激光振镜场镜原理

PAGEPAGE4光纤激光器原理：光纤激光器主要由泵浦源，耦合器，掺稀土元素光纤，谐振腔等部件构成。泵浦源由一个或多个大功率激光二极管阵列构成，其发出的泵浦光经特殊的泵浦结构耦合入作为增益介质的掺稀土元素光纤，泵浦波长上的光子被掺杂光纤介质吸收，形成粒子数反转，受激发射的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激光输出。光纤激光器特点光纤激光器以光纤作为波导介质，耦合效率高，易形成高功率密度，散热效果好，无需庞大的制冷系统，具有高转换效率，低阈值，光束质量好和窄线宽等优点。并且，光纤激光器的谐振腔内无光学镜片，具有免调节、免维护、高稳定性的优点；超长的工作寿命和免维护时间，平均免维护时间在10万小时以上。

光纤激光器原理图1:

峰值功率：脉冲激光器，顾名思义，它输出的激光是一个一个脉冲，每单个脉冲有一个持续时间，比如说10ns(纳秒)，一般称作单个脉冲宽度，或单个脉冲持续时间，我们用t表示。这种激光器可以发出一连串脉冲，比如，1秒钟发出10个脉冲，或者有的就发出一个脉冲。这时，我们就说脉冲重复(频)率前者为10，后者为1，那么，1秒钟发出10个脉冲，它的脉冲重复周期为0.1秒，而1秒钟发出1个脉冲，那么，它的脉冲重复周期为1秒，我们用T表示这个脉冲重复周期。

如果单个脉冲的能量为E，那么E/T称作脉冲激光器的平均功率，这是在一个周期内的平均值。例如，E=50mJ(毫焦)，T=0.1秒，那么，

平均功率P平均=50mJ/0.1s=500mW。

如果用E除以t，即有激光输出的这段时间内的功率，一般称作峰值功率(peakpower)，例如，在前面的例子中E=50mJ,t=10ns,

P峰值=50×10^(-3)/[10×10^(-9)]=5×10^6W=5MW(兆瓦)，由于脉冲宽度t很小，它的峰值功率很大。脉冲能量E=1mj脉宽t=100ns重复频率20-80K脉冲持续时间T=1s/2k=？秒平均功率P=E/T=0.001J/0.00005s=20WP峰值功率=E/t激光的分类：激光按波段分，可分为可见光、红外、紫外、X光、多波长可调谐，目前工业用红外及紫外激光。例如CO2激光器10.64um红外激光,氪灯泵浦YAG激光器1.064um红外激光,氙灯泵浦YAG激光器1.064um红外激光,半导体侧面/端面泵浦激光器1.064um红外激光。激光器的种类分，可分为固体、气体、液体、半导体和染料等几种类型：

（1）固体激光器一般小而坚固，脉冲辐射功率较高，应用范围较广泛。如：Nd:YAG激光器。Nd（钕）是一种稀土元素，YAG代表钇铝石榴石，晶体结构与红宝石相似。

（2）半导体激光器可以通过外加的电场、磁场、温度、压力等改变激光的波长，能将电能直接转换为激光能，所以发展迅速。

（3）气体激光器以气体为工作物质(主要为惰性气体)，单色性和相干性较好，激光波长可达数千种，应用广泛。气体激光器结构简单、造价低廉、操作方便。在工农业、医学、精密测量、全息技术等方面应用广泛。气体激光器有电能、热能、化学能、光能、核能等多种激励方式。

（4）以液体染料为工作物质的染料激光器于1966年问世，广泛应用于各种科学研究领域。现在已发现的能产生激光的染料，大约在500种左右。这些染料可以溶于酒精、苯、丙酮、水或其他溶液。它们还可以包含在有机塑料中以固态出现，或升华为蒸汽，以气态形式出现。所以染料激光器也称为“液体激光器”。染料激光器的突出特点是波长连续可调。燃料激光器种类繁多，价格低廉，效率高，输出功率可与气体和固体激光器相媲美，应用于分光光谱、光化学、医疗和农业。

（5）红外激光器已有多种类型，应用范围广泛，它是一种新型的红外辐射源，特点是辐射强度高、单色性好、相干性好、方向性强。

（6）X射线激光器在科研和军事上有重要价值，应用于激光反导弹武器中具有优势；生物学家用X射线激光能够研究活组织中的分子结构或详细了解细胞机能;用X射线激光拍摄分子结构的照片,所得到的生物分子像的对比度很高。

（7）化学激光器有些化学反应产生足够多的高能原子，就可以释放出大能量，可用来产生激光作用。

（8）自由电子激光器这类激光器比其他类型更适于产生很大功率的辐射。它的工作机制与众不同，它从加速器中获得几千万伏高能调整电子束，经周期磁场，形成不同能态的能级，产生受激辐射。光分为可见光和不可见光:是根据人的肉眼是否能看到来划分的。光的可见与不可见与光（或者说电磁波，光就是电磁波）的波长有关系，人眼能看到的电磁波的波长范围是400nm到760nm，400nm左右的是紫色光，小于这个波长的人眼就看不到了，是紫外线。760nm附件的是红色光，波长大于这个范围，人眼也感觉不到也就是红外线。镜片1（X轴）的宽度是由光束的直径所决定的。镜片2（y轴）

的宽度应该等于振镜1的长度。镜片2的长度就是光束打在第二个镜片上时同S1的距离，和最大入射角q。光斑尺寸

光斑尺寸下限d(1/e2亮度直径)相对于激光光束直径‘D’(1/e2)是d=13.5QF/Dmm例如：一束TEM00(Q=1)的直径是13.5mm(1/e2)用一个焦距100mm的理想聚焦镜片，焦距出来的点的直径是100mm（带入一个实际数值Q=1.5,焦斑尺寸应该是150um.）

光的速度和光学畸变可导致聚焦点大小都大于最低衍射值。

大尺寸范围需要使用长焦距镜头。相反的，这会导致更大的聚焦点，除非把光束直径大小，振镜大小，和镜头直径全部加大。F-Theta镜（平场聚焦镜）原理F-Theta平场聚焦镜是激光打标机的重要配件之一，目的是将激光在整个工件标刻平面形成聚焦。其性能指标主要有以下几条：1.扫描范围。镜头能扫描到的面积越大，当然越受使用者的欢迎。但是如果一味的增加扫描面积，会带来很多的问题。如光点变粗，失真加大等等。2.焦距（跟工作距离有一定关系，但是不等于工作距离）。a.扫描范围跟场镜焦距成正比扫描范围的加大，必然导致工作距离的加大。工作距离的加长，必然导致激光能量的损耗。b.聚焦后的光斑直径跟焦距成正比。当扫描面积达到一定的程度后，得到的光点直径很大，也就是说聚得不够细，激光的功率密度下降非常快（功率密度跟光斑直径的2次方成反比），不利于加工。c.由于F-Theta场镜是利用的y’=f*θ的关系来工作的，而实际的θ和tgθ的值还是有区别的。而且随着焦距f的加大，失真程度将越来越