工程測試第一講20150109

1、光學測量和傳感器技術汪洋科學研究的方法實驗研究理論研究驗證總結和猜測大膽猜測+小心驗證科學研究=1、光學基礎和激光原理2、高速攝影和CCD應用3、全息技術和激光誘導熒光法(LIF)4、激光多普勒測速（LDA）和激光粒子測速（PIV)5、傳感器技術第一講第一講光學基礎和激光原理光學基礎和激光原理一、光的性質一、光的性質二、幾何光學基礎二、幾何光學基礎三、激光原理三、激光原理1 1、光的性質、光的性質 牛頓光的粒子說 惠更斯的波動說 赫茲的電磁說 愛因斯坦的光量子理論光的性質（1）牛頓的光粒子學說 十七世紀，牛頓根據光的直線傳播現象，提出光是微粒流，在真空或透明介質中由于慣性作直線運動 牛頓的粒子

2、說可以解釋光的直線傳播、以及不同介質之間的折射、反射規(guī)律，但是無法解釋隨后發(fā)現的衍射、干涉和偏振現象光的性質2、惠更斯的波動學說 在同一時期，惠更斯提出了波動學說，認為光是某種振動，通過介質的彈性聯(lián)系，以波的形式向周圍傳播。 波動學說能解釋光的衍射、干涉和偏振現象，但是需要假設空間中存在一種密度極大的傳遞介質，當時癔造了一種物質“以太”，但始終無法證實。光的性質邁克爾遜莫雷實驗邁克爾遜莫雷實驗1887年，阿爾貝特年，阿爾貝特麥克爾遜（后來成為美麥克爾遜（后來成為美國第一個物理諾貝爾獎獲得者）和愛德國第一個物理諾貝爾獎獲得者）和愛德華華莫雷在克里夫蘭的卡思應用科學學校進莫雷在克里夫蘭的卡思應用科

3、學學校進行了非常仔細的實驗。目的是測量地球在以行了非常仔細的實驗。目的是測量地球在以太中的速度太中的速度(即以太風的速度即以太風的速度)。干涉儀的靈敏度，可觀察到的條紋數為干涉儀的靈敏度，可觀察到的條紋數為0.01條。但實驗結果是幾乎沒有條紋移動。條。但實驗結果是幾乎沒有條紋移動。在任何慣性參考在任何慣性參考系中，光速恒定系中，光速恒定3、麥克斯韋的電磁說 1865年，麥克斯韋在電磁理論研究中指出，光是一種電磁現象，光波的本質是一種電磁波。 電磁波學說很好地解決了光需要“以太”才能傳播的缺陷，但是： 無法解釋黑體輻射能量隨波長的分布規(guī)律，“紫外線災難” 無法解釋1887年赫茲發(fā)現的光電效應光的

4、性質 光電效應4、愛因斯坦的光量子理論 1900年普朗克提出了輻射量子理論，成功地解釋了黑體輻射問題。 1905年愛因斯坦發(fā)展了普朗克的能量子學說，提出了光量子理論。光子同時具有微粒和波動兩種特性：光的性質光的認識 光子的能量: 光子的質量： 光波屬于光子的概率波（德布羅意和薛定諤創(chuàng)立的量子力學） 但是人類關于光的認識還沒有到最高境界vhE.2/.cvhm光的性質電子的物質波衍射推論：h/Ev PmchvEcmPh2;.；對于光子二、幾何光學基礎 在幾何光學中，研究光的傳播，并不把光看作為電磁波，而把光看作為能夠傳輸能量的、代表光傳播方向的幾何線，這幾何線叫做光線。 所以，幾何光學所研究的只是

5、關于光的抽象的客觀表現，并未涉及光的內在本質，故其所得的結果只不過是波動光學在一定條件下的近似。 幾何光學是運用幾何運算的數學方法來研究光學元件與光學系統(tǒng)對光路的控制作用及其造成的物像關系，從而建立和發(fā)展光學儀器成像理論和計算方法。幾何光學的局限 幾何光學是關于光的唯象理論。 不涉及光的物理本質。 對于光線，是無法從物理上定義其速度的。 在幾何光學領域，也無法定義諸如波長、頻率、能量等物理量。 也可以說：幾何光學就是依據光線的實驗光線的實驗定律定律并利用平面幾何平面幾何所得到的理論體系理論體系幾何光學的原理與定律 可以由Fermat原理導出幾何光學的實驗定律 所以可以說，Fermat原理是更基

6、本的 一般來說，任何一門學科，都有著無法證明的（指從理論上無法證明）最基本的假設，這就是原理，是這一學科所建立的基礎。 一、Fermat原理PQ光實際傳播的路徑，是與介質有關的。The actual path between two points taken by a beam of light is the one which is traversed in the least time. 費馬（費馬（Fermat）原理）原理：兩點間光的實際路徑，是光程平穩(wěn)的路徑。（1679年）光程：折射率光所經過的路程，即nS。 一般情況下為折射率的路徑積分。平穩(wěn)：極值（極大、極小）或恒定值。 在數學上，

7、用變分表示分表示d 0QPns光在任意介質中從一點傳播到另一點時，沿所需時間或穩(wěn)定值）最短的路徑傳播；光傳播的實際路徑是使光程取極值（極小值、極大值、穩(wěn)定值） 物像之間的等光程性物點A與像點A之間的光程總是平穩(wěn)的，即不管光線經何路徑，凡是由A通過同樣的光學系統(tǒng)到達A的光線，都是等光程的。AABB幾何光學的定理 1 光的直線傳播定律：光在均勻的透明介質小是沿著直線傳播的。例子：影子的形成、日食、月蝕等。 2 光的獨立傳播定律： 自不同方向或由不同物體發(fā)出的光線，它們在相交時，仍然按各自的方向繼續(xù)傳播而互不影響。 3 光的反射定律和折射定律：當一入射光投射在兩種均勻透明并且各向同性的介質的分界面上

8、時，其中一部分光線沿分界面上反射到原來的介質，稱為反射光線另一部分光線透過分界面進入第二種介質，并改變原來方向，稱為折射光線，可以分別用反射定律和折射定律來表示。幾何光學基礎光的反射定律 1）反射光在入射面內反射光在入射面內 2）反射角等于入射角反射角等于入射角ii 界面ii入射面n 光的折射定律介質2介質1分界面物像1i2i21sin/sinii只與兩種介質有關，折射率1122sinsinniniIin2n1n1n2幾何光學基礎全反射現象全反射現象幾種典型的光學器件1、光導纖維2、平面鏡3、棱鏡4、球面鏡（凸面鏡、凹面鏡）5、透鏡（凸透鏡、凹透鏡）幾何光學基礎全反射的應用光導纖維n0sin叫

9、做光導纖維的數值孔徑，用NA表示，以此來量度光導纖維的通光本領。通常NA055079。幾何光學基礎單根光線不能傳輸圖像依靠集束光線傳輸圖像纖芯0.1mm包膜保護層 通常一公里長的聚光纖維的傳輸損耗為l一2分貝，光在其中傳輸1公里的距離后，大約接近原來光強80的光仍可利用。目前最好的光纖傳輸1公里的損耗已降到02分貝 對光導纖維的要求，除了數值孔徑、傳輸損耗外，還有傳輸帶寬(它影響到光導纖維傳輸信號能力，光信號以光脈沖信號經過光導纖維傳輸，如果脈沖嚴重變寬，則傳遞信息的脈沖之間就會互相重疊，以致分辨不清，無法進行正常傳輸)和模式分布(所謂模式即是電磁場的各種分布形式：如果入射激光的模樣是圓光斑，

10、在出射端仍得到圓形光斑，這就是單模傳輸，如果出射光斑分裂成許多小光斑，這就是許多雜散的高次模。目前研制的單模光纖，只允許基模傳輸，多模纖維允許很多模式同時存在。幾何光學基礎2、平面鏡平面鏡在光學系統(tǒng)中，常用來改變光線的方向和物體的方位。任何1物點s經平面鏡反射后都能形成一個與原物人小相向、對稱于鏡面的像點s；從理論上講，平面鏡是唯一能成完善像的光學零件。幾何光學基礎白光入射 2棱鏡2i2i1i1i)()()()(22112121iiiiiiii22ii11ii11ii22ii21sinsiniin2sin2sin偏轉角如果( )n紅光黃光藍光) 1( n按照棱鏡的作用，分為折射棱鏡和反射棱鏡。

11、全反射棱鏡 倒轉棱鏡(阿米西棱鏡）5 .675 .67屋脊形五棱鏡珀羅組合棱鏡其它類型的組合全反射棱鏡阿貝-科尼組合棱鏡 施密特-樸漢組合棱鏡 珀羅組合棱鏡 珀羅-阿貝組合棱鏡 3、球面鏡 反射面是球面的鏡叫做球面反射鏡，利用凹球面作反射面的球面鏡叫做凹面鏡利用凸球面作反射面的球面鏡叫做凹面鏡。幾何光學基礎 任何平行于光軸的光線（而又接近光軸的光線），經過球面鏡反射后，必定交丁同一點，該點稱為球面鏡的焦點，以F表示。規(guī)定從0點算起到F點的距離叫做球面鏡的焦距，用f表示，球面鏡半徑為r，則：幾何光學基礎rf21 幾何法求出凹球面鏡的物、像關系幾何光學基礎幾何光學基礎幾何法求出凸球面鏡的物、像關系

12、物距l(xiāng)：球面鏡頂點o到物點的距離；像距l(xiāng)：球面鏡頂點o起到像點的距離；球面半徑r：由球面鏡頂點o起到球心的距離；焦距f：球面鏡頂點o到焦點的距離；物高y：由軸上算起到物的另一端點的長度；像高y：由軸上算起到像的另一端點的長度。幾何光學基礎fll1114、透鏡a)為雙凸遠鏡；(b)為平凸透鏡；(c)為凹凸透鏡；(d)為雙凹透鏡；e)為平凹透鏡；f)為雙凹透鏡。幾何光學基礎 根據透鏡的厚度分為厚透鏡和薄透鏡，視其厚度實際上是否可忽略而定，即一個透鏡中央部分的厚度，就是透鏡兩球面頂點之間的距離，比兩個球面半徑或透鏡的焦距小很多，可以忽略不計，這種透鏡叫做簿透鏡，否則為厚透鏡。幾何光學基礎作圖法確定物

13、、像之間的關系幾何光學基礎典型的光學儀器照相機幾何光學基礎照相物鏡有3個主要參數：1、焦距f：在相同物距，焦距決定著像和物的比例2、相對孔徑：物鏡通光孔徑與焦距的比，相對孔徑影響像面的照度、景深、相差、和分辨本領。3、視場角：決定了能成清晰像的二維空間范圍。幾何光學基礎f1v1u1光學系統(tǒng)的像差 色散不同色光，有不同的焦距； 球差透鏡實際上是有厚度的； 慧差透鏡實際上是有厚度的； 像散 像面彎曲 畸變幾何光學基礎一、色散幾何光學基礎二、球差幾何光學基礎消除球差消除球差（1 1）加光闌，選擇近軸光束；）加光闌，選擇近軸光束；（2 2）正、負透鏡組合進行校正；）正、負透鏡組合進行校正；（3 3）采

14、用非球面透鏡（如菲涅耳螺紋透鏡）。）采用非球面透鏡（如菲涅耳螺紋透鏡）。三、彗形像差1 1、軸外物點發(fā)出的寬光束：、軸外物點發(fā)出的寬光束：對稱軸為過對稱軸為過物點物點- -球心球心的輔助軸。的輔助軸。BBAB0A0B高斯像面高斯像面TK 子午面子午面四、像散幾何光學基礎明晰明晰圓圓弧矢弧矢焦線焦線子午子午焦線焦線與主軸成較大傾斜角的同心光束：與主軸成較大傾斜角的同心光束： 即使是細光束，出射光束也難以保持仍為同心。即使是細光束，出射光束也難以保持仍為同心。五、像面彎曲（像曲）幾何光學基礎ABy0A 0B0y高斯像面高斯像面 物點離軸越遠，像散差越大，造成兩個像面的彎曲。物點離軸越遠，像散差越大

15、，造成兩個像面的彎曲。 像面是關于光軸對稱的旋轉曲面，均相切于高斯像面中心。像面是關于光軸對稱的旋轉曲面，均相切于高斯像面中心。(1) 畸變是主光線的像差?；兪侵鞴饩€的像差。(2) 畸變是視場（離軸距離）的函數：畸變是視場（離軸距離）的函數： 橫向放大率隨物點離軸距離而增大橫向放大率隨物點離軸距離而增大枕形（正）畸變枕形（正）畸變 橫向放大率隨物點離軸距離而減小橫向放大率隨物點離軸距離而減小桶形（負）畸變桶形（負）畸變六、畸變六、畸變(3) 畸變是垂軸像差，表現為畸變是垂軸像差，表現為軸外物點軸外物點在高斯像面上的成像在高斯像面上的成像 位置的改變，只是像的變形，不影響像的清晰度。位置的改變

16、，只是像的變形，不影響像的清晰度。桶形畸變桶形畸變枕形畸變枕形畸變物物激光原理 激光，Laser( Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)通過受激輻射過程實現的光放大器。 激光產生的條件 激光器的結構和種類 激光的特性 典型激光器 激光歷史回顧 1960年第一臺紅寶石激光器問世； 40年來，激光工作物質從晶體發(fā)展到：玻璃、氣體、液體及自由電子等數百種之多； 激勵方式從光激勵，發(fā)展到：放電激勵、電激勵、熱激勵、化學激勵和核激勵； 輸出功率從最初的毫瓦量級，發(fā)展到現在的萬瓦量級 輸出譜線，已經從紅外到x射線，有數千條譜線可用

17、。激光產生的條件1、原子的能級 玻爾理論的基本假設如下： I)原子內的電子并非沿著任意的軌道運動，而是沿著具有一定半徑或一定能級的軌道運動。在一定軌道上運動的電子被稱為處在定態(tài)，電子處在定態(tài)的原子并不輻射能量。原子內電子可以有許多定態(tài)，其中能量最低的叫基態(tài)，其他的叫激發(fā)態(tài)。 2)原子內的電子可由某一定態(tài)躍遷到另一定態(tài)，這一過程要吸收和放出輻射能。頻率由hvE2-E1決定；若E2EI，放出輻射能，反之吸收輻射能。 3)對于原子內的電子可能存在的定態(tài)有一限制，即電子的軌道運動的角動量P必須等于h/2整數倍，即:激光原理 2簡并度處于一定電子態(tài)的原子對應某一能級，反過來，某一能級并不一定只對應一個電

18、子態(tài)，往往有若干個不同的電子運動狀態(tài)具有同一能級，即電子可以有兩個或兩個以上的運動狀態(tài)具有相同的能級，這樣的能級叫簡并能級，同一能級所對應的不同電子運動狀態(tài)的數目，叫簡并度。激光原理3玻爾茲曼分布 由大量粒子所組成的系統(tǒng)由于熱運動和相互碰撞，在熱平衡狀態(tài)下粒子數按能級的分布服從玻爾茲曼定律：其中gi為Ei能級的簡并度激光原理kTEiiiegN光輻射與電子運動的關系1自發(fā)輻射 處于高能級E2的原子是不穩(wěn)定的、即使沒有外界作用，也將自發(fā)地躍迂到低能級E1,發(fā)射一個頻率為、能量為h E2El的光子。大量處于高能級的原子，它們各自獨立地發(fā)射一列列頻率各不相同的光波，各光波之間沒有固定的相位關系、偏振方

19、向與傳播方向。2受激輻射處于高能級E2的原子，受能量為h E2El外來光子作用而躍遷到低能級El，并發(fā)射一個與外來一樣的光子。受激輻射的光與入射光具有相同的頻率、位相、偏振方向和傳播方向。3 受激吸收 處于低能級量El的原子受到能量為h E2El的光子作用時，吸收這一光子并躍遷到高能級E 2的過程。 包涵大量原子的系統(tǒng)中，三種過程總是同時存在：在普通光源中，自發(fā)輻射是主要的，在激光器工作過程中，受激輻射起主要作用。激光原理激光產生的條件1粒子數反轉 當光通過介質時，若入射光的頻率與原子系統(tǒng)的兩個能級共振，必然同時存在受激輻射和吸收兩種過程。 要使介質對光產生放大作用，必須使受激輻射超過受激吸收

20、，而兩者的幾率分別與上能級粒子數密度N 2和下能級粒子數密度N1成正比。 根據玻爾茲曼分布規(guī)律，在熱平衡狀態(tài)下，高能級粒子數小于低能級粒子數，因而，必須使粒子數分布達到反轉狀態(tài)。 粒子數反轉分布狀態(tài)是介質對光產生放大作用的條件及產生激光的前提。激光原理2、泵浦過程 把粒子從基態(tài)激發(fā)到高能級，在某兩個能級之間實現粒子數反轉的過程稱為泵浦。激光原理泵浦的方法 光泵浦：固體激光器，如紅寶石激光器、Nd:YAG激光器； 電泵浦：氣體激光器、半導體激光器 化學泵浦：HF激光器 熱泵浦：動力CO2激光器 核激勵泵浦：激光原理2、光的受激放大(1)增益介質 ：介質通過泵浦過程造成粒子數反轉分布，光在此介質中

21、受激輻射超過受激吸收及自發(fā)輻射介質對光具有放大作用，這樣的介質稱增益介質(2)受激放大 光通過增益介質是以指數規(guī)律增強的，表達式為：其中：G增益系數，G0; Z增益介質長度；I0入射光強度GzeIzI0)(激光原理3、諧振腔的共振在增益介質的兩端放置由反射鏡構成的諧振腔，光在腔內增益介質中往返傳播，每經過一次得到一次放大，因此，諧振腔的存在尤如大大增長了增益介質，使其得到極度放大，從而形成很亮的激光輸出。另外，諧振腔對光的模式有選擇作用，即對光的頻率、相位、偏振及傳播方向行嚴格的選擇。所以激光還有單色性、相干性及方向性均好的特點；激光原理4、激光形成的域值條件要形成激光，首光必須利用激勵能源，

22、即泵浦，泵浦可以激活介質內部的粒子，使其在某些能級間實現粒子數反轉分布，同時還需要使光產生共振作用的共振腔。 但這還不夠，還必須滿足域值條件。這是形成激光的決定性條件，即光在諧振腔內來回一次所獲得的增益必須等于或大于它所遭受的各種損耗之和， 這些損耗主要指腔內的光學元件的吸收損耗、散射損耗、衍射損耗以及工作物質不均勻和吸收所引起的損耗。激光原理激光器的分類及特點激光器按其工作介質可分為以下幾類。1固體激光器 有紅寶石、釹玻璃、摻釹釔鋁(石榴石YAG),其特點是：光泵浦，脈沖工作，外腔式結構。2、氣體激光器 又分為：原子激光器（He-Ne激光器）；分子激光器（CO2激光器）；準分子激光器；離子激

23、光器（Ar離子激光器）。特點：結構簡單、造價低，效率高，頻率穩(wěn)定。3、液體激光器（染料激光器） 特點：波長在一定范圍內可調4、半導體激光器 特點是：超小型、超低成本、高效率（30）缺點：相干性差、發(fā)散角大。激光原理激光的基本物理性質一、激光的方向性光源發(fā)出光束的方向性通常用發(fā)散角來描述，發(fā)散角定義為：光源發(fā)光面所發(fā)出光線中，兩光線之間的最大夾角，一般用2表示，單位為：rad。激光器的發(fā)散角都接近該激光器的出射孔徑所決定的衍射極限，即： 2 /d/d中是激光波長、 d是出射孔徑。對于一氦氖激光器， 0.63um,則；d=3mm,則發(fā)放角22104rad。氣體激光器發(fā)散角最?。?2103- 106

24、rad ,是最好探照燈的1/1000。固體激光器的發(fā)散角較大，一般為102-rad量級，半導體激光器最差，一般為（510） 102-rad。 激光的方向性對聚焦有重要影響，聚焦直徑D=f.2激光原理二、激光的高亮度亮度為單位面積的光源在單位時間內向著其法線方向上的單位立體角范圍內輻射的能量，可表示為： 從上式可見：單位立體角越小，時間越短，相同量光亮度越大。一般激光器的立體角大約為106，其發(fā)光亮度比普通光源大百萬倍；目前的超短脈沖激 光器能產生短至4.6fs的超短脈沖，光功率密度可高達101020（W/cm2）。激光原理3、激光的相干性1）激光的時間相干性激光的時間相干性是指在同一空間點上，

25、由同一光源分割出來的的光波之間位相差與時間無關的性質即光波的時間延續(xù)性?？梢岳斫鉃?，同一光源發(fā)出的兩列光波經不同的路徑在相隔一定時間后在空間某點會合，尚能發(fā)生干涉。?c稱為相干時間。激光原理 用86Kr燈作光源的干涉儀，理論上其相干長度Lc=77cm，這與其他非受激發(fā)射的普通光源相比已是最長的了，但利用穩(wěn)頻氦氖激光器(A0.6328um)作光源，若其干涉儀的相干長度可達6x106m。激光原理2）激光的空間相干性空間相干性是指同一時間，由空間不同點發(fā)出的光波的相干性。在楊氏狹縫干涉實驗中，若光源為理想光源(點光源)，則在觀察屏上將觀察到等距排列的亮暗相間的條紋。但實際的光源總有一定的寬度，設為2

26、b。激光原理當2b一定時，要滿足干涉所允許的最大孔間距d必須滿足下式：尺寸為100um的矩形汞弧燈光源，當針孔屏距光源500mm放置時，其橫向相干長度大約為025mm，而激光器的橫向相干長度可達100mm以上。激光原理典型激光器一、固體激光器 1960年,世界上第一臺激光器問世，屬于紅寶石激光器。 固體激光器通常是指以絕緣晶體或玻璃作為工作物質的激光器。少量的過渡金屬離子或稀土離子摻入晶體或玻璃，經光泵激勵后產生受激輻射作用。參與受激輻射作用的離子密度一般為10251026m3，較氣體工作物質高3個量級以上; 激光上能級的壽命也比較長(104一103s)。因此易于獲得大能量輸出，適于進行調Q以

27、獲得大功率脈沖輸出。激光原理 固體激光器普遍采用光激勵方式將處于基態(tài)的粒子抽運到激發(fā)態(tài)，以形成粒子數反轉狀態(tài)。由于能量轉換環(huán)節(jié)多，能量利用率低：0.1%-2%.激光原理 目前使用的固體激光器有：1）紅寶石激光器 紅寶石是摻有少量Cr203(質量比約為0.05)的Al2O3晶體； 紅寶石激光器通常只產生6943nm激光； 通常只能以脈沖方式運轉。Q調制紅寶石激光器輸出巨脈沖峰值功率可達10一50MW，脈寬為10一20ns。鎖模紅寶石激光器輸出超短光脈沖的峰值功率可達109W量級，脈寬可達10ps。激光原理2)釹激光器 以三價釹離子作為激活粒子的釹激光器是使用最廣泛的激光器。以Nd3離子部分取代Y

28、3A16O12晶體中Y3 離子的激光工作物質稱為摻釹釔鋁石榴石(簡稱Nd3+:YAG)。 在固體激光器中效率最高，可達2。 波長通常為1064nm，屬于紅外波段激光器。倍頻后輸出532nm激光（黃綠）。 Nd3+：YAG激光器不僅可以單次脈沖運轉，還可用于高重復率或連續(xù)運轉。目前，最大輸出功率已超過1000W，每秒5000次重復頻率激光器的輸出峰值功率已達千瓦以上，每秒幾十次重復頻率的調Q激光器的峰值功率可達幾百兆瓦激光原理3）鈦寶石激光器 紅寶石和釹激光器產生的激光具有固定波長。近十年來迅速發(fā)展起來的摻鈦寶石激光器則是一種可調諧固體激光器其突出特點是在很寬的波長范圍內(6801100nm)連

29、續(xù)可調。而在鈦寶石激光器發(fā)展成熟之前普通使用的可調諧染料激光器卻必須更換四種染料，才能覆蓋如此寬的波長調諧范圍，并且用以產生近紅外激光的染料壽命很短，使用很不方便。因此鈦寶石激光器在許多應用中將取代染料激光器。 鈦寶石(Ti3+:A12O3)中，少量Ti3+離子(約12)取代了A12O3晶體中的Al3+離子。激光原理 由于鈦寶石的激光躍遷上能級壽命僅為38us，為了獲得足夠高的泵浦效率，鈦寶石激光器大多采用激光泵浦。 激光器的調諧可通過諧振腔中的波長選擇元件實現。激光原理二、氣體激光器 氣體激光器是以氣體或蒸氣為工作物質的激光器。由于氣態(tài)工作物質的光學均勻性遠比固體好，所以氣體激光器易于獲得衍

30、射極限的高斯光束，方向性好。氣體工作物質的譜線寬度遠比固體小，因而激光的單色性好。 但由于氣體的激活粒子密度遠較固體為小，需要較大體積的工作物質才能獲得足夠的功率輸出，因此氣體激光器的體積一般比較龐大。激光原理 由于氣體工作物質吸收譜線寬度小不宜采用發(fā)射連續(xù)譜的非相干光源泵浦，通常采用氣體放電泵浦方式。除了氣體放電泵浦外，氣體激光器還可采用化學泵浦、熱泵浦及核泵浦等方式。激光原理1）He-Ne激光器 HeNe激光器是最早研制成功的氣體激光器。在可見及紅外波段可產生多條激光譜線，其中最強的是6328nm、115um和339um三條譜線。 它能輸出優(yōu)質的連續(xù)運轉可見光，而且具有結構簡單、體積較小、價格低廉等優(yōu)點，在準直、定位、全息照相、測量、精密計量、光盤錄放等方面得到了廣泛應用。激光原理He-Ne激光器的結構特點1）內腔式2）外腔式3）半外腔式激光原理 二、氬離子激光器 中性Ar原子的電子組態(tài)為3P6、放電過程中，Ar原子與快速電子碰撞后電離，形成基態(tài)氬離子，其電子組態(tài)為3P5。激光躍遷發(fā)生在Ar的電子組態(tài)3P44P和3P44s之間。前者的壽命約為108s，后者通過平均壽命為109s。 由于