系统偏差对激光相干合成效果的影响

激光相干合成研究现状3

1.光纤激光相干合成技术国内外研究现状 从上世纪90年代开始，光纤激光器的出现使得相干合成技术获得了突飞猛进的发展。光纤激光相干合成一经提出便成为激光研究领域的一个新热点，但是光纤激光相干合成技术才刚刚起步，尚处于实验室探索阶段，没有很多现成的方法和结论可以借鉴，目前国内外多家研究机构都开展了相关研究。 光纤相干合成技术的基本原理就是对许多中等功率的激光器施行一定的相干控制，从而得到高功率的、光束质量接近衍射极限的单模激光输出，它的核心就是要控制激光器的相位，从而使输出光场相干。相干合成的基本条件是各阵元激光要满足相同的波长且线宽要窄，光束质量好，单模输出，相位一致，偏振方向相同等。光纤激光相干合成的主要难题是如何使各个子光纤同相位输出，目前已经发展了多种可实现同相位输出的方法和技术。比较常用的光纤激光相干合成技术按其锁相方式可分为主动式锁相相干合成和被动式锁相相干合成，主动式锁相相干合成主要有自适应锁相、自参考锁相和外差锁相三种结构，被动式锁相相干合成则有外腔相干合成、基于超模耦合的干涉仪合成和倏逝波耦合等多种表现形式，图1-1给出了近十年来光纤激光相干合成主要技术方案的分类总表。 下面介绍几种典型的激光相干合成技术方案，并分析这些方案的优缺点及可扩展性。 1 主动式锁相相干合成 主动式锁相相干合成技术是指对各合成阵元的相位进行主动控制，由于要对光纤激光器的相位进行控制，必然会在谐振腔内引入附加的光学原件，因此主动式相干合成一般采用并联主振荡放大结构（Master Oscillator Power Amplifier，MOPA），主振荡器分束后产生一路参考光和多路信号光，各路信号光路中有相位调制器，再经过功率放大器后进行相干合成。这种MOPA结构可以适当避开光纤非线性效应以及光纤损伤等棘手问题，通过相位控制来实现功率合成，因此阵元数和功率扩展性都相对较好。 1.1外差锁相相干合成 2003年，美国Northrop Grummer Space Technology（NGST）公司开发出外差法控制光纤激光相位的专利技术[1-4]，并将其成功用于MOPA结构的光纤放大器相干合成中。2003年，利用4个2W的1080nm光纤放大器列阵获得了同相、线偏振的8W连续激光功率[5]。2004年，

误差理论与数据处理试题范文

误差分析与数据处理 一.填空题 1. ______(3S或莱以特)准则是最常用也是最简单的判别粗大误差的准则。 2. 随机误差的合成可按标准差和______（极限误差）两种方式进行。 3. 在相同测量条件下，对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性称为 ______（重复）性。 4. 在改变了的测量条件下，同一被测量的测量结果之间的一致性称为______（重现）性。 5. 测量准确度是指测量结果与被测量______（真值）之间的一致程度。 6. 根据测量条件是否发生变化分类，可分为等权测量和______（不等权）测量。 7. 根据被测量对象在测量过程中所处的状态分分类，可分为静态测量和_____(动态) 测量。 8. 根据对测量结果的要求分类，可分为工程测量和_____(精密)测量。 9. 真值可分为理论真值和____(约定)真值。 10. 反正弦分布的特点是该随机误差与某一角度成_____(正弦)关系。 11. 在相同条件下，对同一物理量进行多次测量时，误差的大小和正负总保持不变，或按一定的规律变化，或是有规律地重复。这种误差称为______(系统误差)。 12. 在相同条件下，对某一物理量进行多次测量时，每次测量的结果有差异，其差异的大小和符号以不可预定的方式变化着。这种误差称为______(偶然误差或随机误差)。 13. 系统误差主要来自仪器误差、________（方法误差）、人员误差三方面。 14. 仪器误差主要包括_________（示值误差）、零值误差、仪器机构和附件误差。 15. 方法误差是由于实验理论、实验方法或_________（实验条件）不合要求而引起的误差。 16. 精密度高是指在多次测量中，数据的离散性小，_________（随机）误差小。 17. 准确度高是指多次测量中，数据的平均值偏离真值的程度小，_________（系统）误差小。 18. 精确度高是指在多次测量中，数据比较集中，且逼近真值，即测量结果中的 _________（系统）误差和_________（随机）误差都比较小。 19. 用代数方法与未修正测量结果相加，以补偿其系统误差的值称为_____(修正值)。 20. 标准偏差的大小表征了随机误差的_____(分散)程度。 21. 偏态系数描述了测量总体及其误差分布的_____（非对称）程度。 22. 协方差表示了两变量间的_____（相关）程度。 23. 超出在规定条件下预期的误差称为_____(粗大)误差。 24. +=_____（） 25. ++=_____（） 26. （） 28. pH=的有效数字是____(2)位。 29. 保留三位有效数字，结果为____。 30. 为补偿系统误差而与未修正测量结果相乘的数字因子称为______（修正因子）。 一、检定一只5mA、级电流表的误差。按规定，要求所使用的标准仪器产生的误差不大于受检仪器允许误差的1/3。现有下列3 只标准电流表，问选用哪一只最为合适，为什么? （本题10 分） （1）15mA级（2）10mA级（3）15mA级

激光相干性的研究及实验测量

胸痛的临床意义 胸痛(chest pain)指原发于胸部或由躯体其他部位放射到胸部的疼痛。其原因多样，程度不一，且不一定与疾病的部位和严重程度相一致。以急性胸痛、胸部不适为主诉来医院急诊的患者十分常见。虽然没有准确的统计资料，但在我国大中城市的三级甲等医院急诊科，估计这类患者约占5-10%。 胸痛作为多种疾病的首发症状，其中隐匿着一些致命性疾病, 除最常见的急性冠脉综合征（ACS）外，还有近几年被逐步重视的急性肺栓塞（PE）、主动脉夹层等，它们都具有发病急，病情变化快，死亡率高的特点；而早期快速诊断，及时治疗，可以显著改善预后。虽然这些疾病仅占胸痛病人的1/4左右，但由于医务人员受专业知识和检测手段的限制不能将其迅速准确甄别，使得一些具有严重疾病的胸痛患者混于一般病人，延误了救治时间，甚至造成严重后果。因此，及时正确地识别和诊治各种胸痛有着非常重要的临床意义。 由于解剖、生理和心理因素的相互影响，牵扯痛、应激反应及心理暗示等机制的作用，使得许多严重疾病被误以为普通疾病，而相反情况也时有发生。有些可能发生猝死的疾病如ACS、主动脉夹层、肺动脉主干栓塞等与某些非致命性疾病如食管疾病、肺部疾病甚至出疹前的带状疱疹等，同样可有胸痛或胸背部不适。 胸痛的病因鉴别至少包括以下常见疾病： 1、胸壁病变： 皮肤及皮下组织急性炎症；带状疱疹；肋间神经炎；肋间神经肿瘤；流行性胸痛；肋软骨炎。 2、胸腔脏器病变： 心绞痛，包括稳定性和不稳定性；急性心肌梗死；主动脉夹层；急性心包炎；心脏神经官能症；急性胸膜炎；自发性气胸；急性肺栓塞；纵隔肿瘤；食管疾患，包括急性食管炎、食管周围炎、食管癌等。 3、腹部脏器疾病： 膈下脓肿、细菌性肝脓肿、肝癌、肝淤血、胆石症等可有右下胸疼痛，常向右肩放射；急性胰腺炎、脾梗死时可伴左下胸痛，常向左肩放射。 由此可见，胸痛作为多种疾病患者共有的主诉，从颈、胸部到腹部，从皮肤、肌肉、骨骼到神经，从胸廓、肺直至纵隔内脏器，无论炎症、肿瘤、畸形或血管病变，由于牵扯痛或病变侵袭都可以出现酷似心绞痛的症状。在急诊科，常见有疑似ACS胸痛症状的患者，最后诊断为“良性疾病”，如食管弥漫性痉挛、胃食管反流、食管憩室、食管炎、胆石症、胆囊炎和膈疝等，脊柱疾病如胸椎肿瘤或结核，胸壁组织疾病如肋间神经痛、肋软骨炎、未出现疱疹前之带状泡疹等，这些疾病虽不致命但须识别。需要在急诊室立即开始治疗的急症，如AMI、气胸等更需及时检出。 存在的问题及对策

测量误差及其合成汇总

目录 一、测量误差及分类 (2) 1.1测量误差概述 (2) 1.2 测量误差分类 (2) 二、测量误差的合成 (5) 2.1 随机误差的合成 (5) 2.2 系统误差的合成 (7) 2.3 系统误差与随机误差的合成 (11)

测量误差及误差合成 一、测量误差及分类 1.1测量误差概述 测量工作中，尽管观测者按照规定的操作要求认真进行观测，但在同一量的各观测值之间，或在各观测值与其理论值之间仍存在差异。例如，对某一三角形的三个内角进行观测，其和不等于180°；又如所测闭合水准路线的高差闭合差不等于零等，这说明观测值中包含有观测误差。研究观测误差的来源及其规律，采取各种措施消除或减小其误差影响，是测量工作者的一项主要任务。 观测误差产生的原因主要有以下三个方面: 1．观测者 由于观测者感觉器官鉴别能力有一定的局限性，在仪器安置、照准、读数等方面都产生误差。同时观测者的技术水平、工作态度及状态都对测量成果的质量有直接影响。 2．测量仪器 每种仪器有一定限度的精密程度，因而观测值的精确度也必然受到一定的限度。同时仪器本身在设计、制造、安装、校正等方面也存在一定的误差，如钢尺的刻划误差、度盘的偏心等。 3．外界条件 观测时所处的外界条件，如温度、湿度、大气折光等因素都会对观测结果产生一定的影响。外界条件发生变化，观测成果将随之变化。 述三方面的因素是引起观测误差的主要来源，因此把这三方面因素综合起来称为观测条件。观测条件的好坏与观测成果的质量有着密切的联系。 1.2 测量误差分类 观测误差按其对观测成果的影响性质，可分为系统误差和随机误差两种。

（1）系统误差 在相同的观测条件下作一系列观测，若误差的大小及符号表现出系统性，或按一定的规律变化，那么这类误差称为系统误差。例如，用一把名义为30m长、而实际长度为30.02m的钢尺丈量距离，每量一尺段就要少量2cm，该2cm误差在数值上和符号上都是固定的，且随着尺段的倍数呈累积性。系统误差对测量成果影响较大，且一般具有累积性，应尽可能消除或限制到最小程度，其常用的处理方法有： 1．检校仪器，把系统误差降低到最小程度。 2．加改正数，在观测结果中加入系统误差改正数，如尺长改正等。 3．采用适当的观测方法，使系统误差相互抵消或减弱，如测水平角时采用盘左、盘右现在每个测回起始方向上改变度盘的配置等。 （2）随机误差 在相同的观测条件下作一系列观测，若误差的大小及符号都表现出偶然性，即从单个误差来看，该误差的大小及符号没有规律，但从大量误差的总体来看，具有一定的统计规律，这类误差称为偶然误差或随机误差。例如用经纬仪测角时，测角误差实际上是许多微小误差项的总和，而每项微小误差随着偶然因素影响不断变化，因而测角误差也表现出随机性。对同一角度的若干次观测，其值不尽相同，观测结果中不可避免地存在着随机误差的影响。 随机误差是由多种因素综合影响产生的，观测结果中不可避免地存在偶然误差，因而随机误差是误差理论主要研究的对象。就单个随机误差而言，其大小和符号都没有规律性，呈现出随机性，但就其总体而言却呈现出一定的统计规律性，

激光主要有四大特性

激光主要有四大特性：激光高亮度、高方向性、高单色性和高相干性 激光的高亮度：固体激光器的亮度更可高达1011W／cm2Sr。不仅如此，具有高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，这就使其可能可加工几乎所有的材料。 激光的高方向性：激光的高方向性使其能在有效地传递较长的距离的同时，还能保证聚焦得到极高的功率密度，这两点都是激光加工的重要条件 激光的高单色性：由于激光的单色性极高，从而保证了光束能精确地聚焦到焦点上，得到很高的功率密度。 激光的高相干性：相干性主要描述光波各个部分的相位关系。正是激光具有如上所述的奇异特性因此在工业加工中得到了广泛地应用。 目前激光已广泛应用到激光焊接、激光切割、激光打孔（包括斜孔、异孔、膏药打孔、水松纸打孔、钢板打孔、包装印刷打孔等）、激光淬火、激光热处理、激光打标、玻璃内雕、激光微调、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封装、激光修复电路、激光布线技术、激光清洗等 激光加工的特点 由于激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的特性，因此就给激光加工带来如下一些其它方法所不具备的可贵特点 ● 由于它是无接触加工，对工件无直接冲击，因此无机械变形； ● 激光加工过程中无"刀具"磨损，无"切削力"作用于工件； ● 激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有或影响极小。因此，其热影响的区小工件热变形小后续加工最小； ● 由于激光束易于导向、聚焦、实现方向变换，极易与数控系统配合、对复杂工件进行加工因此它是一种极为灵活的加工方法； ● 生产效率高，加工质量稳定可靠，经济效益和社会效益好激光加工的优势 激光具有的宝贵特性决定了激光在加工领域存在的优势： ①由于它是无接触加工，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。 ②它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性、及高熔点的材料。 ③激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件。 ④激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有影响或影响极小。因此，其热影响区小，工件热变形小，后续加工量小。 ⑤它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。 ⑥由于激光束易于导向、聚集实现作各方向变换，极易与数控系统配合，对复杂工件进行加工，因此是一种极为灵活的加工方法。 ⑦使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益好。

激光探测技术讲解

激光探测技术 激光技术用于检测工作主要是利用激光的优异特性，将它作为光源，配以相应的光电元件来实现的。它具有精度高、测量范围大、检测时间短、非接触式等优点，常用于测量长度、位移、速度、振动等参数。当测定对象物受到激光照射时，激光的某些特性会发生变化，通过测定其响应如强度、速度或种类等，就可以知道测定物的形状、物理、化学特征，以及他们的变化量。响应种类有：光、声、热，离子，中性粒子等生成物的释放，以及反射光、透射 激光技术用于检测工作主要是利用激光的优异特性，将它作为光源，配以相应的光电元件来实现的。它具有精度高、测量范围大、检测时间短、非接触式等优点，常用于测量长度、位移、速度、振动等参数。当测定对象物受到激光照射时，激光的某些特性会发生变化，通过测定其响应如强度、速度或种类等，就可以知道测定物的形状、物理、化学特征，以及他们的变化量。响应种类有：光、声、热，离子，中性粒子等生成物的释放，以及反射光、透射光、散射光等的振幅、相位、频率、偏振光方向以及传播方向等的变化。 ◆激光测距 激光测距的基本原理是：将光速为 C 的激光射向被测目标，测量它返回的时间，由此求得激光器与被测目标间的距离 d 。 即：d＝ct/2 式中t-激光发出与接收到返回信号之间的时间间隔。可见这种激光测距的精度取决于测时精度。由于它利用的是脉冲激光束，为了提高精度，要求激光脉冲宽度窄，光接收器响应速度快。所以，远距离测量常用输出功率较大的固体激光器与二氧化碳激光器作为激光源；近距离测量则用砷化镓半导体激光器作为激光源。 ◆激光测长

从光学原理可知，单色光的最大可测长度L与光源波长λ和谱线宽度Δλ的关系用普通单色光源测量，最大可测长度78cm。若被测对象超过 78cm，就须分段测量，这将降低测量精度。若用氦氖激光器作光源，则最大可测长度可达几十公里。通常测长范围不超过10m，其测量精度可保证在 0.1μm 以内。 ◆激光干涉测量 激光干涉测量的原理是利用激光的特性－相干性，对相位变化的信息进行处理。由于光是一种高频电磁波，直接观测其相位的变化比较困难，因此使用干涉技术将相位差变换为光强的变化，观测起来就容易的多。通常利用基准反射面的参照光和观测物体反射的观测光产生的干涉，或者是参照光和通过观测物体后相位发生变化的光之间的干涉，就可以非接触地测量被测物体的距离以及物体的大小，形状等，其测量精度达到光的波长量级。因为光的波长非常短，所以测量精度相当高。 ◆激光雷达 激光雷达是用于向空中发射激光束，并对其散射信号光进行分析与处理，以获知空气中的悬浮分子的种类和数量以及距离，利用短脉冲激光，可以按时间序列观测每个脉冲所包含的信息，即可获得对象物质的三维空间分布及其移动速度、方向等方面的信息。如果使用皮秒级的脉冲激光，其空间分辨率可以达到 10cm以下。激光照射在物体上后，会发生散射，按照光子能量是否发生变化，散射分为弹性散射和非弹性散射两种类型。弹性散射又有瑞利散射和米氏散射之分。相对于激光波长而言，散射体的尺寸非常小时，称为瑞利散射；与激光波长相当的散射，称之为米氏散射。瑞利散射强度与照射激光波长的四次方成反比，所以，通过改变波长的测量方式就可以和米氏散射区别开。相应地，非弹性散射也有拉曼散射和布里渊散射两种。拉曼散射是指光遇到原子或分子发生散射时，由于散射体的固有振动以及回转能和能量的交换，致使散射光的频率发生变化的现象。拉曼散射所表现出的特征，因组成物质的分子结构的不同而不同，因此，将接收的散射光谱进行分光，通过光谱分析法可以很容易鉴定分子种类。所以，通过测量散射光，就可以测定空气中是否有乱气流（米氏散射），以及CO、NO等各种大气污染物的种类及数量（拉曼散射）。由此可见，激光雷达技术在解决环境问题方面占据着举足轻重的位置。

§9-6激光相干性

§9-6 激光的相干性 一、间相干性与空间相干性 在第一章里已讲过了光的干涉，光源的相干性是一个很重要的问题，所谓相干性，也就是指空间任意两点光振动之间相互关联的程度， Q P 1 P 2 （图9－26） 在图9-26中，如果1P 和2P 两点处的光振动之间的位相差是恒定的，那么当1P 和2P 处的光振动向前传播并在Q 点相遇时，这两个振动之间的位相差当然也是恒定的，于是在Q 点将得到稳定的干涉条纹，这时，我们就称1P 和2P 处的光振动为完全在联的，也就是完全相干光，如果1P ，2P 处的光振动之间的位相差是完全任意的，并随时间作无规则的变化，那么在Q 点相遇时，根本不能给出干涉条纹，这时我们称1P ，2P 处的光振动是完全没有关联的，也就是完全非相干光。 由于原子的发光不是无限制地持续的，每一次发光，有一定的寿命，因此它总是有一个平均发光时间间隔，从干涉的角度来讨论问题时，可以很明显地看到，只有在同一光源同一个发光时间间隔内发出的光，经过不同的光程后再在某点相遇时，才能给出干涉图样，所以我们把原子的平均发光时间间隔叫做相干时间，在这里，把这一个相干时间记为H t ?，如果光的速度为c 则H c t ?表示在相干时间内光经过的路程，我们称它为相干长度，记之为H ι?，于是有 H ι?=H c t ? 在迈克耳孙干涉仪中，如图1-19所示，引起干涉的两束光为11a b 和22a b ，这两束光的 光程差即为平面反射镜1M 和'2M 之间的空气薄层的厚度，现在令这厚度为ι?，只有当 H t ι??时，11a b 和22a b 这两束光已经不是发光原子同一次发光中发出的了，它们之间已无恒定的位相差，因而干涉条纹非常模糊，ι?比H t ?大得愈多，干涉条纹愈模糊，甚至完全不能见到，这时11a b 和22a b 是完全不相干光，在这个例子中，我们可以看到，虽然在处理

时间相干性

光波的时间相干性 摘要：该文介绍光的时间相干性的原理，并作了定量分析，得出了相干时间及相干波列长度与干涉条纹清晰度关系的结论。 关键词：相干时间相干长度 从一无限小的点光源发出无限长光波列,用光学方法将其分为两束,再实现同一波列的相遇叠加,得到稳定的干涉条纹,这样的光源称为相干光源。我们知道，任何光源发射的光波只有在有限的空间范围内并且在一定的时间范围内才可以看作是稳定的。即光源向外发射的是有限长的波列，而波列的长度是由原子发光的持续时间和传播速度确定的。 我们以杨氏干涉实验为例讨论，如图所示。光源S发射一列波，被杨 b' a" b a S S' S" P P' a' r r r' r"

氏干涉装置分为两列波a'、a "，这两列波沿不同的路径r'、r "传播后，又重新相遇。由于这两列波是从同一列光波分割出来，他们具有完全相同的频率和一定的相位关系，因此可以发生干涉，并可以观察到干涉条纹。若两路的光程差太大，致使S'、S "到达考察点P 的光程差大于波列的长度，使得当波列a "刚到达P 点时，波列a'已经过去了，两列波不能相遇，当然无法发生干涉。而另一发光时刻发出的波列b 经S'分割后的波列b'和a "相遇并叠加。但由于a 和b 无固定的相位关系，因此在观察点无法发生干涉。故干涉的必要条件是两列波在相遇点的光程差应小于波列的长度。 我们知道，λ λλλδ?≈?+=2 max )(j 式中考虑到当λλ? ，该式表明， 光源的单色性决定产生干涉条纹的最大光程差，通常将max δ称为相干长度。 再由上述讨论可知，波列的长度至少应等于最大光程差，由上式 得波列的长度L 为λ λδ?==2 max L ，此式表明，波列的长度与光源的谱 线宽度成反比，即光源的谱线宽度λ?就小，波列长度就长。下表是几种光源的相干长度。 发光物质 )(o A λ )(o A λ? L （m) a N 5893 ~0.1 ~3.4*210- g H 5460.73 ~0.1 ~3*210- r K 6057 ~0.0047 ~1.0 e e N H -激光 6328 ~610- ~4*410

激光相干性的研究及实验测量

激光相干性的研究及实验测量 摘要：激光相干技术起源于上个世纪。激光具备了一些普通光源所不具有的特殊性质，如高方向性、高亮度性、高单色性、高相干性。本文以激光的高相干性为研究对象，通过对激光基本性质的研究和激光相干性的基本性质、基本概念、以及激光相干性实验测量来展开讨论研究的。通常我们可以将激光进行扩束，然后将其应用到迈克尔干涉仪上从而来达到观测干涉条纹从而对激光的相干性进行实验研究。 关键词：激光；相干性；扩束：迈克尔干涉仪

目录 1 引言 (1) 1.1 激光相干性研究目的和意义 (1) 1.2 激光相干性研究的现状 (1) 2 激光基本原理 (1) 2.1 激光产生的基理 (1) 2.2 激光产生的条件 (3) 2.3 激光产生的原理 (4) 3 激光相干性的描述 (4) 3.1 激光时间相干性 (4) 3.2 激光空间相干性 (5) 3.3 激光的相干光强 (5) 4 激光相干性的实验研究 (6) 4.1 迈克尔逊干涉仪 (6) 4.2 使用扩束玻璃做激光相干性实验 (6) 4.3 其它仪器的激光相干性实验 (8) 5 小结 (8) 参考文献： (8) 致谢： (9)

1 引言 1.1 激光相干性研究目的和意义 激光具有一些普通光源所不具备的性质，比如高方向性、高亮度性、高单色性，高相干 性等等，其实可以将激光的这种特性简单的概括为激光是一种高度简并的光子。本文主要对 激光的相干性做出研究，具体包括时间相干性、空间相干性、相干光强。在这些研究中激光 相干性是最主要的研究对象，通过对激光相干性的研究我们就可以更加直观的理解和掌握激 光的这些特殊性质，从而达到更好的应用激光相干性技术的目的。 1.2 激光相干性研究的现状 在过去的将近一个世纪的时间内，激光相干技术正在迈着稳健的步伐前行着，这是一部 宏大的科学发展史。20世纪40年代，来自前苏联的巴索夫和来自美国的汤斯首次实现了 MASER 。20世纪50年代汤斯开创新思路用开放式光学谐振替代了旧有的封闭振腔谐。 激光产业是人类科学技术的创新与发展，事实上在现实生活中激光以及激光相干技术已 经发挥了越来越大的作用，比如防伪、通讯、医学、检验、印刷、军事、全息拍照等等。走 在世界激光前列的国家主要有美国、日本、德国等，如今的我国也激光方面的发展也取得了 重大的突破，正在逐步迈入了激光大国的行列。放眼未来，激光及激光相干技术既具备了广 阔的发展空间，又充满了巨大的机遇和挑战。 2 激光基本原理 2.1 激光产生的基理 当原子、离子、分子等受到一定频率的能量激发时会产生的一种特殊的光，这种光具有 不发散和高相干的性质，这种光被称作激光。 爱因斯坦曾指出：光与物质相互作用包含三种情况：一、自发辐射，二、受激辐射，三、 受激吸收。 假设原子只有两个能级，那么在原子中发生能级跃迁时如图一所示有 12E E h -=ν 图一 能级跃迁图 一、自发辐射 自发辐射是和辐射场无关的，它指处于高能级2E 状态的原子会自发的向低能级1E 状态

激光的特点(特性)

激光的特点 1、相干性好 2、方向性强 3、单色性好 1、相干性好 一个几十瓦的电灯泡，只能用作普通照明。如果把它的能量集中到1m直径的小球内，就可以得到很高的光功率密度，用这个能量能把钢板打穿。然而，普通光源的光是向四面八方发射的，光能无法高度集中。普通光源上不同点发出的光在不同方向上、不同时间里都是杂乱无章的，经过透镜后也不可能会聚在一点上。 激光与普通光相比则大不相同。因为它的频率很单纯，从激光器发出的光就可以步调一致地向同一方向传播，可以用透镜把它们会聚到一点上，把能量高度集中起来，这就叫相干性高。一台巨脉冲红宝石激光器的亮度可达1015w/cm2?sr，比太阳表面的亮度还高若干倍。具有高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，这就使其可能可加工几乎所有的材料。 2、方向性强 激光的方向性比现在所有的其他光源都好得多，它几乎是一束平行线。如果把激光发射到月球上去，历经38.4万公里的路程后，也只有一个直径为2km左右的光斑。 3、单色性好： 受激辐射光（激光）是原子在发生受激辐射时释放出来的光，其频率组成范围非常狭窄，通俗一点讲，就是受激辐射光单色性非常好，激光的“颜色”非常的纯（不同颜色，实际就是不同频率）。激光的单色性是实现激光加工的重要因素。我们可以通过简单的物理实验来说明这个问题。 我们使用三棱镜，可以将一束太阳光分解成七色光谱带，其原理是日光其实是多种波长的光混合在一起的复色光，不同波长的光透过同一介质时，由于在介质中折射率的不同，使各色光的传播方向发生不同程度的偏折，因而在离开棱镜时就各自分散，形成光谱带。 典型灯泵浦YAG激光器原理 在一个截面为椭圆形的腔体内，两个焦点上分别放置激光棒和氪灯，在一个焦点上（氪灯）发出一定波长的光，经过反射腔体内壁的反射，会聚在腔体的另一个焦点上（激光棒），使工作物质里的粒子受到激发，粒子受激吸收后，处于低能态的原子由于吸收了外界辐射而发生能级跃迁，继而释放出激光，产生的激光在全反射镜片和部分反射镜片之间进行来回振荡，当能量达到一定值时，就可以从部分反射镜片透过，这就实现了激光的输出

激光焊接基本原理讲解-共14页

一、激光基本原理 1、 LASER 是什么意思 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(通过诱导放出实现光能增幅的英语开头字母 2、激光产生的原理 激光――“受激辐射放大”是通过强光照射激光发生介质,使介质内部原子的电子获得能量,受激而使电子运动轨道发生迁移,由低能态变为高能态。处于激发态的原子,受外界辐射感应,使处于激发态的原子跃迁到低能态,同时发出一束光;这束光在频率、相位、传播方向、偏振等方面和入射光完全一致,此时的光为受激辐射光。 为了得到高能量密度、高指向性的激光,必须要有封闭光线的谐振腔,使观光束在置于激光发生介质两侧的反射镜之间往复振荡,进而提高光强,同时提高光的方向性。含有钕 (ND的 YAG 结晶体发生的激光是一种人眼看不见的波长为 1.064um 的近红外光。这种光束在微弱的受激发情况下,也能实现连续发振。 YAG 晶体是宝石钇铝石榴石的简称,具有优异的光学特性,是最佳的激光发振用结晶体。 3、激光的主要特长 a 、单色性――激光不是已许多不同的光混一合而成的,它是最纯的单色光 (波长、频率 b 、方向性――激光传播时基本不向外扩散。 c 、相干性――激光的位相 (波峰和波谷很有规律,相干性好。 d 、高输出功率――用透镜聚焦激光后,所得到的能量密度是太阳光的几百倍。 二、 YAG 激光焊接

激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功么密度等特点进行工作。通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内,在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区,从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。 常用的激光焊接方式有两种:脉冲激光焊和连续激光焊。前者主要用于单点固定连续和薄件材料的焊接。后者主要用于大厚件的焊接和切割。 l 、激光焊接加工方法的特征 A 、非接触加工,不需对工件加压和进行表面处理。 B 、焊点小、能量密度高、适合于高速加工。 C 、短时间焊接,既对外界无热影响,又对材料本身的热变形及热影响区小,尤其适合加工高熔点、高硬度、 特种材料。 D 、不需要填充金属、不需要真空环境 (可在空气中直接进行、不会像电子束那样在空气中产生 X 射线的危险。 E 、与接触焊工艺相比 . 无电极、工具等的磨损消耗。 F 、无加工噪音,对环境无污染。 G 、微小工件也可加工。此外,还可通过透明材料的壁进行焊接。 H 、可通过光纤实现远距离、普通方法难以达到的部位、多路同时或分时焊接。 I 、很容易改变激光输出焦距及焊点位置。 J 、很容易搭载到自动机、机器人装置上。

激光的理论基础讲解

激光的理论基础 直到二十世纪初，人们才在实验的基础上揭开了原子结构的奥秘。原子结构像是一个小小的太阳系，中间是原子核，电子围绕原子核不停地旋转，同时也不停地自转。原子核集中了原子的绝大部分质量，但却只占有很小的空间。原子核带正电，电子带负电，一般原子核与电子所携带的正负电荷数量相等，因此对外呈中性。电子绕核旋转具有一定的动能，同时负电荷的电子与正电荷的原子核之间存在着一定的位能。所有电子的动能与位能之和就是整个原 直到二十世纪初，人们才在实验的基础上揭开了原子结构的奥秘。原子结构像是一个小小的太阳系，中间是原子核，电子围绕原子核不停地旋转，同时也不停地自转。原子核集中了原子的绝大部分质量，但却只占有很小的空间。原子核带正电，电子带负电，一般原子核与电子所携带的正负电荷数量相等，因此对外呈中性。电子绕核旋转具有一定的动能，同时负电荷的电子与正电荷的原子核之间存在着一定的位能。所有电子的动能与位能之和就是整个原子的能量，称为原子的内能。 这种原子模型是1911年由英国科学家卢瑟福提出的。紧接着，1913年，丹麦物理学家玻尔提出了原子只能处于由不连续能级表征的一系列状态——定态上，这与宏观世界中的情况大不相同。人造卫星绕地球旋转时，可以位于任意的轨道上，也就是说可具有任意的连续变化的能量。而电子在绕核运动时，却只能处于某些特定的轨道上。从而原子的内能不能连续的改变，而是一级一级分开的，这样的级就称为原子的能级。 不同的原子具有不同的能级结构。一个原子中最低的能级称为基态，其余的称为高能态，或激发态。原子从高能态E2过渡到低能态E1时，会向外发射某个频率为ν的辐射，满足普朗克公式：hv = E1 - E2 式中h为普朗克常数。反之，该原子吸收频率为ν的辐射时，就会从低能态E1过渡到高能态E2。 爱因斯坦在玻尔工作的基础上于1916年发表《关于辐射的量子理论》。文章提出了激光辐射理论，而这正是激光理论的核心基础。因此爱因斯坦被认为是激光理论之父。在这篇论文中，爱因斯坦区分了三种过程：受激吸收、自发辐射、受激辐射。前两个概念是已为人所知的。受激吸收就是处于低能态的原子吸收外界辐射而跃迁到高能态；自发辐射是指高能态的原子自发地辐射出光子并迁移至低能态。这种辐射的特点是每一个原子的跃迁是自发的、独立进行的，其过程全无外界的影响，彼此之间也没有关系。因此它们发出的光子的状态是各不相同的。这样的光相干性差，方向散乱，而受激辐射则相反。它是指处于高能级的原子在光子的“刺激”或者“感应”下，跃迁到低能级，并辐射出一个和入射光子同样频率的光子。这好比清晨公鸡打鸣，一个公鸡叫起来，其他的公鸡受到“刺激”也会发出同样的声音。受激辐射的最大特

测试技术答案

1、 用一个可调信号源、标准表做被测表做鉴定测试，结果如下： （1） 标准表示值fa ，被测表fo ，问示值误差dx 。 （2） 标准表示值fo ，被测表fa ，问示值误差dx 。 （3） 这两个误差是否相同？ 解：（1）0a dx f f =- （2）0a dx f f =- （3）两个误差不相同。 1’ 什么是系统误差、它与随机误差有什么不同； 答：系统误差即测量次数为无限多次时的算术均值与真值之差。不具有抵偿性 随机误差又叫偶然误差，当在同一的条件下对同一对象反复进行测量时，在消除了系统误差的影响后，每次测量的结果还会出现差异。有抵偿性。 2’ 随机误差的特征是什么？怎样估算随机误差； 答：随机误差的特点是，有时大，有时小，有时正，有时负，其数值和方向(正负)均无定势。随机误差产生的原因是多方面的，往往又是不知道的和无法控制的。但是，如果用同一台仪器，在同样的条件下，对同一个物理量作了多次的测量，当测量次数足够多时，则可以发现随机误差完全服从统计性的规律，出现误差的正负和大小完全由概率来决定，当测量次数无限增大时，随机误差的算术平均值将趋于零。 3’ 误差的基本形式有哪些？他们是怎样演变的； 答： 4’ 误差的分类有哪些？ 答：可以按误差的绝对值和相对值，分为绝对误差和相对误差。根据误差的性质及其产生的原因把误差分为三大类:系统误差，随机误差(又称偶然误差)和过失误差(又称粗大误差)。误差按其产生的原因可以分为：仪表误差、操作误差、人身误差、环境误差、方法误差。 5’ 基本误差是什么。怎样用基本误差估计测量仪表精度？ 答：基本误差表示指示值与被测量的真值之间可能最大差别，一般用相对百分误差表示，即： m a x m a x m i n 100%A X A A δ?= ?- 将基本误差中的百分号去掉，剩下的数字称为准确度等级。 6’ 误差传播公式是什么形式，怎样用来合成系统误差和随机误差？ 答：系统误差的合成： 在间接测量中，y 是直接测量量 的函数， 是测量 的误差。 是由直接测量的分项误差 引起的系统误差，则： y + = 绝对误差传递公式： m X X X ,...,21m X X X ???,.....,21m X X X ,...,21y ?i X ?y ?),....,(2211m m X X X X X X f ?+?+?+

激光相干性破坏

破坏激光相干性的方法 激光产生于光的受激辐射, 因为它与入射光具有相同的频率、相位和偏振态, 所以激光与普通光源相比有着单色性好、方向性好、相干性好等特点。产生干涉的前提条件是频率相同、振动方向相同、相位差恒定，因此要破坏激光良好的相干性可从这三个方面入手，只需改变其中一个条件就可以实现激光相干性的破坏。 一、激光的相位改变方法途径 最简单也最容易的的解决途径就是改变相干光的相位差从而实 现相干性的破坏。 1. 采用多根不同长度的光纤分光再合束来降低光源的相干性 如上图所示，激光器产生的激光经过耦合器A分束进入多根光纤，激光在光纤传播是基于全反射的原理，因此经过多次反射会产生相位的变化，由于各光纤长度不同导致每条光纤中的光线相位改变量也不同，再经过耦合器合束后将使激光的相位随机性改变，从而降低了光源的相干性。 2.在光路中加入转动或振动的散射体

在上图中, 激光束入射到旋转不停的位相元件上, 受到连续的位相调制, 使得激光的相位随时间变化。其中图中位相元件如下图所示： 其中黑色的区域表示激光通过该处位相改变为π , 白色的区域表示激光通过该处位相不变。与此类似，可以将位相型衍射元件换成毛玻璃片，激光通过不停旋转的毛玻璃片也会产生相位的改变。 3.利用光楔改变光程 两块光楔的光轴互相垂直，当光垂直入射时， 通过左右移动楔镜，改变光线经过的光程，从而 改变光的相位。 二、改变激光的频率 通过改变激光的频率来破坏干涉的条件来降低激光的相干性。 1.利用多普勒效应改变激光的频率 如图所示反射镜以v 沿光轴方向移动时， 使垂直入射的反射光产生2/v v λ?=的频移，通 过改变速度从而获得变化的频率。 2.利用旋转波片改变偏振光的频率

激光器知识讲解

激光器基本知识 激光的意思是光受激发射，激光器的意思就易理解了吧！类似于放大镜聚焦火柴，不过激光能量大，可连续和脉冲， 分类 激光器的种类就越来越多。按工作物质的性质分类，大体可以分为气体激光器、固体激光器、液体激光器；按工作方式区分，又可分为连续型和脉冲型等。其中每一类激光器又包含了许多不同类型的激光器。按激光器的能量输出又可以分为大功率激光器和小功率激光器。大功率激光器的输出功率可达到兆瓦量级，而小功率激光器的输出功率仅有几个毫瓦。如前所述的He-Ne激光器属于小功率、连续型、原子气体激光器。红宝石激光器属于大功率脉冲型固体材料激光器。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，产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗，所以装置中必不可少的组成部分有激励（或抽运）源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。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。激光器中常见的组成部分还有谐振腔，但谐振腔（见光学谐振腔）并非必不可少的组成部分，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方向性和相干性。而且，它可以很好地缩短工作物质的长度，还能通过改变谐振腔长度来调节所产生激光的模式（即选模），所以一般激光器都具有谐振腔。 激光器工作原理 激光器广泛用于各种产品和技术，其种类之多令人惊叹。从CD播放机、牙钻、高速金属切割机到测量系统，似乎所有东西都有激光器的影子，它们都需要用到激光器。但是，到底什么是激光器呢？激光光束和手电筒光束的区别何在呢？

激光的基本原理1相干性的光子描述

考试内容：激光器的基本原理和理论。内容包括激光器谐振腔理论、速率方程理论和半径典理论；典型激光器、激光放大器及改善与控制激光器特性的若干技术等相关基础知识。 激光的基本原理 1．1 相干性的光子描述 1．2 光的受辐射基本概念 1．3 光的受激辐射放大 1．4 光的自激振荡 1．5 激光的特性 开放式光腔与高斯光束 2．1 光腔理论的一般问题 2．2 共轴球面腔的稳定性条件 2．3 开腔模式的物理概念和衍射理分析方法 2．4 平行平面腔模的迭代解法 2．5 方形镜共焦腔的自再现模 2．6 方形镜共焦腔的行波场 2．7 圆形镜共焦腔 2．8 一般稳定球面腔的模式特征 2．9 高斯光束的基本性质及特征参数 2．1 0高斯光束q参数的变换规律 2．1 1高斯光束的聚焦和准直 2．1 2高斯光束的自再现变换与稳定球面腔 2．1 3光束衍射倍率因子 2．1 4非稳腔的几何自再现波型 2．1 5非稳腔的几何放大率及自再现波型的能量损耗 空心介质波导光谐振腔 3．1 空心波导光谐振腔的构成和特征 3．2 空心圆柱波导管中的本征模 3．3 圆波导本征模的传输常数和损耗特性 3．4 空心矩形介质波导管中的本征模 3．5 空心介质波导光谐振腔的反馈耦合损耗 电磁场和物质的共振相互作用 4．1 光和物质相互作用的经典理论简介 4．2 谱线加宽和线型函数 4．3 典型激光器速率方程 4．4 均匀加宽工作物质的增益系数 4．5 非均匀加宽工作物质的增益系数 4．6 综合加宽工作物质的增益系数 激光振荡特性

5．1 激光器的振荡阈值 5．2 激光器的振荡模式 5．3 输出功率与能量 5．5 单模激光器的线宽极限 5．6 激光器的频率牵引 激光放大特性 6．1 激光放大器的分类 6．2 均匀激励连续激光放大器的增益特性6．3 纵向光激励连续激光放大器的增益特性6．4 脉冲激光放大器的增益特性 6．5 放大的自发辐射(ASE) 6．6 光放大器的噪声 激光器特性的控制与改善 7．1 模式选择 7．2 频率稳定 7．3 Q调制 7．4 注入锁定 7．5 锁模 激光振荡的半经典理论 8．1 激光振荡的自洽方程组 8．2 原子系统的电偶极矩 8．3 密度矩阵 8．4 静止原子激光器理论 典型激光器和激光放大器 9．1 固体激光器 9．2 气体激光器 9．3 染料激光器 9．4 光纤放大器 9．5 光纤激光器 半导体二极管激光器和激光放大器 10．1 半导体工作物质中的光增益 10．2 半导体二极管激光器的基本结构10．3 对称三层介质平板波导中的本征模10．4 光强分布与约束因子 10．5 半导体二极管激光器的主要特性10．6 半导体光放大器的主要特性

工程测试技术答案

1、 2、 3、 用一个可调信号源、标准表做被测表做鉴定测试，结果如下： （1） 标准表示值fa ，被测表fo ，问示值误差dx 。 （2） 标准表示值fo ，被测表fa ，问示值误差dx 。 （3） 这两个误差是否相同？ 解：（1）0a dx f f =- （2）0a dx f f =- （3）两个误差不相同。 1’ 什么是系统误差、它与随机误差有什么不同； 答：系统误差即测量次数为无限多次时的算术均值与真值之差。不具有抵偿性 随机误差又叫偶然误差，当在同一的条件下对同一对象反复进行测量时，在消除了系统误差的影响后，每次测量的结果还会出现差异。有抵偿性。 2’ 随机误差的特征是什么？怎样估算随机误差； 答：随机误差的特点是，有时大，有时小，有时正，有时负，其数值和方向(正负)均无定势。随机误差产生的原因是多方面的，往往又是不知道的和无法控制的。但是，如果用同一台仪器，在同样的条件下，对同一个物理量作了多次的测量，当测量次数足够多时，则可以发现随机误差完全服从统计性的规律，出现误差的正负和大小完全由概率来决定，当测量次数无限增大时，随机误差的算术平均值将趋于零。 3’ 误差的基本形式有哪些？他们是怎样演变的； 答： 4’ 误差的分类有哪些？ 答：可以按误差的绝对值和相对值，分为绝对误差和相对误差。根据误差的性质及其产生的原因把误差分为三大类:系统误差，随机误差(又称偶然误差)和过失误差(又称粗大误差)。误

差按其产生的原因可以分为：仪表误差、操作误差、人身误差、环境误差、方法误差。 5’ 基本误差是什么。怎样用基本误差估计测量仪表精度？ 答：基本误差表示指示值与被测量的真值之间可能最大差别，一般用相对百分误差表示，即： max max min 100%A X A A δ?= ?- 将基本误差中的百分号去掉，剩下的数字称为准确度等级。 6’ 误差传播公式是什么形式，怎样用来合成系统误差和随机误差？ 答：系统误差的合成： 在间接测量中，y 是直接测量量 的函数， 是测量 的误差。 是由直接测量的分项误差 引起的系统误差，则： y + = 绝对误差传递公式： 1212......m f f f y X X X X X X ????= ??+??++????? 相对误差形式： 121211 11.........m m m m m m X X X y f f f y X y X y X y X X X X f f y X X y X X ???????=?+?++????????= ?++??? 上述2式一般称为系统误差合成定律(或传播定律)，偏微分i f X ??为各个误差的传递系 数。 随机误差的合成： 随机误差合成主要研究的是函数y 和标准差 与各测量值 ， 的标准 差之间的关系，我们对各 进行n 次独立等精度测量，则可获得n 组y 值: m X X X ,...,21m X X X ???,.....,21m X X X ,...,21y ?i X ?y ?) ,....,(2211m m X X X X X X f ?+?+?+y σ),...,2,1(n i X i ==i σi X