激光器类型的光束
激光器类型的光束
最佳答案
me597rm112009-12-05 13:45:08
由于激光具有方向性好，高能量和单色性好等一系列优点，自六十年代问世以来，就受到科研领域的高度重视，推动了诸多领域的迅猛发展，尤其是激光在加工领域中的应用。传统的激光加工机在工业产品中，已得到了广泛应用，近年来在激光微加工方面也受到广泛重视。
激光微加工对生产具有小孔或细小沟槽结构复杂的电子器件、医疗和汽车制品有重大意义。因为这类产品孔的直径和沟槽尺寸越来越小，而这些尺寸的公差越来越严格。只有激光才能满足对微加工零件提出的从1μm到1mm的所有要求。激光加工热作用区域小，可以准确地控制加工范围和深度，保证高的重复性，良好边缘和广泛的通用性[1]。
在微系统制造中，人们广泛采用硅各向异性刻蚀和LIGA(利嗄)技术加工各种微型结构。前者适合加工硅的二维结构和小深宽比的三维结构；后者能够加工精密的三维结构，不仅适用于硅而且也适用于加工金属、塑料和陶瓷。然而这种技术要求的条件比较苛刻，它需要同步辐射X射线源，而且模的制作也很复杂，因此很难普及。还有一点也必须指出，LIGA工艺与IC不兼容，这在一定程度上限制了它的使用。
90年代初发展起来的激光微加工工艺既能加工出较为复杂的微型结构，且所要求的条件又不那么苛刻，在实验室和工厂较容易实现[2]。
激光微加工所涉及的应用领域较宽，本文着重介绍激光束在UV（紫外）波段或532nm和1. 06μm段激光微加工的应用,工作状态为脉冲状态,加工应用的范围为微电子和微机械（MEM S）。激光束的其它应用不在本文赘述。
2.脉冲激光直接微加工技术
脉冲激光直接微加工技术是利用高能量激光脉冲对固体直接加工，主要是基于激光烧蚀过程。在烧蚀过程中，固体材料所吸收的激光能量使材料从加工表面喷射出来。激光和固体间的烧蚀作用与固体材料以及脉冲激光参数密切相关。脉冲激光参数主要包括激光的波长、脉冲宽度和脉冲强度。在适宜的条件下，几乎所有的固体材料脉冲激光都能够加工，而且现在经研究已经建立了多种材料的脉冲激光加工参数[3]。
图一(a)所示的是一种常见的准分子激光加工设备的主要结构。激光光束经过一系列器件，包括快门、可调衰减器、光束整形器和归一化器，最后照射到掩模上。在这个结构中，光束整形器改变光束形状，使其近似为正方形，然后归一化器再把光分成许多光束，每束光从不同方向照射掩模（图一(b)）。这不仅提高了光照射的均匀性，同时也引入了离轴元件。离轴光照射可以完成垂直结构甚至钻蚀结构的加工，而使用传统的平面光照射无法加工出这样
的结构。在整个系统中一般需要一些辅助设备进行准直，比如CCD视频传感器或独立的非线性显微镜。
脉冲激光直接微加工技术的主要特点之一是能够加工复杂的三维表面轮廓。对不同的掩模进行多次曝光可以加工阶梯式多级结构，而在曝光时间内扫描掩模可以完成连续切削，也可以用半色调掩模直接进行投影烧蚀来完成连续切削[4]。掩模和工件一般都安装在步进马达控制的精密移动平台上，通过计算机实现自动扫描操作。在加工过程中可以改变其它脉冲激光参数，比如激光光通量和重复频率。此外，还可以通过改变数值孔径NA来改变离轴照射的最大视角，见图一(b)，从而可以在恒定的激光光通量条件下加工不同侧壁角度的结构。
图一(a)准分子激光加工设备框图 (b)光学系统图
脉冲激光直接微加工技术的另一个特点是可以加工多种材料[5]，尤其适用于聚合物材料的加工。大多数聚合物在激光的频谱内都有很强的能量吸收，保证了激光与工件间的能量耦合，而相对较低的热传导性又保证了烧蚀过程中的热量扩散和受热影响的区域很小。大多数情况下，可以得到很好的表面光洁度，附加损失(熔化和碎屑)也可达到最小，这是许多其它材料不具备的特性。例如，由于金属的反射率和热传导率较高，用脉冲激光加工具有很高的烧蚀阀值，加工过程中有严重的附加损耗。但是，如果加工对象是沉积在导热性较差的基体表面的金属薄膜时，用脉冲激光就可以得到很好的加工效果。
脉冲激光直接加工MEMS器件中最成功的例子是喷墨打印头的加工[6]。另外，脉冲激光很高的峰值功率和3D结构加工能力也可应用到微流控芯片的加工中。微流控芯片中的主要部件，像微通道、微过滤器、微搅拌器和微反应器都需要3D结构(或至少2.5D)。此外，作为微流控芯片的材料，聚合物比硅基底的材料更适于用脉冲激光进行微加工。
MEMS直接加工的例子最近也有报道，如在硅底上制作双压电晶片微执行器[7]以及多层磁性材料执行器[8]等。另外，飞秒激光微加工技术发展也很快[9]。由于飞秒激光有很高的能量密度，这使得它在MEMS加工中的某些方面具有很好的应用前景，比如利用标准的透明材料与高能量多光子的剧烈作用可以在透光材料上加工微结构。
2.1直接加工
这里所用的术语“直接加工”是用来描述用激光束聚焦点来进行材料加工的过程。这项技术广泛应用于对高精度和小尺寸有要求的微机械加工，包括燃料注入器的钻孔、气体传感器的钻孔、太阳能电池的刻画以及MEMS的原型处理。工件是用检流扫描仪和可移动平台随着光束移动，同时用激光加工，从而得到预期的图案。加工速度通过调节检流扫描仪可达10ms -1 [10]。
图二：（a）用检流扫描仪和X-Y可移动平台的直接加工的示意图（b）MicrAlater M100 0 直接加工的激光器设备
2.2 钻孔
使用在X-Y平台或检流扫描仪上的聚焦激光束的一系列的孔的加工在燃料注入器、气体传感器、微小电路板和探测器卡片的钻孔都有广泛应用。图三显示的就是用来IC（integrated circuit）测试的探测器卡片的一部分。100μm孔是在500μm厚的硅氮化物晶体上用355n m的ND:YAG激光钻孔的。使用AblataCAM软件能将文件直接转化成激光器设备加工过程。利用这项技术能在探测器卡片上加工几乎任何形状的孔。
图三：（a）在硅氮晶体探测器卡片上的用来IC测试的100μm孔 b）在硬质钢上用来燃料注入的孔
发动机对低损耗和更佳的燃料利用率需求，引起对更小的孔和更厚的有壁燃料注入器的深入研究。由于传统EMD技术对于柴油机注入器的钻孔的限制，使得激光加工技术成为下一代柴油机引擎的关键技术。孔的直径为30-100μm公差为±1.5μm，锥角小于0.5度。图三（b）显示的是用Nd:YAG激光器在532nm在柴油机注入器上加工的孔。
2.3太阳能板加工
在1.06μm波上工作的激光器设备，其典型的能量为几十瓦，广泛的应用于薄膜太阳能板的玻璃底层上的精细线性雕合。这种过程和发射技术的结合与BTS能够使太阳能板在高速的情况下能保持非常高的精度和准确率。图四（a）是无定型硅薄膜在双激光系统（1.06μm
和532nm）下的加工过程的示意图。IR YAG激光束用来在ITO层上划近似30μm宽的线，接着α－Si的沉积和可见YAG激光束在盘的附近穿过α－Si层来加工50μm直径的相互连接。而ITO层是不受加工过程影响的。接着铝电极层沉积，用可见光YAG激光来加工大概25μm宽的轨迹，来完成板的加工过程。太阳能板的样板的部分加工过程如图四所示。用5 80nm来加工400mm板的每一层大概需要1分钟。
图四：（a）用双波长激光系统加工的太阳能板
b）在薄膜α－Si太阳能板上的划线和相互连接的照片
3.最新研究动态
3.1用于微加工的UV激光钻孔机械－Meister 1000DF
MHI出品了最新DUV266nm激光钻孔机Meister 1000DF，能在所有新的固体UV－YAG 振荡器上应用。用Meister 1000DF能在不同材料、不同工作环境下进行高质量的微加工。特点：半导体泵浦固体激光器谐振腔能达到很高的寿命和具有很高的可靠性，高能量密度2 66nmUV输出,能实现50－200μm直径的微小钻孔,高速和装备了检流扫描仪[11]。
图五：加工应用的样品图
（a）透孔：直径100μm 聚酰亚胺树脂：厚度25μm
（b）透孔：直径100μm 陶瓷：厚度250μm
图六：结构图
3.2 DPSS UV 激光器
高脉冲355nm激光器（LD泵浦YV04 激光器+ SHG + THG）空气冷却。概要：这种激光器是紧凑和空气冷却类型的高循环脉冲DPSS UV激光器（355nm）。非线性晶体GdY COB应用于这种激光器（已由大阪大学发明）。因此能获得高光束质量和稳定输出。并且非常容易维护和操作，广泛应用于微加工、精确测量等等[12]。
3.3 DPSS绿色激光器
高脉冲532nm激光器（LD泵浦YVO4激光器+ SHG) 空气冷却。概要：这种激光器是紧凑和空气冷却类型的高循环脉冲DPSS绿色激光器（532nm）。具有很好的输出稳定性和高光束质量。并且易于维护和操作，能广泛应用于微加工、测量等等。
3.4 DPSS YVO4激光器
高脉冲1064nm激光器（LD泵浦YVO4激光器）空气冷却。概要：这是一种紧凑、空气冷却以及易于维护的DPSS激光器。用LD泵浦并且用光纤输出。由于在加工过程中有高重复性、热张力等特点，因此能被小型化。所以能广泛应用于高速标刻、激光加工和产生谐波的光源。
4.结论
从加工材料范围和3D加工灵活性方面，脉冲激光具有特有的加工能力。脉冲激光加工技术和其它微细加工的主流技术相结合可以为MEMS的未来发展提供重要的加工手段。脉冲激光加工技术的主要应用领域有基于功能材料的微驱动器、微流控器件和系统。另外，脉冲激光还具有特有的微部件操控和连接能力，因此，对MEMS的集成和封装技术也将作出巨大的贡献。
参考文献：
[1] 耿淑杰, 激光微加工的进展[J]. 激光与红外,1997,27(6):330-332.
[2] 张光照，刘焱，微机械加工技术。传感器技术，1997，16（3）：57-60
[3] 李艳宁，唐洁，饶志军，宋晓辉，胡晓东，傅星，胡小唐,脉冲激光MEMS加工技术[J].微纳电子技术,2003:159-163.
[4] RIZVI N. Microstructuring with excimer lasers[J]. MST News, 1999.1:18-21
[5] GOWER M C. Excimer laser: current and future applications in industry and me dicine[A].in: CRAFER RC, OAKLEY PJ. Laser Processing in Manufactuing[M]. Chap man & Hall, 1994.
[6] ROMAN C. Excimer lasers drill precise holes with higher yield[J]. Laser Focus World, August 1995.
[7] LI J, ANANTHASURESH GK. A quality study on the excimer laser micromachini ng of electro-thermal-compliant microdevices[J]. Micromech Microeng. 2001,11；39-4 7
[8] FLEGING W P, et al. Laser micromachining for applications in thin film technolo gy[J]. Applied Surface Science,2000,154-155:633-639
[9] OSTENDORF A. The use if vacuum UV wavelengths and ultrashort pulses for machining of dielectrics[A]. Proc. ICALEO, 2000 Laser Microfabrication Conf[C].2000, A1-10
[10] a href="https://www.wendangku.net/doc/b918307274.html,/pdfFiles/Thin%20Films%20Paper%20HJB%202003.pdf." tar get="_blank"https://www.wendangku.net/doc/b918307274.html,/pdfFiles/Thin%20Films%20Paper%20HJB%202003.pdf./a [11] a href=".mhi.co.jp/kobe/mhikobe-e/products/etc/uvlaser.htm" target="_blank".mhi.c o.jp/kobe/mhikobe-e/products/etc/uvlaser.htm/a
[12] a href=".neoark.co.jp/Eng/eng-PDF/YVO4_355.PDF" target="_blank".neoark.co.jp/ Eng/eng-PDF/YVO4_355.PDF/a
其他回答
高山飞雪啊2009-12-05 13:40:41
激光器的种类很多，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）是一种稀土族元素，yag代表钇铝石榴石，晶体结构与红宝石相似。
（2 ）半导体激光器体积小、重量轻、寿命长、结构简单，特别适于在飞机、军舰、车辆和宇宙飞船上使用。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，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。
（9 ）准分子激光器、光纤导波激光器等
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, 半导体侧面泵浦YAG激光器1.064um红外激光。
激光器的种类很多，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）是一种稀土族元素，YAG代表钇铝石榴石，晶体结构与红宝石相似。
（2 ）半导体激光器体积小、重量轻、寿命长、结构简单，特别适于在飞机、军舰、车辆和宇宙飞船上使用。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，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。
（9 ）准分子激光器、光纤导波激光器等
--------------------------------------------------------------------------------
目前A.H激光主要应用在以下
气体激光器（红外波段10.64um）：
→激光打标机（CO2激光）：AHL-CO2-10W、AHL-CO2-30W、AHL-CO2-50W、AHL-C O2-100W
固体激光器（红外波段1.064um）:
→激光打标机（氪灯泵浦Nd:YAG激光器）：AHL-YAG-50W、AHL-YAG-90W
→激光焊接机（氙灯泵浦Nd:YAG激光器）：AHL-W75、AHL-W90、AHL-W200、AHL-W200S、AHL-W400、AHL-W400S、AHL-W120、AHL-W120II、AHL-W180III
→激光切割打孔机（氙灯泵浦Nd:YAG激光器）：AHL-C100、AHL-C200、AHL-C400
→激光划片机（氙灯泵浦Nd:YAG激光器）：AHL-HP50
→激光调阻机（氙灯泵浦Nd:YAG激光器）：AHL-TZ50
半导体激光器（红外波段）：
→激光打标机（半导体侧面泵浦YAG激光器）：AHL-DP50
8703581982009-12-05 13:42:26
中国学术期刊网络出版总库
【英文篇名】The Discussion On the Military Laser Beam Quality Characterization 【下载频次】
期刊荣誉:ASPT来源刊CJFD收录刊
【摘要】该文对不同应用目的的军用激光器的光束特征进行了必要的分析论证,阐释了不同类型军用激光器体现光束质量的重要参数,对有关质量特征参数的测试方法进行了探讨.最后,针对军用激光光束特征测试现状,提出了建议.
【英文摘要】After an necessary analysis of the military laser beam characterization, this paper elaborates the important parameters embodying beam quality. of the diff erent types of military laser and gives helpful discussion on some characterization
parameter test methods.
【DOI】CNKI:SUN:JSJZ.0.2003-09-006
【分类号】TN248
【正文快照】1 引言众所周知,好的方向性、单色性、相干性(时间、空间相干性)及高亮度是激光的基本特征.但是,不同的激光应用领域,对光束质量有着不尽相同的要求,尤其是在军用战术激光武器、军用激光加工等领域,对激光光束质量有着更严格的要求.因此,在电子靶场,对军用激光器发射的激光
【相似文献】
点击下列相关研究机构和相关文献作者,可以直接查到这些机构和作者被《中国知识资源总库》收录的其它文献,使您全面了解该机构和该作者的研究动态和历史.
【文献分类导航】从导航的最底层可以看到与本文研究领域相同的文献,从上层导航可以浏览更多相关领域的文献.
工业技术
工业炉在石油化工领域的使用及发展情况
工业炉在石油化工领域的使用及发展情况 工业炉是石油化工装置中常见的生产工艺过程中的关键设备。如炼油及石油化工装置管式加热炉、转化炉、裂解炉；合成氨装置高温加热、高温反应的以煤为原料的气化炉或以燃气为原料的一段转化炉、二段转化炉等。这些工业炉类设备的特点是：结构较为复杂，施工工期长，工艺条件要求严格，工程质量标准高。工业炉的类型很多，而且结构多样。本调研报告简要叙述石油化工常见几种工业炉工作原理、结构型式、所用材料及初步设计概算的编制。 一、工业炉知识简介 工业炉是在工业生产中，利用燃料燃烧或电能转化的热量，将物料或工件加热的热工设备。 (一) 工业炉在生产工艺过程中的作用 在石油化工生产工艺过程中，介质(物料)的化学反应较为复杂，如石油烃类的裂解过程，除裂解反应外，还伴随着脱氢、异构化、环化、缩合、迭合等反应的发生。按其不同的工艺性能要求，工业炉在石油化工生产过程中的作用可归纳如下： 1．加热介质，使其达到所需要的温度后以满足下一工艺过程的需要，发生物理变化和相态转变（由液态变为气态）。一般称为纯加热用加热炉。 2．加热某种介质，使其达到化学反应所需的温度，或者在触媒的作用下进行化学反应。一般称为加热反应用加热炉。 (二)工业炉的分类 石油化工行业工业炉的类型较多，按其外型结构特征及加热工艺过程不同可划分为五大类： 1．管式加热炉
按形状分为圆筒炉、立式炉、箱型炉。管式炉炉体一般由钢架及筒体（或箱体）组成，炉内衬有耐火材料和隔热材料，还有炉管系统、炉配件和烟囱等部分。根据其受热形式有纯辐射式和辐射-对流式。管式加热炉是石油化工行业最常用的炉型，以后各节主要围绕管式加热炉展开介绍。 2．立式反应炉 这类炉的炉体基本上是受压容器，如甲烷化炉、中（低）温变换炉、气化炉、二段转化炉等；另一部分类似平顶(底)或锥形顶(底)的常压容器，如沸腾炉、蓄热炉、煤气发生炉等，炉体多数均有复杂的内件和衬耐火材料，催化剂填料等。 3．卧式旋转反应炉 炉体呈卧式旋转筒体，内部装有螺旋输运器或加热炉管，外部有传动及减速装置，如HF旋转反应炉等。 4．带传动、升降投料装置的反应炉 这类炉设备类似容器，但外部有投料提升装置，炉内有内衬或砌筑耐火和隔热材料，如电热炉等。 5．其他工业炉 焚烧炉：用于废气、废液、废渣的焚烧。将其中有害物质经焚烧转化为无害物质排出。如污泥焚烧炉、硫磺回收装置焚烧炉。干燥炉：用于干燥工艺物料。热载体炉：塑料厂用的较多。 (三) 工业炉常用材料 工业炉通常都是由金属和非金属材料制造、安装、砌筑而成。对于由金属壳体或钢架、炉管、各种配件组合的炉体结构，要求能承受相当高的温度、各种介质的腐蚀以及承受一定的压力和荷载，其中，尤以炉管为著。工业炉使用的金属材料种类很多，常用的有普通碳钢、各种耐高温合金钢及不锈钢。此外，对构成工业炉实体的内衬耐火材料、隔热保温材料种类也很多。有耐火砖、不定型耐火材料、耐火纤维、纤维可塑料、岩棉板、微孔硅酸钙制品等。
激光器的热透镜效应讲解
新型光学谐振器和热透镜效应 Thomas Graf Rudolf Weber, and Heinz-P. Weber 应用物理研究所，Beme Sidlerstrasse 5大学，CH - 301 2 Beme，瑞士 概要 激光谐振腔支持稳定的振荡的最大功率范围主要是由活性介质（热）材料常数和冷却方法所决定。通过控制稳定的基本模式操作的功率范围，可以转移到更高的能量，具有特殊的腔设计和腔内光学但稳定范围的宽度不会受到影响。此外，在泵的活性介质强度增加也加剧了非球面元件的热诱导的扭曲。因此，开发新颖的谐振器时，分析这些热效应具有重大意义。我们目前对热诱导的扭曲，一种新型的多棒激光腔，变量配置的谐振器（VCR）进行分析。对热效应进行了数值模拟和实验的研究。我们目前对各种抽水和冷却方案进行比较后发现复合棒端面泵浦激光器提供最有效的冷却。VCR被开发调控基本模式激光器的功率范围。由于其能力作为法布里- 珀罗谐振器，它克服了稳定性与传统的多棒谐振器相关的问题，并允许一个新的Q开关技术作为一种环形腔运行。 关键词：固态激光器，二极管泵浦激光器，光学谐振器，热透镜效应，热致双折射。 1.介绍 二极管泵浦固态激光器，有着广泛的工业和科学应用。二极管激光器价格的不断下降，应用正在扩展到高功率范围。此外，泵浦方式的改善使二极管激光辐射高效和紧聚焦到激光材料。由于大量吸收功率，这将导致强烈的局部加热。因此，在固态激光材料的热效应已经获得了相当高功率，半导体激光泵浦全固态激光器作为一个发展中的关键问题的重要性被提高。 选中激光材料后，热效应只与冷却的方法有关，然后必须采用适当的谐振器设计。我们在下面的实验和数值调查报告二极管激光的热效应泵浦全固态激光器和特殊的光学谐振器的发展。热透镜效应和应力引起的双折射用于比较四种不同的冷却技术。完全验证的数值有限元（FE）代码，它也适用于区分不同的热透镜效应的贡献- 比如弯曲的表面和折射率变化与温度和应力性曲折分析高功率激光器的功率调整的极限。进一步的功率调节功能则需要使用更长的侧面泵浦激光棒多棒谐振器的使用。多棒谐振器特别适合规模在几十瓦的顺序输出功率，高光束质量的激光器的输出功率。在这种情况下，热扭曲分发到几个激光棒，在同一个腔泵的功率降低。我们报告一个独特的激光谐振腔，变量配置的谐振器（VCR），他具有反向泵浦多棒谐振器的可调性。特别是录像机的稳定性能与传统的多棒的法布里- 珀罗谐振解决了严重的稳定性问题，并允许一个新的Q开关技术。在下面的章节中，我们将首先考虑球面镜片的近似热引起的扭曲，并讨论TEM0模式激光器的规定下能量的限制。 我们对不同的激光棒的冷却方法进行了比较。热致双折射所造成的损失在短期内第3节中讨论。
激光器的分类
激光器的分类 自从上世纪60年代以来，激光器已经发展出了众多类型，主要包括不同的工作介质、不同的脉宽，因此我们按照激光器的工作介质和输出脉冲两个思路对目前主要的激光器进行分类，并且介绍相关的激光术语。 按激光工作介质，激光器可以分为固体激光器、气体激光器、半导体激光器、光纤激光器、染料激光器和自由电子激光器。 固体激光器(晶体，玻璃)：在基质材料中掺入激活离子而制成，都是采用光泵浦的方式激励。 1）钕玻璃激光器：在玻璃中掺入稀土元素钕做工作物质， 输出波长：λ=1.053μm 2）红宝石激光器： 输出波长：λ=694.3nm， 输出线宽：?λ=0.01～0.1nm 工作方式：连续，脉冲 3）掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)：YAG晶体内掺进稀土元素钕，
输出波长：λ=1064nm,914nm,1319nm 工作方式：连续，高重复率脉冲 连续波可调谐钛蓝宝石激光器： 输出波长：λ=675～1100nm 气体激光器：在单色性/光束稳定性方面比固体/半导体/液体激光器优越，频率稳定性好，是很好的相干光源，可实现最大功率连续输出，结构简单，造价低，转换效率高。谱线丰富，多达数千种(160nm--4mm)。 工作方式：连续运转(大多数) 1）氦-氖激光器： 常用的为λ=632.8nm 根据选择的工作条件激光器可以输出近红外，红光，黄光，绿光 (λ=3.39μm,1.15μm) 2）CO2激光器：λ=10.6μm 3）氩离子气体激光器：λ=488nm,514.5nm 4）氦-镉激光器：波长为325nm的紫外辐射和441.6nm的蓝光 5）铜蒸汽激光器：波长510.5nm的绿光和578.2nm的黄光 6）氮分子激光器：紫外光，常见波长：337.1nm，357.7nm 半导体激光器：由不同组分的半导体材料做成激光有源区和约束区的激光器；体积最小，重量最轻，使用寿命长，有效使用时间超过10万小时。工作物质包括GaAS(砷化镓)，InAS(砷化铟)，Insb(锑化铟)，CdS(硫化镉)。 输出波长范围：紫外，可见，红外 DFB半导体激光器，
工业炉期中考试题
工业炉期中考试内容集锦 选择填空 （1）在等温条件下，流体因为受到压力不同，体积发生变化的特性，称为压缩性；在等压条件下，流体由于温度不同引起体积变化的特性，称为膨胀性。 （等压性，压缩性，体积比，膨胀性，压力比，过余温度比） （2）一般情况下，液体随着温度升高，粘度降低。气体随温度升高，粘度升高。（不变，升高，降低，线性变化，非线性变化） （3）在与黑体保持热平衡条件下，任何物体辐射能力与对黑体辐射吸收率的比值，等于同温度下黑体辐射能力。 （同温度下黑体辐射能力，对比温度下的辐射能力，同温度下灰体辐射能力，平衡条件下黑体辐射能力） （4）诺模图是1947 年海斯勒提出的，为后人进行一维非稳态导热计算提供了非常宝贵而方便的图表。 （1897，1939，1942，1947，1951，海斯勒，霍尔曼，贝尔特，雷格斯） （5）工业炉炉膛内压力的近似计算，炉气压力的测量等，都须运用流体静力学原理。（流体力学，流体静力学，流体动力学，湍动力学） （6）流体的粘性是流体运动时内部产生摩擦力的特性表现。 （结合力，粘滞力，摩擦力，质量力） （7）伯努利方程的应用条件之一有不可压缩流体。 （不可压缩流体，任何流体，可压缩流体，压缩性可忽略的气流，牛顿流体） （8）伯努利方程的应用条件之一是对所取两过流截面之间，应满足无支流、无汇流、连续、稳定流动。 （有支流没有汇流的连续、稳定流动；无支流、无汇流、连续、稳定流动；有汇流没有支流的连续、稳定流动，任取截面的连续稳定流动） （9）变截面多层圆筒壁稳态导热量的计算，在最外层与最内层表面积之比小于等于2 的条件下可以应用等截面多层平壁的稳态导热计算公式。 （最外层与最内层表面积之比小于等于2时；本层外表面积与内表面积之比小于等于2时）（10）有效辐射是指本身的辐射与反射投入辐射之和。（吸收投入辐射向外的辐射；本身的辐射与反射投入辐射之和；所有的反射能量之和；自身辐射减去反射的能量） （11）在对流传热计算中，常用的准则数是Re，Gr，Pr，Nu 。（Eu；Re；Gr；Pr；Fo；Bi；Nu） （12）物体黑度越大，辐射能力越大，吸收能力越大。 （越小；越大；不一定；随温度改变；随反射能力和透过能力改变） （13）重力作用下的流体平衡方程的能量意义，可以通过kJ/N；kJ/kg 量纲来表达分析。 （kJ/N；kJ/m3；kg/kg；kJ/kg；kg/kmol；W） (14) 不论外来辐射是否来自黑体，也不论与黑体是否处于热平衡状态，灰体吸收率始终等于同温度下的黑度。 (同温度下黑体的吸收率；同温度下的黑度；同温度下的透过率；同时刻的吸收率；同时刻的黑度) （15）烟气的黑度主要取决于烟气的颜色。 （燃料的清洁度；CO2和H2O汽的组分；烟气的颜色；燃料的燃尽率） （16）烟囱的高度主要取决于烟囱的抽力。
工业炉施工方案样本
工业炉施工方案 2.4. 3.1安装顺序 2.4. 3.2材料检验 ( 1) 钢结构所用的材料应符合设计文件的要求, 并应附有出厂质量证明书。 ( 2) 钢结构所用连接件( 螺栓、螺母、垫片等) 的材料和规格应符合设计文件的要求。 ( 3) 施工中材料的代用, 必须取得设计单位的同意。 ( 4) 炉管在使用前必须进行外观检查, 内外表面应平整, 不得有裂缝、折迭、轧折、离层、发纹、结疤等缺陷, 并不应有严重锈蚀。炉管端部应切成直角, 并清除毛刺。 ( 5) 有出厂质量证明书的炉管, 可不进行化学成分分析和机械性能
试验。无出厂质量证明书的炉管, 必须进行化学成分分析和机械性能试验, 其数据应符合标准规定。 ( 6) 合金钢管应作光谱检查。 ( 7) 燃烧器、门类按图样及有关标准进行验收。 2.4. 3.3结构预制 ( 1) 型钢拼接接头的位置应错开节点300mm以上; ( 2) 平端盖表面平面度偏差不应大于4mm; ( 3) 圆形或弧形的钢构件用弧长不小于1500mm的弧形样板检查, 间隙不应大于2mm; ( 4) 圆形构件的周长偏差不应大于周长的 2.5/1000.且不应大于18mm; ( 5) 筒节纵焊缝对口错边量, 不应大于1/10δn, 且不应大于3mm; ( 6) 筒节因焊接在环向形成的棱角E, 用弦长等于1/6设计内直径Di且不应小于300mm的内样板或外样板检查, 其值不应大于( δ/10+2) mm且不应大于5mm; ( 7) 立柱直线度偏差不应大于长度的1/1000, 且不应大于10mm; ( 8) 梁的直线度偏差不应大于长度的1/1000, 且不应大于8mm。 2.4. 3.4钢结构组装 ( 1) 组装方法: 炉筒体组装在预制平台上组对, 焊接采用6名焊工对称施焊; ( 2) 筒体环缝对口错边量不应大于壁厚的2.5/1000; ( 3) 筒体因焊接在轴向形成棱角, 用长度不小于300mm的检查尺
激光的发明及广泛应用讲解
激光的发明及广泛应用摘要：激光器的发明是20世纪科学技术有划时代意义的一项成就。从近代一开始，激光理论、激光器件、激光应用各方面的研究广泛开展，各种激光器如雨后春笋一般涌现。几十年来，激光科学成果累累，已成为影响人类社会文明的又一重要因素。 关键字：受激辐射粒子数反转放大器 1960年5月16日，世界上第一个激光器——红宝石激光器发出了一束神奇的光，它的名字叫“激光”。最初中文的名称叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译。LASER是英文“受激辐射的光放大”的缩写。 什么叫做“受激辐射”？他基于伟大的科学家爱因斯坦在1916年提出了的一套全新的理论。这一理论是说在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。 普朗克的能量子假说和爱因斯坦的光量子理论为量子电子学的发展奠定了基础。特别是爱因斯坦1916年对辐射
理论的分析，为激光提供了理论基础。 而美国马萨诸塞州坎布里奇的麻省理工学院的汤斯（CharlesH．Townes，1915—）也为此做出了不可磨灭的贡献。他研究的是微波和分子之间的相互作用。他计算出把分子束系统的高能态与低能态分开，并使之馈入腔中的条件。他还考虑到腔中应充有电磁辐射以便激发分子进一步辐射，从而提供了反馈，保持持续振荡。 这时拍赛尔和庞德在哈佛大学已经实现了粒子数反转，不过信号太弱，人们无法加以利用。当时人们已经认识到，粒子数反转是放大的必要条件。汤斯认为是粒子没有办法放大。他一直在苦思这个问题。他设想如果将介质置于诸振腔内，利用振荡和反馈，也许可以放大。汤斯很熟悉无线电工程，所以别人没有想到的，他先想到了。 汤斯开始按他的新方案进行工作。这个组的成员有博士后齐格尔（H．J．Zeiger）和博士生戈登（J．P．Gordon）。后来齐格尔离开哥伦比亚，由中国学生王天眷接替。汤斯选择氨分子作为激活介质。这是因为他从理论上预见到，氨分子的锥形结构中有一对能级可以实现受激辐射，跃迁频率为23870 MHz。氨分子还有一个特性，就是在电场作用下，可以感应产生电偶极矩。氨的分子光谱早在1934年即有人用微波方法作出了透彻研究。1946年又有人对其精细结构作了观察，这都为汤斯的工作奠定了基础。
激光器的分类介绍
激光器的分类介绍 实际应用的激光器种类很多，如以组成激光器的工作物质来说可分为气体激光器、液体激光器、固定激光器、半导体激光器、化学激光器等。在同一类型的激光器中又包括有许多不同材料的激光器。如固体激光器中有红宝石激光器、钇铝石榴石（Nd：YAG）激光器。气体型的激光器主要有He-Ne（氦－氖）、CO2及氩离子激光器等。由于工作物质不同，产生不同波长的光波不同，因而应用范围也不相同。最常用而范围广的有CO2laser及Nd：YAG激光。有的激光器可连续工作，如He-Ne laser；有的以脉冲形式发光工作。如红宝石激光。而另一些激光器既可连续工作，又可以脉冲工作的有CO2laser及Nd：YAG laser。 （一）固体激光器 实现激光的核心主要是激光器中可以实现粒子数反转的激光工作物质（即含有亚稳态能级的工作物质）。如工作物质为晶体状的或者玻璃的激光器，分别称为晶体激光器和玻璃激光器，通常把这两类激光器统称为固体激光器。 在激光器中以固体激光器发展最早，这种激光器体积小，输出功率大，应用方便。由于工作物质很复杂，造价高。当今用于固体激光器的物质主要有三种：掺钕铝石榴石（Nd：YAG）工作物质，输出的波长为1.06μm呈白蓝色光；钕玻璃工作物质，输出波长 1.06μm呈紫蓝色光；红宝石工作物质，输出波长为694.3nm，为红色光。主要用光泵的作用，产生光放大，发出激光，即光激励工作物质。 固定激光器的结构由三个主要部分组成：工作物质，光学谐振腔、激励源。聚光腔是使光源发出的光都会聚于工作物质上。工作物质吸收足够大的光能，激发大量的粒子，促成粒子数反转。当增益大于谐振腔内的损耗时产生腔内振荡并由部分反射镜一端输出一束激光。工作物质有2条主要作用：一是产生光；二是作为介质传播光束。因此，不管哪一种激光器，对其发光性质及光学性质都有一定要求。 （二）气体激光器 工作物质主要以气体状态进行发射的激光器在常温常压下是气体，有的物质在通常条件下是液体（如非金属粒子的有水、汞），及固体（如金属离子结构的铜，镉等粒子），经过加热使其变为蒸气，利用这类蒸气作为工作物质的激光器，统归气体激光器之中。气体激光器中除了发出激光的工作气体外，为了延长器件的工作寿命及提高输出功率，还加入一定量的辅助气体与发光的工作气体相混合。 气体激光器大多应用电激励发光，即用直流，交流及高频电源进行气体放电，两端放电管的电压增压时可加速电子，带有一定能量，在工作物质中运动的电子
激光的原理及激光器分类
激光器的原理及分类 一、基础原理 量子理论认为，所有物质都是由各种微观”粒子”组成,如分子,原子,质子,中子,电子等。在微观世界里,各种粒子都有其固有的能级结构。当一个粒子从高能级掉到低能级时，根据能量守恒定律，它要把两个能级相差部分的能量释放出来，通常这个能量以光和热两种形式释放出来。 二、自发辐射、受激辐射 1、自发辐射 普通常见光源的发光（如电灯、火焰、太阳等地发光）是由于物质在受到外来能量（如光能、电能、热能等）作用时，原子中的电子就会吸收外来能量而从低能级跃迁到高能级，即原子被激发。激发的过程是一个“受激吸收”过程。但是处在高能级（E2)的电子寿命很短（一般为10－8～10－9秒），在没有外界作用下会自发地向低能级（E1）跃迁，跃迁时将产生光（电磁波）辐射。辐射光子能量=E2-E1。过程各自独立、互补关联，所有辐射的光在发射方向上是无规律的射向四面八方，并且频率不同、偏振状态和相位不同。 2、受激辐射 在原子中也存在这样一些特定高能级，一旦电子被激发到这个高能级之上，却由于不满足跃迁的条件，发生跃迁的几率很低，电子能够在高能级上的时间很
长，就所谓的亚稳定状态。但在能在外界光场的照射下发生往下跃迁，并且向下跃迁时释放出一个与射入光场相同的光子，在同一个方向、有同一个波长。这就是受激辐射，激光正是利用这一原理激发出来。 二、粒子数反转 通过受激辐射出来的光子，不仅可以引起其他粒子受激辐射，也可以引起受激吸收。只有在处于高能级的原子数量大于处于低能级原子数时，所产生的受激辐射才能大于受激吸收。但是在自然条件下，原子都是都处于稳定的基态，只能通过技术手段将大量的原子都调整到高能级的状态，才能有多余的辐射向外产生。这个技术叫粒子数反转。 三、光放大过程 通过粒子数反转后，其中一个粒子首先在外界光场的照射刺激下，对外发出了一个光子，这个光子又刺激其他粒子再次对外发射光子，并且方向相同，波长
工业炉施工方案
工业炉施工方案 2.4. 3.1安装顺序 2. 4.3.2材料检验 （1）钢结构所用的材料应符合设计文件的要求，并应附有出厂质量证明书。 （2）钢结构所用连接件（螺栓、螺母、垫片等）的材料和规格应符合设计文件的要求。 （3）施工中材料的代用，必须取得设计单位的同意。 （4）炉管在使用前必须进行外观检查，内外表面应平整，不得有裂缝、折迭、轧折、离层、发纹、结疤等缺陷，并不应有严重锈蚀。炉管端部应切成直角，并清除毛刺。 （5）有出厂质量证明书的炉管，可不进行化学成分分析和机械性能试验。无出厂质量证明书的炉管，必须进行化学成分分析和机械性能试验，其数据应符合标准规定。 （6）合金钢管应作光谱检查。 （7）燃烧器、门类按图样及有关标准进行验收。 材料验基础验筒体组对流段结构安装 炉顶及烟道的预制、安装（包括耐热辐射段炉管预制、炉管整体炉底结构安 对流段炉管预制、 对流段炉管 辐射段结构安装 辐射段炉管安装 炉体辐射段筑炉 平台梯子安装 附件安装
2.4. 3.3结构预制 （1）型钢拼接接头的位置应错开节点300mm以上； （2）平端盖表面平面度偏差不应大于4mm； （3）圆形或弧形的钢构件用弧长不小于1500mm的弧形样板检查，间隙不应大于2mm； （4）圆形构件的周长偏差不应大于周长的2.5/1000.且不应大于18mm； （5）筒节纵焊缝对口错边量，不应大于1/10δn，且不应大于3mm； （6）筒节因焊接在环向形成的棱角E，用弦长等于1/6设计内直径Di且不应小于300mm的内样板或外样板检查，其值不应大于（δ/10+2）mm且不应大于5mm； （7）立柱直线度偏差不应大于长度的1/1000，且不应大于10mm； （8）梁的直线度偏差不应大于长度的1/1000，且不应大于8mm。 2.4. 3.4钢结构组装 （1）组装方法：炉筒体组装在预制平台上组对，焊接采用6名焊工对称施焊； （2）筒体环缝对口错边量不应大于壁厚的2.5/1000； （3）筒体因焊接在轴向形成棱角，用长度不小于300mm的检查尺检查，其值不应大于（δn/10+2）mm且不应小于5mm； （4）组装对接时相邻筒节的纵焊缝之间的距离不应小于100mm，筒节长度不应小于300mm； （5）法兰的筒节或箱体、法兰面应与筒节或箱体轴线垂直，其允许偏差为法兰外径的1/100，且不应大于3mm； （6）筒体组装后的偏差应符合规范及图纸规定。 2.4. 3.5钢结构安装 （1）基础复查 1）形尺寸、标高，表面平整度及纵、横轴线间距等符合图样要求，其尺寸允许偏差应符合下表规定： 基础尺寸允许偏差（mm）
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：
典型激光器介绍
典型激光器的原理、特点及应用 摘要：本文介绍了四种典型的激光器，固体、气体、染料和半导体激光器，并分别介绍了特点及应用。 关键词：典型激光器，原理和特点，应用 一、引言 自梅曼发明了第一台红宝石激光器至今，激光器得到了飞速发展，在激光工作物质方面也得到了很大的改进，激光器根据激活媒质可分为固体、气体、染料和半导体激光器。各类激光器各有特色，并在相关的领域里发挥着重要的作用。 二、固体激光器 固体激光器是以掺杂离子的绝缘晶体或玻璃作为工作物质的激光器，基本上都是由工作物质、泵浦系统、谐振腔和冷却、滤光系统构成的。最常采用的固体工作物质仍然是红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝石榴石(Nd3＋：Y AG)等三种。图1是固体激光器的基本结构示意图。 图1 固体激光器的基本结构示意图 1．红宝石(Cr3＋：A12O3) 红宝石是在三氧化二铝(A12O3)中掺入少量的氧化铬(Cr2O3)生长成的晶体。它的吸收光谱特性主要取决于铬离子(Cr3＋)，铬离子与激光产生有关的能级结构如图2所示。它属于三能级系统，相应于图（1-3）的简化能级模型，其激发态E3为4F1和4F2能级，激光上、下能级E2和E1分别为2E和4A2。它的荧光谱线有两条：R1线和R2线，在室温下对应的中心波长分别为694.3nm和692.9nm。由于R1线的辐射强度比R2大，在振荡过程中总占优势，所以通常红宝石激光器产生的激光谱线均为R1线(694.3nm)。
红宝石激光器的优点是机械强度高，容易生长大尺寸晶体，容易获得大能量的单模输出，输出的红颜色激光不但可见，而且适于常用硅探测器探测。红宝石激光器的主要缺点是阈值高和温度效应非常严重。随着温度的升高，激光波长将向长波长方向移动，荧光谱线变宽，荧光量子效率下降，导致阈值升高，严重时会引起“温度猝灭”。因此，在室温情况下，红宝石激光器不适于连续和高重复率工作，但在低温下，可以连续运转。目前在医学方面和动态全息方面还有应用价值。 2．掺钕钇铝石榴石(Nd 3＋：YAG) 这种工作物质是将一定比例的A12O 3、Y 2O 3，和Nd 2O 3在单晶炉中进行熔化，并结晶而成的，呈淡紫色。它的激活粒子是钕离子(Nd 3＋)，Nd 3＋与激光产生有关的能级结构如图3所示。它属于四能级系统。其激光上能级E 3为4F 3/2，激光下能级E 2为4I 13/2、4I 11/2，其荧光谱线波长为1.35μm 、1.06μm ，4 I 9/2相应于基态E 1。由于1.06μm 比1.35μm 波长的荧光强约4倍，所以在激光振荡中，将只产生1.06μm 的激光。 图3 Nd 3＋：Y AG 的能级结构 Y AG 激光器的突出优点是阈值低和具有优良的热学性质，这就使得它适于连续和高重图2 红宝石中铬离子的能级结构
工业炉现状及节能潜力分析
根据集团公司的要求，北京北方节能环保有限公司从2010年至2013年先后对47家企业进行了51次能源审计。在能源审计过程中采取了现场测试、现状核查、调阅资料等方式，获取了详实的资料和数据。为推动各单位能效提升，我们对各企业的普遍存在的节能潜力和可以采取的措施进行了整理，将陆续刊登工业炉、工业锅炉、电机、热力系统等方面的内容供各企业参考。 集团公司工业炉现状及节能潜力分析 陈操史建东 摘要：工业炉窑是对物料进行加热，并使其发生物理和化学变化的工业加热 设备，工业炉窑常统称为“工业炉”。本文对集团公司工业炉情况进行了统 计整理和评价，列示了国家的相关政策和要求，分析了燃气炉、电加热炉使 用中存在的问题，计算了节能潜力和采取节能技术产生的节能量与节能效 益。 主题词：工业炉节能潜力节能效益 1. 集团公司工业炉现状 1.1 数量及分布情况 通过数据核查，47家共有各类工业炉窑2082台，按照供热方式分为燃气工业炉和电阻工业炉两大类，其中40m3/h以上燃气工业炉454台，30kW以上电阻工业炉1628台，广泛分布于装甲车辆、火炮、机械加工、箭弹等多种生产领域，少量分布于火炸药、火工药剂、光电等生产领域。 按炉型结构分：台车炉、室（箱）式炉、井式炉、推杆炉、步进炉、
悬挂炉、辊底炉、环形炉、干燥炉、烘干室等十多个种类，按用途主要分为：热处理、锻造加热、熔炼、喷涂烘干四大类。其中热处理炉和加热炉是工业炉的主要组成部分，分别占行业工业炉总比例的55.10%和18.13%。 1.2 能源消耗情况 集团公司工业炉的能源结构主要是以天然气和电为主。根据企业上报数据进行统计分析，454台燃气工业炉2012年累计消耗天然气8312.14万立方米，折10.09万吨标煤；1628台电阻工业炉合计加热功率30.32万千瓦，负荷率约70%，理论年消耗电量63672万千瓦时，折7.83万吨标煤。工业炉窑年能源消耗合计17.92万吨标煤，是集团公司各企业消耗能源的主要设备。 1.3 整体性评价 目前，集团公司针对工业炉窑展开的节能工作已经起步，部分企业能够引进新技术、新材料，积极进行炉窑节能改造，通过技术升级实现了节能降耗的效果。如：北重集团、哈尔滨第一机械集团、辽沈集团、江麓集团等一批企业成功的在大批燃气工业炉上应用了蓄热式燃烧和全温段换向技术，烟气排放温度低于150℃，烟气余热得到了高效回收，节能效果显著。以辽沈集团为例，采用EPC模式对3台天然气锻造加热炉进行了蓄热式燃烧改造，锻件平均单耗下降了60%以上。 但多数企业目前对工业炉窑的节能仍缺乏足够的认识，对国内炉窑的技术发展状况和新技术缺乏前瞻性研究和长远规划，缺少相应技术储备，工业炉窑整体结构老旧，普遍存在两低一高现象（余热回收率低、热效率低、能耗高），节能状况不容乐观。
激光器原理及其应用讲解
激光器原理及其应用 应用化学0402班宋彬 0120414450201 摘要由于激光器具备的种种突出特点，因而被很快运用于工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、医疗、军事等各方面，并在许多领域引起了革命性的突破。关键词激光器激光工作物质激励(泵浦系统光学共振腔分类及应用 正文： 激光器 laser 能发射激光的装置。1954年制成了第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。1958年A.L. 肖洛和C.H. 汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围，并指出了产生激光的方法。1960年T.H. 梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。1961年A. 贾文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N. 霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。以后，激光器的种类就越来越多。按工作介质分，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。近来还发展了自由电子激光器，其工作介质是在周期性磁场中运动的高速电子束，激光波长可覆盖从微波到X 射线的广阔波段。按工作方式分，有连续式、脉冲式、调Q 和超短脉冲式等几类。大功率激光器通常都是脉冲式输出。各种不同种类的激光器所发射的激光波长已达数千种，最长的波长为微波波段的0.7毫米，最短波长为远紫外区的210埃，X 射线波段的激光器也正在研究中。 除自由电子激光器外，各种激光器的基本工作原理均相同，装置的必不可少的组成部分包括激励（或抽运）、具有亚稳态能级的工作介质和谐振腔（见光学谐振腔）3部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位，从而实现光放大。谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的定向性和相干性。
工业炉设计
目录 序言 (3) 热处理电阻炉设计 (5) 一．设计任务 (5) 二．炉型的选择 (6) 三．确定炉体结构和尺寸 (6) 1．炉膛尺寸的确定 (6) 2．炉衬材料及厚度的确定 (6) 四．砌体平均表面积计算 (7) 1．砌体外廓尺寸 (7) 2．炉墙平均面积 (7) 3．炉底平均面积 (8) 4．炉顶平均面积 (8) 五．计算炉子功率 (8) 1．根据经验公式计算炉子功率 (8) 2．根据热平衡计算炉子功率 (9) 1)加热工件所需的热量Q件 (9) 2)通过炉身的热损失Q散 (9) 3)整个炉体的散热损失 (14) 4)开启炉门的辐射损失 (14) 5)开启炉门溢气损失 (15) 6)加热控制气体所需热量Q控 (16) 7)其它热损失 (16) 8)热量总支出 (16) 9)炉子的安装总功率 (16)
六．炉子热效率计算 (16) 1. 正常工作时的效率 (17) 2. 在保温阶段，关闭炉门时的效率 (17) 七．炉子空载功率计算 (17) 八．空炉升温时间计算 (17) 1．炉墙及炉顶蓄热 (17) 2．炉底蓄热计算 (19) 3．炉底板蓄热 (20) 九．功率的分配与接线 (20) 十．电热元件材料选择及计算 (21) 1．求1000℃时电热元件的电阻率 (21) t 2．确定电热原件表面功率 (21) 3．每组电热元件功率 (21) 4．每组电热元件端电压 (21) 5．电热元件直径与质量 (22) 6．电热元件的总长度和总重量 (22) 7．校核电热元件表面负荷 (22) 8．电热元件在炉膛内的布置 (23) 十一．使用说明 (24) 十二．总结 (25) 十三．参考文献 (26)
工业炉窑分类
附表19： 工业炉窑分类编码 工业炉窑按炉类可分为15个类别，每一类别中又分为一些小的类别，详见表1工作炉窑分类代码表。其编码规则如下： 第一、二位数字为01-19，表示工业炉窑按炉类分为15类。从01类开始，按类别顺序排序，中间预留一些空码。 第三位数字为0-9，其中1-9表示工业炉窑类中的小类。从1开始，按每一类中的小类顺序排序。对每一类别的第三位数字补零，即“0”。 表1 工业炉窑分类代码表 代码 工业炉窑类别 代码 工业炉窑类别 010 熔炼炉 071 电石炉 011 高炉 072 煅烧炉 012 炼钢炉混铁炉 073
沸腾炉 013 铁合金熔炼炉079 其他化工炉014 有色金属熔炼炉 080 烧成窑 020 熔化炉 081 水泥窑 021 钢佚熔化炉082 石灰窑 022 有色金属熔化炉083
耐火材料用炉 023 非金属熔化炉、冶炼炉084 日用陶瓷窑 024 冲天炉 085 建筑卫生陶瓷窑 030 加热炉 086 砖瓦窑 031 钢铁连续加热炉 087 搪瓷烧成窑 032 有色金属加热炉
088 其他烧成窑 033 钢铁间隙加热炉 090 干燥炉（窑）034 均热炉 091 铸造干燥炉（窑）035 非金属加热炉092 水泥干燥炉（窑）039 其他加热、保温炉099 其他干燥炉（窑） 040 石化用炉
100 熔煅烧炉（窑）041 管式炉 110 电弧炉 042 接触反应炉 120 感应炉（高温冶炼）043 裂解炉 130 炼焦炉 049 其他石化炉 131 煤炼焦炉 050
热处理炉（<1000℃）132 油炼焦炉 051 钢铁热处理炉 140 焚烧炉 052 有色金属热处理炉141 固废焚烧炉 053 非金属热处理炉 142 碱回收炉 054 其他热处理炉 143 焚尸炉 060
激光技术 答案讲解
考试时间：12月17日 19:00—21:00 考试地点：思源楼411，412， 座位安排：学号03211138-05231022在411教室，05231144—06292044在412教室 第一章作业（激光技术--蓝信鉅，66页）答案 2．在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个1／4波片，（1）它的轴向应如何设置为佳? （2）若旋转1／4波片，它所提供的直流偏置有何变化? 答：（1）. 其快、慢轴与晶体主轴x 轴成450角（即快、慢轴分别与x’、y’轴平行）。此时，它所提供 的直流偏置相当于在电光晶体上附加了一个V 1/4的固定偏压(E x’和E y’的附加位相差为900)；使得调制器在透过率T=50%的工作点上。 （2）. 若旋转1／4波片，会导致E x’和E y’的附加位相差不再是900；因而它所提供的直流偏置也 不再是V 1/4。当然调制器的工作点也偏离了透过率T=50%的位置。 3.为了降低电光调制器的半波电压，采用4块z 切割的KDP 晶体连接(光路串联、电路并联)成纵向串联式结构。试问：(1)为了使4块晶体的电光效应逐块叠加，各晶体的x 和y 轴取向应如何? (2) 若λ=0.628μm ，n 。＝1.51，γ63＝23.6×10—12m ／V ，计算其半波电压，并与单块晶体调制器比较之。 解：(1) 为了使晶体对入射的偏振光的两个分量的相位延迟皆有相同的符号，则把晶体x 和y 轴逐块旋转90安置，z 轴方向一致（如下图）， (2).四块晶体叠加后，每块晶体的电压为： v 966106.2351.1210628.0412n 41V 41V 123-663302' 2=?????=?==-γλλλ 而单块晶体得半波电压为： v 3864106.2351.1210628.02n V 123-6 63302 =????==-γλλ 与前者相差4倍。 4．试设计一种实验装置，如何检验出入射光的偏振态(线偏光、椭圆偏光和自然光)，并指出是根据什么现象? 如果一个纵向电光调制器没有起偏器，入射的自然光能否得到光强调制?为什么？ 解：（1）实验装置：偏振片和白色屏幕。 a. 在光路上放置偏振片和白色屏幕，转动偏振片一周，假如有两次消光现象，则为线偏振光。 b. 在光路上放置偏振片和白色屏幕，转动偏振片一周，假如光强有两次强弱变化（但无消光现象发生）；则为椭圆偏振光。 c. 在光路上放置偏振片和白色屏幕，转动偏振片一周，假如光强没有变化；则为自然光（或圆偏振光）。区分二者也不难，只需在偏振片前放置一个四分之一波片（可使圆偏振光变为线偏振光， 可出现a 的现象）即可。（这里自然光却不能变成线偏振光） （2）自然光得不到调制。原因是自然光没有固定的偏振方向，当它通过电光晶体后没有固定的位相差； 因而不能进行调制。 x y z x y z x y z x y z
激光内雕设备激光器的种类、特点讲解
激光内雕设备激光器的种类、特点 一、教学目标 1、掌握激光内雕设备激光器的种类 2、了解激光内雕设备激光器的特点 二、激光内雕设备激光器的种类、特点 激光内雕指的是对水晶等玻璃制品表面及体内文字、图形、图像的雕刻。其制作的各类水晶玻璃工艺品具有晶莹剔透、冰清玉洁超凡脱俗的视觉形象，浸透出高贵典雅的艺术魅力。 作为一代新型的工艺技术，其经历了如下发展阶段: 第一阶段：内雕机是灯泵式白光机，内雕行业所谓的白光就是肉眼见不到的1 064 nm的红外光，这个波长的光能够用于内雕，但点子过于粗大使内雕的效果比较粗糙，因此图案的分辨率不高。 第二阶段：后经研究发现，1 064 nm的倍频光532 nm在雕刻效果方而优于白光机，而且532 nm的绿光在可见光范围内易于调节，只是多一个倍频晶体而已。因此，在很短的时间内绿光机取代了白光机，进入了内雕加工工业。 第三阶段：随着半导体激光器的发展和应用，灯泵机与半导体泵浦激光内雕机相比，半导体泵浦激光器的优势越来越明显，具体体现如下： (1)灯泵机耗材多，调节麻烦。 （2)灯泵机速度慢。普通的灯泵机能量低，频率只能达到200 Hz左右，理论最高速度12 000/min要达到较高频率，只能增加灯功率，但会导致散热不足。而半导体激光器的光光转换效率高，能量高，频率能够达到几千赫兹。 现阶段：应用在激光内雕行业的半导体激光器主要分2类:电光调Q激光器和声光调Q激光器。 a.电光调Q方式：由于脉宽窄，峰值功率高，每个脉冲都会达到水品的爆炸点，因此一般的玻璃(钢化玻璃除外)都能打进去，主要应用于水晶内雕行业。但在高频条件下电光调Q不够稳定，其频率一般不超过1 000 Hz。 b.声光调Q方式：峰值功率不高，水晶有杂质部分就可能因为峰值功率达不到爆炸点而漏点，而且，就算对于纯度非常高的水晶，激光器的出光功率也不可能是百分之百稳定，必然有波动，功率较低的时候也可能打不出点，但却能在高频下稳定工作，通常3 000 Hz以上的内雕机都是用声光调Q激光器 课堂小结 本次课学习了激光内雕设备激光器的种类及特点，激光内雕设备激光器灯泵式白光机、绿光机、半导体泵浦激光器三个阶段。 练一练 1、现阶段激光内雕设备中最常用的激光器是？ A二氧化碳激光器 B半导体泵浦激光器 C钕玻璃激光器 D白光机
《工业炉热工与构造》总复习—知识点总结
工业炉热工与构造总复习 1.对炉子的基本要求：（1）能保证加工产品质量达到工艺要求；（2）炉子生产率要高；（3）热效率高，单体产品能耗低；（4）使用寿命长，砌筑和维护方便，筑炉材料消耗少；（5）机械化自动程度高；（6）基建投资少，占车间面积小而且便于布置；（7）对环境造成都污染少。 2.炉子的主要组成部分：（1）炉体及基础（2）热发生装置（3）进出料机构（4）钢结构以及测量和控制仪表（一般为热电偶）等。另：对于燃料炉来说，还应包括燃料和空气供给系统，排烟系统和余热回收装置以及炉子冷却系统等部分。 3.炉子的附属设备有：炉门、窥洞、烟道闸板、烧嘴、余热器等 4.炉子的分类：（1）按工艺特点分有熔炼炉和加热炉两种。（2）按能源种类分有燃料炉和电炉。（3）按工作温度分有：搞温炉（1000摄氏度以上，以辐射传热为主，例如熔炼炉和加热炉）。中温炉（1000-650摄氏度之间辐射和对流传热占一定比例，多用于钢铁热处理）。低温炉（650摄氏度以下，换热方式以对流换热为主，多用于干燥以及有色金属及其合金加热，钢铁及有色金属的回火处理）。（4）按热工操作特点分类：连续操作的炉子，推钢式连续加热炉、步进炉、环形炉、链式炉等；周期操作（或间歇操作）的炉子，均热炉、台车炉、罩式炉、井式炉、反射炉等。（5）按工作制度分类：辐射式工作制度的炉子、对流式工作制度的炉子、层式工作制度的炉子。 5.火焰的基本特征包括：（1）火焰的几何特征；（2）火焰的析热规律；（3）火焰的辐射特性等。 6.火焰的几何特征包括张角、形状和长度；冷等温自由射流的出口张角一般在18-22度，而火焰由于燃烧反应的影响，气流受热胀冷缩后密度下降体积增加，张角也随之增加，能达到34度左右。 7.火焰的析热规律：对于一维流场来说，一般可以认为它服从指数规律，但具体的关系式则各不相同。对于某个炉子上燃烧器的析热规律，由于影响因素太多，要比较准确地知道它的析热规律还需测定燃烧产物中可燃气体的含量并计算其蕴含的可释放热量后求得。 8.火焰的辐射特性：它包括火焰的辐射率和吸收率、火焰的温度以及热流密度。它和燃料的种类、火焰长短、燃烧完全程度等有着密切的关系。火焰在炉内辐射热流动大小还和火焰与被加热物体之间的相对位置有关。 9.按发射率来说火焰亮度很小的叫暗焰，亮度高达叫辉焰。 10.火焰增碳：往纯冷焦炉煤气中加入部分重油，提高了火焰中小碳粒的浓度，使火焰发射率和辐射能力增大的方法。 11.炉内传热分为炉内辐射传热和炉内对流传热。 12.热电偶所测的的温度既不代表炉气温度，也不代表炉衬温度或者金属温度，而是某种意义上的综合温度，是在该种情况下，测温热电偶所反应的温度，即所谓的“炉温”。 13.数学模型的用途有：（1）炉子热工理论的研究；（2）炉子优化设计；（3）炉子热工计算机控制及自动检测。 14.按炉内被加热工件外部传热参数空间特征，可将炉内传热模型分为零维模型、一维模型、二维模型和三维模型。 15.零维模型：这类模型用于模化炉温比较均匀的室内炉。一般希望通过模型求出在已知条件下，炉气、炉墙、工件等等温度随时间的变化规律，并预测工件加热时间或燃料消耗量。 16.一维模型：对于炉长比炉宽大的多的炉子来说，炉气温度沿长方向有明显的变化，而在炉宽及炉高方向炉气温度变化比较小，可以认为是均匀的，这属于一维模型。 17.二维模型：炉长和炉宽方向炉气温度变化明显，而炉高方向可以认为炉气温度是均匀的。 18.三维模型：三个方向的炉气温度都不均匀都要考虑的模型。