光与激光的特性
第一章光与激光的特性
一、光的基本特性
1、光在真空中的传播速度是：__________，但在媒质中，其速度为________，其中n是媒质的折射率（仅取决于媒质
的物质构成和光的颜色）。
2、光具有波粒二象性。光是横波。
3、光被吸收时，它的能量一般转化为热——红外加热。
——有些物质在紫外作用下可发出荧光，荧光的强弱和颜色取决于紫外光的波长和荧光物质的化学成分。
4、光在所有物质的表面或多或少有反射。
——反射：漫反射（光在粗糙表面向四面八方的散射）；镜面反射。
5、光在通过介质时，若介质具有光学不均匀的结构（介质的各向异性；局部的密度与平均密度的统计偏离造成的密度
起伏），就会发生散射。
——瑞利散射：散射光波长与入射光波长相同的散射。
——喇曼散射：散射光波长与入射光波长不同的散射，形成双散射谱线
——布里渊散射：散射光波长与入射光波长不同的散射，形成双散射谱线
二、激光的产生与特性
1、普通光源发光特点
1)普通光源中处于激发态的原子数总是少于基态的原子数，而且受激原子的总数也有限，所以只能发出低强度的光；
2)自发辐射光子的方向是杂乱地随机分布，因此所发出光线的方向性很差；
3)普通光源发光，有可能从不同的高能级原子向不同的低能级跃迁，因此产生光子的频率便会有多种不同，导致其
辐射的光是广谱的。
2、激光产生的条件
1)形成受激辐射：受激辐射所发射出的光子等于入射光子的两倍，使光子数量增多，能量增大；
2)实现粒子数的反转：前提是有合适的具有亚稳态的工作物质，有强大的激励能源。
——激励能源将物质中低能级的粒子抽运到高能级上，处于激发态的粒子不稳定，但由于物质具有亚稳态，故粒子会再跃迁到亚稳态上，亚稳态的寿命相对较长，从而使该物质中处于高能级的粒子数可能会多于低能级的粒子数，实现粒子数反转。
——光激励，电激励（用于气体激光器，通过AC,DC等）
3)光学谐振腔：能不断地从电源获取能量以补充被物质所吸收的光能量，并进行光的放大；只对某一方向传播的光
才起放大作用。
——由两块严格相互平行的光学反射镜组成（法布里-珀罗装置），一块是反射镜，反射率99%以上，一块部分反射镜，小部分投射，大部分反射。
——原理：工作物质置于中间，沿镜面共法线方向往返的光，被镜面反射后可以多次通过工作物质，逐次放大、增强，使光子数量获得雪崩式的增加。而和轴线不平行的光就从侧面逃逸了。因此，当这种光波增强到足以抵挡谐振腔内各种损耗时，就可以在谐振腔内形成持续的震荡。这时，从部分反射镜透射出来的那部分振荡光就形成了激光。
——最终在端面上出射的激光便具有相同的位相、传播方向、偏振频率。
总结：工作物质，激励源，谐振腔是产生激光最基本的三个条件。
3、激光的特性
1）单色性好
——谱线宽度是衡量光源单色性好坏的标志。
——单色性最好的是氪（Kr）灯.
——激光单色性好的原因：
激光是受激辐射光的放大，只有频率满足一定的能级跃迁的光才能得到放大，即受到荧光谱线宽度的限制；
受到激光器选频作用的限制：由于在某一条荧光谱线之内不是全部频率都能起振的，只有那些落在荧光谱线之内的共振频率（即不同的纵模或驻波）才能起振，而每个共振频率的振荡谱线宽度比荧光谱线宽度要窄得多。
——脉冲宽度和激光线宽成反比关系：
2）方向性好
——激光的发光面积仅限于0.2cm^2，并且局限在很小的发散角内发光。
——工业上用于准直测量与指示；医用激光刀
3）高亮度
——10^14-17W/（cm^2 * Sr）
——激光亮度高是因为方向性好
——激光亮度（每球面度的功率，W/sr），光束的强度可用透镜增大，但亮度不会。在使用焦点透镜对激光聚焦的时候，可使输出光束的强度大于输入光束强度，然而输出光束的发散度也因此而大于输入光束的发散度，因此亮度保持不变
——亮度才是反映激光本身特性指标的参数。
4）相干性（振动方向、频率相同，恒定相位差）好
——分为空间（横向）相干性和时间（纵向）相干性
——空间相干性：同一时间内发光面上不同两点辐射的相干性。相干面积越大空间相干性越好；
——时间相干性：光源中统一辐射元在不同时间辐射出的光束之间的相干性。
——光源的单色性越好，谱线宽度越窄，相干时间越长。
——激光的谱线宽度与激光在其共振腔内沿轴方向形成的每一种稳定驻波形式的光振荡方式（即纵模）有关，对于多模振荡的激光器，单色性取决于纵模数，所以激光的时间相干性与纵模有关。
——单色性好，发散角窄，时间空间相干性好
——时间相干性归纳为单色性，激光全息术测定牙的材料性质和应变，骨的应力等。
5）激光的偏振性
——所有激光都是偏振光
——激光工作物质本身会导致电矢量在某一方向上有优先取向。多数固体工作物质在略高于阈值水平工作时，其辐射几乎只在一个平面振动；许多气体激光器都以布儒斯特窗作为输出窗以减少某一振动面的损失。——激光高度平面偏振。
第二章激光器的种类和激光的特性参数与测量
一、激光器的分类
1、按发光粒子分：原子，粒子，分子，自由电子
3、按工作方式分类：
1）连续激光器：对工作物质连续激励从而能长时间连续产生激光辐射
2）脉冲激光器：较短时间内施加较强激励，使激光工作物质获得较大程度的粒子数反转，然后在万分之几秒至亿分之几秒内输出一个较强的激光脉冲。
——单脉冲激光器，重复脉冲激光器
——激光打孔，临床视网膜凝结，虹膜切除。
3）巨脉冲激光器：提高激光输出功率，一亿份之几秒至十亿分之一秒内释放
总结：
1）氦氖激光器（方向性，单色性，相干性最好）最早用，检测，止血，针灸。糖尿病末期眼角膜出血，小腿溃疡，用此治疗。
2）二氧化碳去痣
3）Ar离子检测分析，喇曼
4）氮气光剪
三、激光的参数与测量
1、能量
测量能量的方法按激光束在接受元件上所产生的物理效应分类：
1）光热法：基于光的热效应，测量吸收体吸收光辐射后发生的温度变化。
——吸收体+热电转换元件（前二者为探头）+显示器
——吸收体：反射率低，对各种波长的光辐射有广谱吸收的材料，结构特殊以最大吸收激光能量
——优点：灵敏度高（0.1μJ），测量范围大（1mW-5kW），重复性好。
——缺点：两次测量之间必须使吸收体恢复到环境温度，因此测量时间间隔大
2）光电法：根据光电效应中光能与物质产生的电流成正比
——光电管，半导体光电元件两类
——对光的响应时间快（10^-9s），恢复快，对波长有限制，量子效率不高有疲劳效应。
3）光压法
2、功率/光强度（光辐射通量密度）
1）光强就是光波的波印廷矢量的平均值：
例题：假定一输出功率为1.0mW的氦氖激光器其输出光束直径为2mm，且该光束的发散度可以忽略，求该光束的光能量密度，光强度和光波电场强度。
3、脉宽与波形
1）用示波器测量脉宽，同时给出了输出的波形
2）Q开关激光脉宽的测量用光电倍增管或发光二极管作为转换元件，精度达10^-9s
3）对脉宽为Ps（皮秒，10^-12s）的锁模激光脉冲持续时间的测量用条纹照相机
4、波长或光谱
1）测量可见光波长用光谱比较法
2）法布里-珀罗标准具，光学多道分析仪
5、方向性
1）打靶法，套孔法，光楔法，圆环法
6、激光输出模式
1）纵模：输出波长的单色性问题，为光谱的测量；横模：激光输出能量的空间分布
2）直接观察法：
3）扫描法，显色硅胶红外激光显示屏
第三章：光与生物组织的相互作用
一、光与生物组织和材料的相互作用方式（2种）
1、光的吸收
1）光在照射生物组织时，当其光子的能量hv与组织的原子或分子的跃迁能级相同时，光能便被生物组织或材料所吸收。——大多数转化为热能
2）生物组织材料对不同波长（或频率）光波的吸收本领不同。选择性吸收——用于识别某种元素或化合物的存在，对特定生物组织材料的选择性作用。
3）当光源为高强度的脉冲激光时，会发生一个分子吸收多个光子的非线性吸收现象，为多光子吸收。
2、光的散射（波长越短，散射越厉害）
1）当照射到物质上的光远离该物质的吸收谱带时，物质的分子会被光的电磁波所极化，其电荷分布被光波的电场所位移。光波正旋变化的电磁场会引起电子在分子内进行正旋振荡，这种振荡电荷使每个分子像一个小天线一样，会在非入射光方向的方向上辐射能量，这就是散射现象。
2）瑞利散射（分子散射）特点：
a: 散射光频率与入射光频率相同
b: 散射强度随与r的平方减少
c: 散射强度与入射光波长的四次方成反比
d: 散射光强度随散射角变化
可通过测量散射光瑞利散射比来确定分子量，廻转半径和第二维里系数
3）布里渊散射：因为物质介质中存在弹性热波而在电磁波传播方向的介质空间引起随时间变化的密度涨落而引起4）喇曼散射：由于物质的分子振动引起分子极化率随时间变化而产生
5）各种散射都是由于散射体的光学不均匀性产生的。
6）廷德尔散射如果物质的光不均匀性结构很大，数量级相当于光波长时，散射会相当强，使得物质呈现浑浊态
二、光对组织的生物作用机制（4种）
1、热作用
1）定义：生物组织材料在吸收光能后，光能可转变为其分子的振动能和转动能，或通过热弛豫使周围的分子获得平移能（包括振动能和转动能），从而产生热量使温度升高。
2）光的温热作用可使毛细血管扩张，使血流量增加，结果还可以使加热区改善供血和营养状态。
3）温度变化与反应
可引起温热感觉，作用相当理疗上的热敷，长时间照射都不会引起热致损伤。
肿瘤细胞死亡，正常细胞没事
可引起热致红斑，但在温度回复正常时，可自行消退。
可在数秒钟之内产生热致水泡，出现灼热感和痛觉
组织蛋白质熔融
约10秒钟之内发生热致凝固
发生热致汽化
热致炭化现象，皮肤组织和细胞在热作用下立刻发生干性坏死，迅速呈棕黑色
的现象
热致燃烧，此时组织和细胞会燃烧，可见火光
热值气化，当皮肤温度在瞬时内骤升到超过此温度时，皮肤组织会由固体立刻
变为气体
2、光化作用
1）光直接引起化学反应的作用
2）过程：电子激发态分子直接联系再一起的原初光化学反应，原初光化学反应生成不稳定产物后在有光或无光环境下发生后继化学反应，直至生成稳定的最终产物。
3）特点：
a: 光化作用具有波长选择性，只有适当量子能量的光子才会引起反应。350-700nm的近紫外光和可见光
——光化学第一定律：只有被分子吸收的光子才能在系统中导致光化学反应。
b：对于确定波长的光，其光化效应则只决定与光的总能量
总能量=光强*时间
C: 对高密度激光有非线性吸收效应（多光子吸收）
4）光化作用类型：
A: 光致分解
因吸收光能而导致化学分解反应的过程
B：光致氧化
光作用下使反应物失去电子的过程
C：光致聚合
用光照使受照物形成二聚体或三聚体等简单分子，或是促成链式反应而形成大分子
D：光致敏化
生物系统所特有的由光引起的在敏化剂帮助下发生的一种化学反应。
光动力学疗法：血卟啉类，用于进行肿瘤的识别和选择性治疗
光敏化剂特点：有准确的药理定义，化学稳定，水溶性，高度选择性，短时间低光能下便可光敏化，吸收波长长，可快速消除皮肤光敏弱，治疗效果好
E：多光子红外光化反应
F：激光分离同位素
利用同位素在光谱中有微小的位移，以及激光的高度单色性来进行的。
3、机械作用
1）机械作用包括：
光辐射压强效应；电致伸缩；受激布里渊散射；电击穿；剥裂效应；因光学击穿引起的等离子体冲击波
4、激光生物刺激作用
1）定义：以低功率激光照射生物组织上时所产生的一种可刺激蛋白合成，促进生物细胞生长分裂，提高酶活性，并可产生促进伤口愈合、骨折再生、消炎镇痛等效应的非热作用。
2）升温不超过0.5度，常用红外波段激光
3）特点：
A：累积效应：多次小剂量的辐射可引起与一次大剂量辐射大致一样的生物效应，只要两者总剂量一样。
B：抛物线效应：生物体对激光照射的响应随照射次数的增加先是逐渐增强，到10-17次达到最大值，再照射下去响应便会逐渐减弱，然后在超过某一定值时会从刺激作用变成抑制作用。
C：时季效应：在不同季节和时段照射，即使剂量相同，效应也不同。秋冬强。
第四章生物组织的光学特性
一、皮肤的光学特性
1、反射
1）是漫反射不是镜面反射
2）反射与光波长有关：
A: 皮肤对红色光和近红外光之间的波长反射率较大
B：各种肤色皮肤对波长短于0.3μm的紫外线和波长长于2μm的远红外线反射率一样
C：可见光范围内白色皮肤的反射率大于黑色皮肤
D：白色皮肤对氦氖激光的反射率为二氧化碳的10倍
E：在可见光的范围内不论白或黑皮肤对光的反射随波长增加而增加
2、吸收和投射
1）皮肤主要吸光物质：含氧血红蛋白（418,542,577mm），黑色素（广谱），水（红外）；真皮中吸收可见光的主要成分：血红蛋白，氧合血氧蛋白，B-胡萝卜素，胆红素
2）对光的吸收遵从指数衰减规律
3）因为皮肤是不均匀的吸收体，其吸收系数μ是一等效值
4）对光的吸收系数越大，则光的投入深度越浅
二、眼的光学特性
1、特点：
A：角膜对波长短于0.28μm的远紫外线吸收率接近100%，对于波长1.9μm以上的中红外线和远红外线，角膜是唯一的吸收体，所以角膜容易遭受远红外线加热，使其烧伤
B：晶状体对紫外线的吸收类似角膜，晶状体是近红外线0.78-1.4μm的主要吸收体，且波长越长吸收率越大。玻璃体对光波长没有特征吸收，故仅因其厚度而减弱光线
C：只有可见光和近红外线到达眼底，小部分为眼底反射，大部分通过视网膜的十层结构。色素上皮层黑色素较多，单位体积吸收最大
2、眼的反射、散射和偏光现象
1）最大反射在空气与角膜界面上：24%
2）眼球整个折光系统的反射现象可以忽略不计
3）玻璃体散射最大
4）光通过角膜或晶状体产生偏振
三、其它生物组织的光学特性
1、软组织对光的吸收较弱
2、有色组织对光的吸收比无色组织吸收大
3、有色组织对光的吸收具有波长选择性。就可见光而言，若光的颜色和组织颜色互为补色，则组织对该光吸收最多
4、从紫外到1000nm波段的光，深部组织对光的吸收都比皮肤表层小，这是因为皮肤表层有对光强烈吸收的黑色素层，但过了1000nm两者对光的吸收就一样了。
5、波长2940nm水吸收最强，透入深度浅。水对红外有强烈吸收。
激光二极管的特性
激光二极管的特性 1、伏安特性 半导体激光器是半导体二极管，具有单向导电性，其伏安特性与二极管相同。反向电阻大于正向电阻，可以通过用万用表测正反向电阻确定半导体激光二极管的极性及检查它的PN结好坏。但在测量时必须用1k以下的档，用大量程档时，激光器二极管的电流太大，容易烧坏。 2、P—I特性 激光二极管的出射光功率P与注入电流I的关系曲线称为P-I 曲线。 注入电流小于阈值电流I th时，激光器的输 出功率P很小，为自发辐射的荧光，荧光的输 出功率随注入电流的增加而缓慢增加。 注入电流大于Ith时，输出功率P随注入 电流的增加而急剧增加，这时P—I曲线基本上 是线性的。当I再增大时，P—I曲线开始弯曲呈非线性，这是由于随着注入电流的增大，使结温上升，导致P增加的速度减慢。 判断阈值电流的方法：在P—I特性曲线中，激光输出段曲线的向下延长线与电流轴的交点为激光二极管的阈值电流。 3、光谱特性
激光二极管的发射光谱由两个因素决定：谐振腔的参数，有源介质的增益曲线。 腔长L确定纵模间隔，宽W和高H决定横模性质。如果W和H 足够小，将只有单横模TEM00存在。 多模激光二极管在其中心波长附近呈现出多个峰值的光谱输出。单纵模激光器只有一个峰值。 工作在阈值以上的1mm腔长的增益导引LD的典型发射光谱 激光二极管是单模或多模还与泵浦电流有关。折射率导引LD，在泵浦电流较小、输出光功率较小时为多模输出；在电流较大、输出光功率较大时则变为单模输出。而增益导引LD，即使在高电流工作
下仍为多模。 折射率导引激光器光谱随光功率的变化发射光谱随注入电流而变化。I
简述光的特性及其应用
简述光的特性及其应用 姓名：期班：学号： 当我们开始感知，便发现这个世界丰富多姿、五彩斑斓。这是因为我们拥有一双雪亮的眼睛吗？不是，美丽大自然的伴侣——光，才是美丽世界的缔造者。 红橙黄绿蓝靛紫——彩虹的出现总是让人喜悦。然而作为一名大学生，对事物的了解当然不能局限于表面。通过初高中的科学学习，我们知道彩虹是气象中的一种光学现象。造成彩虹的光学原理是因为阳光射到空中接近圆形的小水滴，造成折射与反射而成。阳光射入水滴时会同时以不同角度入射，在水滴内亦以不同的角度反射。造成这种反射时，阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次。因为水对光有色散的作用，不同波长的光的折射率有所不同，蓝光的折射角度比红光大。由于光在水滴内被反射，所以观察者看见的光谱是倒过来的，红光在最上方，其他颜色在下。 类似的例子还有很多，比如月光是月球表面反射到地球上的太阳光；南北两极的极光由来自地球磁层或太阳的高能带电粒子流（太阳风）使高层大气分子或原子激发（或电离）而产生；朝霞与晚霞是日出或日落前后，阳光通过厚厚的大气层，被大量的空气分子散射的结果……因为光的存在，我们的世界显得美妙多姿。 那么光究竟是什么东西呢？ 【光是人类眼睛可以看见的一种电磁波，也称可见光谱。在科学上的定义，光是指所有的电磁波谱。光是由光子为基本粒子组成，具有粒子性与波动性，称为波粒二象性。】①光可以在真空、空气、水等透明的物质中传播。对于可见光的范围没有一个明确的界限，一般人的眼睛所能接受的光的波长在380~760nm之间。380nm以下的为红外光谱，760nm以上的为紫外光谱。 如右下图所示： 其中可见光为我们五彩缤纷的世界做出了很大贡献。 【光在介质中传播时产生的干涉、衍射和偏振等波动 现象，以及麦克斯韦电磁理论和赫兹实验，证实了光是一 定频率范围内的电磁波，而在热辐射、光电效应和康普顿 效应等现象中，普朗克和爱因斯坦关于光的微粒性质的理 论又取得了极大的成功。因此，光具有“波粒二象性”这 一结论，全面揭示了光的本性。】② 而光除了给我们以美妙的视觉体验之外，还在生活的其他方面造福人类。在电磁波谱中，各种电磁波的性质不同，因而它们就具有不同的用途。 红外线主要特点是热效应，一切物体都在不停地辐射红外线，并且不同的物体辐射红外线的波长和强度不同． 我们可以利用红外线的热效应对物体进行烘干；利用红外线波长较长、容易发生衍射的特点进行远距离和高空摄影；利用不同物体辐射红外线的波长和强度的不同可以对物体进行远距离探测，这种技术叫红外线遥感。 紫外线的主要作用是化学作用。一切高温物体发出的光都含有紫外线，紫外线的波长比紫光还短，紫外线有很强的荧光效应，紫外线有杀菌消毒的作用，广泛应用于医院手术室、手术器具的消毒。 X射线是比紫外线波长还短的电磁波，它的穿透本领很大,广泛应用于医学诊断和治疗。如X射线透视、摄影与造影技术均能得到相关影像以达到诊断的目的。另外，数字外X射线影像技术能将数字化图像信息传输给图像存储与通讯系统，实现远程诊断和远程医学。而远程技术正日益凸显期优越性，对医学的发展起着重要的推动作用。最后，现代医学成像技术还包括X射线计算机体层成
半导体激光器系统的动态特性研究资料
山西大学 物理电子工程学院实验论文 半导体激光器稳频系统的动态特性研究 学院：物理电子工程学院 专业：光信息科学与技术 导师：王彦华 姓名：杜小娇任思宇 学号：2013274002 20132740
半导体激光器稳频系统的动态特性研究 摘要：本实验在现代社会中自动控制系统技术的启发下，考虑到目前激光技术的发展前景广阔，应用也比较广泛，决定将用类似的方法研究激光器稳频系统的动态特性。在闭环系统中通过不同干扰信号的扰动，观察整个系统的响应，最终得到传递函数，进而分析出该系统的幅频和相频特性。关键字：激光器稳频系统干扰信号传递函数幅频特性相频特性 （一）引言 提高激光器系统稳定性在激光技术、超精密加工、测量设备量子信息等诸多科技前沿领域有着举足轻重的地位。影响激光系统稳定性的因素有很多，例如激光器、气压、震动等。如果激光器系统的稳定性提高到十几个小时乃至更高，那么对于恶劣环境的干扰就可以得以消除，更有利于实验的进行。对于激光器稳定性的研究更显得尤为重要，在激光器输出功率稳定性[1-2]的系统中，都实现了激光器输出功率的长期稳定性。在山西大学[3-6]也有很多实验需要建立在稳定系统来进一步发展。二阶闭环系统稳定的研究过程中针对信号及信号处理[7-8]已经有了较为成熟的一系列体系。因此，结合自动控制理论研究激光器系统及其动态响应，以实验结果为依据，对特定环境下激光器的结构设计的优化以及环路的参数的确定和调试，进行数学建模，从而提供更科学的处理方案，并给出一些的针对性的建议是非常重要的研究工作。 （二）实验原理 2.1半导体激光器（ECDL） 激光器的种类很多，分类的依据也有很多。其中根据其增益介质的不同可分为气体激光器、固体激光器、光纤激光器、染料激光器以及半导体激光器。半导体激光器因其结构紧凑、操作简单、便于集成、价格低廉、功耗低、工作波长范围大等优点而被广泛应用于冷原子物理、量子操控等前沿研究和高分辨率光谱，高精度测量很多技术领域。因此实验中将对半导体激光器稳定性进行了研究与分析。 我们在实验中为了更好控制半导体中发光二极管发出的光经谐振腔不断放大后发射出激光的不同模式，采用了光栅反馈式选模。光栅对激光有色散的作用，进而不同波长的波可以清楚辨别，通过调节光栅的角度，进而可以实现不同频率的激光反馈回激光器中。
激光主要有四大特性
激光主要有四大特性：激光高亮度、高方向性、高单色性和高相干性 激光的高亮度：固体激光器的亮度更可高达1011W／cm2Sr。不仅如此，具有高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，这就使其可能可加工几乎所有的材料。 激光的高方向性：激光的高方向性使其能在有效地传递较长的距离的同时，还能保证聚焦得到极高的功率密度，这两点都是激光加工的重要条件 激光的高单色性：由于激光的单色性极高，从而保证了光束能精确地聚焦到焦点上，得到很高的功率密度。 激光的高相干性：相干性主要描述光波各个部分的相位关系。正是激光具有如上所述的奇异特性因此在工业加工中得到了广泛地应用。 目前激光已广泛应用到激光焊接、激光切割、激光打孔（包括斜孔、异孔、膏药打孔、水松纸打孔、钢板打孔、包装印刷打孔等）、激光淬火、激光热处理、激光打标、玻璃内雕、激光微调、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封装、激光修复电路、激光布线技术、激光清洗等 激光加工的特点 由于激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的特性，因此就给激光加工带来如下一些其它方法所不具备的可贵特点 ● 由于它是无接触加工，对工件无直接冲击，因此无机械变形； ● 激光加工过程中无"刀具"磨损，无"切削力"作用于工件； ● 激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有或影响极小。因此，其热影响的区小工件热变形小后续加工最小； ● 由于激光束易于导向、聚焦、实现方向变换，极易与数控系统配合、对复杂工件进行加工因此它是一种极为灵活的加工方法； ● 生产效率高，加工质量稳定可靠，经济效益和社会效益好激光加工的优势 激光具有的宝贵特性决定了激光在加工领域存在的优势： ①由于它是无接触加工，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。 ②它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性、及高熔点的材料。 ③激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件。 ④激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有影响或影响极小。因此，其热影响区小，工件热变形小，后续加工量小。 ⑤它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。 ⑥由于激光束易于导向、聚集实现作各方向变换，极易与数控系统配合，对复杂工件进行加工，因此是一种极为灵活的加工方法。 ⑦使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益好。
激光传感器特性及应用
东北电力大学 仪器仪表新技术作业 激光传感器特性及应用 学生姓名：应力 班级：测控071班 专业名称：测控技术与仪器 任课教师：曹生现 论文提交日期：
总得分： 1、论文内容 1）论文内容与题目要求相关程度 2）论文字数 3）内容论述思路、语言简练程度 4）个人总结观点 5）论文内容新颖性 2、论文格式 1）摘要、关键词、主要内容、结论、参考文献2）排版格式 3）论文内容序号编排
目录 摘要 (1) 关键词 (1) 1.引言 (1) 2.激光传感器基本工作原理 (2) 3.特性及应用 (2) 个人感受 (6) 参考文件 (7)
激光传感器特性及应用 摘要：激光是在20世纪60年代初问世的。由于其具有方向性强、亮度高、单色性好等特点，广泛用于工农业生产、国防军事、医学卫激光传感器生、科学研究等方面，如用来测距、精密检测、定位等，还用做长度基准和光频基准。其基本方法是将光信号转化成电信号。虽然高精密激光距离传感器已上市多年，但是由于其价格太高，一直不能获得广泛应用。最近，由于其价格的大幅度下降，使其成为长距离检测场合一种最经济有效的方法。本文介绍其原理、特性及应用。Abstract: Laser is in the early 20th century came out of 60. Because of its directive, the high brightness and good color characteristics, widely used in industrial and agricultural production, national defense, military, medical satellite laser sensor health, research in this regard, such as in distance, precision detection, location, etc. length is also used as benchmarks and optical frequency reference. The basic approach is to convert light signals into electrical signals. Although the high-precision laser distance sensor has been listed for years, but because of its price is too high, has not widely applied. Recently, because of its sharp drop in prices, making it one of the most long-distance detection of occasions, cost-effective way. This paper describes the principles, characteristics and application. 关键词：激光传感器激光传感器技术激光传感器应用单频激光干涉仪 引言：激光传感器一般是由激光器，光学零件，和光电器件所构成的，它能把 被测物理量（如长度，流量，速度等）转换成光信号，然后应用光电转换器把光信号变成电信号，通过相应电路的过滤，放大，整流得到输出信号，从而算出被测量。 激光式传感器具有以下优点：结构，原理简单可靠，抗干扰能力强，适应于各种恶劣的工作环境，分辨率较高（如在测量长度时能达到几个纳米），示值误差小，稳定性好，宜用于快速测量。
不同波长激光的特性
不同波长激光的特性 蓝绿激光：穿透深度最浅，作用与视网膜内层和外层，主要被RPE吸收，如氩激光。 绿色激光：组织穿透力比蓝光强，被血红蛋白和RPE吸收，57%被RPE吸收，47%被脉络膜吸收。 黄激光：视网膜神经纤维层的弥散很少，穿透力强，黄色激光被RPE层和脉络膜内层的吸收各占50%。 红光和红外激光：穿透力最强，主要作用于脉络膜中、外层的激光。红色激光随波长的增加被脉络膜的吸收逐渐增加。 不同组织的吸光波长 1.激光波长从400~950nm在眼内的穿透性可以达到95%。RPE和脉络膜在波长450~630nm是 吸收率可以达到70%。随着波长的增加，吸收率很快下降，因而氩激光（蓝绿）激光和532激光是眼内最常使用的激光光谱。 2.血红蛋白对光的吸收特性： 在波长400~600nm（蓝到黄的部分），血红蛋白有较高的吸收率，而600nm以上（红和接近红外）的波长很受被血红蛋白吸收，所以有视网膜下出血时可选用600nm（红）以上的激光。 3.叶黄素的吸收特性： 叶黄素是锥体细胞的感光色素，对480nm一下的波长有较高的吸收峰，容易造成叶黄素的破坏，为了避免损伤，用绿色以上的波长对视锥细胞较安全，其中810激光对其损伤最小。 眼科激光的分类 眼科激光分气体、液体和固体激光三大类 ,其中气体激光又分分子(CO2 分子) 、原子(氦氖原子)和离子(氩离子及氪离子)激光三种。液体激光有染料激光。固体激光有红宝石激光 ,Nd：YAG激光 ,半导体激光。应用途径有眼内和眼外 2种途径。眼内激光是在玻璃体手术时眼内使用。眼外激光使用途径有2 种, 一种为经过瞳孔的,另一种是经巩膜的。 眼底光凝治疗的原理 眼底病进行光凝治疗的原理是: 激光被眼底之色素吸收后产生热能。热能使它作用的组织发生变化, 从而达到治疗目的。眼底吸收激光的物质主要为黑色素, 其次为叶黄素的血红蛋白。眼底含有黑色素的组织为视网膜色素上皮和脉络膜。这些色素和血红蛋白对不同波长光的吸收曲线是激光光凝的依据。眼底色素吸收激光后产生的热能可以使组织凝固、坏死及发生炎症, 继而机化从而达到使组织粘连, 还可以直接使视网膜上的新生血管和微血管瘤封闭, 直接破坏产生新生血管生长因子的视网膜组织和视网膜及脉络膜上的肿瘤组织。 激光光凝四要素 激光技术四要素是指波长，光斑大小，曝光时间和输出功率 ,这是完成眼底激光治疗技中十分重要且不能忽视的问题 ,是与治疗效果十分相关的因素,是保证实现视网膜有效光斑的关键。 波长选择的原则 波长的选择主要由病变部位和性质决定 ,当具有多种波长激光时 ,可以选择最合适的激光波长但当只有单波长激光时 ,选择的余地不存在,可发挥其他参数的功能. 氩激光（蓝绿激光）：主要作用于视网膜内层和外层。如糖网，静脉阻塞，EALES,视网膜裂孔等选择绿色以上的波长，临床多使用绿光。
激光原理及应用实验讲义 -4个实验
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
激光的发展与应用
激光的发展与应用 摘要：激光作为20世纪的新发明，从1960年第一台激光器问世以来，激光技术与应用发展迅猛。它不仅在产业上有了飞速发展，而且还为科学技术、国民经济和国防建设做出了积极贡献。本文综述性描写激光的发展与应用，首先简要的介绍激光的发展史，其次介绍激光的特性，最后结合激光的特性和发展史以典型的实例来简要的说明激光在各个方面的主要应用。 关键词：激光；发展；应用；特性；实例 １.引言 激光，作为高新技术的研究成果，它不仅广泛应用于科学技术研究的各个前沿领域，而且已经在人类生活和生产的许多方面得到了大量的应用，与激光相关的产业已在全球形成了超过千亿美元的年产值，可见它对人类社会的影响之深刻而广泛。 ２.激光的发展简史 1916年，爱因斯坦在研究黑体辐射的普朗克公式时曾寓言了受激辐射的存在，从而提出受激辐射的概念，并预见到受激辐射光放大器诞生,也就是激光产生的可能性[1]。 20世纪50年代美国科学家汤斯及前苏联科学家普罗克霍洛夫等人分别独立发明了一种底噪声微波放大器，即一种在微波波段的受激辐射放大器(Microwave amplification by stimulate emission of radiation)，并以其英文的第一个
字母缩写命名为maser[1]。1958年美国科学家汤斯和肖洛提出在一定的条件下，可将这种微波受激辐射放大器的原理推广到光波波段，制成受激辐射光放大器(Light amplification by stimulated emission of radiation，缩写为laser)。1960年7月美国的梅曼宣布制成了第一台红宝石激光器[2]。1961年我国科学家邓锡铭、王之江制成我国第一台红宝石激光器，在1961年11期《科学通报》上发表了相关论文，称其为“光量子学放大器”。其后在我国科学家钱学森的建议下，统一翻译为“激光”或“激光器”[3]。1962年雅文等人在美国贝尔实验室制成了氦氖激光器[1]。自此新的激光器不断的被研制出来，激光开始走上了高速发展的道路。 ３.激光的特性 由于激光产生的机制与普通光不同,因此，它具有许多与普通光不同的特性。 3.1.单色性好。激光几乎是严格的单色光。通常所谓的单色光，实际上其波长并不只为某一数值，而是由许多波长相近的光所组成，其波长取值范围,称为谱线宽度[2]。不同光源发出的光有不同的谱线宽度。过去作为长度基准的单色性最好的氪灯，它的谱线宽度为，而氦氖激光器所发的632.8nm的激光，它的谱线宽度可达，由此可见其单色性之好[4]。正是由于激光单色性好，目前国际上采用甲烷稳定的氦氖激光器（激光波长为3392.23140nm）作为体现米定义的标准辐射源[4]。 3.2.方向性好。与普通光源以立体角不同，激光发射限定在很小的立体角内。它大致等于激光器通过光孔径的圆孔衍射的发散角因此是几乎平行的光
激光特性
激光的发射原理及产生过程的特殊性决定了激光具有普通光所不具有的特点：即三好（单色性好、相干性好、方向性好）一高（亮度高）。 1 单色性好：普通光源发射的光子，在频率上是各不相同的，所以包含有各种颜色。而激光发射的各个光子频率相同，因此激光是最好的单色光源。 由于光的生物效应强烈地依赖于光的波长，使得激光的单色性在临床选择性治疗上获得重要应用。此外，激光的单色特性在光谱技术及光学测量中也得到广泛应用，已成为基础医学研究与临床诊断的重要手段。 2 相干性好：由于受激辐射的光子在相位上是一致的，再加之谐振腔的选模作用，使激光束横截面上各点间有固定的相位关系，所以激光的空间相干性很好（由自发辐射产生的普通光是非相干光）。激光为我们提供了最好的相干光源。正是由于激光器的问世，才促使相干技术获得飞跃发展，全息技术才得以实现。 3 方向性好：激光束的发散角很小，几乎是一平行的光线，激光照射到月球上形成的光斑直径仅有1公里左右。而普通光源发出的光射向四面八方，为了将普通光沿某个方向集中起来常使用聚光装置，但即便是最好的探照灯，如将其光投射到月球上，光斑直径将扩大到1 000公里以上。 激光束的方向性好这一特性在医学上的应用主要是激光能量能在空间高度集中，从而可将激光束制成激光手术刀。另外，由几何光学可知，平行性越好的光束经聚焦得到的焦斑尺寸越小，再加之激光单色性好，经聚焦后无色散像差，使光斑尺寸进一步缩小，可达微米级以下，甚至可用作切割细胞或分子的精细的“手术刀”。 4 亮度高：激光的亮度可比普通光源高出1012－1019倍，是目前最亮的光源，强激光甚至可产生上亿度的高温。激光的高能量是保证激光临床治疗有效的最可贵的基本特性之一。利用激光的高能量还可使激光应用于激光加工工业及国防事业等。 切换到宽屏 193 62 超声波探伤
激光加工系统的组成及其特性激光加工机床如激光打孔机和激光切割(20200517102623)
激光加工系统的组成及其特性 激光加工机床如激光打孔机和激光切割机除具有一般机床所需有的支承构件、运动部件以及相应的运动控制装置外，主要应备有激光加工系统，它是由激光器、聚焦系统和电气系统三部分组成的。 1．激光器 激光器由激光光源、光泵、聚光器和谐振腔组成，应用于加工的激光器主要有： （l）固体激光器具有稳定性好的特点，但能量效率低一般＜3％，由于输出能量小，主要用于打孔 和点焊及薄板的切割。（掺钕钇化铝石榴石）等作为工作物质。YAG是固体激光中能发出最大功率的离子 激光。YAG的结晶母材是由钇、铝和石榴石构成的，其中微量的钕离子刚起激光作用。YAG的激光波长为 1.06μm，相当于二氧化碳气体激光坤长的1/10。它的绿色的激光束可在脉冲或连续波的情况下应用，具 有波长短、聚光性好适于精密加工特别是在脉冲下进行孔加工最为有效，也可用于切削、焊接和光刻等。 且由于聚光性好，可通过光导纤维传格能量，适用于内腔加工等特定切合，其能量效率不及CO2气体激光 源最多不超过3％，目前产品的输出功率大多在600W以下，最大已达4kW。另一种红宝石激光源的波长更短为0.69μm，稳定性好，但能量效率0.1％～0.3％，主要用于打孔和点焊。 2）光泵是使工作物质发生粒子反转产生受激辐射的激励光源，因此光泵的发射光谱应与工作物质的吸 收光谱相匹配。常用的光泵有脉冲氙灯和氪灯，脉冲氙灯的发光强度和频率较高，适用于脉冲工作的团体 激光器，而氪灯的发光光谱能与YAG的吸收光谱很好匹配，是YAG连续激光器的理想光泵。为改善照射的均匀性，光泵可用双灯（如图l所示的件3有上、下两个）、三灯或四灯。 3）聚光器罩在光泵的外围，它是把光泵发生的光有效地、均匀地集中到工作物质上。聚光器中常用的 是圆柱聚光器和椭圆聚光器，也有球形、椭球和紧包形的聚光器。其要求为聚光均匀、散热好、结构简单、 内壁反射率高，表面粗糙度Rα0.04μm以下，通常聚光效率达80％。 4）谐振腔是光学反馈元件，它的作用是位光放大介质产生光振荡。其类型对激光输出能量和发散角有 很大影响，常用的平行平面谐振腔由图l中反射镜1与4组成，谐振腔的长度为激光半波长的整倍数，反 射镜平行度＜10"。 （2）气体激光器常用的工作物质有分子激光的二氧化碳（CO2）和离子激光的氩气（Ar），后者输 出功率为25W，它的10ns级短脉冲，使热影响区小，用于半导体、陶瓷和有机物的高精度微细加工。而CO2激光器的功率在连续方式工作时可达45kW，脉冲式可达5kW，故在加工中应用最广。 1）CO2气体激光器的波长为10.6μm，处于红外线领域，因而其激光束为不可见光。它是在氦的体积 分数约80％，氮的体积分数约15％和CO2的体积分数约5％的混合气体中进行放电形成粒子数反转的分子 激光。它的能量效率通常为5％～10%高效装置甚至可达10％～15％。CO2激光器的工作原理图如图2所示。 2）气体激光的激励虽也可用光泵的方法，但大多用直流放电（图2）或高频放电的方式。 3）诸振腔由放电管两端的镜面构成，一端是镀金凹镜，另一端是锗或砷化镓平镜，它们也兼作密封之 用。 CO2激光器的输出功率与放电管的长度成正比，低速轴流式的气体流速慢，输出功率小，约50～70W/m，但其输出功率稳定，易得到单模，一般用于百瓦级激光器。对于千瓦级的CO2激光器则采用气体循环速度 达100m/s的高速轴流式的激光器或气流及放电与激光光轴垂直的双轴直交型以及气流、放电与激光光轴三 者互相垂直的三轴直交型可达到使激光器小型化。 2. 见惯系统 其作用是把激光束通过光学系统精确地聚焦至工件上大放具有调节焦点位置和观察显示的功能。CO2激光器输出的是红外线，故要用锗单晶、砷化镓等红外材料制造的光学透镜才能通过。为减少表面反射需 镀增速膜。图3为应用于CO2激光切割机的透射式聚焦系统。图中在光束出口处装有喷吹氧气、压缩空气 或惰性气体N2的喷嘴，用以提高切割速度和切口的平整光洁。工作台用抽真空方法使薄板工件能紧贴在台 面上。
Nd∶YAG激光器的特性及应用
激光是60 年代初出现的一种新型光源,激光以其高亮度、高单色性、高方向性和高相干性,引起普遍重视,并很快在工农业生产、科学技术、医疗、国防等各个领域得到广泛应用。激光医学是激光技术与医疗科学有机结合的产物,激光在70 年代开始广泛用于临床;90 年代,随着新型激光器的研制成功,激光与医疗、生物组织科学紧密结合,研究范围日益扩大。 Nd:YAG 激光器以其增益高、阈值低、量子效率高、热效应小、机械性能良好、适合各种工作模式(连续、脉冲) 等特点,在当今各种固体激光器中应用物质相互作用的效果是不同的, 不同波长的Nd:YAG激光器采用连续、脉冲等方式工作使激光与不同部位的生物组织相互作用,可以获得良好的疗效。医用Nd:YAG 激光器在外科手术、眼科、牙科、口腔科、耳鼻喉科、皮肤科、美容等方面应用广泛,特别是治疗皮肤色素性疾病,有创伤小、愈合好、无疤痕等独特优点,本文主要介绍Nd:YAG 激光器的特性以及在治疗皮肤疾病方面的应用,使读者了解各种激光器的性能及不同种类激光治疗仪的治疗效果。 一、Nd:YAG 激光器的特性 能产生激光的系统,称为激光器。一台简单的激光器通常由工作物质、泵浦源和谐振腔三部分组成。自1960 年第一台激光器诞生以来,已有上百种激光器问世。形形色色的激光器彼此之间差异极大,根据产生激光的工作物质,有气体、液体、固体和半导体激光器等。固体激光器是以固态基质中掺入少量激活元素为工作物质的激光器,工作物质的物理化学性能主要取决于基质材料,而其光谱特性主要由发光粒子的能级结构决定。但发光粒子受基质材料的影响,其光谱特性将有所变化,有的甚至变化很大。用作基质的主要有刚玉、石榴石晶体及各种玻璃等。发光粒子称为激活离子,最常用的激活离子为钕、铬等稀土元素离子。例如世界上第一台激光器所用工作物质为红宝石,就是掺入极少量铬离子的刚玉。以掺有一定量钕离子(Nd3 + ) 的钇铝石榴石( YAG) 晶体为工作物质的激光器,称为掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG) 激光器。掺钕激光器是当前应用最广泛的固体器件之一,在激光加工、医疗、军事等领域应用广泛。
超强超快激光的特点及发展方向
超强超快激光的特点及发展方向 ?激光作为20世纪人类最重要的科技发明之一，经过40年的发展，直接推动了一批新兴学科与高新技术的发展，如非线性光学、激光光谱学、强场物理、光通信、光计算、光信息存储、激光化学、激光医学、激光生物学、激光核聚变、激光分离同位素、激光全息术、激光加工等等。同时，激光技术也已经走进了人们的日常生活，如随处可见的CD唱机、VCD影碟机、超市收银机的条形码扫描仪、激光打印机等，无不采用先进的激光技术。激光的发展开拓了激光技术的应用，激光技术的应用又推动了激光科学技术的进一步发展。 激光科技的最新前沿之一是超强超快激光。超强即超高的功率和功率密度（指单位面积上的功率），目前一个激光系统甚至可产生高达1015瓦的峰值功率，而全世界电网的平均功率只不过1012瓦数量级；超快即极短的时间尺度，目前激光脉冲最短不过几个飞秒（10－15秒），光在1飞秒内仅仅传播 0.3微米。 近年来新型小型化超强超快激光技术的迅猛发展，为人类提供了全新的实验手段与极端的物理条件。这种在实验室中创造的极端物理条件，目前还只有在核爆中心、恒星内部、或是黑洞边缘才能找到。 在当今超强超快激光技术已经提供并将由于其进一步发展而能提供的越来越强并越来越快的光场条件下，激光与各种形态物质之间的相互作用，将进入到前所未有的高度非线性与相对论性起主导作用的强场超快范围，并将进一步把光与物质的相互作用研究深入到更深的物质层次，甚至光与真空的相互作用，由此开创了超强超快激光这一全新的现代科学技术前沿领域。 超强超快激光物理与技术 输出功率大于1太瓦，脉宽小于1皮秒，可聚焦激光功率密度大于1017瓦/厘米2的小型化超强超快激光的发展研究，是超强超快激光研究广泛深入开展的基础和推动力。 近十几年来，由于啁啾脉冲放大(chirped pulse amplification, 简称CPA)技术的提出和应用，宽带激光晶体材料（如掺钛蓝宝石）的出现，以及克尔透镜锁模技术的发明，使超强超快激光技术得到迅猛发展。小型化飞秒太瓦（1012瓦）甚至更高数量级的超强超快激光系统已在各国实验室内建成并发挥重要作用。https://www.wendangku.net/doc/9917370361.html,/最近，更短脉冲和更高功率的激光输出，如直接由激光振荡器产生的短于5飞秒的激光脉冲，小型化飞秒100太瓦级超强超快激光系统，以及CPA技术应用到传统大型钕玻璃激光装置上获得1拍瓦（1015瓦）级激光输出已有报道，激光功率密度达到1019～1020瓦/厘米2的超强超快激光与物质相互作用研究也已开始进行。 ?传统的激光放大采用直接的行波放大，而对超短激光脉冲来说，随着能量的提高，其峰值功率将很快增加，并出现各种非线性效应及增益饱和效应，从而限制了能量的进一步放大。 CPA技术的原理是，在维持光谱宽度不变的情况下通过色散元件将脉冲展宽好几个数量级，形成所谓的啁啾脉冲。这样，在放大过程中，即使激光脉冲的能量增加很快，其峰值功率也可以维持在较低水平，从而避免出现非线性效应及增益饱和效应，保证激光脉冲能量的稳定增长。当能量达到饱和放大可获得的能量之后，借助与脉冲展宽时色散相反的元件将脉冲压缩到接近原来的宽度，即可使峰值功率大大提高。深圳市星鸿艺激光科技有限公司专业生产激光打标机，激光焊接机,深圳激光打标机,东莞激光打标机 为了突破CPA技术的一些局限性，目前国际上正在积极探索发展新一代超强超快激光的新原理与新方法，如啁啾脉冲光学参量放大（OPCPA）原理，目标是创造更强更快的强场超快极端物理条件，特别是获得大于（等于）1021瓦/厘米2的可聚焦激光光强。OPCPA充分发挥了啁啾脉冲放大与光学参量放大各自的优点，是国际上近年来提出的发展超强超快激光的全新技术途径。
激光二极管的特性
激光二极管的特性 激光二极管的特性 1、伏安特性 半导体激光器是半导体二极管，具有单向导电性，其伏安特性与二极管相同。反向电阻大于正向电阻，可以通过用万用表测正反向电阻确定半导体激光二极管的极性及检查它的PN结好坏。但在测量时必须用1k以下的档，用大量程档时，激光器二极管的电流太大，容易烧坏。 2、P—I特性 激光二极管的出射光功率P与注入电流I的关系曲线称为P-I曲线。 注入电流小于阈值电流Ith时，激光器的输出功率P很小，为自发辐射的荧光，荧光的输出功率随注入电流的增加而缓慢增加。 注入电流大于Ith时，输出功率P随注入电流的增加而急剧增加，这时P—I曲线基本上 是线性的。当I再增大时，P—I曲线开始弯曲呈非线性，这是由于随着注入电流的增大，使结温上升，导致P增加的速度减慢。 判断阈值电流的方法：在P—I特性曲线中，激光输出段曲线的向下延长线与电流轴的交点为激光二极管的阈值电流。 3、光谱特性 激光二极管的发射光谱由两个因素决定：谐振腔的参数，有源介质的增益曲线。 腔长L确定纵模间隔，宽W和高H决定横模性质。如果W和H 足够小，将只有单横模TEM00存在。 多模激光二极管在其中心波长附近呈现出多个峰值的光谱输出。单纵模激光器只有一个峰值。 工作在阈值以上的1mm腔长的增益导引LD的典型发射光谱 激光二极管是单模或多模还与泵浦电流有关。折射率导引LD，在泵浦电流较小、输
出光功率较小时为多模输出；在电流较大、输出光功率较大时则变为单模输出。而增益导引LD，即使在高电流工作 下仍为多模。 折射率导引激光器光谱随光功率的变化 发射光谱随注入电流而变化。IIt 发射激光，光谱突然变窄。因此，从激光二极管发射光谱图上可以确定阈值电流。当注入电流低于阈值电流时光谱很宽，当注入电流达到阈值电流时，光谱突然变窄，出现明显的峰值，此时的电流就是阈值电流。 IIt 激光辐射 4、温度特性 半导体激光器的阈值电流随温度的升高而增加，变化关系可表示为： T/T0) Ith(T)?Aexp(式中T0是衡量阈值电流Ith对温度变化敏感程度的参数——叫特征温度，取决于器件的材料和结构等因素，T0值越大，表示Ith对温度变化越不敏感，器件的温度特性越好。A是常数。 因Ith随温度升高而增大，因此P—I特性曲线也随温度变化。随着温度升高，在注入电流不变的情况下，输出光功率会变小。这就是为什么LD工作一段时间后输出功率会下降。 阈值—温度特性与其结构有关，一般说，异质结构比同质结的温度特性好。 温度变化还将引起激光器输出光谱的改变，出现跳模（mode hop）现象。原因：温度改变，使腔的参数（折射率， 腔长）发生较大变化，引起激发模式发生变化。在模式跳跃之前，因折射率和腔长随温度升高而有少量增加，致使波长随温度升高而缓慢增大（下图a）。如要避免跳模，必须增大模式间隔（下图b）。 对于多模增益导引半导体激光器，波长随温度的变化是由于带隙随温度变化而产生的，温度变化主要影响光增益曲线而不是腔的参数，因此变化曲线是连续的(下图c)。 半导体激光器必须加制冷器，进行温度控制。
激光的特点
1、单色性好：普通光源发射的光子，在频率上是各不相同的，所以包含有各种颜色。而激光发射的各个光子频率相同，因此激光是最好的单色光源。 由于光的生物效应强烈地依赖于光的波长，使得激光的单色性在临床选择性治疗上获得重要应用。此外，激光的单色特性在光谱技术及光学测量中也得到广泛应用，已成为基础医学研究与临床诊断的重要手段。 2、相干性好：由于受激辐射的光子在相位上是一致的，再加之谐振腔的选模作用，使激光束横截面上各点间有固定的相位关系，所以激光的空间相干性很好（由自发辐射产生的普通光是非相干光）。激光为我们提供了最好的相干光源。正是由于激光器的问世，才促使相干技术获得飞跃发展，全息技术才得以实现。 3、方向性好：激光束的发散角很小，几乎是一平行的光线，激光照射到月球上形成的光斑直径仅有1公里左右。而普通光源发出的光射向四面八方，为了将普通光沿某个方向集中起来常使用聚光装置，但即便是最好的探照灯，如将其光投射到月球上，光斑直径将扩大到1 000公里以上。 激光束的方向性好这一特性在医学上的应用主要是激光能量能在空间高度集中，从而可将激光束制成激光手术刀。另外，由几何光学可知，平行性越好的光束经聚焦得到的焦斑尺寸越小，再加之激光单色性好，经聚焦后无色散像差，使光斑尺寸进一步缩小，可达微米级以下，甚至可用作切割细胞或分子的精细的“手术刀”。 4、亮度高：激光的亮度可比普通光源高出1012－1019倍，是目前最亮的光源，强激光甚至可产生上亿度的高温。激光的高能量是保证激光临床治疗有效的最可贵的基本特性之一。利用激光的高能量还可使激光应用于激光加工工业及国防事业等。
(1)激光通讯 用光传送信息，在今天非常普遍。比方，舰船用灯语通讯，交通灯用红、黄、绿三色彩度。但是一切这些用普通光传送信息的方式，都只能局限在短间隔内。要想把信息经过光直接传送到悠远的中央，就不能用普通光，而只能动用激光。 （2）材料加工 钻孔、切割、焊接以及淬火，是加工金属资料时最常用的操作。自从引进了激光后，在加工的强度、质量以及范围等方面创始了全新的场面。除了金属资料外，激光还能加工许多非金属资料。 激光钻孔的原理，是应用激光束汇集使金属外表焦点温度疾速上升，温升可达每秒l00万度。当热量尚未发散之前，光束就烧熔金属，直至汽化，留下一个个小孔。激光钻孔不受加工资料的硬度和脆性的限制，而且钻孔速度异常快，快到能够在几千分之一秒，乃至几百万分之一秒内钻出小孔。（3）激光照相排版 与利用普通光源进行照相排版相比，激光排版省时省力。由于激光亮度高，颜色浅，能够大大改善图像的明晰度，印出来的书质量自然就高。它的原理是怎样的呢？首先经过计算机把文字变成一个个点，然后用点来控制激光扫描感光底片，才真正拍摄出全息照相。 全息照相与平面照相是两回事。虽然平面彩色照片看上去颜色鲜艳、层次清楚，富有平面感，但它总归仍是单面图像，再好的平面照也替代不了真实的实物。比方，一个正方形木块的平面照，不管我们怎样改动察看角度，只能看到照片上的那个画面，但全息照就不同了，我们只需改动一
激光加工技术的特点及应用
激光加工技术的特点及应用-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
激光加工技术的特点及应用 摘要：“激光（器）”的英语为Laser，它是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的第一个字母组成的缩写，意思是“光受激辐射放 大”。所谓激光加工技术就是利用激光束与物质相互作用的特性对材料 （包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以 及做为光源，识别物体等的一门技术，它也是涉及到光、机、电、材 料及检测等多门学科的一门综合学科。 关键词：加工原理、特点、加工技术、发展前景 一激光的特点 激光是一种崭新的光源，它除了与其他光源一样是一种电磁波外，还具有其它光源所不具备的特性： 高方向性：激光的发散角很小，接近平行光，可把激光用于定位、准直、导向和测距等 亮度高(光强)：聚焦后光斑上的功率密度达1015W/cm2或更高，其亮度比太阳光起码要亮100亿倍，只有氢弹爆炸瞬间产生的闪光才能勉强与激光相比。材料在如此之高的功率密度光照射下，会很快熔化、气化或爆炸，因此，可以来进行材料的加工或是医疗外科手术。 高单色性：其单色性比一般光高108-109倍以上，可把激光波长作为长度的标准进行精密测量，或把其周期用作时间测量标准，应用于激光通讯和等离子体测量。 高相干性：单色性越好的光，相干长度越长。可用于较长工件的高精度测量与校验。 二激光加工的原理及其特点 1.激光加工的原理 激光加工是将激光束照射到工件的表面，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。 2.激光加工的特点 激光具有的宝贵特性决定了激光在加工领域存在的优势： ①非接触加工，无工具磨损，不需要中途更换工具，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的； ②激光束能量密度高，加工速度快，工件变形小、热影响区小，后续加工量小； ③它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点材料，可加工材料范围广泛；
各功率激光的特点
常见激光技术总结 目前常见的激光器按工作介质分气体激光器、固体激光器、半导体激光器、光纤激光器和染料激光器5大类，近来还发展了自由电子激光器。大功率激光器通常都脉冲方式输出已获得较大的峰值功率。 单脉冲激光指的是几分钟才输出一个脉冲的激光，重频激光指的是每分钟输出几次到每秒输出数百次甚至更高的激光。 一、气体激光器 1.He-Ne激光器：典型的惰性气体原子激光器，输出连续光，谱线有63 2.8nm（最常用），1015nm，3390nm，近来又向短波延伸。这种激光器输出地功率最大能达到1W，但光束质量很好，主要用于精密测量，检测，准直，导向，水中照明，信息处理，医疗及光学研究等方面。 2.Ar离子激光器：典型的惰性气体离子激光器，是利用气体放电试管内氩原子电离并激发，在离子激发态能级间实现粒子数反转而产生激光。它发射的激光谱线在可见光和紫外区域，在可见光区它是输出连续功率最高的器件，商品化的最高也达30-50W。它的能量转换率最高可达0.6%，频率稳定度在3E-11，寿命超过1000h，光谱在蓝绿波段（488/514.5），功率大，主要用于拉曼光谱、泵浦染料激光、全息、非线性光学等研究领域以及医疗诊断、打印分色、计量测定材料加工及信息处理等方面。 3.CO2激光器：波长为9~12um（典型波长10.6um）的CO2激光器因其效率高，光束质量好，功率范围大（几瓦之几万瓦），既能连续又能脉冲等多优点成为气体激光器中最重要的，用途最广泛的一种激光器。主要用于材料加工，科学研究，检测国防等方面。常用形式有：封离型纵向电激励二氧化碳激光器、TEA二氧化碳激光器、轴快流高功率二氧化碳激光器、横流高功率二氧化碳激光器。 4.N2分子激光器：气体激光器，输出紫外光，峰值功率可达数十兆瓦，脉宽小于10ns，重复频率为数十至数千赫，作可调谐燃料激光器的泵浦源，也可用于荧光分析，检测污染等方面。 5.准分子激光器：以准分子为工作物质的一类气体激光器件。常用电子束（能量大于200千电子伏特）或横向快速脉冲放电来实现激励。当受激态准分子的不稳定分子键断裂而离解成基态原子时，受激态的能量以激光辐射的形式放出。准分子激光物质具有低能态的排斥性，可以把它有效地抽空，故无低态吸收与能量亏损，粒子数反转很容易，增益大，转换效率高，重复率高，辐射波长短，主要在紫外和真空紫外（少数延伸至可见光）区域振荡，调谐范围较宽。它在分离同位素，紫外光化学，激光光谱学，快速摄影，高分辨率全息术，激光武器，物质结构研究，光通信，遥感，集成光学，非线性光学，农业，医学，生物学以及泵浦可调谐染料激光器等方面已获得比较广泛的应用，而且可望发展成为用于核聚变的激光器件。 二、固体激光器 1.YAG激光器：可分为：Nd-YAG晶体、Ce-Nd-YAG晶体、Yb-YAG晶体、Ho-YAG晶体、Er-YAG晶体。 Nd-YAG激光器：固体激光器，1064nm，Nd-YAG目前综合性能最为优异的激光晶体，连续激光器的最大输出功率1000W，广泛用于军事、工业和医疗等行业。若采用连续的方式运转，采用一级振荡可以获得400W的多模输出，若要输出在百瓦级的激光器，采用单灯单棒，200W以上的采用双灯单棒结构。Nd-YAG激光器不仅适合连续，而且在高重频下运转性能也很优越。重频可达100~200次/s，最高平均功率可400w。采用多级串联来实现高功率输出，目前平均功率最高可达到上600~800瓦，重频可达80~200次/s，单脉冲能量可达80J。 Ce-Nd-YAG激光器：在Nd-AG晶体的基础上添加Ce离子形成Ce-Nd-YAG。利用Ce离子能对紫外光谱区光子能量产生很好的吸收，并且将能量以无辐射跃迁的方式传递给Nd离子，从而增加了光谱的利用率，因此效率高、阈值低、重复频率特性好。 Yb-YAG激光器：Yb3＋掺入YAG基质中形成的一种产生1.03um近红外激光的激光晶体，其与Nd-YAG属于同一种基质，但由于掺杂不同而导致生长工艺有所不同。掺Yb-YAG由于量子效率高，晶体光谱简单，无激发态吸收和上转换，且无荧光浓度猝灭，掺杂浓度高，有较长的荧光寿命，吸收带带宽比Nd-YAG宽得多，能与二极管的泵浦波长有效耦合。在相同的输入功率下，Yb-YAG泵浦生热仅为Nd-YAG的1/4。而且YAG基质的物化特性综合性能最为优良，所以Yb-YAG已成为最引人注目的固体激光介质之一，LD泵浦的高功率Yb-YAG固体激光器成为新的研究热点，并将其视为发展高效、高功率固体激光器的一个主要方向。