激光檢測技術教材

1、 主要內(nèi)容主要內(nèi)容: 一一、 激光的形成原理激光的形成原理 二二、 激光的特性與用途激光的特性與用途 三三、 激光器激光器 四四、 激光檢測技術激光檢測技術一一、 激光的形成原理激光的形成原理1.光和物質(zhì)的相互作用光和物質(zhì)的相互作用 光和物質(zhì)的相互作用有三種不同的基本過程：自光和物質(zhì)的相互作用有三種不同的基本過程：自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收。發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收。 (1) 自發(fā)輻射自發(fā)輻射自發(fā)發(fā)射過程自發(fā)發(fā)射過程(2)受激吸收受激吸收 (3)受激輻射受激輻射 2.粒子數(shù)反轉分布及泵浦過程粒子數(shù)反轉分布及泵浦過程 物質(zhì)中處于高能級的原子數(shù)超過處于低能級的原子數(shù)。物質(zhì)的這種反物質(zhì)中處于高能

2、級的原子數(shù)超過處于低能級的原子數(shù)。物質(zhì)的這種反常分布狀態(tài)叫做粒子數(shù)反轉分布，常分布狀態(tài)叫做粒子數(shù)反轉分布，粒子的反轉分布是產(chǎn)生激光的必要條粒子的反轉分布是產(chǎn)生激光的必要條件。件。 能夠形成粒子數(shù)反轉分布的工作物質(zhì)稱為增益介質(zhì)。能夠形成粒子數(shù)反轉分布的工作物質(zhì)稱為增益介質(zhì)。 受激輻射過程 把原子送上高能級。把粒子從基態(tài)激發(fā)到高能級，使在某兩個能級之間把原子送上高能級。把粒子從基態(tài)激發(fā)到高能級，使在某兩個能級之間實現(xiàn)粒子數(shù)反轉的過程稱為泵浦。實現(xiàn)粒子數(shù)反轉的過程稱為泵浦。 實現(xiàn)泵浦的方法有很多，通常采用以下幾種：實現(xiàn)泵浦的方法有很多，通常采用以下幾種： (1) 光泵浦光泵浦 (2) 電泵浦電泵浦

3、(3) 化學反應化學反應 3. 諧振腔的共振作用與激光的形成諧振腔的共振作用與激光的形成 在增益介質(zhì)的兩端安裝兩塊相互平行的反射鏡，一塊為全反射鏡（反射在增益介質(zhì)的兩端安裝兩塊相互平行的反射鏡，一塊為全反射鏡（反射率近似為率近似為1），另一塊為部分反射鏡（反射率必須大于某一值），構成一），另一塊為部分反射鏡（反射率必須大于某一值），構成一個光學共振腔（又稱諧振腔）。諧振腔對光的模式有選擇作用，即對光的個光學共振腔（又稱諧振腔）。諧振腔對光的模式有選擇作用，即對光的頻率、相位、偏振及傳播方向有嚴格的選擇。頻率、相位、偏振及傳播方向有嚴格的選擇。 要形成激光，首先必須利用激勵能源，即泵浦激要形成激

4、光，首先必須利用激勵能源，即泵浦激活介質(zhì)內(nèi)部的一種粒子，使其在某些能級間實現(xiàn)?；罱橘|(zhì)內(nèi)部的一種粒子，使其在某些能級間實現(xiàn)粒子數(shù)反轉分布，這是形成激光的前提條件。同時，子數(shù)反轉分布，這是形成激光的前提條件。同時，還必須有使光產(chǎn)生放大作用的增益介質(zhì)和使光產(chǎn)生還必須有使光產(chǎn)生放大作用的增益介質(zhì)和使光產(chǎn)生共振作用的諧振腔。泵浦、增益介質(zhì)和諧振腔是激共振作用的諧振腔。泵浦、增益介質(zhì)和諧振腔是激光產(chǎn)生的三要素。同時光在諧振腔內(nèi)來回一次所獲光產(chǎn)生的三要素。同時光在諧振腔內(nèi)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得的增益必須等于或大于它所遭受的各種損耗之和。和。 二二、激光的特性與用途激光的特性

5、與用途1.激光的高方向性：激光的高方向性：根據(jù)這一特性可制成激光準直儀；根據(jù)這一特性可制成激光準直儀； 2.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，進行利用激光能量高度集中的特性，進行精密焊接、打孔及切割精密焊接、打孔及切割 ；3.激光的高單色性激光的高單色性 ：在小孔、細絲、狹縫等小尺寸的衍在小孔、細絲、狹縫等小尺寸的衍射測量中得到了廣泛的應用；射測量中得到了廣泛的應用； 4.激光的高相干性：激光的高相干性：全息攝影就是利用了激光相干性好全息攝影就是利用了激光相干性好的這一特征。的這一特征。 三、激光器三、激光器1.分類分類根據(jù)激光器的工作物質(zhì)可以把激光器分為以下幾類根據(jù)激光

6、器的工作物質(zhì)可以把激光器分為以下幾類 固體激光器固體激光器 如紅寶石、釹玻璃、摻釹釔鋁（石榴石如紅寶石、釹玻璃、摻釹釔鋁（石榴石YAG）激光器等）激光器等 氣體激光器氣體激光器 如如He-Ne激光器激光器 半導體激光器半導體激光器 如砷化鎵二極管激光器如砷化鎵二極管激光器 液體激光器液體激光器 如染料激光器如染料激光器 化學激光器化學激光器 如碘原子激光器如碘原子激光器 其他激光器其他激光器 X射線、薄膜、光纖激光器等射線、薄膜、光纖激光器等 2. 激光器的結構與工作原理激光器的結構與工作原理 以氦氖激光器為例以氦氖激光器為例 除激勵電源之外，氦氖激光器通常包括放電管、電極和諧振腔等基除激勵電

7、源之外，氦氖激光器通常包括放電管、電極和諧振腔等基本組成部分。根據(jù)放電管和組成諧振腔的兩塊反射鏡的連接方式，可將本組成部分。根據(jù)放電管和組成諧振腔的兩塊反射鏡的連接方式，可將氦氖激光器分為內(nèi)腔式、半內(nèi)腔式（半外腔式）和外腔式三種結構型氦氖激光器分為內(nèi)腔式、半內(nèi)腔式（半外腔式）和外腔式三種結構型式。在放電管中按一定比例和壓力充上氦氖混合氣體。式。在放電管中按一定比例和壓力充上氦氖混合氣體。 四、應用舉例四、應用舉例1. 激光的載波測溫技術激光的載波測溫技術激光載波測溫原理方框圖激光載波測溫原理方框圖 激光載波測溫的發(fā)射部分激光載波測溫的發(fā)射部分RT-熱敏電阻；熱敏電阻；V1-單結晶體管；單結晶體

8、管；V2-晶閘管；晶閘管； 脈沖調(diào)頻波脈沖調(diào)頻波 T1，T2-脈沖變壓器脈沖變壓器11ln1TTCRf調(diào)頻波解調(diào)原理調(diào)頻波解調(diào)原理 (a) LC諧振電路；（諧振電路；（b）諧振曲線；（）諧振曲線；（c）調(diào)頻波及調(diào)幅波）調(diào)頻波及調(diào)幅波2.激光準直測量技術激光準直測量技術 激光準直儀按工作原理可分為振幅測量法、干涉測量法和偏振測量法。激光準直儀按工作原理可分為振幅測量法、干涉測量法和偏振測量法。 干涉測量法是在以激光束作為直線基準的基礎上，又以光的干涉原理干涉測量法是在以激光束作為直線基準的基礎上，又以光的干涉原理進行讀數(shù)來進行直線度測量的。進行讀數(shù)來進行直線度測量的。 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-倒置望遠鏡；倒置望遠鏡；3-靶基座；靶基座；4-楔形分光板；楔形分光板；5-觀察屏觀察屏2. 雙頻激光干涉法雙頻激光干涉法 雙頻激光干涉法原理雙頻激光干涉法原理1-激光器；激光器；2-1/4波片；波片；3-半反半透鏡；半反半透鏡；4-偏振分光器；偏