碘喷孔位置的变化对激光性能的影响
第12卷 增刊强激光与粒子束V o l.12,N o.s0 2000年11月H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E B EAM S N ov.,2000 文章编号: 1001—4322(2000)s0—0052—07
碘喷孔位置的变化对激光性能的影响Ξ
李守先, 陈云山, 刘广华, 王元璋, 束小建
(北京应用物理与计算数学研究所,北京8009-11信箱100088)
摘 要: 在主、副气流流量不变的情况下,仅改变氧碘化学激光器中碘喷孔的位置,数值模拟了其
混合气体流场特性和小信号增益分布等的变化。计算结果表明,碘喷孔在喷管叶片上的位置沿气流方向
往下游移动,混合状况变差,光腔中小信号增益降低,输出功率减小,饱和光强沿气流方向的衰减变得平
缓。
关键词: CO I L; 数值模拟; 碘喷孔位置; 小信号增益
中图分类号: O24211;O35413;TN24815 文献标识码: A
目前存在的大多数氧碘化学激光器(CO I L)装置[1]中,碘气流(碘分子I2和稀释剂H e)是通过拉伐尔喷管亚音速段喷管叶片上的喷孔以声速垂直喷入氧气流的。此后,氧碘气流通过拉伐尔喷管,由亚音速流被加速成超音速流;在这一过程中,碘分子边与氧气流混合,边被氧气流分解成碘原子(I),碘原子与O2(1?)发生共振传能被泵浦到激发态
O2(1?)+IΖO2(32)+I3(1)处于激发态的碘原子(I3)到达光腔后受激辐射产生激光,由激发态跃迁到基态
I3+nhΜ→I+(n+1)hΜ(2)光腔中处于基态的碘原子又与O2(1?)发生共振传能被泵浦到激发态,上述过程重复发生,将氧气流中O2(1?)所携带的能量转化成激光能。在激光能提取的整个过程中,碘原子是将储存在O2(1?)中的化学能转化成激光能的中介,它的多少、被泵浦到激发态上的比例以及与氧气流的混合状况等,都会影响激光能的提取效率和激射区的大小。前面提到,碘原子的来源是碘分子的分解,因此碘喷孔的位置也就直接影响光腔位置及其大小和提取效率。如果碘喷孔位置离光腔太远,则到达光腔时I2不但全部被分解,而且I与O2(1?)的共振传能反应(1)式在光腔上游也会达到平衡,使I3的密度较高;而在CO I L中,主要的能量损耗是I3被水的猝灭
I3+H2O→I+H2O(3)高I3密度必然引起上述反应加快,导致化学能的较多流失,在到达光腔以前消耗更多的O2(1?),从而减少了可供提取成光能的O2(1?),降低激光器输出功率和化学效率。如果碘喷孔离光腔太近,I2来不及与O2(1?)混合均匀,也来不及全部被分解,造成光腔入口处碘原子密度小,使小信号增益(SSG)减小,激光能的提取速率变低,此时虽然近场光强变均匀,但由于光腔大小有限,氧气流中O2(1?)所携带的能量来不及全部被提取就离开了光腔,致使输出功率和化学效率降低。因此,碘喷孔存在一个最佳位置(或一个范围),到达光腔时既使得氧碘气流基本混合均匀,碘分子全部被分解,又使得处于激发态的碘原子的密度较大,这样激光器的化学效率和输出功率都较大。可见,碘喷孔位置的研究在优化CO I L运行,提高其化学效率方面,有比较重要的意义。国外在这方面已有一些实验研究,既有在跨音速位置加碘的[2],也有在超音速段加碘的[3],在亚音速段变动喷管位置的研究尚未见报道。本文在主、副气流流量不变的情况下,仅改变碘喷孔在拉伐尔喷管收缩段的位置,数值模拟了CO I L中混合气体流场特性、混合效应和小信号增益分布等的变化。
Ξ收稿日期:2000208220; 修订日期:2000210221
基金项目:国家863激光技术领域资助课题
作者简介:李守先(19652),男,硕士,副研,从事化学激光理论研究。
1 计算模型
本文在拉伐尔段的数值模拟采用与文献[4]相同的三维CO I L 理论模型,由以前和现在的数值模拟结果看,在垂直于光轴和碘喷孔的轴线方向上,氧碘气流已基本混合均匀,因此光腔的数值模拟采用的是文献[5]中给出的二维半CO I L 理论模型。描述CO I L 中化学反应的化学动力学模型,采用包含11个化学反应的简化模型[6]。
F ig .1 Schem atic of computati onal dom ains in ho rizontal p lane
图1 气流方向和光轴方向的平面计算区示意图
数值模拟的实验装置是Ro toCO I L 类装置[7]
。计算区选取文献[7]中所描述的微尺度计算区,计算区高度为0.1c m ,包含一个碘大喷孔和一个小喷孔,上游为大喷孔,孔直径为0.5mm ,轴心高度为01075c m ,下游为小喷孔,孔直径为0.3mm ,轴心高度为0.025c m ,两孔沿气流方向的距离为0.2c m ,(如图1所示)。拉伐尔喷管段计算区入口边界为亚
音速入口边界,给定混合气体的流量、参考压强和各组份参考密度;光腔段的入口边界条件为超音速入口边界条件,所有物理量都固定为拉伐尔喷管段计算给出的出口值;计算区出口边界为超音速出口边界,出口边界值由各物理量的二阶导数为零(即线性外推)给出;在喷管和光腔区域的对称面上给定对称性边界条件。对于喷管壁上的音速注入碘孔处,其所有参数(混合气体的组份、压强、温度、速度和喷射的角度等)都是预先给定的。
在保持输入气体的流量和流量比([O 2(32)]∶[O 2(1?)]∶[I 2]∶[C l 2]∶[H 2O ]∶[H e ]=0.4∶0.6∶0.0187∶0.1∶0.1∶8.89)不变的情况下,对碘大喷孔与喉部距离分别为1.8c m ,1.2c m ,0.77c m ,0146c m ,0.3c m 和0.2c m (此时小喷孔在拉伐尔喷管的喉部)处六种情况进行了数值模拟,这六种情况的模型序号依次为0、1、2、3、4和5。
2 拉伐尔喷管模拟结果与讨论
由于我们计算模型中氧气流的载流气体H e 的流量较大(H e 与输入O 2(1?)发生器的C l 2的流量之比为7.04∶1),而碘气流的载流气体H e 的流量较小,氧碘气流混合的状况较差,此时,碘气流位置的变化对氧气流入口的状态几乎无影响,计算得到的氧碘气流入口各量基本相同(见表1)。出口截面不同高
表1 氧碘气流入口各量
Table 1 The i nf low var i ables of the pr i m ary f low and secondary f low
T K P kPa Θ (g ?c m -3)v
(c m ?s -1
)
O 2flow of model 02634.431.71×10-52.21×10-5O 2flow of model 12614.401.71×10-52.21×10-5
O 2flow of model 22624.451.72×10-52.23×104O 2flow of model 32614.431.71×10-52.23×104O 2flow of model 42614.441.72×10-52.24×104O 2flow of model 5
2664.671.77×10-52.15×104I 2flow
412
6.40
1.2×10-5
9.4×104
表2 模型2计算给出的拉伐尔出口截面总碘密度分布
Table 2 The total iodi ne den sity distr ibution at nozzle ex it plane calculated with model 2
y c m 0.0470.1100.1720.2350.2970.3600.4220.4850.5470.6100.013.35e -138.02e -121.75e -103.25e -94.07e -81.97e -74.27e -75.87e -75.06e -74.00e -70.036.85e -131.52e -112.87e -104.37e -94.53e -82.03e -74.32e -75.92e -75.07e -74.00e -70.051.59e -123.38e -115.79e -107.33e -95.77e -82.18e -74.45e -76.03e -75.10e -74.01e -70.072.96e -126.24e -111.02e -91.14e -87.26e -82.36e -74.61e -76.15e -75.13e -74.02e -70.09
4.04e -12
8.45e -11
1.35e -9
1.44e -8
8.25e -8
2.48e -7
4.72e -7
6.23e -7
5.15e -7
4.03e -7
3
5增刊李守先等:碘喷孔位置的变化对激光性能的影响
度的总碘密度的差别很小,高度高的地方值稍大,低的地方值稍小(表2),这是因为在本文的计算区域内大喷孔在上,小喷孔在下,碘的大喷孔和小喷孔所对应的高度就有0.8mm ,大、小喷孔之间只有011mm 需要靠分子扩散来填充,显然在到达光腔前在竖直方向上已全部充满碘;其它物理量在z 方向上差别也很小,可以认为到达光腔时竖直方向(z 方向)已混合均匀。
碘气流与氧气流的混合主要靠碘气流的穿透效应,碘气流垂直射入氧气流的穿透深度?y 表示为
?y =Α[Θs v 2s Θp v 2p ]1 2
D
其中,Θp ,Θs 为氧、碘气流的密度,v p ,v s 为氧、碘气流的速度,D 为碘气流喷孔直径,Α为一常数。而贯穿参数?定义[1]为
?≡?yA s
ΑD A p
=
A s m αs v s Θp
m α2p
1 2
=Β’[Θp ]
1 2
“≡”之后的表达式为?的定义,与第一个“=”之后的表达式等价,A p 、A s 为氧、碘气流的通道面积,m αp ,
m α
s 分别为氧、碘气流的质量流量;由第一个“=”之后的表达式可以看出,要提高碘气流的贯穿参数?,一方面可以增加碘气流的通道面积(增加碘喷孔数目),加大碘气流流量(主要是增加载流气体H e 的流
量)和碘气流流速(升高碘气流温度、增加载流气体H e 的流量或碘喷孔采用扩张形状,即提高碘气流的声速值或使其为超音速);另一方面,可以减少氧气流的质量流量(主要是减少载流气体H e 的流量)、增加碘喷孔附近的氧气流质量密度(在M ach 数较低处注入碘)等。在氧碘气流的流量不变、各组分的流量比不变且碘喷孔内的温度也不变的前提下,可得到碘气流的出口流速不变,这样即得到了第二个“=”之
后的表达式,Β’=[A s m αs v s m α2p ]1 2
为常数,从?的最后表达式可以看出,?与主气流在碘喷孔附近的密度的平方根成正比,碘喷孔附近主气流的密度大,?就大,氧碘气流就混合好一些,反之就差一些。本文的计算结果(表3、图2)也说明了这一点。
表3 碘喷孔附近氧气流的密度Θp 和拉伐尔喷管出口处碘气流的穿透深度?y
Table 3 The pr i m ary f low mass den sity Θp near the iodi ne i n jector and the penetration depth ?y of the secondary f low at the nozzle ex it plane
model 012345Θp
(g ?c m -3)2.19e -5
1.8e -5
1.75e -5
1.73e -5
1.67e -5
1.6e -5
?y c m
0.469
0.43
0.42
0.41
0.406
0.39
由表3可以看出,随着碘喷孔往下游移动,碘喷孔附近氧气流的密度越来越小;这是由拉伐尔喷管内流场气体动力学性质决定的,气流流经拉伐尔喷管,逐渐被加速,由亚音速流变成超音速流,即M ach 数沿气流方向在逐渐增大,沿气流方向不同位置处(即不同M ach 数处M a i )的密度Θi 可表达为
Θi =Θ01+
Χ-12
M a 2i -1
(Χ-1)
其中,Θ0为滞止密度,Χ为定压定容比热容比(在流量相同、各组分的流量比不变的情况下,它们的值不变)。由上述表达式可以看出M ach 数大的地方气流的密度低,即在拉伐尔喷管内沿气流方向,气流的密
度越来越低。在我们计算的情况中,碘气流虽然对氧气流有影响,但影响不大,碘喷孔位置沿气流方向移动,其附近氧气流的密度Θp 也随着减小
。从表3还可以看出,随着碘喷孔位置沿气流方向移动,拉伐尔喷管出口处碘气流的穿透深度?y 随着减小,并且?y 与(Θp )1 2
确实成比例,验证了?的最后表达式。 由图2可以看出,碘原子开始出现的位置随碘喷孔位置的变化而变化,不管碘喷孔的位置在何处,基态碘原子的分布更靠近喷管叶片,而激发态碘原子的分布离喷管叶片要远一些。这是因为碘原子只能出现在氧碘气流的混合区内,混合区随碘喷孔的位置的变化而变,碘喷孔的位置无论在何处,靠近喷管叶片附近的区域,碘气流的成分多一些,氧气流的成分少一些,O 2(1?)将碘分子分解就消耗得差不多了,没有更多的O 2(1?)将基态的碘原子泵浦到激发态上去;而远离喷管叶片的地方,氧气流的成分多一些,碘气流的成分少一些,O 2(1?)不但能将碘分子全部分解,而且还有更多的O 2(1?)将部分基态的碘原子泵浦到激发态上去,而使泵浦反应(1)达到平衡,因此I 3比I 的分布更靠近喷管的中心。由于碘气流尚未
45强激光与粒子束第12卷
(a )I m ass density distributi on fo r M odel 1 (b )I 3m ass density distributi on fo r M odel 1
(a )模型1基态碘原子密度分布 (b )模型1
激发态碘原子密度分布
(c )I m ass density distributi on fo r M odel 3 (d )I 3m ass density distributi on fo r M odel 3
(c )模型3基态碘原子密度分布 (d )模型3
激发态碘原子密度分布
(e )I m ass density distributi on fo r M odel 5 (f )I 3m ass density distributi on fo r M odel 5
(e )模型5基态碘原子密度分布 (f )模型5激发态碘原子密度分布
F ig .2 I ,I 3m ass density distributi on fo r CO I L 3d calculati on w ith different i odine injecto r po siti ons (large ho le slice )
图2 碘喷孔在不同位置时大喷孔轴线所在平面的碘密度分布
穿透到喷管中心,也限制了碘原子的分布区域,造成了图2所示的分布,所有情况,氧碘气流都没混合
好,只是碘喷孔位置在上游的情况,氧碘气流混合得相对好一些。从我们的计算结果还可以看出,碘喷孔的位置沿气流方向越往后,气流流速越大,使得供碘分子分解的时间缩短,到达光腔时碘分子的分解越来越不彻底。并且模型1、3计算给出的基态碘原子和激发态碘原子的密度高的区域都在碘喷孔附近;而
5
5增刊李守先等:碘喷孔位置的变化对激光性能的影响
模型5给出的基态碘原子和激发态碘原子的密度高的区域都在碘喷孔的下游较远区域,碘喷孔附近区域几乎没有碘原子。这是因为模型1、3碘喷孔处气流的M ach 数较低,此时O 2(1?)的密度较大,碘分子分解的速度较快,所以碘分子一喷入氧气流就被分解成碘原子,然后部分基态碘原子被O 2(1?)泵浦到激发态;而模型5碘喷孔处气流的M ach 数较高,碘喷孔与喷管喉部离得很近,使得碘一喷入就和氧气流一起急剧膨胀,O 2(1?)的密度降低,碘密度也降低见(见图4),且氧碘气流混合得较差,导致O 2(1?)能量积聚反应(4)和碘分子分解反应(5)～(7)
O 2(1
?)+O 2(1
?)→O 2(1
2)+O 2(3
2)
(4)I 2+O 2(1
2)→2I +O 2(3
2)
(5)I 2+O 2(1?)→I 23+O 2(3
2)
(6)I 23+O 2(1?)→2I +O 2(32)
(7)
的速度非常慢,所以碘分子喷入氧气流需经过较长的距离才能慢慢被分解成碘原子,然后部分基态碘原子被O 2(1?)泵浦到激发态,当处于激发态的碘原子达到一定量后,由于激发态碘原子的参与
I 2+I (2P 1 2)→I 23
+I (8)碘分子的分解速度就逐渐加快,因此得到了模型5的结果。
图3给出了模型1、3、5三种情况计算给出的M ach 数的分布。从图上可以看出,不管碘喷孔在何位置,M ach 数起始变化快的地方都出现在碘喷孔附近,由此可知,碘气流对氧气流有一定的作用,一方面碘气流的质量、动量和能量对混合区域有直接的贡献,另一方面碘气流对氧气流有明显的阻塞作用,使氧气流在此处的流截面变小,氧气流流经此处被加速,M ach 数发生较大变化。当气流流过拉伐尔喷管喉部后,所有情况计算给出的M ach 数分布基本相同,它们都在拉伐尔喷管的喉部前为亚音速,喉部附近达到声速,喉部之后达到超音速
。
F ig .3 M ach num ber distributi on fo r CO I L 3d calculati on w ith different i odine injecto r po siti ons (large ho le slice )
图3 碘喷孔在不同位置时大喷孔轴线所在平面的M ach 数分布
3 光腔模拟结果与讨论
碘喷孔位置和氧碘气流混合状态的选择,最终还需由激光性能来决定。从上述计算得到的混合状况
看,在拉伐尔喷管的出口处氧碘气流在竖直方向(z 方向)上已基本混合均匀。因此在研究光腔时可以不再考虑各物理量在竖直方向的变化,本文采用二维半CO I L 理论模型(其中激射采用平行平面腔模型),对CO I L 光腔进行了数值模拟。 图5给出了模型1、3、5计算得到的沿光轴方向平均的小信号增益g 随气流方向(x 方向)的分布。表4给出了模型0、1、2、3、4和5计算得到的沿光轴方向平均的最大小信号增益(g m ax )和饱和输出功率。从图5和表4可以看出,SSG 从模型0到模型5依次降低,这与其混合状况是一致的。小信号增益既依赖于当地的碘原子密度,也依赖于当地的O 2(1?)产额;当混合不好时,碘原子密度高处,O 2(1?)产额低,而O 2(1)产额高处,碘原子密度低,这样就不会得到高的沿光轴方向平均的小信号增益,由前面的计算
65强激光与粒子束第12卷
结果知模型0到5混合状况依次变差,所以其小信号增益就依次降低。由图5还可以看出,SSG 的分布曲线后半段稍微上翘,这是因为本文数值模拟的情况在到达光腔时,氧碘气流都没有混合好,随着气流在光腔中流动,氧碘气流分子间相互扩散,混合状况有所改善,但由于光腔中气体流速较快,供分子扩散的时间较短,混合状况改善得不大,因而SSG 也只稍有增大。从表4还可以看出,模型0到5的饱和输出功率依次降低;这是由于在混合不好的情况下,氧碘气流混合速率较慢,而气体流速较快,光腔大小有
限,氧碘气流来不及混合均匀、O 2(1
?)所携带的能量也来不及被完全提取就离开了光腔;混合越不好,流失的能量越多,其饱和输出功率就越低
。
F ig .4 To tal i odine m ass density
distributi on fo r model 5
图4 模型5
碘总质量密度分布F ig .5 T he SSG vs fo r model 1,3,5图5 模型1、3、5的SSG 沿x
方向的分布
F ig .6 T he laser intensity vs
fo r model 1,3,5
图6 模型1、3、5的光强沿x 方向的分布
表4 不同碘喷孔位置计算得到的g max 和饱和输出功率P out
Table 4 The max i m u m SSG and output power calculated with differen t iodi ne i n jector position s
model 012345g m ax %?c m -1
0.760.750.680.660.580.45P out r .u .
1.0
0.93
0.86
0.83
0.79
0.71
图6给出了模型1、3、5计算得到的光强随气流方向(x 方向)的分布。从图6可以看出,三条线都沿气流方向单调衰减,这是由于在光腔上游,O 2(1?)密度大,致使泵浦反应的速率快,快的泵浦速率必将产生高的饱和光强,以便使泵浦反应的速率和受激辐射速率相当,得到一个稳定的光强分布。随着气流往下流动,O 2(1?)密度越来越低,饱和光强也就越来越小。而饱和光强与我们用预混模型得到的结果[8]不同,不再是沿气流方向的纯指数衰减,这是因为在本文的数值模拟中,氧碘气流混合得并不好。在光腔中对碘原子的影响除了化学反应和激射外,还有混合效应,沿气流方向氧碘气流混合得越来越好,致使
可供提取成激光能的O 2(1?)增多,因此饱和光强沿气流方向衰减的速率越来越小。同时由于模型1、
3、5的SSG 依次减小,导致光腔入口处激光能提取速率依次降低(饱和光强依次降低),而其混合潜力却依次增大,混合速率也依次增大,因此其饱和光强曲线沿气流方向依次变平缓。 由以上数值模拟可得:在氧碘气流流量、成分不变时,仅沿气流方向往下游移动碘喷孔在喷管叶片上的位置,混合状况越来越差,光腔中小信号增益越来越低,输出功率越来越小,饱和光强沿气流方向的衰减越来越平缓。
以上结果是在混合不好的情况下得到的,我们将在混合好的情况下(至少在一个位置上,氧碘气流混合好),对上述结论做进一步验证。
致 谢 写作过程中桑风亭研究员给予了许多有益的建议和指导,在此表示感谢!
参考文献:
[1] 庄 琦,桑风亭,周大正.短波长化学激光[M ].北京:国防工业出版社,1997.
[2] Furm an D ,et al .Param etric studies of s m all scale chem ical oxygen 2i odine laser jet generato r system :recent ach ievem ents [A ].
7
5增刊李守先等:碘喷孔位置的变化对激光性能的影响
85强激光与粒子束第12卷
SP IE[C].1998,3268.
[3] N iko laev V https://www.wendangku.net/doc/9411089700.html,parative analysis of the different m ethods of p reparing active m edium in supersonic CO I L[A].SP IE[C].1998,
3268.
[4] 李守先,刘广华,魏德福,等.氧碘化学激光器中混合现象的数值模拟[J].强激光与粒子束,1999,11(5):535～537.
[5] 张本爱,陈云山,等.超音速连续波CO I L的二维半数值模拟[J].计算物理,1997,14(2):207～216.
[6] D erw ent R G,T h rush B A.Faraday D isc[J].Che m S oc,1971,67:2036.
[7] L amp son A I,et al.Chem ical oxygen i odine laser(CO I L)beam quality p redicti ons using32d N avier2Stokes(M I N T)and w ave
op tics(OCELO T)codes[A].SP IE[C].1998,3268:209.
[8] 陈云山,李守先,等.CO I L运行参量对激光器性能的影响[J].强激光与粒子束,1999,11(3):267～271.
The iod i ne i n jector position i nf luence on the CO I L performance
L I Shou2x ian,CH EN Yun2shan,L I U Guang2hua,W AN G Yuan2zhang,SHU X iao2jian (Institu te of A pp lied P hy sics and Co m p u ta tiona l M a the m a tics,P.O.B ox8009,B eij ing100088,Ch ina)
ABSTRACT: T he m ixed flow field perfo rm ance,s m all signal gain distribu ti on,and ou tpu t pow er are num erically si m u lated by changing the po siti on of the i odine in jecto r w ith con stan t p ri m ary and secondary flow rate.T h is study show s that the m ixed flow field resu lts w o rse,the m agn itude of s m all signal gain becom es s m aller,the ou tpu t pow er gets low er,and the decay of laser in ten sity vs x goes slow er w h ile the po siti on of the i odine in jecto r moves fo rw ard alone the flow directi on.
KEY WOR D S: CO I L;num erical si m u lati on;po siti on of the i odine in jecto r;s m all signal gain
6-1 固体激光器特性
实验6-1 脉冲固体激光器输出特性研究 固体激光器是指以某些晶体或特种玻璃为工作物质的激光器。目前，世界上找到的能产生激光的固体物质有几十种，但应用比较成熟的只有钇铝石榴石（YAG：Nd3+）红宝石、钕玻璃等。 固体激光器有连续和脉冲两种工作方式。连续激光器能长时间持续输出稳定的激光，功率从几毫瓦到几百瓦，脉冲激光器又可分为单脉冲激光器及重复频率激光器。前者几秒钟发射一个脉冲，后者一秒钟发射几个到几十个脉冲，激光持续时间为毫秒级，功率为千瓦级。 在脉冲激光器上加一个调Q装置就成为巨脉冲激光器，它可以使激光脉冲缩短到纳秒（10-9s）数量级，从而大大提高了脉冲功率（兆瓦数量级）。近年来出现的锁模技术的激光器——锁模激光器，其激光脉冲为皮秒（10-12s），甚至达到飞秒（10-15s）数量级，脉冲功率有很大增加。 固体激光器能输出连续激光或功率高的激光脉冲，从而产生用通常方法难以达到的局部超高温、超高压，因而应用越来越广泛。在工业上用来打钟表钻石和喷丝头上的微孔，切割和焊接难熔金属。在医疗上常用固体激光消除肿瘤以及作手术激光刀等。以固体激光器为核心的激光测距仪和激光雷达广泛用于测量和国防上。科学研究上常用固体激光器作为强光源实现动态全息摄影。大能量的激光器还可以用来引发核聚变、探索受控热核反应等，前景十分广阔。 激光技术的飞速发展和广泛应用使得激光已成为高校中越来越多的学科、专业学习和研究的重要课题。激光器的结构、工作原理，激光的形成条件及其性能和基本参数的检验与测定是非常必要的。 【实验目的】 1、了解脉冲固体激光器的基本结构和基本原理，并练习调整激光器谐振腔，使其输出激光。 2、测定脉冲激光器的输出特性曲线，找出光泵能量阈值，计算出激光器的绝对效率和斜效率。 3、测定激光器输出光束的发散角。 【实验原理】 （一）固体激光器的基本结构和工作原理 激光，其英文为Laser，全名为Light amplification by stimulated emission of radiation，全名译为辐射的受激发光放大。这很好地概括了激光产生的机制。激光器就是根据激光产生的机制而设计的。它由工作物质，泵浦系统和光学谐振腔等部分组成。实验所用Y AG激光器的结构如图6-1-1所示。
齿轮位置度检具设计
齿轮安装孔位置度检具精度分析 1.产品如下图：齿轮有12个直径11的孔，下偏差为0，上偏差为+0.1mm，形位公差要求：相对于平面T及尺寸为直径139mm，下偏差为0，上偏差为+0.04mm的内圆轴线A位置度要求为0.1mm。 2.检具要求：因为齿轮的批量很大，通用的检测仪器比较费时，调整麻烦，需要设计一款快速简便的检具。 3.检具方案：下图所示为1个典型的12孔位置度检具，1为本体，2为衬套，3为插销。检测时先把12个衬套装配到本体，然后把本体套到被动齿轮上，最后把12个插销全部插到齿轮孔内，如果有任何
一个插销插不入就判断此齿轮不合格。此检具原理简单，结构可靠，关键点在于各个零件精度的确定。 3.公差选择 a本体与衬套装配后不拆卸，基本无间隙，采用H7/n6配合公差，认为衬套内孔的位置精度完全取决于本体孔的位置精度。
b因插销需要拆卸，因而插销与衬套配合公差为H7/g6 c本体与此类内孔配合，本体也是要经常拆卸的，因而公差选择h7。 d最后确定插销直径d，齿轮产品的12个孔在不同的尺寸公差下其最大实体直径是不同的，在孔尺寸为下偏差时加上位置误差，此时最大实体直径最小，设为D1。再考虑插销和衬套最大配合间隙，设为j1,插销和衬套本身两个圆柱同心度误差，设为j2,本体12个孔制造误差，设为j3,最后得插销d=D1-j1-j2-j3。本体与齿轮之间的配合也是有间隙的，这个间隙不影响d，因而不用考虑。
4.改进措施：由以上的分析可知，影响插销的主要是零件本身加工误差及配合精度。通过改进零件结构，减少零件数量及配合次数可以提高检测的准确性，如下图：插销与本体直接配合，装配好之后不拆卸，因而可以做成消除间隙的配合，影响d的因素就只有本体本身孔的位置误差。插销固定后减小了操作量，提高检测效率，避免了频繁拆装插销导致与衬套间隙加大的问题。
位置度量规设计计算过程
检具计算说明 要求测量M8螺纹空位置度①0.4。 M8螺纹孔在位宜度检测时根据最大时效尺寸可当做①6.647誉心，° = 6.647〃〃" 采用台阶式插入型功能量规 D、、w = D、、厂t ?)=6. 647-0. 4=6. 247mm T, = T 】)+ T、、产°?265 + 0.4 = 0.665mm 由表一可査得 T 产W| = 0.012mm 7； = W= 0.008mm S 二0.005mm —mm (=0. 02mm 11 = 0.006mm 由表二可得 p(=0.063mm 对检验部位有 dm = Dm =6.247mm d. = (%+”)〉(6.247+0?063)二=6.31 爲呷 diw = (d IB+Fl)一(Ti+W|)=(6247+0.063) -(0.012+0.012) = 6.286mm 对导向部位 取d G B = DGB=8inin D( ；W = D GB +(T G + W(；)= 8 + (0.008 + 0.008) = &016mm
d G=(d GB-S min)l T( = (8—0.005)：驱=7.995爲呷d GW =(d GB-S n,n)-(TG+Tw)=(8-0.005)-(0.008+0.008)=7.979mm 对加位部位 (|>28.8± 0.2mm dkB = D M = 28.6mm T, = 0.4mm 由表一 T] =Wi. = 0.012mm =28.6 -0.012 dk=dLB_Ti duv = di.B 一(Ti+W J = 28.6 - (0.012+0.0 ⑵=28.576mm
半导体激光器输出特性的影响因素
半导体激光器输出特性的影响因素 半导体激光器是一类非常重要的激光器，在光通信、光存储等很多领域都有广泛的应用。下面我将探讨半导体激光器的波长、光谱、光功率、激光束的空间分布等四个方面的输出特性，并分析影响这些输出特性的主要因素。 1． 波长 半导体激光器的发射波长是由导带的电子跃迁到价带时所释放出的能量决定的，这个能量近似等于禁带宽度Eg(eV)。 hf=Eg f(Hz)和λ(μm)分别为发射光的频率和波长 且c=3×108m/s ，h=6.628×10?34J ·s ，leV=1.60×10?19J 得 决定半导体激光器输出光波长的主要因素是半导体材料和温度。 不同半导体材料有不同的禁带宽度Eg ，因而有不同的发射波长λ：GaAlAs-GaAs 材料适用于0.85μm 波段，InGaAsP-InP 材料适用于1.3~1.55μm 波段。 温度的升高会使半导体的禁带宽度变小，导致波长变大。 2． 光功率 半导体激光器的输出光功率 其中I 为激光器的驱动电流，P th 为激光器的阈值功率；I th 为激光器的阈值电流；ηd 为外微分量子效率；hf 为光子能量；e 为电子电荷。 hf 、e 为常数，Pth 很小可忽略。由此可知，输出光功率主要取决于驱动电流I 、阈值电流I th 以及外微分量子效率ηd 。驱动电流是可随意调节的，因此这里主要讨论后两者。除此之外，温度也是影响光功率的重要因素。 1）阈值电流 半导体激光器的输出光功率通常用P-I 曲线表示。当外加正向电流达到某一数值时，输出光功率急剧增加，这时将产生激光振荡，这个电流称为阈值电流，用I th 表示。当激励电流II th 时，有源区不仅有粒子数反转，而且达到了谐振条件，受激辐射为主，输出功率急剧增加，发出的是激光，此时P-I 曲线是线性变化的。对于激光器来说，要求阈值电流越小越好。 阈值电流主要与下列影响因素有关： a) 晶体的掺杂浓度越大，阈值电流越小。 b) 谐振腔的损耗越小，阈值电流越小。 c) 与半导体材料结型有关，异质结阈值电流比同质结小得多。 d) 温度越高，阈值电流越大。 2）外微分量子效率 ) (th d th I I e hf P P -+=ηλ c =f
孔位置度计算
位置度∮t ：(每个)被测轴线必须位于直径为公差值∮t，由以对于基准的理论正确尺寸所确定的理想位置为轴线的圆柱面内。例法兰螺钉孔位置度：(1)用V型铁支承距离最远两端主轴颈（A-B），将螺纹检轴紧密旋入螺纹孔中，曲轴销孔中心旋转至X（水平）方向，用带有杠杆百分表的高度游标卡尺，将基准中心调整至等高（同时，将位置度检具某一平面调整水平后，固定）。分别测量各螺纹检轴中心线与基准中心线在X(水平)方向的误差值即：Fx。曲轴销孔中心旋转至Y(垂直)方向（同时位置度检具原垂直面为水平），此时测量各螺纹检轴中心线与基准中心线在Y方向的误差值即：Fy。位置度误差为：ΔF=2(Fx2+ fy2)1/2。(2)用V型铁支承距离最远两端主轴颈（A-B），将螺纹检轴紧密旋入螺纹孔中，曲轴连杆轴颈基准(C)旋转至X（水平）方向，用带有杠杆百分表的高度游标卡尺，将基准中心调整至等高（同时，将位置度检具某一平面调整水平后，固定）。分别测量各螺纹检轴中心线与基准中心线在X(水平)方向的误差值即：Fx；曲轴连杆轴颈基准(C)旋转至Y (垂直)方向（使位置度检具原垂直面为水平），此时测量各螺纹检轴中心线与基准中心线在Y(垂直)方向的误差值即：Fy。螺纹孔位置度误差为：ΔF =2(Fx2+ Fy2)1/2。取各螺纹检轴位置度误差最大值，作为评定的依据。例定位销孔位置度1、大柴：(1)销孔对基准平面的位置度(水平方向): 用V型铁支承距离最远的两个主轴颈（A-B）且调至等高，把检轴紧密插入销孔，慢慢调整曲轴，用带有杠杆百分表的高度游标卡尺将基准轴线调至等高后（同时，将位置度检具水平方向平面调整等高后，固定）。测量销孔中心与基准轴线高度差的二倍，即为销孔位置度误差。 (2) 销孔轴线对主轴颈轴线的位置度(垂直方向)：用V型铁支承距离最远的两个主轴颈（A-B）且调至等高，把检轴紧密插入销孔，慢慢调整曲轴，连杆轴颈基准(C)调整至 Y (垂直)方向（即位置度检具原垂直面为水平），并用带有杠杆百分表的高度游标卡尺，测量销孔中心线到基准轴线的数值与理论正确尺寸之差的二倍。即为销孔位置度误差。2、上柴：(1)用V型铁支承距离最远两端主轴颈（A-B），将连杆轴颈基准(C)旋转至X（水平）方向，用带有杠杆百分表的高度游标卡尺将基准调整至等高（同时，将位置度检具水平方向平面调整等高后，固定）。分别测量销孔中心线与基准轴线在X(水平)方向的误差值即：Fx。曲轴连杆轴颈基准(C)旋转至Y(垂直)方向（即位置度检具原垂直面为水平），此时测量Y方向销孔中心线与基准的误差值即：Fy。销孔位置度误差为：f=2 。3、潍柴用V型铁支承距离最远两端主轴颈（A-B）且等高，将连杆轴颈基准(C)旋转至X（水平）方向，用带有杠杆百分表的高度游标卡尺将基准调整至等高（同时，将位置度检具水平方向平面调整等高后，固定）。分别测量销孔中心线与基准轴线在X(水平)方向的误差值即：Fx。曲轴连杆轴颈基准(C)旋转至Y(垂直)方向（即位置度检具原垂直面为水平），此时测量Y方向销孔中心线与基准的误差值即：Fy。销孔位置度误差为：f=2 。答案补充比如 " 位置度￠0.3 A B C" 中位置度公式"△X的平方＋△Y的平方,再开根号.之后乘以2.
医学中常用的激光器
医学中常用的激光器 自第一台激光器问世后，人们对激光器件及技术进行了大量的研制工作，取得了相当可观的成果。目前能实现激光运转的工作物质达数百种以上，大体上分为气体、固体、半导体、染料等几大类。人们在探索激光产生机理的同时，扩展了激光的频谱范围，几千条谱线遍布于真空紫外到远红外的广阔光谱区域。激光方向性好、强度大，可以使被照物体在1/1000s内产生几千度的高温，瞬间发生汽化。由于激光的物理特性决定了其具有明显的生物学效应，。各种不同的激光具有不同的特性和组织效应，正确认识激光的这些特点，是选择和合理利用激光的基础。 一．气体激光器 气体激光器，按工作物质的性质，大致可分成下列三种：(1)原子激光器：利用原子跃迁产生激光振荡，以氦氖激光器为代表。氩、氪、氙等惰性气体，铜、镉、汞等金属蒸气，氯、溴、碘等卤素，它们的原子均能产生激光。原子激光器的输出谱线在可见和红外波段，典型输出功率为10毫瓦数量级。 (2)分子激光器：利用分子振动或转动状态的变化产生辐射制成的，输出的激光是分子的振转光谱。分 子激光器以二氧化碳(CO 2)激光器为代表，其他还有氢分子(H 2 )，氮分子(N 2 )和一氧化碳(CO)分子等激光 器。分子激光器的输出光谱大多在近红外和远红外波段，输出功率从数十瓦到数万瓦。(3)离子激光器：这类激光器的激活介质是离子，由被激发的离子产生激光放大作用，如氩离子(激活介质为Ar＋)激光器。氦镉激光器(激活介质为Cd＋)等。离子激光器的输出光谱大多在可见光和紫外波段，输出功率从几毫瓦到几十瓦。 气体激光器是覆盖波谱范围最广的一类器件，能产生连续输出。其方向性、单色性也比其他类型器件好，加之制造方便、成本低、可靠性高，因此成为目前应用最广的一类器体。 1、氦氖激光器 氦氖激光器能输出波长为632.8nm的可见光，具有连续输出的特性。它的光束质量很好(发散角小，单色性好，单色亮度大)。激光器结构简单，成本低，但输出功率较小。氦氖激光器在工业、科研、国防上应用很广，医疗上主要用于照射，有刺激、消炎、镇痛、扩张血管和针灸等作用，广泛用于内科、皮肤科、口腔科及细胞的显微研究。 氦氖激光器有三种结构形式：内腔式、外腔式和半内腔式。它们均由放电管、谐振腔、激励电源等三部分组成。以内腔式为例，放电毛细管是产生气体放电和激光的区域，它的内径很小，约在1到几毫米。电极A为阳极，由钨杆或钼(或镍)筒制成。阴极K为金属圆筒，由铝、钼、钽等制成，它们均有足够的电子发射能力和抗溅射能力。组成谐振腔的两块反射镜紧贴于放电管两端，并镀以多层介质膜。其中一个为全反射镜，另一个则为部分反射镜，整个谐振腔在出厂前已调整完毕，因此使用简单、方便。放电管的管径比放电毛细管粗几十倍，用以保持氦氖气压比及加固谐振腔。为了避免放电管变形而引起激光输出下降，内腔管的长度不宜过大，一般不超过一米。外腔式激光器可以更换不同的反射镜，使输出功率最大，光束发散角最小。也可在反射镜和放电管之间插入光学元件，以研究激光器的输出特性，调制它的频率或幅度，并可制成单频大功率激光器。 2、二氧化碳激光器 二氧化碳激光器的能量转换效率达20～25%(氦氖激光器的能量转换效率仅为千分之几)。它的输出波长为10.6微米，属于远红外区，连续输出功率可达万瓦级，常用电激励，结构比较简单紧凑，使用 方便，是目前最常用的激光器之一，在医学上，CO 2激光器作为手术刀使用日益引起人们的重视。CO 2 激 光器也用于皮肤科、外科、神经外科、整形外科、妇科和五官科的手术，在癌症的治疗上也有一定成效。 最常见的封离型内腔式二氧化碳激光器的管壳是由硬质玻璃或石英材料制成的。常见为三层玻璃套管结构，其最内层是放电管，中间层是水冷套，外层是储气管。在内外层之间有气体循环通路，这是为了保证混合气体的均匀分布而设计的。其光学谐振腔通常用平凹球面腔。球面镜可用石英或其他光学玻璃做基片，然后，在表面上镀层金属膜。平面镜是输出窗片，要求它对10.6μm的激光有很好的透过率，且表面不易损伤，机械性能好等。一般中小功率的激光器常常采用锗单晶做输出片，大功率的用砷化镓
检具设计
美国戴克伊公司（Tec-Ease, Inc.） 戴克伊35年，美国著名GD&T培训机构，拥有美国强大的GD&T专家团队，是美国ASME标准列出的GD&T 培训机构。总部在美国纽约州罗切斯特，在加拿大，英国，巴西和中国设有分支机构。为北美和世界数千家企业包括500强，提供GD&T系列培训和咨询。戴克伊颁发的培训证书在全球被广泛认可。 戴克伊有10位ASME-Y14系列标准委员，其中ASME-Y14.5标准有4位，Y14.43和Y14.8标准6位，委员是标准作者。戴克伊创始人Don Day是Y14.8标准主席，戴克伊首席咨询师Frank Bakos是Y14系列 GD&T标准主席，是1983年ASME-Y14.5标准创始人之一，戴克伊35年深度参与制定标准，戴克伊是标准创始人和标准作者，为您提供世界一流培训。 作者介绍：龙东飞 (Mike Long) 美国戴克伊公司亚洲区代表，美国ASME-Y14.43 GD&T检具设计标准（标准委员），Y14.8 GD&T铸造、锻造和注塑标准（标准支持委员），Y14.48 GD&T方向符号标准（标准委员），Y14.5 GD&T标准（参与制定标准），中国国标SAC/TC240产品几何技术规范ISO-GPS（标准委员），ASME认证GDTP高级专家（国内获证第一人）， 北美15年，美国堪萨斯州立大学机械工程硕士和MBA（完成GD&T硕士课程），美国国家航空研究院（研究助理），美国高斯印刷机系统公司（设计工程师），北美通用汽车和德尔福汽车公司（北美10年设计和GD&T高级工程师），美国德尔福认证GD&T专家（美国本土专家），美国ASME-Y14系列GD&T标准首位华人委员，国内唯一美国ASME-Y14系列GD&T标准委员，为亚洲600多家包括许多世界500强企业培训和咨询，有5本GD&T著作。 内容简介： 检测是设计和制造的基础，检具是快速准确判断零件尺寸，形状，方向，位 置是否合格的最有效工具。掌握检测和检具基本原则，专用和通用检具特 点，选择最佳尺寸公差检测方法。确定检具设计，尺寸公差边界，几何公差 实效边界，检具公差和磨损公差。掌握通止规，刚性件/柔性件等各种功能 检具，检具工装卡具，各种不同要求检具公差和磨损公差设计应用。掌握 各种通用检具，检测平台，圆度仪、投影仪，三坐标测量仪等应用和检测计 算，分析数据，制做检测报告。
激光器的种类及性能参数总结
激光器的种类及性能参数总结 半导体激光器——用半导体材料作为工作物质的一类激光器 中文名称： 半导体激光器 英文名称： semiconductor laser 定义1： 用一定的半导体材料作为工作物质来产生激光的器件。 所属学科： 测绘学（一级学科）；测绘仪器（二级学科） 定义2： 以半导体材料为工作物质的激光器。 所属学科： 机械工程（一级学科）；光学仪器（二级学科）；激光器件和激光设备-激光器名称（三级学科） 定义3： 一种利用半导体材料PN结制造的激光器。 所属学科： 通信科技（一级学科）；光纤传输与接入（二级学科） 半导体激光器的常用参数可分为：波长、阈值电流Ith 、工作电流Iop 、垂直发散角θ⊥、水平发散角θ∥、监控电流Im 。 （1）波长：即激光管工作波长，目前可作光电开关用的激光管波长有635nm、650nm、670nm、激光二极管690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。 （2）阈值电流Ith ：即激光管开始产生激光振荡的电流，对一般小功率激光管而言，其值约在数十毫安，具有应变多量子阱结构的激光管阈值电流可低至10mA以下。 （3）工作电流Iop ：即激光管达到额定输出功率时的驱动电流，此值对于设计调试激光驱动电路较重要。 （4）垂直发散角θ⊥：激光二极管的发光带在垂直PN结方向张开的角度，一般在15?~40?左右。 （5）水平发散角θ∥：激光二极管的发光带在与PN结平行方向所张开的角度，一般在6?~ 10?左右。 （6）监控电流Im ：即激光管在额定输出功率时，在PIN管上流过的电流。 工业激光设备上用的半导体激光器一般为1064nm、532nm、808nm，功率从几瓦到几千瓦不等。一般在激光打标机上使用的是1064nm的，而532nm的则是绿激光。 准分子激光器——以准分子为工作物质的一类气体激光器件。 中文名称： 准分子激光器 英文名称： excimer laser 定义：
位置度量规设计计算过程
检具计算说明 要求测量M8螺纹空位置度Φ0.4。 M8螺纹孔在位置度检测时根据最大时效尺寸可当做Φ6.6470.2650+， 6.647M mm D = 采用台阶式插入型功能量规 D =-ＭＶＭ ｔＤ○M =6.647-0.4=6.247mm 0.2650.40.665mm =+=+=ｔ ＤＭＴＴＴ 由表一可查得 11 0.012mm ==ＴＷ 0.008mm ==ＧＧＴＷ min =0.005mm S mm t １ ＝0.02 G 0.006mm t'= 由表二可得 1 =0.063mm F 对检验部位有 MV IB =6.247mm d D = 1000I 0.0120.012-T =mm 1IB )(d (6.2470.063)F d 6.31--==++ 11IW IB 1()(+)(6.2470.063)(0.0120.012) 6.286mm d d W F T =+-=+-+= 对导向部位 取GB GB =8mm d D = T 0.008G 00=mm GB 8D d G ++= GW GB G G ()8(0.0080.008)8.016mm W D D T =++=++= G 000G 0.0080.006mm GB min T ()(80.005)d 7.995d S --===--- G W GW GB min ()()(80.005)(0.0080.008)7.979mm d d S T T =--+=--+=
对定位部位 28.80.2mm φ± M LB 28.6mm d D == t 0.4m m T = 由表一 L L 0.012mm W T == L 00L 0.012LB T d 28.6d -==- L LW LB L ()28.6(0.0120.012)28.576mm d d W T =-+=-+=
Gb激光器各供应商性能比较总结
当前生产40Gbps EML器件的厂商主要有OKI、Cyoptics、MITSUBISHI、Eudyna。其中有三家（OKI、MITSUBISHI、Eudyna）满足XLMD-MSA标准，即是双GPPO高频同轴接口和14个pin脚的蝶形器件。Cyoptics 虽然不满足XLMD MSA但其满足ITU and MSA标准，其的特点是EA偏置可以单独调节，给最后整个模块的调试带来极大的方便。还有其监测电流最小为0.4μA。OKI （JOG-01401）其EA的偏置是和驱动输出在一起，这样给调节带来极大的困难。MITSUBISHI的EA的偏置可以调节但是是与LD偏置在一起调节，想对于OKI来说比较方便，但是调节还是存在一定的困难。在TEC功耗方面OKI （JOG-01401）和Eudyna （HS/ETM5401NF）比较低正常工作时为1.3W，这就为其他器件腾出了更大的功耗容量。激光器的阈值电流多家公司为35mA,其中MITSUBISHI（FU-697SEA-1M1）只有20 mA，但其输出光功率最大可达3 dBm。在驱动内置的三家公司中，OKI （JOG-01401）和Eudyna（HS/ETM5401NF）驱动控制引脚为6pin，MITSUBISHI （FU-697SEA-1M1）为5pin，但其X-Point控制电压绝对值最小，并且没有X-Point控制电压参考电压。在高频输入信号电压方面，差分输入信号的范围为0.2到1Vpp之间，其中Eudyna（HS/ETM5401NF）输入的差分信号最小为0.2to 0.5 Vpp，并且驱动芯片为差分输入，其高频输入电压是单端输入的一半左右。各个厂商的具体参数见下表 小结：1）.以上各厂商共同的缺点是驱动前没有DC-BLOCK这就需要在器件外增加额外的设计上，使得模块的密度过高。2）.对于我们自己设计来说，最后单独空余一个pin脚来单独控制EML芯片的EA偏置，这样会给以后模块的电路调节带来极大的方便。3）.在TEC的选型方面，可以参考上述厂商，选择功耗比较低的，给其他器件腾出了更大的功耗容量，如正常工作时为1.3W。4）.驱动IC的控制引脚一般为5到6脚，并且其一般都含有X-Point Control Voltage，driver Supply Voltage ，Output Amplitude Control Voltage(current)，Output Bias Control Voltage等引脚。5）.在选择驱动IC时最好选择差分输入，这样可以降低高频同轴输入的信号电压。
第二章、激光器输出特性的改善.
第二章、激光器输出特性的改善 在精密测量中，普通激光器输出的激光束，往往不能满足实际要求。比如在激光准直测量中，要求激光束发散角尽可能小，这就要求激光器为单横模（TEM 00）输出;在激光干涉测量中，要求激光频率单色性要好，这就要求激光器单横模、单纵模输出；在地卫测距中，要求激光器输出高脉冲能量窄脉冲宽度（调Q 脉冲输出或锁模脉冲输出）等。这就要求对激光器进行某些改善。下面介绍几种常见的激光输出改善反法。 §1. 激光器输出光束的模式选择 一、 激光器横模选择 在激光谐振腔中，只有衍射损耗的大小与横模的阶次有关，且各横模的衍射损耗相差比较大，所以可以通过改变衍射损耗来实现横模选择。由于高阶横模的衍射损耗很大，所以在不采取措施的情况下，激光器一般工作在低阶横模（TEM 00、TEM 10、TEM 01）。基模（TEM 00）衍射损耗最小，其他高阶横模的衍射损耗随横模阶次的增大而迅速增大。激光器的横模选择就是基于这一原理。最常见的方法就是小孔选模。 小孔选横模示意图如右图。 激光器单基横模TEM 00运转的充分（振荡）条件为： 1)1(00210 00≥-δr r e L G （单程增益大于单程损耗） （2-1-1） 其中---0 00G TEM 00模的小信号增益，r 1、r 2---两反射镜的发射系数，--00δTEM 00模的单 程衍射损耗。 激光器单基横模TEM 00运转的必要条件为：衍射损耗高于基横模TEM 00的横模（其中TEM 10是除TEM 00外所有横模中衍射损耗最小的）不能振荡。故应有： 1)1(10210 10 δ-r r e L G （TEM 10模的单程增益小于单程损耗，不能起振） （2-1-2） 其中--10δTEM 10模的单程损耗。 激光谐振腔的衍射损耗完全由谐振腔参数和菲涅尔数N 来决定。 在共焦腔中，0/121=-==?=R L g g R L ，此时N 不变，0010/δδ最大； 而在共心腔 [] 1)/21(,2/2121-=-======R R g g g L R R R 和平行平面腔 []1/1,2121=∞-==∞===L g g R R R 中，在N 不变情况下， 0010/δδ最小。
激光器介绍
激光器介绍 WALC4020数控激光切割机 更快、更宽、更厚的钣金切割专家 1、产品简介 更高性能的激光切割系统: WALC4020选择了世界最先进的激光器、切割头。拥有最高质量的部件和最好的结构。如西门子的控制系统和直线驱动系统，STAR的直线导轨。 更先进的结构型式： A．横梁 WALC4020激光切割机采用横梁倒挂结构，此结构有如下优势： 1．与横梁悬臂式相比，横梁的运行速度更高，运行更平稳，可达200米/分。这是因为驱动力的作用点位于横梁的重心，不会产生附加力矩，驱动效率更高，运行更平稳。 2．与小龙门移动式相比，电气控制更简单，系统更可靠。操作更方便。 因此，WALC4020更适用于高速，高功率切割。 B．交换工作台： 采用垂直升降式交换工作台，此型式的交换方式与目前使用的斜升式相比有如下优点： A．提升能力更大，安装更方便。 B．与横梁倒挂结构配合，结构更合理。 C．在切割区内，工作台下的空间更大，以便布置排渣装置及抽风除尘装置。 C．驱动： WALC4020激光切割机的X、Y轴采用了西门子的控制系统和直线驱动系统，与传统电机+滚珠丝杠（齿条）相比，驱动力更大，加速度更高。加速度可达3G，速度最高可达200米/分。而且运行更平稳。 X，Y，Z轴的导轨采用STAR高品质直线导轨，精度更高，运行更平稳。 2、产品特性 WALC4020融合了激光最新技术的应用 一．控制 WALC4020的控制器是SIEMENS 840D。该控制器的界面已经进行了改进，以适合激光切割系统的应用。 二．穿透检测 在打孔时，穿透检测使用传感器来确定光束是不是已经穿透了板材，这样可以得到最高质量的穿透效果，节省时间。
孔距检具
安徽机电职业技术学院毕业设计（论文） 孔距检具设计 系别机械工程系 专业机械质量管理与检测技术 班级机质3091班 姓名 *** 学号 1206093003 2011～ 2012 学年第一学期
摘要 本文主要介绍了利用专用检具对孔距进行检测，开始先对孔检具的一些基本知识进行了说明，比如孔距检具的原理、孔距检具的作用、孔距检具一些部件的工艺及加工方法等。然后对一些常规的孔距检测方法进行了介绍并对其中涉及的一些常用检具进行了说明，最后针对一个图纸设计了一款专用检具进行孔距的检测。在整篇文章的开始我先说明了专用检具在平时生产中的重要作用。 在现代制造业中孔距检具的应用越来越广泛了，对孔距检具的要求也越来越高，随之对孔距的检测也要求更加准确，更加快速，所以要求我们设计专用检具来快速准确的判断零件是否合格已经是形式所趋了。
目录 摘要 (2) 前言 (4) 第一章绪论 (5) 第1.1节选题背景 (5) 第1.2节孔距检具概述 (5) 第1.3节研究该题的意义 (5) 第1.4节检具国内外现状和发展趋势 (7) 第1.5节孔距检具工作原理 (9) 第二章中心距检具总体设计 (16) 第2.1节孔距检具设计要求 (16) 第2.2节孔距检具零件设计原则 (17) 第2.3节定位装置设计 (17) 第2.4节夹紧装置设计 (18) 第三章零件加工工艺流程及工艺分析 (19) 第3.1节工艺流程分析 (19) 第3.2节对底座螺纹孔制定出的加工工序 (19) 总结 (22) 参考文献 (23) 致谢 (24)
前言 时间已不知不觉，竟悄无声息的从我身边流过，不给任何提示，突然才发现它以来到毕业前夕！ 毕业设计是其中最后一个环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着制造业的迅速发展，中心具检具应用愈来愈广泛。在完成几年的课程学习和课程、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械加工工艺、检测等专业基础课和专业课方面的知识，对零件的检测有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于孔距具检具这个实践性非常强的设计课题，我上网和在图书馆寻找了大量的资料。在指导老师的协助下和同学之间的讨论中设计时，将充分利用和查阅各种数据,尽最大努力搞好本次毕业设计。在设计的过程中，将有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信会完满的完成毕业设计任务。 本次设计以孔距测量为主线，综合了百分表，最后到专业量具的设计。在设计该专业量具的同时总结了以往专用量具的一般方法、步骤，把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来，所谓学以致用。在设计中除使用传统方法外，同时引用了CAD、UG等技术，力求达到减小劳动强度，提高工作效率的目的。 由于实际经验和理论技术有限，设计的错误和不足之处在所难免，希望各位老师批评指正，谢谢！
位置度专用检具的检测
位置度专用检具的检测 摘要依据对全县机械行业主要工业企业专用检具的现场调查，为开展“位置度专用检具的检测”这一项目设计一套方案，方案包括以下内容：开展这一检测项目的市场前景和需求分析、检测设备的选型、投入及预算、检测人员的配备、素质要求及培训、检测室的配备及环境要求、检测的成本测算、预期的经济效益等。 关键词位置度；专用检具；检测 前一段时间，对如东县机械行业的主要企业的专用检具进行了调查，从调查的结果来看，企业在专用检具的使用上呈现以下几个特点：①专用检具的数量和品种多。②位置度检具占专用检具的比例很高；③专用检具的年消耗量大；④位置度检具外委检验和检测的成本高。根据以上的调查结果，笔者认为开展“位置度专用检具的检测”这一项是有市场前景的。 1 市场前景和需求分析 本次调查的六家企业中，江苏黄海汽配股份有限公司主要生产汽车零部件，以中小型铸件的精加工为主，产品结构复杂、尺寸精度要求高，所以使用的专用检具尤其是位置检具特别多。另外再产品开发上，还需要对一些异性件及曲面轮廓进行数据检测，建立数模以利于开发人员进行CAD及三维模型的建立。如东通用机械厂主要生产石油机械零部件，其产品的构成是铸件的生产和加工，以总成件为主，使用的专用检具也比较多。江苏新象股份有限公司主要生产发动机缸体和活塞环，其使用的专用检具也比较多。上述三家企业位置度检具的总和达437件，年消耗量也很大，年消耗量达134件。企业目前这些检具的检验和检测的现状是：一般简单的检具用万能工具显微镜来检查，复杂一些的检具外委用三坐标测量仪（CMM）检测，这样一方面检测的成本较高，另一方面由于是外委给外市其它工厂而不是专门检测机构检测，所以还受对方时间、交通和价格的限制，给工厂的生产带来诸多不便。因此，如果我们县计量检测所开展“位置度专用检具的检测”，一定是有市场前 景的。 2 检测设备的选型及投入 我们从上述企业的专用检具的构成、大小及精度等实际情况、设备的购置成本、设备的先进性方面来考虑，确定所选用的三坐标测量仪（CMM）各方面要求如下： 1）测量范围：三维移动范围。 X向≤700mm；
★位置度计算
位置度∮t：(每个)被测轴线必须位于直径为公差值∮t，由以对于基准的理论正确尺寸所确定的理想位置为轴线的圆柱面内。例法兰螺钉孔位置度：(1)用V型铁支承距离最远两端主轴颈（A-B），将螺纹检轴紧密旋入螺纹孔中，曲轴销孔中心旋转至X（水平）方向，用带有杠杆百分表的高度游标卡尺，将基准中心调整至等高（同时，将位置度检具某一平面调整水平后，固定）。分别测量各螺纹检轴中心线与基准中心线在X(水平)方向的误差值即：Fx。曲轴销孔中心旋转至Y(垂直)方向（同时位置度检具原垂直面为水平），此时测量各螺纹检轴中心线与基准中心线在Y方向的误差值即：Fy。位置度误差为：ΔF=2(Fx2+ fy2)1/2。 (2)用V型铁支承距离最远两端主轴颈（A-B），将螺纹检轴紧密旋入螺纹孔中，曲轴连杆轴颈基准(C)旋转至X（水平）方向，用带有杠杆百分表的高度游标卡尺，将基准中心调整至等高（同时，将位置度检具某一平面调整水平后，固定）。分别测量各螺纹检轴中心线与基准中心线在X(水平)方向的误差值即：Fx；曲轴连杆轴颈基准(C)旋转至Y (垂直)方向（使位置度检具原垂直面为水平），此时测量各螺纹检轴中心线与基准中心线在Y(垂直)方向的误差值即：Fy。螺纹孔位置度误差为：ΔF =2(Fx2+ Fy2)1/2。取各螺纹检轴位置度误差最大值，作为评定的依据。例定位销孔位置度1、大柴：(1)销孔对基准平面的位置度(水平方向): 用V型铁支承距离最远的两个主轴颈（A-B）且调至等高，把检轴紧密插入销孔，慢慢调整曲轴，用带有杠杆百分表的高度游标卡尺将基准轴线调至等高后（同时，将位置度检具水平方向平面调整等高后，固定）。测量销孔中心与基准轴线高度差的二倍，即为销孔位置度误差。 (2) 销孔轴线对主轴颈轴线的位置度(垂直方向)：用V型铁支承距离最远的两个主轴颈（A-B）且调至等高，把检轴紧密插入销孔，慢慢调整曲轴，连杆轴颈基准(C)调整至Y (垂直)方向（即位置度检具原垂直面为水平），并用带有杠杆百分表的高度游标卡尺，测量销孔中心线到基准轴线的数值与理论正确尺寸之差的二倍。即为销孔位置度误差。2、上柴：(1)用V型铁支承距离最远两端主轴颈（A-B），将连杆轴颈基准(C)旋转至X（水平）方向，用带有杠杆百分表的高度游标卡尺将基准调整至等高（同时，将位置度检具水平方向平面调整等高后，固定）。分别测量销孔中心线与基准轴线在X(水平)方向的误差值即：Fx。曲轴连杆轴颈基准(C)旋转至Y(垂直)方向（即位置度检具原垂直面为水平），此时测量Y方向销孔中心线与基准的误差值即：Fy。销孔位置度误差为：f=2 。3、潍柴用V型铁支承距离最远两端主轴颈（A-B）且等高，将连杆轴颈基准(C)旋转至X（水平）方向，用带有杠杆百分表的高度游标卡尺将基准调整至等高（同时，将位置度检具水平方向平面调整等高后，固定）。分别测量销孔中心线与基准轴线在X(水平)方向的误差值即：Fx。曲轴连杆轴颈基准(C)旋转至Y(垂直)方向（即位置度检具原垂直面为水平），此时测量Y方向销孔中心线与基准的误差值即：Fy。销孔位置度误差为：f=2 。答案补充 比如" 位置度￠0.3 A B C" 中位置度公式"△X的平方＋△Y的平方,再开根号.之后乘以2"
半导体激光器主要性能参数定义
半导体激光器 1．P-I 特性及阈值电流 P-I特性揭示了LD输出光功率与注入电流之间的变化规律，因此是LD最重要的特性之一。 典型的激光器P-I曲线 由P-I曲线可知，LD是阈值型器件，随注入电流的不同而经历了几个典型阶段。 ?当注入电流较小时，有源区里不能实现粒子数反转，自发辐射占主导地位，LD发射普通的荧光，光谱很宽，其工作状态类似于一般的发光二极管。 ?随着注入电流的加大，有源区里实现了粒子数反转，受激辐射开始占主导地位，但当注入电流仍小于阈值电流时，谐振腔里的增益还不足以克服损耗，不能在腔内建立起一定模式的振荡，LD发射的仅仅是较强的荧光， 称为“超辐射”状态。
? 只有当注入电流达到阈值以后，才能发射谱线尖锐、模式明确的激光，光 谱突然变窄并出现单峰（或多峰）。 2．激光器线宽 半导体的激光器的线宽是多少？有的用nm 表示，有的用Hz 表示，计算公式是什么？经常会提到激光器的线宽<0.0001 nm 换算成“Hz”是多少赫兹啊？ 线宽即为激光某一单独模式的光谱宽度，一般表达形式：nm ，Hz ，cm-1。该参数与激光本身的波长由关系。 例：比如波长为1064nm, 线宽0.1nm ，则换算为Hz 单位： GHz v 5.261065.21.01064101031029 8=?=???=? 3. 边模抑制比（SSR ） 边模抑制比是指在发射光谱中，在规定的输出功率和规定的调制（或 CW ）时最高光谱峰值强度与次高光谱峰值强度之比。
边模抑制比示意图 4.振荡腔 HR AR 谐振腔的作用是选择频率一定、方向一致的光作最优先的放大，而把其他频率和方向的光加以抑制。凡不沿谐振腔轴线运动的光子均很快逸出腔外; 沿轴线运动的光子将在腔内继续前进，并经两反射镜的反射不断往返运行产生振荡，运行时不断与受激粒子相遇而产生受激辐射，沿轴线运行的光子将不断增殖，在腔内形成传播方向一致、频率和相位相同的强光束，这就是激光。为把激光引出腔外，可把一面反射镜做成部分透射的，透射部分成为可利用的激光，反射部分留在腔内继续增殖光子。 光学谐振腔的作用有：①提供反馈能量，②选择光波的方向和频率。谐振腔内可能存在的频率和方向称为本征模。两反射镜的曲率半径和间距（腔长）决定了谐振腔对本征模的限制情况。不同类型的谐振腔有不同的模式结构和限模特性。 5.三种类型的QCL 按振荡腔设计的差异，QCL可以分为三大类：
孔位置度综合检具的设计及使用规范
孔位置度综合检具的设计及使用规范 【摘要】检验夹具是指零件在加工制造过程中在生产线上专用（尺寸）检测工装（简称检具），检具不但具有定量功能同时具有定性功能（非机械加工零件所使用检具同时具备测量支架功能），检具设计时其测量功能，定位原则应满足图纸测量技术要求，从而保证加工制造；测量评定基准的一致性。综合检具适用于大批量生产的产品如汽车零部件等，用来替代卡规，塞规，CMM（三坐标测量机），游标卡尺等测量工具，操作简单，使用方便，省时省力，精度可靠，检验效率高。本文设计的检具主要是指测量各个加工孔位置度的计数型（定性功能）综合检具，它是用来检验最大实体要求的被测要素和（或）基准要素，以确定它们的实际轮廓是否超出相应的边界。 【关键词】孔位置度设计组合检具 1 孔位置度综合检具的设计 检具整体结构如图1所示： 此检具是一个组合检具，由定位装置、测量装置、夹紧装置、辅助装置（包括导向装置、传动装置、测量零件的紧固装置）组成。检具结构确定后，检具设计关键在于确定定位装置、测量装置、夹紧装置、辅助装置尺寸.本例中零件基准孔尺寸和一个加工孔尺寸如图2所示，加工孔只列举1个，其它检测销尺寸计算方法与本检测销检测方法相同： 本文位置度公差是最大实体原则同时应用于被测要素和基准要素的实例。当被测孔和基准B和基准C均处于最大实体状态时（最大实体状态，是指实际要素在给定长度上处处位于极限尺寸之内，并具有允许的材料量最多的状态，称为最大实体状态.）设计此综合位置检具是模拟被测件的装配极限（实效边界）情况下的一种标准匹配件。以下分别介绍定位装置、检测装置、夹紧装置、辅助装置尺寸的计算方法。 1.1 检具定位装置设计 为了明确地确定一非旋转对称之物体的位置，必须用所有六个可能的运动方向来对其定位，即3-2-1定位法则，如图所示1面（A面），两销（直销定位销B，菱形销定位销C）限制6个自由度。两个定位销采用固定式，如图3所示，定位销尺寸计算如下： 1.1.1 定位销B的定位部位尺寸 DMV=DM-t=（6.09-0.02）-0.05=6.02mm Tt=TD+t=（0.02+0.02）+0.05=90μm；
激光二极管的特性
激光二极管的特性 激光二极管的特性 1、伏安特性 半导体激光器是半导体二极管，具有单向导电性，其伏安特性与二极管相同。反向电阻大于正向电阻，可以通过用万用表测正反向电阻确定半导体激光二极管的极性及检查它的PN结好坏。但在测量时必须用1k以下的档，用大量程档时，激光器二极管的电流太大，容易烧坏。 2、P—I特性 激光二极管的出射光功率P与注入电流I的关系曲线称为P-I曲线。 注入电流小于阈值电流Ith时，激光器的输出功率P很小，为自发辐射的荧光，荧光的输出功率随注入电流的增加而缓慢增加。 注入电流大于Ith时，输出功率P随注入电流的增加而急剧增加，这时P—I曲线基本上 是线性的。当I再增大时，P—I曲线开始弯曲呈非线性，这是由于随着注入电流的增大，使结温上升，导致P增加的速度减慢。 判断阈值电流的方法：在P—I特性曲线中，激光输出段曲线的向下延长线与电流轴的交点为激光二极管的阈值电流。 3、光谱特性 激光二极管的发射光谱由两个因素决定：谐振腔的参数，有源介质的增益曲线。 腔长L确定纵模间隔，宽W和高H决定横模性质。如果W和H 足够小，将只有单横模TEM00存在。 多模激光二极管在其中心波长附近呈现出多个峰值的光谱输出。单纵模激光器只有一个峰值。 工作在阈值以上的1mm腔长的增益导引LD的典型发射光谱 激光二极管是单模或多模还与泵浦电流有关。折射率导引LD，在泵浦电流较小、输
出光功率较小时为多模输出；在电流较大、输出光功率较大时则变为单模输出。而增益导引LD，即使在高电流工作 下仍为多模。 折射率导引激光器光谱随光功率的变化 发射光谱随注入电流而变化。IIt 发射激光，光谱突然变窄。因此，从激光二极管发射光谱图上可以确定阈值电流。当注入电流低于阈值电流时光谱很宽，当注入电流达到阈值电流时，光谱突然变窄，出现明显的峰值，此时的电流就是阈值电流。 IIt 激光辐射 4、温度特性 半导体激光器的阈值电流随温度的升高而增加，变化关系可表示为： T/T0) Ith(T)?Aexp(式中T0是衡量阈值电流Ith对温度变化敏感程度的参数——叫特征温度，取决于器件的材料和结构等因素，T0值越大，表示Ith对温度变化越不敏感，器件的温度特性越好。A是常数。 因Ith随温度升高而增大，因此P—I特性曲线也随温度变化。随着温度升高，在注入电流不变的情况下，输出光功率会变小。这就是为什么LD工作一段时间后输出功率会下降。 阈值—温度特性与其结构有关，一般说，异质结构比同质结的温度特性好。 温度变化还将引起激光器输出光谱的改变，出现跳模（mode hop）现象。原因：温度改变，使腔的参数（折射率， 腔长）发生较大变化，引起激发模式发生变化。在模式跳跃之前，因折射率和腔长随温度升高而有少量增加，致使波长随温度升高而缓慢增大（下图a）。如要避免跳模，必须增大模式间隔（下图b）。 对于多模增益导引半导体激光器，波长随温度的变化是由于带隙随温度变化而产生的，温度变化主要影响光增益曲线而不是腔的参数，因此变化曲线是连续的(下图c)。 半导体激光器必须加制冷器，进行温度控制。