激光技术在汽车工业中运用的优势讲解

激光技术在汽车工业中运用的优势

摘要:本文阐述了三种汽车工业中常用技术的特点, 结合汽车工业的发展趋势, 说明了激光技术在汽车工业中广阔的应用前景.

关键词: 激光汽车加工

Abstract: In this paper ，Three kinds of applications of laser technology in automobile industry are introduced. And describle the application prospect of laser technology in automobile industry, combine with the trend of automobile industry.

Keyword: laser automobile processing

每天，全球顶尖的汽车工程专家们都在思考着这样的问题：如何让汽车更安全？如何让汽车的制造更简单？如何让汽车整体甚至每个零部件更美观更精细？如何减少汽车制造中的能耗和成本？

随着科技的不断进步，新的加工技术和加工手段为解决上述问题提供了新的解决途径――激光技术，作为本世纪最重大的发明之一，激光在刚刚诞生不久就被人称为“解决问题的工具”，激光技术在工业制造领域具备巨大的市场潜力。

尤其在“柔性制造”方式被大力推广的今天，汽车工业领域面临着一次变革，汽车零部件产业正由大批量生产到小批量、多样化的生产方式过度，以市场为导向的制造方式将逐步普及，“Production Line”正被“Production Station”所取代，激光的空间控制性和时间控制性很好，能够迅速适应多种材料、多种形状和尺寸，特别适用于柔性加工，将在这一变革中发挥重大作用。

如今，激光技术已经广泛应用于“打标、、切割、打孔、热处理、精密调阻、精密配重”等领域，本文将主要介绍汽车工业比较常用的激光打标技术、技术、技术。

一、汽车工业中的激光打标技术

激光打标技术作为激光加工最大的应用领域，以其无可替代的优势迅速取代了传统的“气动打标、化学腐蚀标记、丝网印刷标记、标记”等方式，成为工业制造领域主流的标记方式。

激光打标技术具备以下优点：

（1）永久性：标记不会因时间、环境等元素的改变而消退，且标记效果难以模仿和更改，具备比较强的防伪功能，因此，在可追溯性要求十分严格的汽车工业领域，激光标记方式具有相当明显的优势。

（2）非接触式加工：激光标记的能量载体是波长高度一致的光束，光束照射在被加工物体表面时是不产生任何机械的应力的，对于材料本身的机械特性是没有

任何影响的，而且消除了化学污染和噪声污染。

（3）适应性强：能够对大多数金属或非金属材料进行标记，因为采用计算机智能控制，激光标记设备可以通过软件迅速调节标记内容，包括条形码、二维码等，以武汉华工激光公司自主开发的激光标记软件为例，不仅能够实现自动跳号（包括有规则的和无规则的），还能够自动生成条形码，此外，还支持DataMatrix 、PDF417、QR Code 等二维码技术，而且兼容多种图形软件生成的文件格式，为实现柔性加工提供了极大的方便，即使产品更新换代，激光设备一样可以继续使用，无须再次投入。

（4）标记效果极其精细：聚焦后的光斑直径最小能达到0.01 mm甚至更小，因此标记效果十分精细；

（5）运行成本低：虽然激光设备的购置投资比传统的标记设备投资大，但是激光标记速度快、能耗小、易于自动化管理；不需要一般性耗材，只要激光器能正常工作就能实现长时间连续加工，综合算来，在使用成本和技术综合效益方面，与传统标记方式比较有很大优势；

在汽车零部件制造领域，激光标记技术已经完全可以应用到任何需要标记的地方，金属零部件，非金属零部件，甚至汽车玻璃、轮胎，都能够实现激光标记（附图）。

二、汽车工业中的激光焊接技术

激光用于汽车零部件甚至汽车整车的焊接已经有二十多年的历史，在汽车工业极为发达的欧美国家，激光焊接已经成为最先进的汽车制造工艺中一种标准工艺。

广泛应用于：汽车（包括联体齿轮）、汽车变速器、滤油器、汽车空调皮带轮、液压挺杆、ABS 电池阀、安全气囊点火器、锂电池、喷油嘴、车灯、传感器等零部件。车顶、车门、车尾箱、发动机顶盖等车体部位的激光焊接应用也非常广泛。

激光焊接的主要优点有：1、易控制且速度快；2、无须且可以得到高质量高强度的焊缝；3、焊缝深宽比大，光亮美观；4、精度高，重复操作性强，成品率高；

5、由于焊接速度快，热传导效应小，热形变极小；

6、非接触式加工，无机械应力；

7、无须耗材，使用成本低。

采用激光焊接技术不仅可以极大地降低成本，还可以大大提高生产效率和产品质量。例如，激光焊接使得原本必须使用铸造工艺的汽车零部件改为采用工艺变成了现实，从而减轻了零部件的重量，节约了原料；汽车变速箱或传动系统齿轮组，以前是采用整块材料经多种机械加工方式多道工序才能完成，耗费人力物力财力，现在欧美等发达国家的零部件商将齿轮组分为多个小部分，分别生产加工，再使用激光焊接，即能保证强度，又加快了生产速度，简化了工艺，且可以节省大量的钢材。

实验表明，使用激光焊接的车身，强度可以提高30%以上，使得汽车的安全性能得到了大幅提高；使用激光焊接的汽车零部件，可以有效地减小部件体积，符合零部件小型化的发展趋势。

目前，我国的汽车工业尚不发达，激光焊接技术还没有得到广泛应用，这并不代表着我国的激光焊接技术和欧美等发达国家差距很大，我国的汽车零部件的激光焊接技术已经相当成熟。

三、汽车工业中的激光切割技术

激光切割技术是利用高能量的激光束照射在工件表面，使被照射区域局部溶化、汽化或相变，达到切割的目的。经过光学系统聚焦以后的激光，焦点处能量密度极高，因此可以切割一些硬度极高的物质，包括硬质合金，甚至金刚石。“削铁如泥”不再是传说中的故事，高科技让它变成了现实。

和打标和焊接工艺一样，激光切割也属于非接触式加工，对工件无须施加机械力，工件不易变形，热影响区小，切缝（它与被加工物体的材料、厚度、激光的功率、切割速度、焦点的位置等元素有关）较窄，且切缝质量比较好，无需再加工。

汽车车身材料使用了大量的高强度钢材，如果使用机械切割，工具磨损极其严重；如果使用冲压切割，会磨损磨具，且随着磨具的磨损而逐渐降低切割质量；激光切割很好的解决了这些问题，可以长时间的连续工作，而且大大减少了生产准备周期。

激光切割技术和数控技术的结合，大大提高了设备的利用效率，只需要将要切割的图形导入数控系统，可以切割不同部位所需的钢材，无需分别开模，为生产车间的柔性化，提供了极大的便利。

汽车配件切割：

结束语

本文所介绍的三种激光加工技术，贯穿于汽车制造的全过程，零部件厂商使用多种激光加工工艺提高产品品质，整车厂商对于激光技术的应用也极为普遍，以整

车制造的四大工艺环节“冲压、焊装、涂装、总装”为例，其中激光技术在“冲压、焊装、总装”环节发挥着巨大的作用，为整车厂商带来了巨大的经济效益。

汽车工业的发展极为迅速，新能源汽车的发展将极大地改变现有的汽车制造工艺，汽油发动机、供油系统、包括齿轮变速箱等将被新的动力系统所取代，新的动力系统必然要求有新的加工方式与之匹配，所有的业界专家都深信：激光技术将继续起主导作用！作为国家重大科技项目支撑计划激光项目的唯一承担单位，华工激光公司也会继续不断专注于技术的进步，为汽车行业的发展做出自己的贡献。(end 文章内容仅供参考 ( ((2011-11-26

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 ）

激光探测技术讲解

激光探测技术 激光技术用于检测工作主要是利用激光的优异特性，将它作为光源，配以相应的光电元件来实现的。它具有精度高、测量范围大、检测时间短、非接触式等优点，常用于测量长度、位移、速度、振动等参数。当测定对象物受到激光照射时，激光的某些特性会发生变化，通过测定其响应如强度、速度或种类等，就可以知道测定物的形状、物理、化学特征，以及他们的变化量。响应种类有：光、声、热，离子，中性粒子等生成物的释放，以及反射光、透射 激光技术用于检测工作主要是利用激光的优异特性，将它作为光源，配以相应的光电元件来实现的。它具有精度高、测量范围大、检测时间短、非接触式等优点，常用于测量长度、位移、速度、振动等参数。当测定对象物受到激光照射时，激光的某些特性会发生变化，通过测定其响应如强度、速度或种类等，就可以知道测定物的形状、物理、化学特征，以及他们的变化量。响应种类有：光、声、热，离子，中性粒子等生成物的释放，以及反射光、透射光、散射光等的振幅、相位、频率、偏振光方向以及传播方向等的变化。 ◆激光测距 激光测距的基本原理是：将光速为 C 的激光射向被测目标，测量它返回的时间，由此求得激光器与被测目标间的距离 d 。 即：d＝ct/2 式中t-激光发出与接收到返回信号之间的时间间隔。可见这种激光测距的精度取决于测时精度。由于它利用的是脉冲激光束，为了提高精度，要求激光脉冲宽度窄，光接收器响应速度快。所以，远距离测量常用输出功率较大的固体激光器与二氧化碳激光器作为激光源；近距离测量则用砷化镓半导体激光器作为激光源。 ◆激光测长

从光学原理可知，单色光的最大可测长度L与光源波长λ和谱线宽度Δλ的关系用普通单色光源测量，最大可测长度78cm。若被测对象超过 78cm，就须分段测量，这将降低测量精度。若用氦氖激光器作光源，则最大可测长度可达几十公里。通常测长范围不超过10m，其测量精度可保证在 0.1μm 以内。 ◆激光干涉测量 激光干涉测量的原理是利用激光的特性－相干性，对相位变化的信息进行处理。由于光是一种高频电磁波，直接观测其相位的变化比较困难，因此使用干涉技术将相位差变换为光强的变化，观测起来就容易的多。通常利用基准反射面的参照光和观测物体反射的观测光产生的干涉，或者是参照光和通过观测物体后相位发生变化的光之间的干涉，就可以非接触地测量被测物体的距离以及物体的大小，形状等，其测量精度达到光的波长量级。因为光的波长非常短，所以测量精度相当高。 ◆激光雷达 激光雷达是用于向空中发射激光束，并对其散射信号光进行分析与处理，以获知空气中的悬浮分子的种类和数量以及距离，利用短脉冲激光，可以按时间序列观测每个脉冲所包含的信息，即可获得对象物质的三维空间分布及其移动速度、方向等方面的信息。如果使用皮秒级的脉冲激光，其空间分辨率可以达到 10cm以下。激光照射在物体上后，会发生散射，按照光子能量是否发生变化，散射分为弹性散射和非弹性散射两种类型。弹性散射又有瑞利散射和米氏散射之分。相对于激光波长而言，散射体的尺寸非常小时，称为瑞利散射；与激光波长相当的散射，称之为米氏散射。瑞利散射强度与照射激光波长的四次方成反比，所以，通过改变波长的测量方式就可以和米氏散射区别开。相应地，非弹性散射也有拉曼散射和布里渊散射两种。拉曼散射是指光遇到原子或分子发生散射时，由于散射体的固有振动以及回转能和能量的交换，致使散射光的频率发生变化的现象。拉曼散射所表现出的特征，因组成物质的分子结构的不同而不同，因此，将接收的散射光谱进行分光，通过光谱分析法可以很容易鉴定分子种类。所以，通过测量散射光，就可以测定空气中是否有乱气流（米氏散射），以及CO、NO等各种大气污染物的种类及数量（拉曼散射）。由此可见，激光雷达技术在解决环境问题方面占据着举足轻重的位置。

激光技术论文：飞秒激光治疗近视技术的应用讲解

激光治疗近视的技术 课程:原子物理与量子力学 学院:国防科技学院 班级:辐射 1003 姓名:高阳 学号:20100578 激光治疗近视技术的应用 [摘要 ]准分子激光治疗近视眼手术经过近二十年的发展,使全球上千万近视眼患者顺利摘掉了眼镜。此项技术经历了 prk 、 ik 、 ek 、 tk 四个发展阶段,目前已经达到了相当高的水平。然而普通激光手术仍有一个关键环节未能得到完善的解决,就是角膜瓣制作环节,而这一环节又是直接关系到激光手术安全性、术后效果的关键环节。直至飞秒激光手术出现,这一激光手术历史遗留问题才得以彻底解决。近视手术史也进入了一个新的时代——全程无刀近视手术时代。本文通过对飞秒激光治疗近视技术的介绍及应用,为广大患者了解飞秒激光手术的特点和优势,提供新的认识。 [关键词 ]激光技术飞秒激光近视 我国目前总近视人口高达 4亿, 青少年近视人口超过 1.5亿,小学、初中、高中和大学生中近视比例分别超过 25%、 50%、 70%和 75%。当前,近视已成为一个公共健康问题。一、近视治疗的方法和现状 矫正近视方法通常有三种:(1镜片矫正:包括框架眼镜、角膜接触镜; (2眼内屈光手术:透明晶体摘除术、有

晶体眼的人工晶体植入术; (3角膜屈光性手术:放射状角膜切开术(rk 、准分子激光切削术(prk 、准分子激光原位角膜磨镶术 lasik(简称 ik 、准分子激光上皮下角膜磨镶术 lasek(简称 ek 、虹膜识别旋转定位 +波前像差引导的准分子激光近视手术 torsion lasik(简称 tk 等。 准分子激光治疗近视是眼科领域一项革命性成果,这项技术从 1986年开始,在理论和实践中不断地摸索前进。到目前为止,在全球范围内已发展到极高的水平,成为一项真正造福于广大近视患者的技术。我国每年有近 90万的近视患者通过准分子激光手术一劳永逸地摘掉了眼镜,治疗后达到了参军、就业、升学、考公务员对视力的要求。 二、近视激光手术治疗存在的问题 近视激光手术在临床应用过程中不断更新升级,从最初的 prk 发展到 lasik 手术,再改良出现 lasek ,其发展速度非常快。 在眼的屈光系统中, 角膜的屈光力占全部屈光力的 70%, 角膜屈光力的轻度改变,能明显影响近视的度数。 prk 及 lasik 两种手术正是通过切削中央角膜,使之变薄而降低其屈光力来达到矫正近视目的的。 prk 多应用于治疗中低度近视,但由于破坏了角膜的正常解剖结构,术后可出现角膜上皮下雾状浑浊、青光眼或高眼压、眩光和回退等并发症。 lasik 可以保持前部角膜组织的正常解剖结构,能够减轻术 后角膜组织愈合反应所引起的上皮下浑浊和屈光回退,预后性较好,术后恢复和稳定性也较好,适合于中高度近视和近视散光的治疗。但 lasik 也可能出现并发症,如感染、欠矫或过矫、角膜穿透、医源性角膜散光、继发性圆锥角膜、角膜瓣不规则、眩光,等等。这些并发症如果及时发现并处理得当,大部分不会留下后遗症,也不会影响疗效。但是有些并发症确实妨碍视力恢复,比如术前近视术后过矫成高度近视;或术前无散光,术后成为高度散光,等等。如果手术致存留的角膜太薄,则无法采用再次手术予以补救。又如,术中角膜穿透或术后继发严重的圆锥角膜,都可能令患者不得不接收角膜移植手术,给患者带来新的麻烦。

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

第一章作业(激光技术--蓝信钜,66页).

第一章作业(激光技术--蓝信鉅,66页 2.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? 3,为了降低电光调制器的半波电压,采用4块z切割的KDP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叠加,各晶体的x和y轴取向应如何? (2若λ=0.628μm,n。=1.51,γ63= 23.6×10—12m/V,计算其半波电压,并与单块晶体调制器比较之。 4.试设计一种实验装置,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? 第一章补充作业:何谓a. 电光调制、b. 声光调制、c. 磁光调制、d. 直接调制、 e.空间光调制器? 第2章作业(激光技术--蓝信鉅,103页,带*号的研究生可以试做 1.说明利用调Q技术获得高峰值功率巨脉冲的原理,并简单说明调Q脉冲形成过程中各参量随时间的变化。 3.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。 (2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l/4波长电压Vλ/4 (l=25mm,n0=n e=1.05, γ63=23.6×10-12‘’m/V。 5.当频率f s=40MHz 的超声波在熔凝石英声光介质(n=1.54中建立起超声场(v s=5.96×105cm/s时,试计算波长为λ=1.06μm的入射光满足布拉格条件

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。激光横模形成的主要因素是谐振腔两端反射镜的衍射作用,光束不再是平行光，光强也改变为非均匀的。 λ λν?=?=?=//2c t c L c 1 =?c ντm L c 328.6/2=?=λλrad d 4102/22.1-?≈≈λθnL C 2=?νHz 105.10.1121031.0m,Hz 1053 .012103,m 30.0288288 1?=???=?=?=???=?==?νννL L nL c

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：

四川大学光电子学与激光技术期末复习资料

四川大学光电子学与激光技术期末复习资料 光电子学是以光频波段电磁波的电子学效应基本理论和应用原理为研究对象，并由近代光学与电子学相互交叉与渗透而形成的一门新兴学科。 光电子技术——研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术特点：1、角分辨率高2、距离分辨率高3、频带宽，通信容量大4、光谱分辨率高5、非线性光学效应强21世纪光电子技术发展？以智能化超高速计算机系统和全光网为代表的超高速、超大容量信息处理和传输将成为未来信息科学发展的两个重大方向 微电子技术受分布电容影响，难以突破纳秒的门槛，在实现超高速、超大容量、超低功耗的集成系统方面遇到了根本的困难 21世纪的信息化社会依赖光电子技术 什么叫光辐射？以电磁波形式或粒子（光子）形式传播的能量，它们可以用光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程称为光辐射。 在辐射度单位体系中，基本量是辐通量或者辐射能，它是只与辐射客体有关的量。其基本单位是瓦特（W）或者焦耳（J）。辐射度学适用于整个电磁波段。 光度单位体系，是一套反映视觉亮暗特性的光辐射计量单位，被选作基本量的不是光通量而是发光强度，其基本单位是坎德拉。光度学只适用于可见光波段。 任何0K以上温度的物体都会发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。热辐射具有连续的辐射谱，波长自远红外区到紫外区，并且辐射能按波长的分布主要决定于物体的温度。 在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的单色辐射出射度与单色吸收比之比值都相等，并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐射出射度。基尔霍夫辐射定律 为了表示一个热辐射光源所发出光的光色性质，常用到色温度这个量，单位为K。色温度是指在规定两波长处具有与热辐射光源的辐射比率相同的黑体的温度。 如果将光也看做粒子（一种特殊的粒子）——我们称之为光量子，则光辐射场与物质相互作用，就产生粒子的跃迁过程，包括自发辐射、受激吸收与受激辐射三种类型的跃迁。爱因斯坦关系 由于各种因素影响，自发辐射并非单色的，而是分布在中心频率 0附近一个有限的频率范围内，这一现象称为光谱线展宽。 在热平衡状态下，处于高能级的粒子数总是小于处于低能级的粒子数，因此入射光强总是不断的减少。为使入射光得以放大，必须激活入射介质，使其高能级的粒子数多于处于低能级的粒子数，即实现粒子数反转。 必要条件 粒子数反转分布、减少振荡模式数（得到方向性很好、单色性很好） 充分条件 阈值条件、稳定振荡条件 光在介质中的放大增益能超过谐振腔内能量损失（吸收、反射、散射等）的总和时，光波才能真正被放大，从而在腔内振荡起来，激光器必须满足这个条件才能“起振”，我们就称这个条件为激光振荡的阈值条件。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程度时，增益系数将随光强的增大而减小，这种增益系数

激光技术蓝信钜课后部分作业答案

第一章作业（激光技术--蓝信鉅，66页）答案 2．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，（1）它的轴向应如何设置为佳? （2）若旋转1／4波片，它所提供的直流偏置有何变化? 答：（1）. 其快、慢轴与晶体主轴x轴成450角（即快、慢轴分别与x’、y’轴平行）。此时，它所提供的直流偏 置相当于在电光晶体上附加了一个V1/4的固定偏压(E x’ 和E y’的附加位相差为900)；使得调制器在透过率T=50% 的工作点上。 （2）. 若旋转1／4波片，会导致E x’和E y’的附加位相 差不再是900；因而它所提供的直流偏置也不再是V1/4。 当然调制器的工作点也偏离了透过率T=50%的位置。3.为了降低电光调制器的半波电压，采用4块z切割的KDP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叠加，各晶体的x和y轴取向应如何? (2) 若λ=0.628m，n。＝1.51，γ63＝23.6×10—12m ／V，计算其半波电压，并与单块晶体调制器比较之。 解：(1) 为了使晶体对入射的偏振光的两个分量的相位延迟皆有相同的符号，则把晶体x和y轴逐块旋转90安置，z轴方向一致（如下图）， x z x y z x y z x z

(2).四块晶体叠加后，每块晶体的电压为： v 966106.2351.1210628.0412n 41V 41V 123-663302' 2=?????=?==-γλλλ 而单块晶体得半波电压为： v 3864106.2351.1210628.02n V 123-6 63302 =????==-γλλ 与前者相差4倍。 4．试设计一种实验装置，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？ 解：（1）实验装置：偏振片和白色屏幕。 a. 在光路上放置偏振片和白色屏幕，转动偏振片一周，假如有两次消光现象，则为线偏振光。 b. 在光路上放置偏振片和白色屏幕，转动偏振片一周，假如光强有两次强弱变化（但无消光现象发 生）；则为椭圆偏振光。 c. 在光路上放置偏振片和白色屏幕，转动偏振片一周，假如光强没有变化；则为自然光（或圆偏振 光）。区分二者也不难，只需在偏振片前放置一个四分之一波片（可使圆偏振光变为线偏振光， 可出现a 的现象）即可。（这里自然光却不能变成线偏振光） （2）自然光得不到调制。原因是自然光没有固定的偏振方向，当它通过电光晶体后没有固定的位相差； 因而不能进行调制。 第一章补充作业： a. 电光调制：利用光电效应将信息加载于激光的一种物理过程称之为电光调制。激光通过加有电场的晶体， 使一个随时间变化的电信号转变成光信号。即使传递的（电）信息通过光波的强度、相位变 化体现出来。 b. 声光调制：利用声电效应将信息加载于激光的一种物理过程称之为声光调制。调制信号是以电信号(调辐) 形式作用于电声换能器上而转化为以电信号形式变化的超声场，当光波通过声光介质时，由 于声光作用，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。 c. 磁光调制：利用磁光效应把欲传递的信息转换成光载波的强度(振幅)等参量随时间的变化。与电光调制、 声光调制所不同的是，磁光调制是将电信号先转换成与之对应的交变磁场，由磁光效应改变 在介质中传输的光波的偏振态，从而达到改变光强度等参量的目的 d. 直接调制：是把要传递的信息转变为电流信号注入半导体光源(激光二极管LD 或半导体二极管LED)， 从而获得已调制信号。由于它是在光源内部进行的，因此又称为内调制，它是目前光纤通信 系统普通使用的实用化调制方法。 e.空间光调制器：可以形成随xy 坐标变化的振幅(或强度)透过率[A (x ,y )＝A 0T (x ,y )]或者是形成随坐标变化的 相位分布 [A (x ,y )＝A 0Texp [i θ(x ,y )]] 或者是形成随坐标变化的不同的散射状态。顾名思 义，这是一种对光波的空间分布进行调制的器件。它的英文名称是Spatial Light Modulator(SLM)。 第2章作业（激光技术--蓝信鉅，103页） 1．说明利用调Q 技术获得高峰值功率巨脉冲的原理，并简单说明调Q 脉冲形成过程中各参量 随时间的变化。

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

《激光原理与技术》复试大纲

《激光原理与技术》复试大纲 一、考试内容和要求 第一章激光的基础知识 光的波粒二象性概念、光波模式基本概念， 黑体辐射原理，受激辐射、受激吸收、自发辐射的过程，条件与特点、爱因斯坦关系式。 激光器的概念，激光振荡的增益条件和光学反馈条件 激光光束的特点，常见激光的种类与特性。 第二章光学谐振腔与高斯光束 光学谐振开腔的特点，腔损耗的几种描述，光腔稳定性判别原理和方法。 光学开腔衍射积分理论的基本思路、有关物理概念及物理结论 一般稳定球面镜腔厄米-高斯模式参数的意义及参数求解 非稳定腔的种类，共轭像点（本征模式）与损耗的计算， 基横模高斯光束q参数、在线性光学系统中变换的ABCD定律、 高阶高斯模式 基横模高斯光束的聚焦、准直，高斯光束在稳定球面腔中的的自再现变换。 第三章光与物质的相互作用与激光器的工作特性 均匀加宽与非均匀加宽、线型函数，线宽； 速率方程，吸收截面、发射截面， 均匀与非均匀加宽介质增益系数与增益饱和，饱和光强，烧孔效应 激光器的单模振荡与多模振荡； 激光器的阈值，脉冲激光器的张持震荡，线宽极限，频率牵引，激光器输出功率 第四章激光的调制与偏转 振幅调制、频率调制、相位调制、强度调制、脉冲调制的概念。 电光效应、电光相位延迟、体调制器、波导调制器等，强度电光调制器与电光相位调制器的结构与工作原理，电光偏转技术。 弹光效应、声光衍射原理，布喇格衍射及条件、声光调制器结构、工作原理与调制特性，声光扫描器工作原理与特性。 法拉第效应，磁光调制器与光学隔离器的原理与结构；半导体激光器的直接调制原理。第五章调Q（Q开关）技术 调Q的概念与原理， 电光晶体调Q原理，单块双45o电光Q开关的结构与工作原理。 声光调Q原理，声光调Q器件的结构与设计。 可饱和吸收染料调Q原理及其应用 光纤激光器调Q技术 第六章超短脉冲—锁模技术 多模激光器输出特性，锁模基本原理及方法。 主动锁模，振幅调制锁模、相位调制锁模，主动锁模激光器结构与设计。 被动锁模的原理及物理过程，碰撞锁模原理。 同步泵浦锁模原理、物理过程；光纤激光器锁模技术 二、参考资料 1.《激光原理》周炳琨高以智等编（第五版）国防工业出版社 2.《激光技术》，蓝信钜主编，科学出版社

激光器的种类及性能参数总结

激光器的种类及性能参数总结 半导体激光器——用半导体材料作为工作物质的一类激光器 中文名称： 半导体激光器 英文名称： semiconductor laser 定义1： 用一定的半导体材料作为工作物质来产生激光的器件。 所属学科： 测绘学（一级学科）；测绘仪器（二级学科） 定义2： 以半导体材料为工作物质的激光器。 所属学科： 机械工程（一级学科）；光学仪器（二级学科）；激光器件和激光设备-激光器名称（三级学科） 定义3： 一种利用半导体材料PN结制造的激光器。 所属学科： 通信科技（一级学科）；光纤传输与接入（二级学科） 半导体激光器的常用参数可分为：波长、阈值电流Ith 、工作电流Iop 、垂直发散角θ⊥、水平发散角θ∥、监控电流Im 。 （1）波长：即激光管工作波长，目前可作光电开关用的激光管波长有635nm、650nm、670nm、激光二极管690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。 （2）阈值电流Ith ：即激光管开始产生激光振荡的电流，对一般小功率激光管而言，其值约在数十毫安，具有应变多量子阱结构的激光管阈值电流可低至10mA以下。 （3）工作电流Iop ：即激光管达到额定输出功率时的驱动电流，此值对于设计调试激光驱动电路较重要。 （4）垂直发散角θ⊥：激光二极管的发光带在垂直PN结方向张开的角度，一般在15?~40?左右。 （5）水平发散角θ∥：激光二极管的发光带在与PN结平行方向所张开的角度，一般在6?~ 10?左右。 （6）监控电流Im ：即激光管在额定输出功率时，在PIN管上流过的电流。 工业激光设备上用的半导体激光器一般为1064nm、532nm、808nm，功率从几瓦到几千瓦不等。一般在激光打标机上使用的是1064nm的，而532nm的则是绿激光。 准分子激光器——以准分子为工作物质的一类气体激光器件。 中文名称： 准分子激光器 英文名称： excimer laser 定义：

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

激光技术-答案

激光技术-答案

考试时间：12月17日19:00—21:00 考试地点：思源楼411，412， 座位安排：学号03211138-05231022在411教室，05231144—06292044在412教室 第一章作业（激光技术--蓝信鉅，66页）答案 2．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，（1）它的轴向应如何设置为佳? （2）若旋转1／4波片，它所提供的直流偏置有何变化? 答：（1）. 其快、慢轴与晶体主轴x轴成450角（即快、慢轴分别与x’、y’轴平行）。此时，它所提 供的直流偏置相当于在电光晶体上附加了一 个V1/4的固定偏压(E x’和E y’的附加位相差为 900)；使得调制器在透过率T=50%的工作点 上。 （2）. 若旋转1／4波片，会导致E x’和E y’的附 加位相差不再是900；因而它所提供的直流偏 置也不再是V1/4。当然调制器的工作点也偏离 了透过率T=50%的位置。 3.为了降低电光调制器的半波电压，采用4块z切割的KDP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叠加，各晶体

的x 和y 轴取向应如何? (2) 若λ=0.628μm ，n 。＝1.51，γ63＝23.6×10—12m ／V ，计算其半波电压，并与单块晶体调制器比较之。 解：(1) 为了使晶体对入射的偏振光的两个分量的相位延 迟皆有相同的符号，则把晶体x 和y 轴逐块旋转90安置， z 轴方向一致（如下图）， (2).四块晶体叠加后，每块晶体的电压为： v 966106.2351.1210628.0412n 41V 41V 123-6 63302'2=?????=?==-γλλλ 而单块晶体得半波电压为： v 3864106.2351.1210628.02n V 123-6 63302 =????==-γλλ 与前者相差4倍。 4．试设计一种实验装置，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？ x y z x y z x y z x y z

《激光原理与激光技术》习题答案完整版(北京工业大学出版社)

激光原理与激光技术习题答案 习题一 (1)为使氦氖激光器的相干长度达到1m ，它的单色性?λ/λ应为多大？ 解： 1010 1032861000 106328--?=?=λ=λ λ?=.L R c (2) λ=5000?的光子单色性?λ/λ=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δ、τc 、Q 、?νc (设n=1) 解： 衍射损耗: 1880107501106102 262.) .(.a L =???=λ=δ-- s ..c L c 8 81075110318801-?=??=δ=τ 6 86 810 113107511061010314322?=??????=πντ=--....Q c MHz .Hz ...c c 1910191075114321216 8 =?=???=πτ= ν?- 输出损耗: 1190809850502121.)..ln(.r r ln =??-=-=δ s ..c L c 8 81078210 311901-?=??=δ= τ 6 86 810 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 的范围内所包含的纵模个数，及每个纵模的线宽(不考虑其它损耗) 解： MHz Hz .L c q 150105112103288=?=??==ν? 11]1150 1500 []1[=+=+ν?ν?=?q q 005.02 01.02=== T δ s c L c 781067.610 3005.01 -?=??== 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0.01π，求此激光器的无源腔本征纵模的模式线宽。 解： cm L 60155.130=+?=' s 106.36610 30.01π0.6c L 8 8c -?=??='=δτ 2.5M H z 10 6.3663.1428 c c =???= = -1 21πτν? (6)氦氖激光器相干长度1km ，出射光斑的半径为r=0.3mm ，求光源线宽及1km 处的相干面积与相干体积。 解： 0.3MHz 10 103L c 3 8 c =?==ν?

激光实验报告讲解

激光实验报告 He-Ne 激光器模式分析 一．实验目的与要求 目的：使学生了解激光器模式的形成及特点，加深对其物理概念的理解；通过测 试分析，掌握模式分析的基本方法。对本实验使用的重要分光仪器——共焦球面扫描干涉仪，了解其原理，性能，学会正确使用。 要求：用共焦球面扫描干涉仪测量He-Ne 激光器的相邻纵横模间隔，判别高阶 横模的阶次；观察激光器的频率漂移记跳模现象，了解其影响因素；观察激光器输出的横向光场分布花样，体会谐振腔的调整对它的影响。 二．实验原理 1.激光模式的一般分析 由光学谐振腔理论可以知道，稳定腔的输出频率特性为： L C V mnq η2= [1q (m 2n 1)+++π]cos -1[(1—1 R L )(1—2R L )]1/2 (17) 其中：L —谐振腔长度； R 1、R 2—两球面反射镜的曲率半径； q —纵横序数； m 、n —横模序数； η—腔内介质的折射率。 横模不同（m 、n 不同），对应不同的横向光场分布（垂直于光轴方向），即有不同的光斑花样。但对于复杂的横模，目测则很困难。精确的方法是借助于仪器测量，本实验就是利用共焦扫描干涉仪来分析激光器输出的横模结构。 由（17）式看出，对于同一纵模序数，不同横模之间的频差为： )(12' ':n m L C n m mn ??πηυ?+= cos -1[（1－1R L ）(1－2 R L )]1/2 （18） 其中：Δm=m －m ′；Δn=n －n ′。对于相同的横模，不同纵模间的频差为 q L C q q ?ηυ?2':= 其中：Δq=q －q ′，相邻两纵模的频差为

L C q ηυ?2= （19） 由（18）、（19）式看出，稳定球面腔有如图2—1的频谱。 （18）式除以（19）式得 cos )(1'':n m n m mn q ??πν??+=-1[(1－1R L )(1－2 R L )]1/2 （20） 设：q n m mn υ?υ??'':= ； S= π 1 cos -1[(1－)]1)(21R L R L -1/2 Δ表示不同的两横模（比如υ00与υ 10）之间的频差与相邻两纵模之间的频差之 比，于是（20）式可简写作： S n m ? = ?+?)( （21） 只要我们能测出Δ，并通过产品说明书了解到L 、R 1、R 2（这些数据生产厂家常给出），那么就可以由（21）式求出（Δm +Δn ）。如果我们选取m=n=0作为基准，那么便可以判断出横模序数m 、n 。例如，我们通过测量和计算求得（Δm +Δn ）=2，那么，激光器可能工作于υ00、υ10、υ01、υ11、υ20、υ02。 2. 共焦球面扫描干涉仪的基本工作原理 共焦球面扫描干涉仪由两块镀有高反射率的凹面镜构成，如图2—2。反射镜的曲率半径R 1=R 2=L 。 图 2-2