激光技術(shù)習(xí)題講解

1、激光原理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)脈沖掠燈YAG多功能激光實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)光路圖實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一、固體激光器的安裝調(diào)試1、安裝激光器。2、調(diào)整激光器，使輸出脈沖達(dá)最強(qiáng)二、激光參數(shù)測(cè)量1、測(cè)量自由振蕩情況下激光器的閾值電壓。2、測(cè)量脈沖能量和轉(zhuǎn)換效率。3、測(cè)量光束發(fā)散角。三、電光調(diào)Q實(shí)驗(yàn)研究1、調(diào)整Q開關(guān)方位，尋找V”。2、確定延遲時(shí)間。3、測(cè)試動(dòng)靜比。四、倍頻實(shí)驗(yàn)1、測(cè)量倍頻光能量與入射角的關(guān)系。2、倍頻效率的測(cè)量。五、激光放大實(shí)驗(yàn)1、放大器放大倍率測(cè)量。2、放大器增益測(cè)量3、最佳時(shí)間匹配測(cè)量。第一章習(xí)題1、請(qǐng)解釋(1)、激光LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation

2、輻射的受激發(fā)射光放大(2)、諧振腔在工作物質(zhì)兩端各放上一塊反射鏡，兩反射鏡面要調(diào)到嚴(yán)格平行，并且與晶體棒軸垂直。這兩塊反射鏡就構(gòu)成諧振腔。諧振腔的一塊反射鏡是全反射鏡,另一塊則是部分反射鏡。激光就是從部分反射鏡輸出的。諧振腔的作用一是提供光學(xué)正反饋，二是對(duì)振蕩光束起到控制作用。(3)、相干長(zhǎng)度從同一光源分割的兩束光發(fā)生干涉所允許的最大光程差，稱為光源的相干長(zhǎng)度，用ASmax表示，相干長(zhǎng)度和譜線寬度有如下關(guān)系：Smax=/光源的譜線寬度越窄，相干性越好。2、激光器有哪幾部分組成？一般激光器都具備三個(gè)基本組成部分：工作物質(zhì)、諧振腔和激勵(lì)能源。3、激光器的運(yùn)轉(zhuǎn)方式有哪兩種？,脈沖分單脈沖和重復(fù)脈沖。

3、4、為使氫式激光器的相干長(zhǎng)度達(dá)到1km,它的單色性人應(yīng)為多少?SJmax_9110m=6.32810,按運(yùn)轉(zhuǎn)方式可分為：脈沖、連續(xù)第二章習(xí)題1、請(qǐng)解釋(1)、受激輻射高能態(tài)E2的粒子受到能量hv=E2-Ei光子的刺激輻射一個(gè)與入射光子一模一樣的光子而躍遷到低能級(jí)Ei的過程稱受激輻射.(2)高斯光束由凹面鏡所構(gòu)成的穩(wěn)定諧振腔中產(chǎn)生的激光束即不是均勻平面光波，也不是均勻球面光波，而是一種結(jié)構(gòu)比較特殊的高斯光束，沿Z方向傳播的高斯光束的電矢量表達(dá)式為：E(x,y,z)A(z)exp22-(xy)2(z)*exp-ik(x2y22R(z)z)i(z)高斯光束是從zz,且隨z而變.光束各處截面上的光強(qiáng)分

4、布均為高斯分布.(3)、增益飽和受激輻射的強(qiáng)弱與反轉(zhuǎn)粒子數(shù)AN有關(guān)，即增益系數(shù)G元AN,光強(qiáng)IsANN大，G大，由于受激輻射增強(qiáng)，AN減少，因而G也隨之減小，但還是有增益的，受激輻射仍然增強(qiáng)，這種增益系數(shù)隨光強(qiáng)增加而減小的現(xiàn)象稱增益飽和。(4)、橫模諧振腔中橫向不同的穩(wěn)態(tài)光場(chǎng)分布稱為不同的橫模，用TEMmn標(biāo)記，m,n為橫模序數(shù).m,n=0時(shí)為基橫模，其它模為高階橫模。(5)、均勻增寬每個(gè)粒子對(duì)加寬譜線范圍內(nèi)的任一頻率都有貢獻(xiàn)，因而這種光譜線的加寬稱為均勻加寬。如光譜線的自然加寬和碰撞增寬。(6)、閾值條件閾值條件就是光在增益介質(zhì)中來回一次的增益大于或等于損耗，即:2(G_Q6)L-1或G(v

5、)至o(內(nèi)-(1/2L)Ln(r1r2)2、試計(jì)算連續(xù)功率均為1w的兩光源，分別發(fā)射九二0.5000Nm,v=3000GHz的光，每秒從上能級(jí)躍遷到下能級(jí)的粒子數(shù)各為多少？解：(D0.5000-341146.62610310：2.521018：5.031020n=Z3412h、6.62610310123、一光源發(fā)射K=0.6000Rm波長(zhǎng)時(shí)，如果(I激/I自)=1/20000,求此時(shí)單色輻射能量密度Py等于多少？1h、./kT；e-138h3-C：3.8610,8js/m34、設(shè)三原子靜止時(shí)發(fā)光中心頻率為v0=4.74父1014HZ,室溫下三原子的平均速率設(shè)為560m/so求此時(shí)接收器接收頻率

6、與中心頻率相差若干？由=、0(1)c得Av=-v0%8.85父108Hzc5、穩(wěn)定諧振腔的兩塊反射鏡，其曲率半徑分別為Ri=40cm,R2=100cm,求腔長(zhǎng)L的取值范圍。解：用作圖法可解得0Eg,P-N結(jié)這個(gè)作用區(qū)很小，厚度為pm量級(jí)。當(dāng)Eghvf1（入射透鏡緊靠共焦腔輸出鏡面），求該望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)光束發(fā)散角的壓縮比。（圖略）解：入射透鏡處光斑半徑；=/20%0.4mmf一sf1,0發(fā)散角的壓縮比：M.=8-11.4第五章激光應(yīng)用1、激光切割時(shí)加噴高壓氣流的作用是什么？一定壓力（13個(gè)大氣壓）的氣流（氧氣或空氣）與熱金屬發(fā)生強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，提供了部分能量，使切割速度顯著提高.有輔助切割的作用并能

7、保護(hù)光束系統(tǒng)不被汽化的材料所污染.2、激光打孔時(shí)，單次打孔一般用在什么情況下？單脈沖打孔存在著一些問題不好解決，例如液態(tài)材料未被噴出，出現(xiàn)再凝固問題就不好解決，因此單脈沖打孔僅用在薄板零件上打盲孔，其它情況均采用多脈沖打孔.3、激光焊接與激光切割、打孔有什么不同？影響激光焊接的因素有哪些？與切割打孔不同，焊接只需將材料熔化即可.因而必須嚴(yán)格控制能量輸出，升溫控制在熔化與蒸發(fā)之間，只有這樣才能達(dá)到高質(zhì)量的焊接效果.影響激光焊接的因素有光功率密度、作用時(shí)間、材料性質(zhì)、焊接方式等。4、激光動(dòng)平衡去重法有哪兩種？它們各有什么特點(diǎn)激光動(dòng)平衡去重有兩類。1.按偏重量去重平衡，2.定量去重平衡。按偏重量去重

8、平衡是檢測(cè)出偏重量，自動(dòng)給出一幅值信號(hào)，控制激光輸出能量，以除去相應(yīng)的重量。定量去重平衡不需要電路反饋系統(tǒng)，不論偏重大或偏重小，每次輸出激光能量都是一定的，因而每次去重量也是一定的。5、激光熱處理有什么特點(diǎn)？激光熱處理可以分為哪幾種？激光熱處理具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、由于激光功率密度高，加熱速度極快，冷卻速度也快，可以自行冷卻，因而熱影響區(qū)小，工件變形小，處理后不需修整。2、由于光束傳遞移動(dòng)方便，可以對(duì)形狀復(fù)雜的零件或零件的某一部份進(jìn)行處理，如盲孔底、深孔內(nèi)壁、凹槽等，也可以根據(jù)需要在同一零件的不同部位進(jìn)行不同的處理。3 .由于加熱速度極快，即達(dá)到了表面改性的目的，又不影響材料內(nèi)部原有的性能。即提高

9、了表面硬度和耐磨性，又保持材料內(nèi)部韌性。4 .由于處理后變形小，不破壞工件表面原有光潔度。激光熱處理中應(yīng)用較多的是表面強(qiáng)化，相變硬化和激光表面合金化、激光涂敷等。6、激光脈沖測(cè)距儀對(duì)光脈沖的要求有哪些？測(cè)距儀對(duì)光脈沖的要求 光脈沖應(yīng)有足夠的強(qiáng)度（避免反射回來的光太弱） 光脈沖方向性要好。一是為了能量集中，能測(cè)很遠(yuǎn)，二是希望能準(zhǔn)確的判明方位。（3）光脈沖單色性要好。為避免雜散光的影響，加了濾光片，光脈沖單色性好的話，濾光效果更佳。能有效提高信噪比。光脈沖寬度要窄。因?yàn)楣馑俜浅８?，距離不太大的話，往返時(shí)間很短。若脈沖寬度較大，即發(fā)射時(shí)間較長(zhǎng)的話，有可能使發(fā)射光與反射回來的光重疊，這樣就無(wú)法測(cè)量，因

10、此光脈沖寬度一定要窄，可通過調(diào)Q技術(shù)解決這一問題。7、位相測(cè)距儀的工作原理是什么？位相測(cè)距是測(cè)定連續(xù)的調(diào)制激光在待測(cè)距離d上往返的位相差小來間接測(cè)量傳播時(shí)間t的。我們知道光波在傳播過程中位相是不斷變化的，每傳播波長(zhǎng)九的一段距離，位相就變化2n。所以距離d、光波往返位相差*和光波波長(zhǎng)九之間的關(guān)系為：2d=九？（4/2冗）（小：往返d一次位相變化）或d=（/2）?（/2二）（1）這里，兒/2相當(dāng)于測(cè)尺長(zhǎng)Ls,*/2n相當(dāng)于d內(nèi)包括測(cè)尺長(zhǎng)Ls的數(shù)目。若令*=2nN+其中N為正整數(shù)，巾是小中不足2冗的尾數(shù)，并考慮到Ls=九/2,（1）式改寫為d=Ls?（e/2n）=Ls?（N+，力/2n）（2）8、畫出激光干涉測(cè)長(zhǎng)儀簡(jiǎn)化光路，并解釋其工作原理。（圖略）工作原理如下：由He-Ne激光器發(fā)出的光經(jīng)半透半反鏡P后被分成兩束，一束經(jīng)固定反射鏡M1反射回來，另一束經(jīng)可動(dòng)反射鏡M2反射回來，兩束光經(jīng)過P后匯合產(chǎn)生干涉。光束1的光程不變，而光束2的光程則隨著平臺(tái)一起移動(dòng)的M2的移動(dòng)而改變。兩光束光程差：，S=（2n+1）?（兒/2）暗條紋，S=2n?（Z/2）亮條紋（n為正整數(shù)）當(dāng)兩束光的光程相差激光半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)，它們相互加強(qiáng)，在計(jì)數(shù)器的接收屏上形成亮條紋，當(dāng)兩束光的光程相差半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，它們相互抵消,在接收屏上形成暗條紋。因此