激光检测技术

1、 主要内容主要内容: 一、一、 激光的形成原理激光的形成原理 二、二、 激光的特性与用途激光的特性与用途 三三、 激光器激光器 四四、 激光检测技术激光检测技术一、一、 激光的形成原理激光的形成原理1.光和物质的相互作用光和物质的相互作用 光和物质的相互作用有三种不同的基本过程：自光和物质的相互作用有三种不同的基本过程：自发辐射、受激辐射和受激吸收。发辐射、受激辐射和受激吸收。 (1) 自发辐射自发辐射自发发射过程自发发射过程(2)受激吸收受激吸收 (3)受激辐射受激辐射 2.粒子数反转分布及泵浦过程粒子数反转分布及泵浦过程 物质中处于高能级的原子数超过处于低能级的原子数。物质的这种反物质中处

2、于高能级的原子数超过处于低能级的原子数。物质的这种反常分布状态叫做粒子数反转分布，常分布状态叫做粒子数反转分布，粒子的反转分布是产生激光的必要条粒子的反转分布是产生激光的必要条件。件。 能够形成粒子数反转分布的工作物质称为增益介质。能够形成粒子数反转分布的工作物质称为增益介质。 受激辐射过程 把原子送上高能级。把粒子从基态激发到高能级，使在某两个能级之间把原子送上高能级。把粒子从基态激发到高能级，使在某两个能级之间实现粒子数反转的过程称为泵浦。实现粒子数反转的过程称为泵浦。 实现泵浦的方法有很多，通常采用以下几种：实现泵浦的方法有很多，通常采用以下几种： (1) 光泵浦光泵浦 (2) 电泵浦电

3、泵浦 (3) 化学反应化学反应 3. 谐振腔的共振作用与激光的形成谐振腔的共振作用与激光的形成 在增益介质的两端安装两块相互平行的反射镜，一块为全反射镜（反射在增益介质的两端安装两块相互平行的反射镜，一块为全反射镜（反射率近似为率近似为1），另一块为部分反射镜（反射率必须大于某一值），构成一），另一块为部分反射镜（反射率必须大于某一值），构成一个光学共振腔（又称谐振腔）。谐振腔对光的模式有选择作用，即对光的个光学共振腔（又称谐振腔）。谐振腔对光的模式有选择作用，即对光的频率、相位、偏振及传播方向有严格的选择。频率、相位、偏振及传播方向有严格的选择。 要形成激光，首先必须利用激励能源，即泵浦激要

4、形成激光，首先必须利用激励能源，即泵浦激活介质内部的一种粒子，使其在某些能级间实现粒活介质内部的一种粒子，使其在某些能级间实现粒子数反转分布，这是形成激光的前提条件。同时，子数反转分布，这是形成激光的前提条件。同时，还必须有使光产生放大作用的增益介质和使光产生还必须有使光产生放大作用的增益介质和使光产生共振作用的谐振腔。泵浦、增益介质和谐振腔是激共振作用的谐振腔。泵浦、增益介质和谐振腔是激光产生的三要素。同时光在谐振腔内来回一次所获光产生的三要素。同时光在谐振腔内来回一次所获得的增益必须等于或大于它所遭受的各种损耗之得的增益必须等于或大于它所遭受的各种损耗之和。和。 二、激光的特性与用途二、激

5、光的特性与用途n激光的高方向性：激光的高方向性：根据这一特性可制成激光准直仪；根据这一特性可制成激光准直仪； n激光的高亮度：激光的高亮度：利用激光能量高度集中的特性，进行利用激光能量高度集中的特性，进行精密焊接、打孔及切割精密焊接、打孔及切割 ；n激光的高单色性激光的高单色性 ：在小孔、细丝、狭缝等小尺寸的衍在小孔、细丝、狭缝等小尺寸的衍射测量中得到了广泛的应用；射测量中得到了广泛的应用； 1.激光的高相干性：激光的高相干性：全息摄影就是利用了激光相干性好全息摄影就是利用了激光相干性好的这一特征。的这一特征。 三、激光器三、激光器n分类分类n根据激光器的工作物质可以把激光器分为以下几类根据激

6、光器的工作物质可以把激光器分为以下几类 n 固体激光器固体激光器 如红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝（石如红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝（石榴石榴石YAG）激光器等）激光器等 n 气体激光器气体激光器 如如He-Ne激光器激光器 n 半导体激光器半导体激光器 如砷化镓二极管激光器如砷化镓二极管激光器 n 液体激光器液体激光器 如染料激光器如染料激光器 n 化学激光器化学激光器 如碘原子激光器如碘原子激光器 1. 其他激光器其他激光器 X射线、薄膜、光纤激光器等射线、薄膜、光纤激光器等 2. 激光器的结构与工作原理激光器的结构与工作原理 以氦氖激光器为例以氦氖激光器为例 除激励电源之外，氦氖激光器通常包括放电

7、管、电极和谐振腔等基除激励电源之外，氦氖激光器通常包括放电管、电极和谐振腔等基本组成部分。根据放电管和组成谐振腔的两块反射镜的连接方式，可将本组成部分。根据放电管和组成谐振腔的两块反射镜的连接方式，可将氦氖激光器分为内腔式、半内腔式（半外腔式）和外腔式三种结构型氦氖激光器分为内腔式、半内腔式（半外腔式）和外腔式三种结构型式。在放电管中按一定比例和压力充上氦氖混合气体。式。在放电管中按一定比例和压力充上氦氖混合气体。 四、应用举例四、应用举例1. 激光的载波测温技术激光的载波测温技术激光载波测温原理方框图激光载波测温原理方框图 激光载波测温的发射部分激光载波测温的发射部分RT-热敏电阻；热敏电阻

8、；V1-单结晶体管；单结晶体管；V2-晶闸管；晶闸管； 脉冲调频波脉冲调频波 T1，T2-脉冲变压器脉冲变压器11ln1TTCRf调频波解调原理调频波解调原理 (a) LC谐振电路；（谐振电路；（b）谐振曲线；（）谐振曲线；（c）调频波及调幅波）调频波及调幅波n激光准直测量技术激光准直测量技术 n激光准直仪按工作原理可分为振幅测量法、干涉测量法和偏振测量激光准直仪按工作原理可分为振幅测量法、干涉测量法和偏振测量法。法。n 干涉测量法是在以激光束作为直线基准的基础上，又以光的干涉干涉测量法是在以激光束作为直线基准的基础上，又以光的干涉原理原理n进行读数来进行直线度测量的。进行读数来进行直线度测量的。n 1楔形板干涉法楔形板干涉法 楔形板干涉法原理楔形板干涉法原理1-激光器；激光器；2-倒置望远镜；倒置望远镜；3-靶基座；靶基座；4-楔形分光板；楔形分光板；5-观察屏观察屏2. 双频激光干涉法双频激光干涉法 双频激光干涉法原理双频激光干涉法原理1-激光器；激光器；2-1/4波片；波片；3-半反半透镜；半反半透镜；4-偏振分光器；偏