相位、偏振态、传播方向）都相同，因而是最好的相干光源。激光是一种相干光这是激光与普通光源最重要的区别；激光的高方向性、单色性等特点，决定了它具有极高的单 色定向亮度。相干性包括时间相干和空间相干，有时用相干长度L C=C ?V 来表示相干时间。自发辐射：处于高能级E2的原子自发地向低能级跃迁，并发射出一个能量为hv=E2?E1的光子，这个过程称为自发跃迁。 自发辐射跃迁概率（自发跃迁爱因斯坦系数）A21=（dn21 dt ） sp 1 n2 = ?1 n2dn2 dt （n2为E2能级总粒子数密度；dn21为dt时间内自发辐射跃迁 粒子数密度）；受激辐射：在频率为v=(E2?E1)/h的光照激励下，或在能量为hv=E2?E1的光子诱发下，处于高能级E2上的原子可能跃迁到低能级E1，同时辐射出一个与诱发光子的状态完全相同的光子，这 个过程称为受激辐射跃迁W21=（dn21 dt ） st 1 n2 =?1 n2 dn2 dt 。受激辐射跃 迁与自发辐射跃迁的区别在于，它是在辐射场（光场）的激励下产生的，因此，其月前概率不仅与原子本身的性质有关，还与外来光场的单色能量密度ρv成正比，W21=B21ρv，B21称为爱因斯坦系数；受激吸收：处于低能级E1的原子，在频率为v的光场作用（照射）下，吸收

激光原理与技术试题答案

2006-2007学年 第1学期 《激光原理与技术》B 卷 试题答案 1．填空题(每题4分)[20] 激光的相干时间τc 和表征单色性的频谱宽度Δν之间的关系为___1c υτ?= 一台激光器的单色性 为5x10-10，其无源谐振腔的Q 值是_2x109 如果某工作物质的某一跃迁波长为100nm 的远紫外光，自发跃迁几率A 10等于105 S -1，该跃迁的受激辐射爱因斯坦系数B 10等于_____6x1010 m 3s -2J -1 设圆形镜共焦腔腔长L=1m ，若振荡阈值以上的增益线宽为80 MHz ，判断可能存在_两_个振荡频率。 对称共焦腔的 =+)(2 1 D A _-1_，就稳定性而言，对称共焦腔是___稳定_____腔。 2. 问答题(选做4小题，每小题5分)[20] 何谓有源腔和无源腔？如何理解激光线宽极限和频率牵引效应？ 有源腔：腔内有激活工作物质的谐振腔。无源腔：腔内没有激活工作物质的谐振腔。 激光线宽极限：无源腔的线宽极限与腔内光子寿命和损耗有关：122' c R c L δ υπτπ?= = ；有源腔由于受到自发辐射影响，净损耗不等于零，自发辐射的随机相位造成输出激光的线宽极限 220 2()t c s t out n h n P πυυυ?= ?。 频率牵引效应：激光器工作物质的折射率随频率变化造成色散效应，使得振荡模的谐振频率总是偏离无源腔相应的模的频率，并且较后者更靠近激活介质原子跃迁的中心频率。这种现象称为频率牵引效应。 写出三能级和四能级系统的激光上能级阈值粒子数密度，假设总粒子数密度为n ，阈值反转粒子数密度为 n t. 三能级系统的上能级阈值粒子数密度22 t t n n n += ；四能级系统的上能级阈值粒子数密度2t t n n ≈。 产生多普勒加宽的物理机制是什么？ 多普勒加宽的物理机制是热运动的原子（分子）对所发出（或吸收）的辐射的多普勒频移。 均匀加宽介质和非均匀加宽介质中的增益饱和有什么不同？分别对形成的激光振荡模式有何影响？ 均匀加宽介质：随光强的增加增益曲线会展宽。每个粒子对不同频率处的增益都有贡献，入射的强光不仅使自身的增益系数下降，也使其他频率的弱光增益系数下降。满足阀值条件的纵模

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

激光原理与技术课程内容概要

各章内容总结 第1章 1.光的波粒二相性，光子学说 光是由一群以光速 c 运动的光量子（简称光子）所组成 2三种跃迁过程（自发辐射、受激辐射 和受激吸收） ? 3.自发辐射和受激辐射的本质区别？ ? 4.在热平衡状态下，物质的粒子数密度按能级分布规律（正常分布） ? 5.激光产生的必要条件:实现粒子数反转分布 ? 6.激光产生的阈值条件：增益大于等于损耗 ? 7.激光的特点？ ? (1)极好的方向性（θ≈10-3rad) ? (2)优越的单色性(Δν=3.8*108Hz,是单色 性最好的普通光源的线宽的105倍. ? (3)极好的相干性(频率相同,传播方向同,相位差恒定) ? (4)极高的亮度 ? 8激光器构成及每部分的功能 1激光工作物质 提供形成激光的能级结构体系，是激光产生的内因 νh E =λνc h c h c E m ///2 2===

2.）泵浦源 提供形成激光的能量激励，是激光形成的外因 3.）光学谐振腔 ①提供光学正反馈作用 ②控制腔内振荡光束的特性 9.激光产生的充分条件(在增益介质的有效长度内光强可以从微小信号增长到饱和光强) 10.饱和光强 定义:使激光上能级粒子数减小为小信号值的1/2时的光强为饱和光强. 11.谱线加宽的分类: 均匀加宽和非均匀加宽 两种加宽的本质区别？ 12激光器泵谱技术的分类: 直接泵谱 缺点：（49页） 间接泵谱:分为自上而下、自下而上和横向转移三中方式) u u u u S h A c h I τσντνπν1122 8==)211(2121111τττπν++++=?∑∑u j j i ui H A A N D M T Mc kT 072/120)1016.7(])2(ln 2[2ννν-?==?

物理矛盾和技术矛盾

物理矛盾和技术矛盾 任何产品都具有一个或多个功能，如：汽车具有运输、牵引等功能，手机具有通话、上网、拍照等功能，铅笔具有书写、绘画等功能……可以说：产品是多种功能的复合载体，为了实现这些功能（即产品应当具有与其相关的性能），产品就要由多个零部件（且相互关联）组成。为了提高产品的市场竞争力，需要根据市场需求不断地对产品的某个或某些性能进行改进或创新设计。当改变某个零部件的设计，即提高产品某方面的性能时，可能会影响到与被改进零部件相关联的零部件，结果就可能导致产品的另一方面的性能受到影响。如果由于改进而产生的影响是负面影响，则改进设计就出现了矛盾。因此可以说，创新设计要做的工作就是解决改进设计过程中的各种矛盾，将主要工作聚焦于“矛盾”这一焦点上。 TRIZ将矛盾分为两类：物理矛盾（PhysicalContradictions）和技术矛盾（TechnicalContradictions）。 物理矛盾 物理矛盾是TRIZ研究的主要问题之一。它是指为了实现某种功能，一个子系统或元件应具有一种特性，但同时出现了与该特性相反的特性。物理矛盾的核心是指对一个物体或系统中的一个子系统有相反的、矛盾的要求。 例如：为了便于加速并降低加速时的油耗，汽车的底盘应有较小的重量，但为了保证高速行驶时汽车的安全，底盘又应有较大的重量，这种要求底盘同时具有大重量和小重量的情况，对于汽车底盘的设计来说就是物理矛盾，解决该矛盾是汽车底盘设计的关键。 物理矛盾的两种表现： ①一个子系统中有害性能降低的同时导致该子系统中有用性能的降低； ②一个子系统中有用性能增强的同时导致该子系统中有害性能的增强。 物理矛盾的解决原理物理矛盾的解决一直是TRIZ理论研究的重要内容。TRIZ理论的创始人———G.S.Altshuller提出了包含有矛盾特性的空间分离、矛盾特性的时间分离、通过物理作用及化学反应使物质从一种状态过渡到另一种状态等11种解决原理。正确、科学地应用这些原理我们就可以逐步实现对物理矛盾的深入分析和标准化，最终实现物理矛盾的解决。 技术矛盾 技术矛盾是指一个作用同时产生有用及有害两种效应，也可指有用效应的引入或有害效应的消除导致一个或几个子系统变坏。技术矛盾常表现为一个系统中两个子系统之间的矛盾，而且总是涉及到两个基本参数：当其中一个得到改进时，另一个变得更差。 技术矛盾通常有以下三种表现： ①一个子系统中引入一种有用性能后，导致另一个子系统产生一种有害性能，或增强了已存在的有害性能； ②一种有害性能导致另一个子系统有用性能的变化； ③有用性能的增强或有害性能的降低使另一个子系统或系统变得更加复杂。

《激光原理与技术》概念

激光器的组成包括：工作物质、谐振腔和泵浦系统 根据光束几何逸出损耗的高低，谐振腔分为：稳定腔、非稳定前和临界腔 激光器按泵浦方式可以分为：连续激光器和脉冲激光器按工作物质的状态：固体、气体、半导体和光纤按输出方式：连续、脉冲 激光器谐振腔的损耗类型有：几何偏振损耗、衍射损耗、腔镜反射不完全引起的损耗和固有损耗 如果初始光强为I0，在无源腔内往返一周后光强衰减到I1，则平均单程损耗因子δ的定义式为δ=1/2ln（I0/I1） 经过理想光学系统的无像差的光学系统后光腰尺寸和远场发散角的乘积不变。对基模高斯光束，ω0θ0=2λ/π 常用的主动调Q方法有：转镜调Q、电光调Q、声光调Q，饱和吸收调Q被称为被动调Q 激光的工作物质包括晶体、玻璃、气体半导体、液体、自由电子等数百种之多。激励方式有光激励、放电激励、电激励、热激励、核激励等 驻波条件：达到谐振时，腔的光学长度应为半波长的整数倍。满足此条件的平面驻波场称为腔的本征模式；特点：腔内光强沿z轴的分布是不均匀的，而是强弱相见的分布着。光强最强的明亮区，称为波腹；最弱的黑暗区，称为波节 衍射倍率因子：M2定义为实际光束的腰斑半径与远场发散角的乘积与基模高斯光束的腰斑半径与远场发散角的乘积之比。基模高斯光束具有最小的M2值（=1），其光腰半径和发散角也最小，达到衍射极限。M2值可以表征实际光束偏离衍射极限的程度，称为衍射倍率因子 粒子数反转：光束通过原子与分子系统时，总是同时存在受激发射和受激吸收的过程。从爱因斯坦关系可知，一般受激吸收远大于受激发射，粒子处于基态；如果激发态的电子数远多于基态电子数，就会使激光工作物质中受激发射占主导地位，这种状态即粒子数反转 增益和增益饱和：激光强度随传播距离增加而呈指数关系上升，但是激光强度不会无限制的增大，当入射光强度足够弱时，增益系数与光强无关，是一个常量；而当入射光强增加到一定时，增益系数将减小，这种现象称为增益饱和现象 兰姆凹陷：在单模输出功率P和单模频率vq的关系曲线中，在vq=v0处，曲线有一凹陷，称作兰姆凹陷。其形成的机制：当vq=v0时，两个烧孔完全重合，此时只有vz=0附近的原子对激光有贡献。虽然它对应着最小的信号增益，但由于对激光作贡献的反转集居数减少了，即受控面积减少，所以输出功率下降到某一个极小值，P-vq关系曲线v0处出现兰姆凹陷 驰豫振荡效应：一般固体脉冲激光器所输出的并不是一个平滑的光脉冲，而是宽度只有微妙量级的短脉冲序列，即所谓的“尖峰”序列。激励越强，短脉冲之间的间隔时间越小的现象频率牵引效应：在有源腔中，由于增益物质的色散，使纵模频率比无源腔纵模更靠近中心频率的现象 均匀加宽：引起谱线加宽的物理因素对于每个粒子都是相同的的加宽 非均匀加宽：对一个特定频率只有特定的粒子群对其增益、吸收有贡献，称为非均匀加宽调Q原理：通过改变谐振腔的损耗改变腔的Q值，开始时，使谐振腔损耗增大，激光器不能起振，使反转集居数不断增加，随着泵浦持续，当反转集居数达到最大时，使谐振腔损耗突然减小，使腔内光强迅速增加，消耗反转集居数，输出一个短脉冲，称之为调Q 增益线型：增益介质随频率的变化曲线称之为增益线型 光子态（光波场模式）：一定边界条件和初始条件麦克斯韦方程的一个特接称为光波场的一个模式或光子态 反转集居数饱和：反转集居数随信号光强的增加而下降的现象 锁模原理：使各振荡器纵模频率间隔保持一定，并具有确定的关系，则激光器将输出一列时

06~07激光原理与技术A答案

2006-2007学年 第1学期 《激光原理与技术》A 卷 试题答案 1．基本概念题(选做6小题，每小题5分)[30] 1.1 试就你所了解的知识，对激光器进行科学分类。 按工作介质分：气体激光器、固体激光器、染料激光器、半导体激光器等 按工作方式分：脉冲激光器（pulsed laser ）、连续激光器（c.w laser ） 固定波长输出、波长可调谐的激光器 ……（按任一方式对其进行分类均可得分，答案是多样的） 1.2 激光器一般包括哪三个基本单元？各单元的主要作用是什么？ 激光器三个基本组成单元 （各自的作用描述方式可以不一样） 泵浦源：提供输入能量，使粒子数反转分布0n ?>。 增益介质：对入射光产生放大作用。 光子谐振腔：选模、储能，形成光振荡（变激光放大器为激光振荡器）。 1.3 对于线宽为?ν的洛仑兹函数和高斯函数，│ν-ν0│为多大时，这两个函数值相等？在什么频率范围内，洛仑兹函数值大于高斯函数值？ │ν-ν0│= 0.75?ν 时，洛仑兹函数与高斯函数值相等；│ν-ν0│> 0.75?ν时，洛仑兹函数大于高斯函数值。 1.4 三能级系统和四能级系统的主要区别是什么？就两系统各举一典型实例. 三能级系统与四能级系统的主要区别是：前者基态与激光下能级共享，因而阈值反转粒子数密度为n/2，而后者的激光下能级抽空速率很快，阈值反转粒子数密度近似为激光上能级的阈值反转粒子数n 2t 。典型的三能级系统激光器为红宝石激光器，典型四能级系统激光器为Nd:YAG 激光器。 1.5 何谓烧孔效应？何谓兰姆凹陷？ 烧孔效应主要指非均匀加宽介质中，由于频率ν1的强光入射引起的反转集居数的饱和现象。即在频率为ν1，光强为I ν1的强光作用下，使表观中心频率处在 ν1±(1+ I ν1 /I s )1/2 ?νH /2范围内的粒子产生受激辐射，因此在?n (ν)~ν 曲线上形成一个以ν1为中心，宽度约为 (1+ I ν1 /I s )1/2 ?νH 的“烧孔”，这种现象称为烧孔效应。 （均匀加宽介质的空间烧孔效应：当频率为νq 的强激光振荡时，它在腔内沿轴线方向的分布形成 驻波场，波腹处光强最大，波节处光强最小。腔内的增益系数不同，波腹处光强大，用去的反转粒子数多，造成增益系数下降也大。波节处增益系数下降少。我们称这种反转粒子