激光技术实验

激光技术实验

实验报告

学院：通信工程学院姓名：高书勤

学号：1201120004 实验指导教师：刘巨林

2012-12-13

激光大气通讯

一．实验目的和内容：

1.了解电光调制器的基本结构；

2.熟悉激光大气通讯的基本原理；

3.掌握音频信号的激光大气通讯的调试技术；

4.探讨影响激光大气通讯效果的主要因素；

二实验仪器

1. HE-NE激光器

2.电光调制器及DGY-3型调制电源

3.收音机或音频信号发生器

4.偏振片（2个）、1/4波片

5.光电接收放大器及直流电压源（9V）

6.音箱或收录机（代替音箱）

7.示波器

三．实验原理

1.电光调制器的结构

本调制器是选用优质的DKDP晶体、利用pockpl效应对光进行信号调制的器件。其主要特性为：

材料：DKDP单晶

结构：四块串联、环形电极

调制方式：纵调

半波电压：DC900-1000V（使用电压不得超过1300V）

工作频率：0-100MHz

等效电容：12pf

图1.为电光调制器的结构示意图

1

234

1.电极引出线

2.DKDP晶体

3.环形电极

4.偏振片

2.电光调制器的调整

为了保证信号传输的质量和较高的信噪比，进行激光大气通讯之前，首先对光路和器件的状态进行调整。电光调制器的实验系统安排大致如图2.所示。调整步骤大体如下：

⑦

①②③④⑤⑥

⑧⑨

①He-Ne激光器②起偏器③1/4波片

④电光调制器⑤检偏器⑥光电接收放大器

⑦示波器⑧DGY-Ⅲ型调制电源⑨直流电压源

（1）仔细调整电光调制器，使激光光束与其晶体的光轴平行并通过晶体中心；然后放入检偏器并旋转可使透过光的强度发生明显的变化。

（2）将电光调制器的电极引出线与调整电源的电光输出端口连接起来，在示波器上便可观察到调制光的波形。旋转调制器（小心触电！）可使波形变为倍频信号，则晶体晶轴方位调整完毕。

①He-Ne激光器所发出的激光经过②起偏器之后，所得到的激光为偏振光，再经过③1/4波片之后，会变成圆偏振光。

3.激光大气通讯实验系统的组成

如图所描述的系统，传输音频（300-3400Hz）信号或收录机播放的节目。实验时，将收录机的节目信号或音频信号接至调制电源的电光输入端口，这样，若将本系统配套的光电接收放大器上接收到的光信号接入音箱或收录机（收录机代替音箱，信号接入到Line out端口，按下play键），适当旋转或调制各元器件，

便可听到清晰的广播声音。

①②⑤⑥⑦

③④

⑧⑨⑩

①He-Ne激光器②起偏器③1/4波片④电光调制器

⑤检偏器⑥光电接收放大器⑦音箱或收录机（代替音箱）

⑧DGY-Ⅲ型调制电源⑨收音机或音频信号发生器⑩直流电压源

四．实验注意事项

1. 实验中，使用的调制器为“电光调制器”，注意不要将它连接到调制电源的声光、磁光端口。

2.光电接收放大器要正常工作，必须配备9V的直流电压源。若给光电接收放大器提供了9V的直流电压源，它还不能正常工作，应检查它后面的开关是否处于“开”的位置。

五．实验结果与分析

1.实验结果

（1）调制电光调制器时，旋转调制器，示波器显示调制信号波形发生变化，振幅也随之改变，只在某一个特定位置上调制信号振幅达到最大，产生倍频信号。调节检偏器，信号有强弱变化，振幅、频率也发生变化，当到达某一个合适的位置时，信号振幅最大，强度最大，听起来最清晰

（2）在进行传输音频（300-3400Hz）信号或收录机播放的节目的实验时，通过将收录机的节目信号或音频信号接至调制电源的电光输入端口，之后将光电接收放大器上接收到的光信号接入音箱或收录机，就可以听到广播的声音，但是并不算清晰，会有杂音，通过适当的转动起偏器或者检偏器，就可以听到清晰的广播声音。

（3）转动起偏器或者检偏器，均会对接收信号产生影响，喇叭声音大小随之改变；增加或减小检测器供电电压，喇叭声音随之增大或减小；当在光电接收放大器前任意位置隔断激光链路时，均无法接到信号，喇叭声音消失。

2.实验分析

根据实验结果，经分析得出影响激光大气通讯的因素有：

1.光噪声因素：该因素主要影响激光大气通信系统的接收灵敏度。背景光本身的随机。背景光本身由于光源的不稳定性、反射散射过程的不稳定性及传播过程中的不稳定性，将存在宽谱的随机起伏，相当于光噪声，这种噪声被接收机检

测后将产生相应的噪声电流，使系统信噪比恶化。因此，激光系统必须有很强的排除杂光的能力，否则阳光或其他照射光源就会淹没激光束。

2.光端机因素：主要受发射机的发射光强和接收机的灵敏度影响，另外，在实际的大气激光通讯中，由于发射机与接收机之间局里较远，因此，发射机的光出射角（影响光束的汇聚性）与接收机的接收孔径也是影响通信效果的主要因素。

3.障碍物因素：当激光束的传播路径上存在障碍物时，激光大气通讯就会受到干扰。

六．实验体会：

通过本实验，基本了解了激光大气通信系统的结构、实验原理，通过通过自己的动手和观测，并且在老师的指导讲解下，，完成了激光大气通信的实验，认知了影响激光大气通信质量的各种因素，并且对于如何排除这些干扰因素有了一定认识，同时，在实验中遇到的问题也通过查阅相关资料得到了解答，为以后进一步的了解激光大气通讯实验奠定了基础，通过此次的激光大气通讯实验，我收获颇丰。

光纤传输

一、实验目的和要求

1.了解光纤传输的基本原理和光纤传输系统的基本结构；

2.熟悉半导电光器件的基本性能及主要特性的测试方法；

3.练习音频信号光纤传输系统的调试技术。

二、实验仪器

1.YOF-A型音频信号光纤传输实验仪（发送器、接收器和光纤盘)

2.音频信号发生器或收音机

3.光功率计

4.示波器

三、实验原理

（1）系统的组成

塑料光纤很柔软而且可以弯曲，加工也很方便，所以在光信息处理、光学计量、短距离传输等方面已获得较好的应用。在本实验中，采用的传输光纤是进口低损耗塑料光纤，它的纤维直径是1mm，芯径为990μm，薄层厚度为5μm。图1示出了一音频信号光纤传输系统结构原理图，其中电光转换和模拟通道之间为传输光纤；电光转换之前的部分为光信号发送部分，主要由调制电路、驱动电路和发光二极管LED组成；模拟通道之后的部分为光信号接收部分，主要由硅光电池、前置电路和功放电路组成。

该传输系统的频带宽度能覆盖被传输信号的频谱范围，对于语言信号，其频谱范围在300-3400Hz的范围内。由于光导纤维对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统的频带宽度主要取决于发送端调制放大电路和接收端功放电路的幅频特性。

模拟处理光电

转换

模拟

通道

功放

电路

喇

叭

图1.光纤传输系统的结构原理图

（2）LED的驱动和调制电路

音频信号光纤传输系统发送端LED的驱动和调制电路如图所示。以BG1为主组成电路是LED的驱动电路。调节可变电阻W2可使LED的偏置电流在

0-60mA 的范围内变化。被传输的音频信号经IC1运放由电容C4耦合到BG1的基极，对LED 的工作电流进行调制，从而使LED 发送出随音频信号变化的光强信号，并把这一信号经光纤传送至接收端。

～

mA

W 1

C 1

C 3

C 4

C 2

R 1

R 2R 3

R 4

W 2

R e

IC1

LED E

BG1

根据运放电路理论，图中音频放大电路的闭环增益为： G （j ω）=1+Z2/Z1 （1）

其中21,Z Z 分别是放大器的反馈阻抗和反相输入端的接地阻抗，只要2C 选的足够小，3C 选的足够大，则在要求的带宽中，2C 的阻抗很大，它所在的支路可视为开路，而3C 的阻抗很小，可以视为短路，在此情况下，放大器的闭环增益

13/1)(R R j G +=ω,2C 的阻抗很小，其大小决定着高频端的截止频率2

f ，而3C 的数

值决定着低频端的截止频率1f ，故该电路中的3231,,,C C R R 是决定音频放大电路增益和带宽的几个重要参数。

（3）光信号接收器

如图所示为光信号接收器的电路原理图，其中SPD 是硅光电二极管，它的峰值响应波长与发送端LED 光源的中心波长很接近，其峰值波长响应度为0.25-0.5μA/μW 。SPD 的任务是把经光纤传输过来的光信号的光功率转变为与之成正比的光电流I 0，然后经过IC2构成I-V 转换电路，再把光电流转换成电压V 0输出，V 0与I 0之间的关系为

00I R V f = （2）

C 1

C Nf

C 4

W 3

R L

IC3

电流电压转换

功放电路

R f

V 0

IC2

以IC3（LA4112）为主构成一个音频功放电路。该电路的电阻元件（包括反馈电阻）均集成在芯片内部，只要调节外接的电位器W3，可改变功放电路的电压增益，电路中电容CNf 的大小决定着功放电路的下限截止频率。

四．实验内容

1.LED-传输光纤组件电光特性的测定

本实验系统中LED 输出的光功率与传输光纤是直接耦合的，LED 的正负极 通过光纤绕线盘上的电流插口与发送器的调制驱动电路连接。

mA

R 4

R e

LED BG1

W 2

U C

光功率计

实验时，用两端均为两芯插头的导线将光线绕线盘上的电流插口与发送部分的“LED ”插孔连接起来；把光电探测器的窗口插入传输光纤的远端，其输出与光功率计的输入端连接（光功率计应在无光是调零）；开启发送器后面板上的电源开关，便可对LED-传输光纤组件的电光特性进行测试，测试电路如图4所示。测试时，调节发送器前面板上的“偏流调节”旋钮，使LED 的驱动电流，D I <35mA 的任一适当值，并观察光功率计的示值0P ；使发送器前面板上的毫安表的示值（即

LED 的驱动电流D I ）在0-35mA 范围内变化，从零开始每隔2.5mA 记录一组（D I ,0P ）；列表并最终可在（D I ,0P ）坐标系中绘出包括传输光纤与LED 的连接损耗及传输光纤的传输损耗在内的LED-传输光纤组件的电光特性曲线。

(2)音频信号的光纤传输实验

（1）调整系统各部件至正常工作

光电探测器的输出接到硅光电二极管SPD 的输入插孔内，设置LED 的偏置电流为D I =30mA 左右，使用正弦波（由音频信号发生器提供）对光信号进行调制，并用示波器观察发送端LED 驱动电路中Re 上的电压波形，适当调节调制信号的幅度，使Re 上的电压波形无消波失真；开启接收器后面板上的电源开关，用示波器观察接收端功放电路L R 上的输出波形，若所观察到的波形与发送的调制信号波形一致，则表明整个传输系统工作正常；改变调制信号的幅度和频率，通过示波器观察各监测点波形（是否失真）及总体传输效果。 （2）语音信号的光纤传输

用收音机代替音频信号发生器，将“喇叭接通开关”打开，即可进行语音信号的光纤传输实验，聆听整个音频信号光纤传输系统的音响效果。同时，根据实际情况可适当调节发送部分的LED 偏置电流ID 、调节放大器电路反馈电阻W1及接收功放电路的电阻W3等系统参数，考察光纤传输的听觉效果，并用示波器监测系统的输入信号和各级输出信号的波形变化。

五．实验注意事项：

1.连接好线路后，接通电源开关，如果发送器数字电流表有显示、发光二极管LED 亮、光纤盘尾纤有红光输出，则说明系统的电源部分工作正常。

2.实验过程中，应避免LED 的引脚与实验系统和测量仪器的地线相碰，否则可能会造成LED 的永久性损坏。

3.实验过程中，进行光纤与硅光电池的耦合连接时，应注意光纤端面的保护，并按光纤的自然弯曲状态进行操作，不得加力弯折。

六.实验结果与分析

1.LED-传输光纤组件电光特性的测定

D I LED 的驱动电流（mA ） 0P 光功率计的指示值（uW ）

D I 0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 0P

0 12.9 25.3 37.8 49.0 60.1 73.6 86.4 99.7 D I 22.5

25

27.5

30

32.5 35

0P

111.1 125.5

137.2 149.7 161.6 175.0

LED-传输光纤组件电光特性曲线

由图可知，0P 基本与D I 成线性关系，随驱动电流增大，光强度增大，光功率也就增大，可以用电信号来反映光信号，显示LED-传输光纤的电光特性。

2.音频信号的光纤传输实验

（1）电路连接好后，设置LED 的偏置电流为D I =30mA 左右，使用正弦波（由音频信号发生器提供）对光信号进行调制，并用示波器观察发送端LED 驱动电路中Re 上的电压波形，有可能会发现有消波失真，该失真随输入电压幅度的增大而增大；因此适当调节“调制幅度”消去消波失真；

发现，当设置0V 为1.1V 时，则可以正常看到Re 的电压波形是无消波失真，所以可以设置0V 为1.1V ，用示波器观察接收端功放电路L R 上的输出波形，此时所观察到的波形与发送的信号的波形一致，即此时整个传输系统正常工作。

Re上的无消波失真波形

Re上失真波形

（2）改变调制信号的幅度和频率，此时仍然用示波器观察接收端功放电路L R 上的输出波形，判断其在何种情况下会有失真。

RL 上的无失真波形 在调制信号的频率0f =443.58HZ ，此时

1.0V =1.1V ，无失真，波形 2 0V =

2.0V ，无失真，波形 3 0V =2.1V ，失真，波形 4 0V =2.2V ，失真，波形 在调制信号的频率0f =496.26HZ ，此时

1 0V =1.1V ，无失真，波形

2 0V =2.0V ，无失真，波形

3 0V =2.1V ，有失真，波形

4 0V =2.2V ，明显失真，波形 在调制信号的频率0f =496.26HZ ，此时

1 0V =1.8V ，无失真，波形

2 0V =1.9V ，无失真，波形

3 0V =2.0V ，无失真，波形

4 0V =2.1V ，有失真，波形

5 0V =2.2，有明显失真，波形

（3）语音信号的光纤传输

调节LED 偏置电流，电流变小，小至某一值时会产生截止失真，同时，喇

叭声音随偏置电流的减小而减弱。

实验过程中如果出现截止或饱和削波失真，说明调制信号幅度过大，要适当减小调制信号幅度，保证不失真。

考虑到放大器的非线性效应，需对调制幅度及偏置电流进行严格控制，否则会影响光传输系统的有效性及可靠性；

七．实验心得

通过老师的认真讲解和自己的提前预习，动手实践，在实验平台上成功实现了音频信号的光纤传输，同时也了解到了光电转换过程，以及光纤传输的基本原理。通过对实验分析，了解到了影响光纤传输的各种因素，对光纤传输的特性及传输效果有了一定了解，对光纤传输系统中LED驱动调制电路和接收电路的工作点选取有了深刻的认识。

声光衍射

一、 实验目的

1.了解了解声光作用的基本理论；

2.观测喇曼——奈斯衍射和布喇格衍射现象。

二．实验装置及仪器

1.声光器件是TSGMN-1B 型调制器，适应波长为0.6328m 红光，衍射效率>85%,驱动电功率为1.5瓦。

2.驱动电源是XG —22A 型超高频功率信号发生器,频率可调范围为10MHz —— 150MHZ ，输出功率为2瓦；

使用时应注意： A ．不能空载

B. 换档时将输出调到零

C. 注意仪器散热 3.He-Ne 激光器 4.长焦距透镜 5.测长仪机架 6.激光功率计

激光电源

驱动电源

测长仪

He-Ne 激光器

光阑

声光器件

聚焦透镜

功率计

三．实验原理

超声波是一种纵向的机械应力波，它在声光介质中传播时会引起介质密度的疏密变化，由于弹光效应，将引起介质折射率的变化，密的部分折射率大，疏的部分折射率小。因此可以把超声波作用下的介质视为等效的相位光栅，光栅的条

纹间隔等于声波波长λ，当光波通过该介质时，就被衍射。

假设声波在介质中以行波形式传播，则介质中形成的声光栅也将以声速s

ν向前推进，其折射率的瞬时空间变化可用下式表示：

)sin(*),(z K t n t z n s s -?=?ω

式中s ω为声波角频率，2s s k πλ=为声波波数。按照超声波频率的高低和声光相互作用长度的不同，有两种形式的衍射：喇曼——奈斯衍射和布喇格衍射。为了区分这两种衍射，引入一个参量：

2

/2s L Q λλπ=

其中L 为声光作用长度，λ为光波波长。当 Q << 1时，对应喇曼——奈斯衍射，Q >> 1时，对应布喇格。实践证明，Q ≤0.3时就可以观察到喇曼——奈斯衍射，4Q π≥时就能观察到布喇格衍射，在0.34Q π<<区间，情况比较复杂，通常的声光器件不工作在此区间。

1.喇曼——奈斯衍射

当超声频率较低，声光作用长度较短，光线平行于声波波面入射（即垂直于声场传播方向入射）时，产生喇曼——奈斯衍射。如图1所示，由于在这种情况中，超声光栅与普通的光学条纹光栅（平面光栅）类似，因此，频率为c γ的平行光通过超声光栅时，将产生多级衍射光，而且各级衍射光极值对称分布在零极值的两侧，其强度依次递减。

利用衍射积分法对喇曼——奈斯衍射进行理论分析可得，在宽度为L 的声光介质中，产生喇曼——奈斯衍射的条件为

2

s L λλ

<<

各级衍射光的衍射角m θ满足 s i n

m m m λθλ= 相应于第m 级衍射的极值光强为 ()2

m

i m

I

I J V =,

式中i I 为入射光强，

()2V nL

πλ=?表示光波通过声光介质时，由于折射率

变化引起的附加相移。整数m 可正可负，由于

()()2

2

m m J V

J V

-=,所以零级极值两

侧的同级衍射极值光强相等，这种衍射光强的对称分布是喇曼——奈斯衍射的主

要特征之一。因为

()()2

2

021

m m

J V J V

+=∑，所以在各种情况下，衍射极值光

强之和等于i I 。理论分析还指出，各级衍射光的频率分别为c s mf λ+。因此，通过调制信号改变超声波场，就可调制衍射光的光强和频率.

2.布喇格衍射

当声波频率较高，声光作用长度L 较长，满足

2

s L λλ

>>，并且光线与声波

波面有一定角度斜入射时，会产生布喇格衍射，如图2所示。在这种情况下，必须要考虑介质厚度的影响，其超声光栅应视为体光栅。这时的衍射光是不对称的，只有零级和+1级（或-1级）衍射光（视入射光方向而定）。如果合适地选择参数，并且超声波足够强，可以使入射光能量几乎全部转移到零级或+1级（或-1级）的衍射极值方向上，因此，激光能量可以获得充分利用。所以利用布喇格衍射制

造的声光器件效率较高。

在理论上可以利用麦克斯韦方程分析衍射光分布情况。分析表明，产生布喇格衍射的条件：

2sin s B λθλ

=

式中的B θ是布喇格入射角。布喇格衍射的零级和1级衍射光间的夹角

2B

αθ=，其衍射光强的表示式为

2021cos 2sin 2i i V I I V I I ??

= ?

????

= ?

??

控制超声功率以控制折射率变化量n ?，使得V π=时，有1i

I I =，即入射光的全

部能量都转变为1级衍射光能.

3. 声光器件结构

通常的声光器件都包括有四部分：驱动电源、换能器、声光介质和吸声介质。驱动电源是超高频率功率信号产生器，输出频率、功率皆可调。当将其输出电信号加到换能器上，便因压电晶体（如石英、LiNb 3O 等）或压电半导体（CdS,ZnO 等）的反压电效应产生机械振动，该振动将在声光介质中产生超声波场。声光介质是声光作用的场所，通常为玻璃、熔石英、钼酸铝、氧化锑等材料。在声光介质的另一侧为吸声材料，一般选用铅橡胶或玻璃棉等，以吸收穿过介质的超声波，避免产生反射。

四．实验步骤

1．点燃He-Ne 激光器，预燃20分钟，使其工作基本稳定。 2．调整系统各元件，使其共轴。

3．将信号源加到声光器件上，改变频率并微调系统各元件，直至出现喇曼——奈斯衍射进行观测。

4．改变声光器件的角度，进行布喇格衍射现象的观测。

五．实验内容

1. 根据实验仪器，确定测量衍射角的方法

2. 观测喇曼——奈斯衍射现象（调谐范围为30~60MHz ） A ．固定入射光强，测量衍射光极值偏转角m θ与信号频率s

f 的关系曲线。

B ．固定入射光强，测量衍射光强m I 与信号频率

s

f 的关系曲线。

C ．将观测数据及m θ的理论计算结果列成简明表格。 3. 观测布喇格衍射现象（调谐范围为100~150MHz ）

A ．固定入射光强，测量零级与1级衍射光夹角 与信号频率s f 的关系曲线。

B ．保持信号频率s f 不变，测量零级、1级衍射光光强0I 、1I 与超声功率s P 的关系曲线。

六．实验结果与分析

1.测量衍射角的方法

2.

2.调节He-Ne 激光器、光阑、声光器件及聚焦透镜，使激光光束打到测长仪面板上，在测长仪上读出中间最亮点与第二点距离，再用卷尺测出声光器件与测长仪之间的距离，利用反正切即可得到衍射角。

3.观测喇曼——奈斯衍射现象（调谐范围为30~60MHz ）

He-Ne 激光器所发出的激光经过二次反射之后，进入声光器件（TSGMN-1B ）调制器，声光介质同样也相当于一般镜面，此时会发生反射现象。

只有当超声频率较低，声光作用长度较短，光线平行于声波波面入射（即垂直于声场传播方向入射）时，产生喇曼——奈斯衍射现象，所以使光线可以首先进行调节调制器的位置，目的是使光线可以平行于声波波面入射（即垂直于声场传播方向入射），此时只要求光线的左右面重合在一起，但是光线的上下位置为共面即可，并不要求上下也重合。

可以通过在调节器的前面，放置一个带有小孔的纸张，移动纸张，使光线可以通过小孔入射到声光介质，此时，可以在纸张上看到反射光线，通过调节调制器的位置，使反射光线同样也经过小孔，即可以实现使光线可以平行于声波波面入射（即垂直于声场传播方向入射）的目的。

在完成准备工作以后，调节驱动电源（高频功率信号发生器），加上输出信号，调节其输出调节按钮，在固定频率为30MHZ 的情况下，改变其输出信号的大小，通过逐步增加输出电流I ，发现大约加至为80uA ，开始出现喇曼——

奈斯衍射现象。

各级衍射条纹位置

L=103.5cm

喇曼——奈斯衍射现象 3.观测布喇格衍射

当声波频率较高，声光作用长度L 较长，满足

2

s L λλ

>>，并且光线与声波

波面有一定角度斜入射时，会产生布喇格衍射。

在实验中，通过选择6频段，再通过频率调节进行频率微调，使其频率为f=180MHZ,通过调节调制器的位置，使光线和声波平面有一定的夹角进行入射，首先会出现三条衍射光斑，即零级衍射，负一级衍射和正一级衍射，通过反复调节调制器的位置，使其一级衍射为出现在零级衍射的同一边。

。

布喇格衍射现象

4. 在固定入射光强，观测喇曼——奈斯衍射现象（调谐范围为30~60MHz ），测量衍射光极值偏转角m θ与信号频率s f 的关系曲线：

固定入射光强，声光器件与测长仪之间的距离为L=103.5cm 。固定入射光强，测量衍射光第一级衍射光点偏移d ，从而计算极值偏转角m θ，做出极值偏转角m θ与衍射光频率s f 的关系曲线； 衍射光频率

s

f （MHZ ），零级衍射所在位置（cm ），左右一级衍射所在位置

s f

30.43 35.50

40.45

45.53

50.44

55.43

60.44

0I

12.80 12.80 12.80 12.78 12.72 12.81

12.74 1-I 12.20 12.10 12.03 11.90 11.78 11.73

11.60 1+I

13.35 13.44

13.54 13.66 13.70 13.85 13.93 d

偏移(cm) 0.57 0.67

0.75

0.87

0.96

1.06

1.16

从关系曲线可以看出，当入射光强固定时，随着信号频率错误！未找到引用源。的增大，衍射光极值偏转角错误！未找到引用源。也增大，两者基本成线性的正比关系。

5.固定入射光强，测量衍射光强m I 与信号频率

s

f 的关系曲线

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。

10级激光加工试卷及答案

一、单项选择题（30分） 1.世界上首台激光器的发明人是（ D ） D.梅曼 2.激光从一种介质传播到折射率不同的另一种介质时，在介质之间的界面上将出现（C ） C.反射与折射 3.激光可以加工的材料有（ C ） C.很多种金属、非金属 4.激光标记的加工方式是（ B ） B.非接触加工 5.扫描法打标的控制方法是（ A ）A.计算机控制 6.激光焊接时，焊接部件（ B ） B.局部达到熔点 7.激光焊接时，脉宽参数的含义是（D ） D.激光作用的时间 8.世界上第一台激光器属于（A ）A.固体激光器 9.Y AG激光的波长是（ A ）A.1064nm 10.我国首台激光器诞生在（ B ）B.长春光机所 11.焊接薄材料时，聚焦位置处于（ B ）B.正离焦 12.激光切割对激光模式的要求是（C ） C.好 13.要求大的焊接熔深时，聚焦位置处于（ C ） C.负离焦 14.激光切割的温度在（C ） C.汽化点以上 15.激光对物体的作用主要表现在物体对激光的（ C ） C.吸收 16.原子从高能级跳跃到低能级的过程称为（ B ）B.跃迁 17.CO2激光的波长是（ B ）B.10.6μm 18.驱动激光扫描头振镜的电机有（B ）B.2个 19.我国发明的首台激光器是（ A ）A.红宝石激光器 20.下列说法正确的是（A ）A.基态能级寿命高于激发态能级寿命 21.激光焊接时的焦点位置一般不处于（A ）A.焦点上 22.在激光介质中，低能级上的粒子数n1和高能级上的粒子数n2的关系为 （ D ） D.不一定 23.光放大的本质是（ D ） D.受激辐射 24.所谓“全同光子”是D.能量、相位、传播方向、偏振态都相同的光子 25.总体来说，气体激光器的方向性与固体激光器的方向性相比B.要好 26.对于加工金属材料来说，激光波长（A ）A.要依材料而定 27.射频激励CO2激光器的能量转换效率与灯泵Y AG激光器相比A.要高 28.激光加工机中的扩束系统一般采用（ C ）C.倒置的伽利略望远系统 29.激光打标具体效应中用得最少的是（B ）B.目视反差 30.现阶段用得最多的激光打标方法是（ A ）A.点阵式 二、多项选择题（20分） 31.激光加工中心采用调Q技术的设备有（AB ）

5-1 氦氖激光器的模式分析 实验报告

近代物理实验报告 指导教师： 得分： 实验时间： 2009 年 03 月 17 日， 第 三 周， 周 三 ， 第 5-8 节 实验者： 班级 材料0705 学号 200767025 姓名 童凌炜 同组者： 班级 材料0705 学号 200767007 姓名 车宏龙 实验地点： 综合楼 501 实验条件： 室内温度 ℃， 相对湿度 %， 室内气压 实验题目： 氦氖激光器的模式分析 实验仪器：（注明规格和型号） 扫描干涉仪；高速光电接收器；锯齿波发生器；示波器； 半外腔氦氖激光器及电源；准直用氦氖激光器及电源；准直小孔。 实验目的： （1） 了解扫描干涉仪原理，掌握其使用方法； （2） 学习观测激光束横模、纵模的实验方法。 实验原理简述： 1. 激光器模式的形成 激光器由增益介质、谐振腔、激励能源三个基本部分组成。如果用某 种激励的方式，使介质的某一对能级间形成的粒子数反转分布，由于 自发辐射的作用，将有一定频率的光波产生，并在谐振腔内传播，被 增益介质增强、放大。形成持续振荡的条件是：光在谐振腔内往返一 周的光程差为波长的整数倍，即 q q uL λ=2 满足此条件的光将获得极大的增强。 每一个q 对应纵向一种稳定的电磁场分布λq ，叫一个纵模，q 称为纵模 序数。纵模的频率为 uL c q q 2=ν 相邻两个纵模的频率间隔为 uL c q 21= ?=?ν 因此可以得知， 缩短腔长的方法是获得单纵模运行激光器的办法之一。

当光经过放电毛细管时，每反馈一次就相当于一次衍射，多次反复衍射，就在横向的同一波腹处形成一个或多个稳定的衍射光斑。每一个衍射光斑对应一种稳定的横向电磁场分布，称为一个横模。模式指激光器内能够发生稳定光振荡的形式，每一个膜，既是纵模，又是横模，纵模描述了激光器输出分立频率的个数，横模描述了垂直于激光传播方向的平面内光场的分布情况。激光的线宽和相干长度由纵模决定，光束的发散角、光斑的直径和能量的横向分布由横模决定。，一个膜由三个量子数表示，通常记作TEM mnq 。 横模序数越大，频率越高。不同横模间的频率差为： ?? ??????????????--?+?=?2/121,)1)(1(arccos )(12''R L R L n m uL c n m mn πν 相邻横模频率间隔为： ?? ??????????????--?=?=?=?+?2/12111)1)(1(arccos 1'R L R L q n m πνν 相邻横模频率间隔与纵模频率间隔的比值是一个分数，分数的大小由激光器的腔长和曲率半径决定，腔长与曲率半径的比值越大，分数值就越大。 另外， 激光器中产生的横模个数，除了与增益有关外，还与放电毛细管的粗细、内部损耗等因素有关。 2. 共焦球面扫描干涉仪 共焦球面干涉仪用压电陶瓷作为扫描元件或用气压进行扫 描。 2.1 共焦球面扫描干涉仪的机构和工作原理 共焦球面扫描干涉仪是一个无源腔，由两块球形凹面反射镜 构成，两块镜的曲率半径和腔长相等（即R 1=R 2=l ，构成共焦 腔）。其中一块反射镜固定不动，另一块反射镜固定在可随 外电压变化而变化的压电陶瓷环上。如右图所示，由低膨胀 系数材料制成的间隔圈，用以保持两球形凹面反射镜R 1、R 2 总处于共焦状态。 当一束波长为λ的光近轴入射到 干涉仪内时，在忽略球差的条件 下，在共焦腔中经四次反射形成 一条闭合路径，光程近似为4l ， 如右图所示 编号为1和1’ 的两组透光强分别为： 1222201]sin )12(1)[1(--+-=βR R R T I I 和 121'I R I = β为往返一次所形成的相位差，即

激光对射技术原理及应用分析.

激光对射技术原理及应用分析 近年来周界防范系统已经成为安防系统基本且不可或缺的安防子系统。 不仅在军工厂、军营、机场、港口、政府机关等高端领域可见其“踪影”。 同时还被广泛应用到住宅小区,并在这些领域保持着相当高的应用增长速度。 众所周知,安全防范技术现在的发展方向是将视频监控、周界报警、入侵探测、门禁控制等独立的安防子系统集成整合,形成一个多功能、全天候、动态的综合安全管理系统。 而周界报警作为安防系统的第一道防线,作用十分重要,已从过去被动的报警探测,发展为今天的威慑阻挡加报警。 且随着安防技术的发展和安防市场的成熟,以及政策法规的进一步完善,数字化、集成化、网络化将是它发展的必然趋势。 周界报警系统是在防护的边界利用如泄漏、激光、电子围栏等技术形成一道或可见或不可见的“防护墙”。 当有越墙行为发生时,相应防区的探测器即会发出报警信号,并送至控制中心的报警控制主机,发出声光警示的同时显示报警位置。 还可联动周界模拟电子屏,甚至联动摄像监控系统、门禁系统、强电照明系统等。 近年来周界防范系统已经成为安防系统基本且不可或缺的安防子系统,不仅在军工厂、军营、机场、港口、政府机关等高端领域可见其 “踪影”,同时还被广泛应用到住宅小区,并在这些领域保持着相当高的应用增长速度。

本文将对激光对射、张力式电子围栏、泄漏电缆、振动电缆四种最常用的周界防范技术进行分析,借此一窥周界防范报警系统技术的发展踪迹。 激光对射工作原理 三安古德激光对射探测器由收、发两部分组成。 激光发射器向安装在几米甚至于几百米远的接收器发射激光线,其射束有单束、双束,甚至多束。 当相应的三安古德激光射束被遮断时,接收器即发出报警信号。 接收器由光学透镜、激光光电管、放大整形电路、功率驱动器及执行机构等组成。 其工作原理是接收器能收到激光射束为正常状态,而当发生入侵时,发射器发射的激光射束被遮挡,即光电管接收不到激光光。 从而输出相应的报警电信号,并经整形放大后输出开关量报警信号。该报警信号可被报警控制器接收,并去联动执行机构启动其它的报警设备,如声光报警器、模拟电子地图、电视监控系统、照明系统等。系统组成 激光周界防越报警系统通常由前端探测系统、现场报警系统、传输系统、中心控制系统、联动系统以及电源系统六部分组成。 1、前端探测系统由激光探测器及其相关附件组成,其对周界围墙或护栏进行防护,检测周界入侵行为,并输出报警信号。 2、现场报警系统由现场报警器及联动装置组成,在探测器检测到入侵行为时,即启动现场报警设备,对非法入侵行为进行威慑。

激光设备技术人员基本技能培训资料 (1)

激光设备技术人员基本技能培训资料 总纲: 1.激光基本理论 2.设备运行原理机构造 3.设备的使用及参数调节 4.打标软件的使用及参数的含义 5.coreldraw9&AutoCAD软件的作图 6.激光光路的调整及耗材的使用 7.打标工艺的制作 8.设备的保养及维护 一激光基本理论 光学基本概念： 光的量子学说认为，光是一种以光速c运动的光子流。光子和其他基本粒子一样，具有能量，动量和质量。它同时也具有波动属性（频率，波矢，偏振等）所以光是同广播，射线一样的电磁波，激光也是如此，具有电磁波的一切通性，比如频率，波长，成像，反射，折射，偏振，散射，衍射等特性 电磁波的划分 可见光的波长在400－700nm，人眼最易感受的是555nm的黄绿光，光的波长变短，光子的能量增大。自然光和激光的区别：相干性，激光是相位确定的光，这种光称作相干光。 激光的特性：

高亮度激光器的亮度是太阳光亮度值的106倍，这是因为激光的发光截面，立体发散角都很小，而输出功率又很大的缘故。 高方向性高方向性是指光束的发散角很小，能够使激光传递较长距离的同时，还能保证聚焦到极高的功率密度，其中基模，高斯模的光束直径和发散角最小。高单色性单色性即指激光光谱线的线宽很窄，高单色性才能保证光束的精确聚焦，得到很高的功率密度。 高相干性相干性主要描述光波各个部分的相位关系，有空间相干性和时间相干性。 激光产生的原理： 原子能级 如果粒子获取外部能量从下能级激发至上能级，即使不受外部的任何刺激，处于激发能级的原子，分子都会自发的跃迁到基态，此时释放出相当于能量为两能级之差，为vnm的光子 自激辐射 如果粒子获取外部能量从下能级激发至上能级，即使不受外部的任何刺激，处于激发能级的原子，分子都会自发的跃迁到基态，此时释放出相当于能量为两能级之差，为vnm的光子 受激辐射 若处于激发态的原子在自发辐射之前，受到相当于两个能级间频率为vnm的外来光子的作用，则会受激并沿入射光方向辐射出光子 反转分布 将高能级上的原子密度大于低能级上的原子密度的状态称为反转分布

激光技术复习题

“激光技术及应用”思考题 什么是自发辐射、受激辐射、受激吸收？ 自发辐射：高能级的原子自发地从高能级E 2向低能级E 1跃迁，同时放出能量为 的光子 受激辐射：当受到外来的能量 的光照射时，高能级E 2上的原子受到外来光的激励作用向低能级E 1跃迁，同时发射一个与外来光子完全相同的光子。 受激吸收：处于低能级E 1的原子受到外来光子（能量 ）的刺激作用，完全吸收光子的能量而跃迁到高能级E 2的过程 自发辐射发光和受激辐射发光各有什么特点？ 自发辐射的特点：各个原子所发的光向空间各个方向传播，是非相干光。 受激辐射的光子与外来光子的特性完全相同， 即：频率、位相、偏振和传播方向 完全一样，因此受激辐射与外来辐射是相干的，换句话说外来辐射被 “放大” 了 产生激光的三个必备条件是什么？为什么需要这些条件？ 激光工作物质：能够实现粒子数反转，产生受激光放大 激励能源：能将低能级的粒子不断抽运到高能级，补充受激辐射减少的高能级上粒子数 光学谐振腔：提高光能密度，保证受激辐射大于受激吸收； 光学谐振腔的基本作用是什么？ 光学谐振腔的作用：1）延长增益介质作用长度；2）控制激光输出特性：如光束方向性、输出模式数、输出功率等 光学谐振腔的三个作用： 倍增工作介质作用长度，提高单色光能密度; 控制激光振荡模式数目，以获得单色性好、方向性好的相干光； 控制激光束的横向分布特性、光斑大小、发散角、输出功率。 12E E h -==νε12E E h -==νε12E E h -==νε

光学谐振腔有几种分类？如何判断谐振腔的稳定性？对称共焦腔、共心腔是对称凹面镜腔类型的谐振腔？ 平行平面腔----是一种临界稳定腔 平凹腔：是由一块平面镜和一块曲率半径为R 的凹面镜组成的光学谐振腔， 对称凹面镜腔：两块曲率半径相同的凹面镜组成的谐振腔 距离大于两倍焦距的不稳定平凹腔 对称凸面镜腔---都是不稳定的 激光器的损耗分哪几类？这些损耗是怎么产生的？ 激光器的损耗的分类：增益介质内部损耗和镜面损耗 增益介质内部损耗：由于成分不均匀、粒子数密度不均匀或有缺陷（如固体激光器）而使光产生折射、散射，使部分光波偏离原来的传播方向，以及其它对光能的吸收， 造成光能量损耗。 镜面损耗：镜面的散射、吸收、由于光的衍射使光束扩散到反射镜面以外造成的损耗以及由镜面上透射出去作为激光器的有用输出部分镜面损耗可以通过反射系数r 1、r 2，透射系数t 1、t 2和吸收系数a 1、a 2来表达。 什么是增益饱和现象？ 在抽运速率一定的条件下，当入射光的光强很弱时，增益系数是一个常数；当入射光的光强增大到一定程度后，增益系数随光强的增大而减小。 什么是激光腔的纵模？激光器最后输出的纵模数取决于哪些因素？ 光波在腔内往返一周的总相移应等于2π的整数倍，即只有某些特定频率的光才能满足谐振条件 每个q 值对应一个驻波，称之为：纵模，q 为纵模序数。 谐振腔的谐振频率主要决定于纵模序数。 满足谐振条件，阈值条件且落在荧光线宽范围内的频率才能形成激光振荡，产生输 出 什么是激光腔的横模？横模是如何表示的？ 1,2,3, 22==Φq q πδ

激光测距实验报告(精)

一、激光测距简介： 激光测距仪无论在军事应用方面，还是在科学技术、生产建设方面，都起着重要作用。由于激光波长单一，测量精度高，且激光测距仪结构小巧，安装调整方便，故激光测距仪是目前高精度测距最理想的仪器。激光器与普通光源有显著的区别，它利用受激发射原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点： ①激光有小的光束发散角，即所谓的方向性好或准直性好。 ②激光的单色性好，或者说相干性好，普通灯源或太阳光都是非相干光。 ③激光的输出功率虽然有限度，但光束细，所以功率密度很高，一般的激光亮度远比太阳表面的亮度大。 若激光是连续发射的，测程可达40公里左右，并可昼夜进行作业。若激光是脉冲发射的，一般绝对精度较低，但用于远距离测量，可以达到很好的相对精度。 世界上第一台激光器，是由美国休斯飞机公司的科学家梅曼于1960年，首先研制成功的。美国军方很快就在此基础上开展了对军用激光装置的研究。1961年，第一台军用激光测距仪通过了美国军方论证试验，对此后激光测距仪很快就进入了实用联合体。 激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，其误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一，因而被广泛用于地形测量，战场测量，坦克，飞机，舰艇和火炮对目标的测距，测量云层、飞机、导弹以及人造卫星的高度等。它是提高坦克、飞机、舰艇和火炮精度的重要技术装备。 由于激光测距仪价格不断下调，工业上也逐渐开始使用激光测距仪。国内外出现了一批新型的具有测距快、体积小、性能可靠等优点的微型测距仪，可以广泛应用于工业测控、矿山、港口等领域。 激光测距仪-分类： 一维激光测距仪 用于距离测量、定位； 二维激光测距仪（Scanning Laser Range finder） 用于轮廓测量，定位、区域监控等领域； 三维激光测距仪（3D Laser Range finder） 用于三维轮廓测量，三维空间定位等领域。 激光测距-方法 激光测距仪一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。脉冲法测距的过程是这样的：测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间。光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。脉冲法测量距离的精度是一般是在+/- 1米左右。另外，此类测距仪的测量盲区一般是15米左右。

高等激光技术复习题1

《高等激光技术》习题与思考题 1、简述一台激光器的主要组成部分及其作用。 答：一台激光器的有三个基本组成部分：工作物质、谐振腔和激励能源。 工作物质的作用是提供放大作用（增益介质），提供适合的能级结构，以达 到粒子数反转。 谐振腔一般是在工作物质两端适当的放置两个反射镜组成。它的作用是提供 正反馈，使受激辐射能多次通过介质得到放大，最后在腔内形成自激振荡；另一 个作用是控制腔内振荡光束的特性，以获得单色性好、方向性好的强相干光。 激励能源的作用是提供能源，将工作物质基态原子(离子)泵浦到激发态，最 后形成布居数反转。 2、推导出一束来自于热光源的光束的光子简并度和单色亮度之间的关系。 解：设光源辐射的光为准平行、准单色光，光束截面为S ?，立体角为?Ω， 频宽为ν?，平均光功率为P ，则在t ?时间间隔内通过S ?截面的光子总数为： ν h t P n ??= 在频率ν到νν?+间隔内的光子分布在?Ω立体角范围内的光子状态数或模式数 为 ?Ω???=??Ω=?ΩV c g g 3224ννπ 在t ?时间内，光束垂直于S ?截面传播时，光束所占据的空间范围为 c t S V ????= 代入上式可得 t S g ???????Ω?=?Ωνλ 22 由此可求出，一种光子量子状态或模式，所具有的平均光子数即光子简并度为 ν λνδ?????Ω?==?Ω-S h P g n )/2(2 在光度学里，通过单位截面、单位频宽和单位立体角的光功率为光辐射的单 色定向亮度 ?Ω ????=ννS P B 则光子简并度与单色亮度之间的关系为 νλδνh B ?=- 22 3、若一工作物质的折射率为n ＝1.73，试问ν为多大时，32121/1/m S J B A ?=？ 解：由公式33 2121) /(8n c h B A νπ=得：

激光倍频实验报告

篇一：激光谐振腔与倍频实验 激光谐振腔与倍频实验 a13组 03光信息陆林轩 033012017 实验时间：2006-4-25 [实验目的和内容] 1、学习与掌握工作物质端面呈布儒斯特角的钕玻璃激光器的调节，以获得激光红外输出。 2、掌握腔外倍频技术，并了解倍频技术的意义。 3、观察倍频晶体0.53?m绿色光的输出情况。[实验基本原理] 1、激光谐振腔 光学谐振腔是激光器的重要组成部分，能起延长增益介质的作用（来提高光能密度），同时还能控制光束的传播方向，对输出激光谱线的频率、宽度、和激光输出功率、等都产生很大的影响。 图1 激光谐振腔示意图 （1）组成： 光学谐振腔是由两个光学反射镜面组成、能提供光学正反馈作用的光学装置，如图1所示。两个反射镜可以是平面镜或球面镜，置于激光工作物质两端。两块反射镜之间的距离为腔长。其中一个镜面反射率接近100%，称为全反镜；另一个镜面反射率稍低些，激光由此镜输出，故称输出镜。 （2）工作原理： 谐振腔中包含了能实现粒子数反转的激光工作物质。它们受到激励后，许多原子将跃迁到激发态。但经过激发态寿命时间后又自发跃迁到低能态，放出光子。其中，偏离轴向的光子会很快逸出腔外。只有沿着轴向运动的光子会在谐振腔的两端反射镜之间来回运动而不逸出腔外。这些光子成为引起受激发射的外界光场。促使已实现粒子数反转的工作物质产生同样频率、同样方向、同样偏振状态和同样相位的受激辐射。这种过程在谐振腔轴线方向重复出现，从而使轴向行进的光子数不断增加，最后从部分反射镜中输出。所以，谐振腔是一种正反馈系统或谐振系统，具有很好的准直，选频和放大功能。 （3）种类：图2 谐振腔的种类 按组成谐振腔的两块反射镜的形状以及它们的相对位置，可将光学谐振腔区分为：平行平面腔，平凹腔，对称凹面腔，凸面腔等。平凹腔中如果凹面镜的焦点正好落在平面镜上，则称为半共焦腔；如果凹面镜的球心落在平面镜上，便构成半共心腔。对称凹面腔中两块反射球面镜的曲率半径相同。如果反射镜焦点都位于腔的中点，便称为对称共焦腔。如果两球面镜的球心在腔的中心，称为共心腔。 如果光束在腔内传播任意长时间而不会逸出腔外，则称该腔为稳定腔（满足，否则称为不稳定腔（满足1?g1.g2或0?g1.g2）。上述列举的谐振腔都属0?g1.g2?1） 稳定腔。 （4）本实验中的激光谐振腔： 本实验采用的是外腔式钕玻璃激光器。外腔式激光器的两个反射镜是放在激光棒的外侧，长度可调，频率可变，在激光棒的两侧按一定的角度贴有布儒斯特窗片。由于布儒斯特窗对p 偏振分量具有100%的透过率，从而输出线偏光。 2、激光倍频 (1)非线性光学基础 极化强度矢量和入射长的关系为： p??(1)e??(2)e2??(3)e3??（1） ……分别是线性极化率，二阶非线性极化率，三阶非线性极化率……，?(2) ，?(1)，?(3)，且每加一次极化，?值减小七八个数量级。在入射光场比较小的时候，?

激光拉曼光谱实验报告

激光拉曼光谱实验报告 摘要：本实验研究了用半导体激光器泵浦的3Nd + ：4YVO 晶体并倍频后得到的532nm 激 光作为激发光源照射液体样品的4CCL 分子而得到的拉曼光谱，谱线很好地吻合了理论分析的4CCL 分子4种振动模式，且频率的实验值与标准值比误差低于2%。又利用偏振片及半波片获得与入射光偏振方向垂直及平行的出射光，确定了各振动的退偏度，分别为、、、，和标准值0和比较偏大。 关键词:拉曼散射、分子振动、退偏 一， 引言 1928年，印度物理学家拉曼（）和克利希南（）实验发现，当光穿过液体苯时被分子散射的光发生频率变化，这种现象称为拉曼散射。几乎与此同时，苏联物理学家兰斯别而格（）和曼杰尔斯达姆（）也在晶体石英样品中发现了类似现象。在散射光谱中，频率与入射光频率0υ相同的成分称为瑞利散射，频率对称分布在0υ两侧的谱线或谱带01υυ±即为拉曼光谱，其中频率较小的成分01υυ-又称为斯托克斯线，频率较大的成分01υυ+又称为反斯托克斯线。这种新的散射谱线与散射体中分子的震动和转动，或晶格的振动等有关。 拉曼效应是单色光与分子或晶体物质作用时产生的一种非弹性散射现象。拉曼谱线的数目，位移的大小，谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究谱线特征。 20世纪60年代激光的问世促进了拉曼光谱学的发展。由于激光极高的单色亮度，它很快被用到拉曼光谱中作为激发光源。而且基于新激光技术在拉曼光谱学中的使用，发展了共振拉曼、受激拉曼散射和番斯托克斯拉曼散射等新的实验技术和手段。 拉曼光谱分析技术是以拉曼效应为基础建立起来的分子结构表征技术,其信号来源于分子的振动和转动。它提供快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性定量分析，无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。拉曼光谱的分析方向有定性分析、结构分析和定量分析。

激光器技术的应用现状及发展趋势_百度文库讲解

激光器技术的应用现状及发展趋势 摘要 :简述了激光精密加工技术及其特点 ; 综述了激光精密加工的应用现状 ; 探讨了激光精密加工技术的发展趋势。激光加工技术在机械工业中的广泛应用, 促进了激光加工技术向工业化发展。为此, 介绍了几种应用较广泛的激光加工技术; 重点讨论了激光硬化和激光珩磨技术的应用和发展趋势。摘要由于在光通信光数据存储传感技术医学等领域的广泛应用近几年来光纤激光器发展十分迅速本文简要介绍了光纤激光器的工作原理及特性 , 并对目前多种光纤激光器作了较为详细的分类 ; 同时介绍了近几年国内外对于光纤激光器的研究方向及其目前的热点是高功率光纤激光器、窄线宽可调谐光纤激光器和超短脉冲光纤激光器 ; 最后指出光纤激光器向高功率、多波长、窄线宽发展的趋势 . :结合河北工业大学光机电一体化研究室近几年对激光加工技术研究的初步成果, 对激光加工技术的特点, 激光加工技术在国内外的应用发展状况, 以及激光加工技术的发展趋势进行了简要介绍, 同时分析了我国激光加工产业面临的机遇与挑战,并提出了应采取的对策 前言 1 概述 激光加工是 20 世纪 60 年代初期兴起的一项新技术,此后逐步应用于机械、汽车、航空、电子等行业, 尤以机械行业的应用发展速度最快。在机械制造业中的广泛使用又推动了激光加工技术的工业化。 20 世纪 70 年代,美国进行了两大研究 :一是福特汽车公司进行的车身钢板的激光焊接 ; 二是通用汽车公司进行的动力转向变速箱内表面的激光淬火。这两项研究推动了以后的机械制造业中的激光加工技术的发展。到了 20 世纪 80 年代后期, 激光加工的应用实例有所增加 , 其中增长最迅速的是激光切割、激光焊接和激光淬火。这 3 项技术目前已经发展成熟, 应用也很广泛。进入 20 世纪 90 年代后期, 激光珩磨技术的出现又将激光微细加工技术在机械加工中的应用翻开了崭新的一页。激光加工技术之所以得到如此广泛的应用, 是因为它与传统加工技术相比具有很多优点:一、是非接触加工, 没有机械力; 二、是可以加工高硬度、高熔点、极脆的难加工材料;三、是加工区小,热变形很小,

飞秒激光超微细加工技术简介

飞秒激光超微细加工技术简介 摘要：本文首先简单地介绍了飞秒激光和超微细加工技术飞秒激光加工技术的技术背景，然后较为详细地介绍了飞秒激光超微细加 工技术及其特点与应用，结合飞秒激光超微细加工技术的特点 将其与其它的微机械加工技术进行了比较，最后分析飞秒激光 超微细加工技术的发展趋势和应用前景。 关键词：飞秒激光超微细加工技术飞秒激光超微细加工 Femtosecond laser micro machining technology Introduction Abstract: This paper first briefly describes the technical background of the femtosecond laser and micro machining technology and femtosecond laser micro machining technology, then a more detailed description the femtosecond laser micro machining technology and its features and applications, combined with the femtosecond laser micro machining technology will be characterized by with other micro-machining technology, the final analysis of the femtosecond laser micro machining technology trends and application prospects. Keywords:femtosecond laser micro machining technology femtosecond laser ultra-fine processing 0引言 激光（Laser,即Light Amplification by stimulated Emission of Radiation的缩写），意思是利用辐射受激得到的加强光，激光加工（Laser Beam Machining）就是把激光的方向性好和输出功率高的特性应用到材料的加工领域中去。【1】用聚焦的方法，把激光束汇聚在面积很小的一个区域，从而在该区域提供足够的热量使该区域的材料荣华或者气化从而达到机械加工的目的，显然激光加工是一种非接触式的加工，可以用于各种材料的微细加工。知道了什么是激光加工，那么飞秒激光超微细加工和普通的激光加工又有什么区别呢？

激光原理与激光技术课后习题答案完整版及勘误表

激光原理与激光技术习题答案 《激光原理与激光技术》堪误表见下方 习题一 (1)为使氦氖激光器的相干长度达到1m ，它的单色性 /应为多大？ 解： 1010 1032861000 106328--?=?=λ=λλ?=.L R c (2) =5000?的光子单色性 /=10-7 ，求此光子的位置不确定量x 解： λ =h p λ?λ =?2h p h p x =?? m R p h x 510 1050007 10 2=?=λ=λ ?λ=?=?-- (3)CO 2激光器的腔长L=100cm ，反射镜直径D=1.5cm ，两镜的光强反射系数分别为r 1=0.985,r 2=0.8。求由衍射损耗及输出损耗分别引起的、c 、Q 、c (设n=1) 解： 衍射损耗: 1880107501106102 262.) .(.a L =???=λ=δ-- s ..c L c 881075110318801-?=??=δ=τ 6 86810 113107511061010314322?=??????=πντ=--....Q c MHz .Hz ...c c 19101910 75114321 2168 =?=???=πτ= ν?- 输出损耗: 119080985050212 1.)..ln(.r r ln =??-=-=δ s ..c L c 8 81078210 311901-?=??=δ=τ 6 86810 964107821061010314322?=??????=πντ=--....Q c MHz .Hz ...c c 75107510 78214321 2168 =?=???=πτ= ν?- (4)有一个谐振腔，腔长L=1m ，两个反射镜中，一个全反，一个半反，半反镜反射系数r=0.99，求在1500MHz 的围所包含的纵模个数，及每个纵模的线宽(不考虑其它损耗) 解： MHz Hz .L c q 15010511 2103288=?=??==ν? 11]11501500 []1[=+=+ν?ν?=?q q 005.02 01 .02===T δ s c L c 7 8 1067.6103005.01-?=??== δτ MHz c c 24.010 67.614.321 217 =???= = -πτν? (5) 某固体激光器的腔长为45cm ，介质长30cm ，折射率n=1.5，设此腔总的单程损耗率0.01，求此激

激光测距实验报告

激光脉冲测距实验 1.实验目的 通过学习激光脉冲测距的工作原理；了解激光脉冲测距系统的组成；搭建室内模拟激光脉冲测距系统进行正确测距，为今后的工程设计奠定理论基础和工程实践基础。 2.实验原理 激光脉冲测距与雷达测距在原理上是完全相同的，如图2.1所示。 在测距点激光发射机发射激光脉冲，光脉冲经过光纤到达接收端，并被测距机上的探测系统接收。测出从激光发射时刻到被接收时刻之间的时间间隔t，根据已知光速，即可求出光纤的长度R为 R=/2 (2-1) 式中c为光速。真空中的光速是一个精确的物理常数 C1=299792458 m/s 光纤中的平均折射率n为 n=1.000275266 故光纤中的光速为 C=299710000 可见，激光测距的任务就是准确地测定时间间隔t。当不考虑光纤中光速的微小变化时，测距精度⊿R主要是由测时精度⊿t确定的 ⊿R=C⊿t/2 (2-2) 实际脉冲激光测距机中是利用时钟晶体振荡器和脉冲计数器来测定时间间隔 t的。时钟晶体振荡器用于产生固定的频率的电脉冲振荡，脉冲计数器的作用是对晶体产生的电脉冲个数进行计数。设晶体振荡器产生的电脉冲频率为f，则脉冲间隔T=1/f。若从激光脉冲发出时刻脉冲计数器开始计数，到光脉冲被接收时刻停止计数。设这段时间内脉冲计数器共计得脉冲个数为m，则可计算出被测光纤的长度为 R=1/2cmT=cm/f=1.6m (2-3) 相应的测距精度为 ⊿R =1/2Ct=c/(2f) (2-4) 可见，脉冲激光测距机的测距精度由晶振的频率决定。常用军用激光测距仪的晶振频率有15MHz、30MHz、75MHz和150MHz等，与其相对应的测距精度分别为正负10m、正负5m 、正负2m和正负1m。晶振的频率愈高，测距精度就愈高， 但随之而来的，不仅是计数器的技术难度增加，而且要求激光脉冲的宽度愈窄，激光器的难度也增加。 对脉冲测距系统，计数器的“开门”信号是由取出一小部分发射激光脉冲经光探测器转换成

飞秒激光技术

飞秒激光技术 金属的氧化腐蚀一度是件让人头疼的事。如何让金属不在岁月中失去光泽？飞秒激光技术从光学手段入手，不但让金属免遭腐蚀，还能将其变成神奇的超疏水材料。 水是生命之源，哪怕在一些只能算作潮湿的地方，细菌等微生物都能够得以生存或成长；同时水也是许多化学反应所需的基本条件，比如因水的存在，金属会以不被察觉的速度氧化。 不过在许多地方，人们并不希望金属氧化或菌落滋生——比如室外的天线、飞机的机翼、煮饭的锅……人们期待将一些疏水、超疏水材料用在这些地方。 其实超疏水材料在我们身边比比皆是：“出淤泥而不染，濯清涟而不妖”的荷花、荷叶就是典型的超疏水材料，许多昆虫的足上也有超疏水材料，比如大名鼎鼎的水黾，它们正是靠着“不沾水的腿”，在水面行走如飞。 在疏水材料家族中，鲜见金属的身影。不过，美国罗切斯特大学光学院的物理学家郭春雷（音译）与同事最新的研究发现，利用一项叫作飞秒激光的技术，他们能够把金属变成比荷花还要疏水的“极疏水材料”。疏水效果之强，以至于水滴滴在金属表面不仅不会散开，甚至会不断弹起。 飞秒激光让金属获超疏水“技能” 这项听来让人难以置信的研究刊发于美国物理联合会1月20日出版的《应用物理杂志》上。郭春雷研究团队使用超高能且超短的激光脉冲来改变金属的表面，持续时间为毫微微秒（即飞秒）量级。他们用这样的超短飞秒脉冲轰击铂、钛、铜3种样品，获得了上述新型的表面材料。 这种工艺的优势在于“激光在金属上创造的结构本质上是材料表面的一部分。”郭春雷在近期的新闻报道中说，这意味着它们不会被擦掉，并且正是这些结构使得金属具有超级疏水性能。 据研究人员介绍，超能激光脉冲在金属表面刻蚀出大量肉眼不及的诸如洼坑、小珠状和细纹等“痕迹”，这些痕迹形成了密集分布且高低不平的纳米微结构。这种纳米微结构从根本上改变了金属表面的光学性质和润湿性质。 特氟龙是一种常规疏水材料，常作为“不粘锅”涂层的不二之选。但飞秒激光处理过的金属材料远比特氟龙光滑。水滴从特氟龙涂层表面滚落，需要在水滴滚落之前将这个表面倾斜到70度，而经飞秒激光轰击过的金属，只需要倾斜不到5度甚至不必倾斜，水滴就能从表面滚落。

激光技术习题附答案

光电子技术(2 )上篇："激光技术”习题 1、在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个1/4波片，它的 轴向应该如何设置为佳?若旋转1/4波片它所提供的直流偏置有何变化？ 2、为了降低电光调制器的半波电压，采用4块z切割的KD*P晶体连接(光路串 联，电路并联)成纵向串联式结构。试问:(1)为了使4块晶体的电光效应逐块舂加，各晶体 x 和 y 轴取向应如何孑⑵若 A = 0.628/血,坯=1.51,/63 = 23.6x 10"%/V,计算其半波电压，并与单块晶体调制器比较之. 3、试设计一种装置,如何检验出入射光的偏振态(线偏光椭圆偏光和自然光)， 并指出是根据什么现象?如果一个纵向电光调制器没有起偏器，入射的自然光能否得到光强调制?为什么？ 4、一铝酸铅(PhMoO,)声光调制器，对He-Ne激光器进行调制。已知声功率P s = 1W,声光互作用长度L = \.8mm，换能器宽度H = 0.8讪,= 36.3X 10川芒? kg"，试求铝酸铅声光调制器的布拉格衍射效率。 5、在锁模激光器中，工作物质为YAG,2 = 1.06/^/棒尺寸0)4x50〃〃”,腔长 L = 0.75//?, fm =选择熔凝石英(n二1.46)作声光介质，声速 匕=5.95 X105C/?/5,采用布拉格衍射，驻波形式，设计声光锁模调制器的尺寸, 并求出布拉格角。 6、有一带偏振棱镜的电光调Q YAG激光器，试回答或计算下列问题： (1)画出调Q激光器的结构示意图，并标出偏振镜的偏振轴和电光晶体各主轴的 相对方向。 ⑵怎样调整偏振棱镜的起偏方向和晶体的相对位置才能得到理想的开关效果？ (3)计算 1/4 波长电压V2/4(/ = 25mmjt a = n e = 1.05,/63 = 23.6xlO~l7m/V). 7、声光调Q为什么运转于行波工作状态，一般只适用于连续激光器的高重复频率运行?加到电声换能器上的高频信号还要用频率为f的脉冲电压进行调制？8、当频率人=40MHz的超声波在熔凝石英声光介质(n二1.54)中建立起超声场(v, = 5.96 x lOS/s)时，试计算波长为2 = 1.06“〃的入射光满足布拉格条件的入射角&。 9、一个声光调Q器件(L = 50〃?〃?, H = 5mm)是用熔融石英材料做成，用于连续 YAG激光器调Q。已知激光器的单程增益为0.3,声光器件的电声转换效率为

(完整word版)激光光束分析实验报告讲解

激光光束分析实验报告 引言 1960年，世界上第一台激光器诞生。激光作为一种相干光源，以其高亮度、高准直性、高单色性的优点，一直在各种生产和研究领域发挥着重要的作用。 虽然激光具有上述优点，然而严格地说，激光并不是平面光束，而是一种满足旁轴近似的旁轴波。由稳定谐振腔发出的激光束大多为高斯光束，其主要参数为光束宽度、光束发散角和光束传播因子。由于这几个参数不同，不同激光束的质量也就有了差别，因此就需要制定评价光束质量的普适方法。常用来评价光束 质量的因子有：衍射极限倍数因子、斯特列耳比、环围能量比、因子和因子的倒数K因子（通常称为光束传播因子）。其中因子为国际ISO组织推荐的评价标准，也是我们在实验中采用的评价标准。 因子的定义为： 其中为实际光束束腰宽度，为实际光束远场发散角。 采用因子时，作为光束质量比较标准的是理想高斯光束。基模(模) 高斯光束有最好的光束质量，其，可以证明对于一般的激光光束有。因子越大，实际光束偏离理想高斯光束越远，光束品质越差。当高斯光束通过无像差、衍射效应可忽略的透镜、望远镜系统聚焦或扩束镜时，虽然光腰尺寸或远场发散角会发生变化，但光束宽度和发散角之积不变，是几何光学中的拉格朗日守恒量。 实验原理

如图选定坐标系。设光束的束腰位置为，束腰直径为，远场发散角为。为了简化问题，假设光束关于束腰对称，则可求出传播轴上任一垂直面上的光束直径。光束传播方程的一级近似为： 光束的因子为： 其中n为传播介质折射率，为光束波长。对于束腰宽度和远场发散角， 可用如下方法测得。 本实验中，我们采用的CCD能够测量在柱坐标系中传播轴上任一垂直面上的光束能量密度函数。由于能量密度函数关于传播轴中心对称，故在分布函数中没有自变量。对于高斯光束，可以证明： 其中： 因此只要测出能量密度函数就可以求出传播轴上任一垂直面上的光束直径。 有了测量光束直径的方法后，分别在轴向位置处测量能量密度函数，求出光束直径和，之后将其代入光束传播的一级近似方程

激光技术与应用复习知识点

1、 激光的定义 激光是由受激发射的光放大产生的辐射。 2、 激光的基本特性 单色性，方向性，相干性，高亮度。 3、 空间相干性与时间相干性 波在空间不同区域可能具有不固定的相位差，只有在一定空间范围内的光波才有相对固定的位相差，使得只有一定空间内的光波才是相干的。这种特性叫做波的空间相干性。 与波传播时间差有关的，由不确定的位相差导致的，只有传播时间差在一定范围内的波才具有相对固定的位相差从而相干的特性叫波的时间相干性。 4、 光子简并度 光子属于波色子，大量光子集合遵从波色-爱因斯坦统计规律，处于同态的光子数不受限制。虽然处于同一光子态的光子数并非严格的不随时间的变化，但其平均光子数是可以确定的。这种处于同一光子态的平均光子数成为光子简并度。 5、 激光器的基本组成及其应用 激光器一般包括三个部分。 激光器的基本结构由工作物质、泵浦源和光学谐振腔三部分组成。 激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，传统上看，它的研究范围一般可分为：激光焊接，激光切割，激光治疗，激光打标，激光打孔，激光热处理，激光快速成型，激光涂敷等。 6、 自发辐射 处于激发态的原子中，电子在激发态能级上只能停留一段很短的时间，就自发地跃迁到较低能级中去，同时辐射出一个光子，这种辐射叫做自发辐射。 7、 受激辐射 在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。 8、 受激吸收 处于低能级的原子(l E )，受到外来光子的激励下，在满足能量恰好等于低、高两能级之差(E ?)时，该原子就吸收这部分能量，跃迁到高能级(h E )，即h l E E E ?=-。受激吸收与受激辐射是互逆的过程。 9、 激光产生的必要条件 受激幅射是产生激光的首要条件，也是必要条件。 工作物质必须具有亚稳态能级。