热透镜球差效应对基模光束质量影响的研究_胡淼

热透镜球差效应对基模光束质量影响的研究*

胡 淼1**,唐拥攀1,安汝德1,潘孙强2,刘 崇2,陈 军2

(1.杭州电子科技大学通信工程学院,杭州310018;2.浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,杭州310027)

摘要:研究了激光晶体热透镜的球差效应对谐振腔的输出光束质量、腔内损耗和输出功率等特性的影响。通过对二极管端面抽运条件下激光晶体的热效应进行分析,计算了热透镜球差系数的大小,得到了激光晶体热透镜球差系数与抽运光功率和振荡激光半径间的函数关系。实验验证了球差效应对激光谐振腔中基模光束质量的影响,与理论分析符合得很好。

关键词:端面抽运;球差效应;热透镜

中图分类号:O734,O736 文献标识码:A 文章编号:1005 0086(2010)09 1417 04

Study on the influe nces of therm al lenses spheric al aber ration of beam quality

HU Miao1**,TANG Yong pan1,AN Ru de1,PAN Sun qiang2,LIU Chong2,CHEN Jun2 (1.College of Communication Engineering,Hangzhou Electronic Science and Technology U niversity,Hangzhou 310018,China; 2.State Key Laboratory of M odern Optical Instrumentation,Zhejiang U niversity H ang zhou310027, China)

Ab st ract:T he research mainly concerns the relat ionship among t he spherical aberration of thermal lens of the active media,the mode profile of laser beam,the single pass loss of laser cavit y,the output power and other propert ies of a laser system.Sphe rical aberration coeffic ie nt is calculated based on a diode end pumped laser system model.The influe nce mechanism of the pump power and laser beam radius on the spheric al aberration coefficient is discussed profoundly and the running model is ac hieved.Experimental investigation is also carried out to see the be am quality c hange in a laser resonator wit h spherical aberra t ion.T he c alculation results agree well with the experimental results.

Ke y wor ds:end pumped laser;spherical aberration;thermal lens

1 引 言

热效应研究一直是固体激光技术中的一个重要课题[1~3]。近年研究发现,固体激光器在抽运功率较高时,在考虑了热导率和热光系数随温度变化的情况下,增益介质横截面上的折射率随径向变化的关系出现了四次项,这相当于在一个理想的热透镜效应上增加了球差效应[4]。球差效应的存在会对激光谐振腔的许多重要性能产生影响,例如输出激光的光束质量、谐振腔的衍射损耗和激光器的输出功率等。

已发表的文献[4~6]中,对球差效应的研究都集中在侧向抽运的固体激光系统,原因是侧向抽运条件下抽运功率可以达到几 102W甚至上103W,这时的球差效应比较严重。而对于端面抽运方式工作的激光系统,球差效应通常被忽略了,这主要是由于早期端面抽运方式工作的激光器抽运功率相对较低。近年随着半导体激光技术的发展,端面抽运激光器的抽运功率已经接近102W量级,而抽运光束在激光晶体内的直径很小,造成了激光晶体截面上的温度变化非常剧烈,这样就会产生较强的球差效应。

本文首先通过数值计算的方法得到了端面抽运条件下激光晶体横截面上的温度和折射率分布,采用曲线拟合的方法对光程差函数进行多项式拟合,进而求出球差系数的大小,然后分析了球差系数与抽运光功率和振荡激光半径的关系,最后实验验证了球差效应对激光谐振腔中基模光束质量的影响。

2 热透镜球差系数的计算

由于激光晶体横截面上的温度沿径向分布不均匀,从而使晶体的热传导系数K和热光系数d n/d T也沿径向分布不均匀,最终导致热透镜的光焦度D也成为径向坐标r的函数,这样的热透镜就成为具有像差(球差)的透镜,这就是所谓热透镜

光电子激光

第21卷第9期 2010年9月 Journal of Optoelectronics Laser Vo l.21No.9 Sep.2010

*收稿日期:2010 03 04 修订日期:2010 07 14

* 基金项目:国家自然科学基金青年科学基金资助项目(60908013)

**E m ail:miao_hu@https://www.wendangku.net/doc/f23906254.html,

球差效应。一束理想的平面波经过这样的激光晶体后,其波前与理想平面波波前存在着光程差(optic al pa th diffe re nce)。对于一般具有增益的激光晶体,其光程差函数OPD (r)可以表示为

OPD (r)=- r 2+ r 4(1)其中,二次项系数 表示了热透镜效应的强弱;四次项系数 则表示了球差效应的强弱。只有在抽运功率较低的情况下 才接近于零,这时的球差效应可以忽略,热透镜可以被认为是理想的透镜。

本文对球差系数的求解方法如下:首先通过数值解法对热传导方程进行求解,得到端面抽运条件下的激光晶体横截面上的温度分布T (r),然后考虑了热传导系数K 和热光系数d n/d T 随温度T 的变化,求出激光晶体横截面上折射率的分布n (r),对n(r)沿晶体长度方向积分进而得到光程差函数OPD (r),此时得到的OPD (r)为数值解,最后采用多项式拟合的方法对OPD (r)进行拟合,得到式(1)中OPD (r)表达式的二次项系数 与四次项系数 ,从而最终确定球差系数。

已有很多文献对端面抽运激光晶体的温度分布计算进行了深入研究,在这些计算中忽略了热传导系数K 随温度T 的变化。虽然文献中的计算方法和选择的参数有所不同,但是最终计算得到的晶体横截面上中心和边缘的温度差都在100~200!范围内,考虑到晶体横截面的尺寸较小,温度变化又非常剧烈,本文首先考虑热传导系数K 随温度T 的变化,采用迭代算法计算激光晶体内部的温度分布。

计算激光晶体内部温度分布的过程采用文献[7]的方法。参数选择如下:抽运光束的功率为30W,其光强为高斯分布,在激光晶体中的光束半径为0.4mm;激光晶体为Nd:YAG,尺寸为3mm 3mm 10mm,吸收系数 =3cm -1,折射率n 0=

1.82。热传导系数K 随温度T 的变化关系为

[4]

K (T)=K 0T 0T

0.7

,T 0=300K (2)

其中,K 0=10.5W K -1m -1,为T =300K 时的热导率。计算结果如图1所示,忽略了K 随T 的变化,晶体横截面上中心和边缘的温度差为120

!左右;考虑了K 随T 的变化,晶体横截面上中心和边缘的温度差为170!左右。对比两条曲线可知,K 随T 的变化对计算结果的影响较大。

图1 晶体横截面上的温度分布

Fig .1 The tem perature distribution o f the crystal cro ss section

温度的梯度分布以及热光效应的存在,会使得激光晶体横截面上的折射率产生变化,形成所谓的热透镜效应。已知温度分布的情况下,热透镜效应的强弱主要就由热光系数d n/d T 决定,在温度变化剧烈的情况下,d n/d T 不再是常数,而是随温度变化的函数,表示为[4]

d n d T (T)=d n d T 300K +(T -300)d 2

n

d T

2(3)

其中:d n/d T 300K =9.1 10-6K -1;d 2n/d T 2=3.8 10-8K -2。这样,激光晶体横截面上的折射率分布n(r)可以表示为温度分布T(r)与热光系数d n/d T 的乘积。光程差函数OPD (r)可以通过对n(r)沿晶体长度z 方向的积分得到

OPD (r)=?

L

0T (r)d n

d T

(T)d z (4)

图2示出了计算得到的光程差函

数OPD (r)的分布。对比两条曲线可知,考虑了d n/d T 随温度的变化后,晶体中心处和边缘的相对光程差明显增加了,这对应了更短的热透镜焦距。

图2 光程差函数OPD (r)的分布F ig.2 The distribution of the o ptica l path

difference function O PD (r)

上述方法得到的光程差函数为数值结果,要确定球差系数

的大小,需要对OPD (r)进行多项式拟合。图3示出了曲线拟合的结果,拟合过程采用的算法是最小二乘法。图3(a)中的拟合结果是令四次项系数为零,即只考虑OPD (r)的二次项,可见拟合的效果并不理想,拟合曲线与数值结果相差较大。图3(b)中的拟合结果则是同时考虑了OPD (r)的二次项和四次项,拟合曲线与数值结果符合得很好。图3的两组拟合结果表明,对于端面抽运的激光晶体,其横截面上的折射率分布不再是理想的抛物线分布,而是存在着较强的球差效应,即此时激光晶体所表现的热透镜存在着强烈球差的热透镜。

得到光程差函数OPD (r)的表达式,热透镜焦距和球差系数就可以方便地写出,其中热透镜的焦距f 表示为

f =

1

2

(5)球差效应采用文献[8]的表示方法,其为

W(r,!)=W 40r r 0

4

(6)

其中:r 0为光瞳半径;W 40为球差系数,与OPD (r)表达式中四次项系数 的关系为W 40= r 40。

1418

光电子 激光 2010年 第21卷

图3 对光程差函数O PD (r)进行多项式拟合

F ig.3 O ptica l path difference function OPD (r)for po ly nomia l fitting

3 影响球差系数大小的因素

激光器的热效应与抽运功率密切相关,热透镜的球差效应

也随着抽运功率的增加而增加。图4示出了计算得到的球差系数W 40与抽运功率P pump 的变化关系。从图4可以看出,P pum p 小于5W 时,W 40小于0.25?,这时的球差效应对激光器性能的影响可以忽略;随着抽运功率的增加,W 40呈现非线性增加,在P pump 为35W 时达到2.3?

。

图4 球差系数W 40与抽运功率P pu mp 的关系Fig.4 The relatio nship between spherical a berratio n

co efficient W 40and the pumping pow er P p u mp

热透镜的W 40不仅与P pump 相关,在抽运功率较高的情况下还是径向坐标r 的函数,P pump =30W 时W 40沿径向的变化如图5所示。从图可以看出,在晶体横截面的中心处,W 40具有较大的值,超过3?;随着r 的增加,W 40越来越小,在抽运光束的边界处降为1.6?。造成这种现象的原因是抽运光束的光强为高斯型分布,在晶体横截面的中心处具有最大的热流密度,所以对应了较大的球差效应。

对于端面抽运的固体激光器,光束填充因子s(定义为振荡激光半径与抽运光束半径之比)是一个非常重要的设计参数

,

图5 抽运功率为30W 时,球差系数随径向坐标的变化Fig .5 W hen the pump pow er is 30W ,the spherical aberra tion coefficient w ith the changes in the radial coo rdinate

选择合理的s,对输出激光的光束质量和输出功率都起着决定性作用。如果s 选择过小,抽运光束半径不能作为腔内的有效光阑,会使高阶模起振而降低光束质量。前期发表的文献中,一般把s 选为1.2左右。由上文的计算结果可见,球差系数W 40随着径向坐标r 的增加而减小,这样,适当增加s 可以减少球差效应的影响。但是如果s 选择过大,则会严重增加腔内衍射损耗,降低输出功率。

4 实验结果

实验装置如图6所示。使用的激光晶体为Nd:YAG,波长808nm 的抽运光束经耦合系统会聚至激光晶体中,晶体中抽运光束的束腰半径为0.4mm 。谐振腔设计为#L ?型结构,可以方便地调整两个腔镜的位置从而得到合适的腔长,45%放置的双色镜对808nm 的抽运光束增透,对1064nm 激光高反,输出镜的输出耦合率为15%。

1419 第9期 胡 淼等:热透镜球差效应对基模光束质量影响的研究

图6 实验装置图

Fig.6 The experim enta l setup sketch

首先测量在光束填充因子s为1.25条件下不同抽运功率对应的输出光束M2因子,由于热透镜的球差效应与抽运功率有关,所以这一结果也反映了球差效应对激光器性能的影响。实验结果如图7所示,从图可以看出,输出光束的M2因子随着抽运功率的增加明显恶化,在抽运功率最强时,输出光强分布的最外侧出现一圈亮环,这一亮环被称为#halo light?[9,10],这正是球差效应对光强分布的影响,同时球差效应还使波前产生畸变,从而增加了远场发散角,导致M2因子的增加。

然后测量在s为1.00条件下不同抽运功率对应的输出光束M2因子。实验结果如图7所示,从图可以看出,输出光束的M2因子随着抽运功率的增加略有上升,整个测量过程中光强分布都接近理想的高斯分布。对比图7的两条曲线,证实了上文理论分析结果,在球差效应的作用下,s不能选择过大,而是应该根据实验结果合理地选取。在s为1.00的条件下,抽运功率为40W时获得了18W的基模连续输出,M2因子小于1.2。

图7 不同填充因子条件下输出光束M2

因子随抽运功率的变化

F ig.7 The rela tionship betw een the M2factor of output

beam and the cha ng e in pum ping pow er under

the conditions of different fill factor

5 结 论

通过对端面抽运固体激光器中热传导方程的求解,考虑了热传导系数和热光系数随温度的变化,得到了激光晶体横截面上的温度分布、折射率分布和光程差函数;采用多项式拟合的方法对光程差函数进行拟合,得到了激光晶体热透镜的球差系数。理论分析表明,球差系数的大小不仅与抽运光束的功率有关,而且还是激光晶体径向坐标的函数,热传导系数和热光系数随温度的变化是引起激光晶体热透镜球差效应的主要因素。实验验证了不同抽运功率条件下,球差效应对激光器光束质量的影响,提出通过控制光束填充因子减少球差效应影响的方法。实验中,在抽运功率40W时获得了18W的基模连续输出。

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作者简介:

胡 淼 (1982-),男,浙江永嘉人,博士,讲师,从事人工晶体的光学特性和激光技术的研究

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光电子激光 2010年 第21卷

中考物理专题光学教案光现象透镜及其应用

《光现象》复习教学案（2课时） 蒋中初三备课组 一.教学目标： 1、了解光的色散 2、知道光的三原色和颜料的三原色 3、知道红外线和紫外线以及它们的主要特征和应用 4、知道光的直线传播的条件并能用直线传播的原理解释一些现象 5、知道平面镜成像原理及其应用 6、掌握光的反射定律及了解其应用 二、知识回顾 1、______ 叫做光源。光源分为______ 禾廿___ 。 2、白色光不是单纯的光，它是由______________________________ 七种不同的色光组成， 当太阳光通过三棱镜后，会分解成七色光的现象叫_________________ 。首先用实验研究光的色散现象的是英国物理学家 ________ 。 3、光的三原色是指________________ 。颜料的三原色是指 ________________ 。 4、有色的透明物体只能透过________ 的色光，即透明物体的颜色是由色光决定的。 有色的不透明物体只能反射 _______ 的色光，不透明物体的颜色是由它__________ 色光决定 5、光具有的能量叫____ 。太阳的热主要是以_______ 的形式传送到地球上来的。 6、红外线能使被照射的物体发热，因此它具有____________ 效应；紫外线最显著的性质是 它能 ______________ 。 7、光在传播的过程中，如果遇到不透明的物体，在物体的后面不能到达的区域便产生了 影子，这说明光是 ___________________ 。 8、平面镜的成像特点是：①平面镜所成的像不能呈现在白纸上，是—像。②像的大小 与物体的大小 ________ 。③像与物的连线与镜面________ ④像到镜的距离与物到镜的距离 _______ 。⑤像与物以镜面_____________ 的。 9、在“研究平面镜成像的特点”实验中，在桌面竖立一块玻璃作为平面镜。实验时，要 使镜后的物体与镜前物体成的像重合，这是为了____________________________ ，从而发现的特点；如果用尺量出物、像到平面镜的距离则发现_______________ 的规律；如果用笔画出物、像对应点的连线，则发现物、像对应点的连线与镜面__________________ ;平面镜成的是 ______________ 像。

中考物理专题复习四光现象及其透镜II.doc

2019-2020 年中考物理专题复习四光现象及其透镜(II) 一、选择题 1．(2014 ·山东菏泽，1， 2 分) 人站在平面镜前，当他向平面镜走近时，发生的现象是 () A．像不变，像到镜面的距离变小 B．像不变，像到镜面的距离不变 C．像变大，像到镜面的距离变大 D．像变大，像到镜面的距离变小 解析因平面镜成等大正立的虚像且物距与像距相等，当他向平面镜走近时，此人与平面镜之间的距离变小，像到镜面的距离必然随之变小．所以可判断选项 A 正确．答案 A 2．(2014 ·四川成都，6， 2 分 ) 取一个大烧杯，里面充以烟雾，倒扣在 桌上，用手电筒射出一平行光，要使射入杯中的光束发散，应在杯 底放置的器材是() A．平板玻璃B．平面镜 C．凹透镜D．凸透镜 解析凹透镜对光线有发散作用，烧杯底部放上凹透镜，光线经过 凹透镜后会发散． 答案 C 3．(2014 ·湖北黄冈，19， 3 分) 下列光现象与其成因对应正确的是() A．水中倒影——光的折射 B．雨后彩虹——光的反射 C．形影不离——光的直线传播 D．海市蜃楼——光的色散 解析水中倒影——光的反射；雨后彩虹——光的折射；海市蜃楼——光的折射． 答案 C 4．(2014 ·江苏泰州，9， 2 分) 把蜡烛放在距离凸透镜50 cm 处，在透镜另一侧的光屏上观察到倒立、缩小的清晰像，那么凸透镜的焦距不可能是( ) A． 5 cm B． 10 cm

C ． 20 cm D ． 30 cm 解析 把蜡烛放在距离凸透镜 50 cm 的某一位置时，在透镜另一侧得到一个清晰的，倒 立的、缩小的像，则 ＞ 2 ，即 50 cm ＞ 2 f ，解得 f ＜25 cm ，则只有 D 选项不可能． u f 答案 D 5．(2014 ·山东潍坊， 18， 2 分 ) 如图所示，将点燃的蜡烛放在距凸透镜 20 cm 处时，在另 一侧距凸透镜 20 cm 处的光屏上出现了一个与烛焰等大的清晰像．若保持物距不变，更 换一个焦距为 15 cm 的凸透镜，要想在屏上出现清晰像，下列操作可行的是 ( ) A ．使屏远离透镜 B ．使屏靠近透镜 C ．使屏向上移动 D ．使屏向下移动 解析 当 ＝ 20 cm 时，在另一侧距凸透镜 20 cm 处光屏上可得到一个与蜡烛等大的像， u 所以 2 ＝ 20 cm ，即 f ＝ 10 cm ；当凸透镜焦距为 15 cm 时， f ＝ 15 cm ＜20 cm ＜ 2 ＝ 30 cm ， f f 成倒立、放大的实像，像距 u ＞ 2f ＝30 cm ，所以屏应远离透镜． 答案 A 6．(2014 ·福建福州， 4，2 分 ) 如图所示，钢勺好像被水“折断”了，这 种现象形成的原因是 ( ) A ．光的色散 B ．光的折射 C ．光的反射 D ．光的直线传播 解析 水中物体反射的光线斜射到水面，折射光线远离法线偏折，由 于光的折射，看上去钢勺好像在水面处折断了，水内的部分看上去向上弯折． 答案 B 7．(2014 ·山东泰安， 20， 2 分 ) 在某些重要会议入场时，采用人脸识别系统，识别系统的 摄像机可以自动将镜头前 0.5 m 处的人脸拍摄成数码相片，通过信号线传递给计算机识 别．摄像机的镜头 () A ．相当于凸透镜，焦距可为 0.5 m B ．相当于凹透镜，焦距可为 0.5 m C ．相当于凸透镜，焦距可为 0.2 m D ．相当于凹透镜，焦距可为 0.2 m

激光器的热透镜效应

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。

中考专题复习训练 专题训练三 光现象 透镜及其应用

专题训练三 光现象 透镜及其应用 考点指津 本专题为光现象、透镜及其应用，知识掌握基本要求： 了解光的色散；了解光的三原色；了解不可见光——红外线、紫外线常识性 应用；知道光在均匀介质中沿直线传播、能解释相关的光现象；知道光的反射定 律；知道平面镜成像特点；了解虚像的概念；知道折射光线与入射光线的位置关 系；知道凸透镜的焦点、焦距和主光轴；知道凸透镜的会聚作用和凹透镜的发散 作用；知道凸透镜成放大、缩小的实像和成虚像的条件；知道照相机、幻灯机、放大镜的工作原理． 中考命题热点： 光的色散说明了什么；不同颜色物体透光和反射光的特点；红外线热效应大、 紫外线能使荧光物质感光；根据光的反射规律和平面镜成像特点作图；利用光的 光的直线传播、光的反射、平面镜成像解释简单现象；根据凸透镜、凹透镜的三 条特殊光线画光路；根据光的折射规律画光路图；凸透镜成像规律的应用． 练习测试 一、填空题 1．电影、幻灯银幕是用粗糙的白布做成，其优点在于：—是利用 使 剧场里各处的观众均能看到画面；二是白布能反射 颜色的光，使观众 能看到色彩正常的画面． 2．人在河岸上观察到水中有白云，这是由于光的 现象造成的；如果观 察水中的鱼，所看到的鱼的位置要比它的实际位置 (选填“深些”或“浅 些”)，这是由于光的 现象造成． 3．水平桌面上放着一块平面镜，一只小球沿桌面向平面镜滚去，结果人从平面 镜中观察到小球的像是竖直向下运动的．由此可知，平面镜与桌面的夹角是 度． 4．有一种液面微变监视器，基本结构原 理如图3-1所示：光发射器始终以一定角度向被监视的液面发射一细束光；光束经液面反射，其反射光被水平放置的 平面光电转换器接收；光电转换器将光信号转换为电信号并通过显示器显示出 来．若反射到光电转换器接收平面上的光点从S 1点移向S 2点，则表明被监视的 液面是 （选填“上升”或“下降”）；当液面升降高度一定时，接收 平面上的光点S 1和S 2之间的距离与接收平面到液面的距离有没有关系？ 答 ．（选填“有”或“没有”）． 5．如图3-2，MM ′是空气和水的分界面，光从空气射 到水面时既发生反射也发生折射．由图可知，A0是

八年级物理物态变化与光现象和透镜知识点

八年级物理物态变化与光现象和透镜知识点 八年级物理物态变化与光现象和透镜知识点 1、物理学中通常把物体的叫做温度，测量温度的工具是。 2、家庭和实验室常用温度计是根据的规律制成的，摄氏温度的单位是，符号是。摄氏温度是这样规定的：把在标准大气压下的温度规定为0摄氏度，的温度规定为100摄氏度。 3、温度计在使用前要看清它的和，使用时玻璃泡既不能碰到容器的，又不能碰到容器的，需保证玻璃泡在被测液体中;读数时待其示数后再读数，且视线与液柱的液面。 4、体温计的量程是，分度值是，使用前要用力向甩几下。 5、物质从态变成态的过程叫熔化，从态变为态的过程叫凝固，熔化要热，凝固要热。 6、固态物质分和两大类，它们的区别是有熔点，没有熔点。 7、晶体在熔化时：热温度保持，凝固时热温度保持，非晶体熔化时热温度，同一晶体的熔点和凝固点是。 8、物质从态变为态的过程叫做汽化，两种汽化方式是和。 9、沸腾是在液体和同时发生的的汽化现象，液体沸腾时的的温度叫，液体沸腾时要热但温度。 10、在温度下只在液体发生的缓慢的汽化现象叫做蒸发，当、、时液体蒸发会加快，蒸发要热。 11、物质从态变成态叫液化，液化要热。 12、所有气体在都可以液化;另外，在一定温度下，

也可以使气体液化，气体液化后的最大好处是缩小，便于储存和运输。 13、物质从态直接变成态的过程叫升华，物质从态直接变成态的过程叫凝华。 14、升华过程中要热，凝华过程要热。 15、温度计是根据液体热胀冷缩的`原理制成的，使用前应弄清 零刻度、量程、分度值，使用时应做到：选对、放对、看对、读对、记对。 16、体温计是侧人体温度的，与常用温度计的不同体现在：量程、分度值的不同;结构不同;使用方法的不同。 17、晶体的熔化和凝固图像中有一段和时间轴平行，非晶体的熔化凝固图像中不存在与时间轴平行的一段。 18、平时看到周围出现的白气不是气体，而是水蒸气液化成的小水珠(液体)，千万不能说成是空气液化成的小水珠。 19、液体的沸点与液面上气压的高低有关系，气压增大，液体的沸点升高，气压降低，液体的沸点降低。 20、白天气温较高，水汽化成水蒸气上升到空气中，夜晚温度降低，水蒸气遇冷放热液化成小水珠，小水珠附在空气中灰尘等物体 上形成雾，小水珠附在草木石块等物体上形成露;如果夜晚温度很低，水蒸气遇冷放热凝华成小冰晶，形成霜;水蒸气升入高空，遇冷放热 液化成小水珠或凝华成小冰晶，形成云，下落后遇冷小水珠凝固成 冰与小冰晶一起下落形成雪。 四、光现象和透镜导学案 2、光在中是沿直线传播的。通常我们用一条来形象地表示光的 传播径迹和方向，这样的直线叫光线。光线是一个物理模型，并不 真实存在。

初二物理试题透镜成像同步练习题及答案

透镜成像 一、知识概述 通过前面一段时间的学习，我们对光现象的相关知识已有所了解，知道光在同种均匀介质中沿直线传播，在两种介质的表面会发生反射现象和折射现象。本周我们将学习一透镜和透镜的成像规律。 二、重难点知识归纳及讲解 （一）透镜 1、几个概念 凸透镜——中间厚边缘薄的透镜叫凸透镜 凹透镜——中间薄边缘厚的透镜叫凹透镜 主轴——最简单的透镜两个表面都是球面的一部分，通过两个球心的直线叫做透镜的主轴。 薄透镜——如果透镜的厚度比球面的半径小许多，这种透镜叫做薄透镜。 光心——薄透镜的中心叫透镜的光心。 2、凸透镜的光学性质 （1）凸透镜对光线有会聚作用。

跟主光轴平行的光线，经过凸透镜后会聚于主光轴上的一点F，F叫做凸透镜的焦点，焦点到凸透镜光心O点的距离叫做焦距。 注意：会聚作用不一定要使折射光线相交，凸透镜对光的会聚作用指的是：光通过透镜后，其折射光线向主轴偏折，即在原光线的传播方向上合拢一些。 （2）凸透镜的三条特殊光线如下图所示： (1) （2）（3） 3、凹透镜的光学性质 （1）凹透镜对光线有发散作用。 跟凹透镜主光轴平行的光线，经过凹透镜后形成发散光线。如果迎着发散的光线望去，会觉得这些光线好像是从凹透镜后某一点F发出来的，F点叫做凹透镜的虚焦点。 凹透镜对光线的发散作用指的是：光线通过凹透镜后，其折射光线远离主光轴偏折，即在原光线的传播方向上发散开一些。

（2）凹透镜的三条特殊光线如下图所示： （1） （2）（3） 例1、如图所示，AB为一条经过透镜折射后的光线，MN为透镜的主光轴，L为透镜。由图可知（） A．该透镜可能是凸透镜 B．该透镜可能是凹透镜 C．若该透镜是凸透镜，B点一定是透镜的焦点 D．若该透镜是凹透镜，B点一定是透镜的焦点 解析：

八年级物理光现象和透镜及其应用知识点练习

第三次课：光现象和透镜及其应用 光现象 1.光的直线传播 一、光源——自身．． 能够发光的物体。 二、光的直线传播 1.光沿直线传播的条件：在同种均匀透明介质中。 2.光线——理想物理模型（不是真实存在）。 3.解释现象： (1)影的形成 (2)日食、月食的形成：日食包括日偏食,日全食,日环食，月食只有月全食月偏食； (3)小孔成像：成倒立的实像，可以是放大的也可以是缩小的； №1成像条件：孔径必须很小； №2所成的像与小孔的形状无关，只与物体的外部轮廓相似； (4)限制视线：坐井观天、一叶障目 三、光速 1.c=3.0×108 m/s (真空中) 光速在不同介质中不同，玻璃水空气真空 v v v v >>> 2.光年——长度单位。 3.光传播的特点： (1)光的传播不需要介质；(2)光沿直线传播；(3)光的传播速度很快，且不同介质中速度不同。 2 .光的反射 一、光的反射 1. 定义：当光射到物体表面或两种介质界面时，有一部分光反射回原来的介质继续传播，但传播方向发生改变，这种现象叫做光的反射。 2.光的反射定律：“三线共面，法线居中，两角相等” △垂．直入射．．．时，入射角为0度，反射角亦等于0度。 3. 反射现象中，光路是可逆的。（互看双眼） 二、两种反射：镜面反射和漫反射。 1. 镜面反射：平行光射到光滑的反射面上时，反射光仍然被平行的反射出去； 漫反射：平行光射到粗糙的反射面上，反射光将沿各个方向反射出去； 2. 镜面反射和漫反射的相同点：都是反射现象，都遵守反射定律； 3. 解释现象: (1)下雨天向光走走暗处，背光走要走亮处，因为光线在积水处发生镜面反射，在地面发生漫反射；(2)电影屏幕粗糙、黑板要粗糙是利用漫反射把光射向四处，黑板上“反光”是发生了镜面反射. 3 .平面镜成像 一、实验时注意事项 1. 用玻璃板代替平面镜的原因：即可以看到蜡烛的像也可以看到后面的蜡烛，便于准确地确定像的位置。 2. 玻璃板一定要保证竖直放置，否则无法准确找到像的位置； 3. 玻璃板尽量要薄一些，如果玻璃板太厚将会看到两个不重合的像。 二、平面镜成像的特点 平面镜所成像的大小与物体的大小相等，像和物体到平面镜的距离相等，像和物体的连线与镜面垂直，平面镜所成的像与物体关于镜面对称。 巧记口诀：等大，等距，垂直，对称，左右相反，上下一致。

中考物理专题《光学》教案《光现象透镜及其应用》

《光现象》复习教学案(2课时) 蒋中初三备课组 一. 教学目标： 1、了解光的色散 2、知道光的三原色和颜料的三原色 3、知道红外线和紫外线以及它们的主要特征和应用 4、知道光的直线传播的条件并能用直线传播的原理解释一些现象 5、知道平面镜成像原理及其应用 6、掌握光的反射定律及了解其应用 二、知识回顾 1、叫做光源。光源分为和。 2、白色光不是单纯的光，它是由七种不同的色光组成， 当太阳光通过三棱镜后，会分解成七色光的现象叫。首先用实验研究光的色散现象的是英国物理学家。 3、光的三原色是指。颜料的三原色是指。 4、有色的透明物体只能透过的色光，即透明物体的颜色是由色光决定的。 有色的不透明物体只能反射的色光，不透明物体的颜色是由它色光决定 5、光具有的能量叫。太阳的热主要是以的形式传送到地球上来的。 6、红外线能使被照射的物体发热，因此它具有效应；紫外线最显著的性质是 它能。 7、光在传播的过程中，如果遇到不透明的物体，在物体的后面不能到达的区域便产生了 影子，这说明光是。 8、平面镜的成像特点是：①平面镜所成的像不能呈现在白纸上，是像。②像的大小 与物体的大小。③像与物的连线与镜面④像到镜的距离与物到镜的距离。⑤像与物以镜面的。 9、在“研究平面镜成像的特点”实验中，在桌面竖立一块玻璃作为平面镜。实验时，要 使镜后的物体与镜前物体成的像重合，这是为了，从而发现的特点；如果用尺量出物、像到平面镜的距离则发现的规律；如果用笔画出物、像对应点的连线，则发现物、像对应点的连线与镜面；平面镜成的是像。

10、光射到物体表面上时，有一部分光会被物体表面反射回来，这种现象叫做光的反射，我们能看见本身不发光的物体、平面镜成像都与有关。 11、光的反射定律是：_________________________________________________. 12、一束平行光射到平面镜上，反射光仍是平行的，这种反射叫做反射；一束平行光射到凹凸不平的表面上，反射光射向各个不同的方向，这种反射叫做反射。镜面反射和漫反射遵循光的反射定律。我们在各个不同的方向看见被照亮的物体，正是借助于反射。 三、典型例题 【例题1】一位演员在舞台上，她的上身服装是白色的，而下身裙装是红色的，当舞台灯光师打开绿色追光灯照射她时，你看到舞台上这位演员的服装是何种颜色？ 【例题2】不能用光的直线传播来解释的物理现象是：（） A．“一叶障目，不见泰山” B．太阳光穿过大气层射向地面过程中发生弯曲 C．检查一块木头是否直，可闭上一只眼睛，用另一只眼睛沿棱的长度方向看过去D．日食、月食的形成 【例题3】如图1所示，光线与镜面成300角投射到镜面上，反射角与入射角夹角为多大？若把镜面旋转10o，入射光线不变，这时反射光线与入射光线的夹角又为多大？ 【例题4】小红同学在做“观察平面镜成像”实验时，将一块玻璃板竖直架在一把直尺的上面，再取两段相同的蜡烛A和B一前一后竖放在直尺上，点Array燃玻璃板前的蜡烛A，进行观察，如图所示。在此实验中： （1）直尺的作用是便于比较像与物的关系； （2）两段相同的蜡烛是为了比较物与像的关系； （3）移去后面的蜡烛B，并在其所在位置上放一光屏，则光屏上 接收到蜡烛烛焰的像（选填“能”或“不能”）。 (4)张红用跳棋代替点燃的蜡烛进行实验，但看不清跳棋的像。请你帮她想个办法看清跳 棋的像：。

初三《光现象和透镜成像单元》试卷及答案

2017级电学专题复习 电学计算 一、电学求解问题突破 问题１求电阻 1．（昆明）在如图所示的电路中，电源电压为9V保持不变，AB为滑动变阻器，最大阻值R AB ＝30Ω；小灯泡的额定电压为6V，额定功率为1.8W．闭合开关S，滑动变阻器滑片从B端向A 端缓慢移动，当到达某一位置C处时，小灯泡刚好正常发光，则CB之间的电阻应为（） A ．5Ω B．10ΩC．15ΩD．20Ω 2．（菏泽）如图所示，R1＝10Ω，开关闭合后电流表的示数是0.2A，电压表的示数是4V，R2的电阻为Ω． ＊3．（黔南州）如图所示电路，电压Ｕ不变，电流表的示数为1A．如果R1与R2的等效电阻为R，并且R1∶R＝5∶3，电阻R２消耗的电功率为2.4W，则电阻R１＝Ω． 问题2 求电流 1.（来宾）如图所示，电源电压U＝10V，定值电阻R＝20Ω，闭合开关S，电压表的示数是6V，通过小灯泡的电流是（） A．0.8A B．0.5A C．0.3A D．0.2A 2．某电炉丝电阻为100Ω，通电10秒产生热量4×103J，则通过电炉丝的电流为（）A．2A B．4A C．20A D．40A 3.（河池）某电冰箱铭牌上标有“220V50Ｈｚ110Ｗ”字样，它使用的电源是（选填“直流”或“交流”），当电冰箱正常工作时，通过它的电流为A． 问题3 求电压 1．如图所示电路中电流表A1示数为0.5A．电流表A2的示数为0.8A，L是额定功率6W的小灯泡，刚好正常发光，则下列判断正确的是（） A．电源输出功率为15.6W B．电阻R消耗的功率为15.6W C．电阻R的阻值为10Ω

D．小灯泡L两端的电压为10V 2．（眉山改编）如图所示，电源电压不变，R1＝4Ω，R２＝6Ω，R3＝5Ω．电流表的示数为1A.电源电压为____ V． ＊3．如图所示电路中，电源电压为6V，电阻R为5Ω，S接通时电流每分钟在R上产生的热量为12J，灯泡的额定功率是0.25W，若灯泡电阻不变，则灯泡的额定电压为V． 问题4 求电能、电功 1．（丹东）家庭中常用的电饭锅和家用电灯是（选填“串”或“并”）联的；若电饭锅的额定功率是800W，正常工作15min，消耗了kw·h的电能． 2．（泰安）如图所示的电路中，电源的电压保持不变．只闭合开关S，电流表的示数为0.1A；再闭合开关S1，电流表的示数为0.5A．那么闭合S、S1 后，在相同的时间内，电流通过电阻R1、R2所做电功之比． 3.如图，定值电阻R１＝20Ω，R2＝30Ω，闭合开关S1，通电1min，电路消耗的电能为W1，闭合开关S1、S2，通电3min，电路消耗的电能为W2，则W1∶W2＝． 问题5 求电功率 ＊1．（南充）一只电阻两端的电压由3V增大到4V时，通过该电阻的电流增加了0.25A，则该电阻消耗的电功率增加了（） A．0.25W B．1.75W C．0.75W D．1W 2．（福州）小华用一电磁炉将质量1kg的水［ｃ水＝4.2×103J／（kg·℃）］从20℃加热到30℃，水吸收的热量是J，若不计热损失，加热时间为35ｓ，则该电磁炉的实际功率是W． 3．（龙东）如图是某电热水壶加热和保温电路原理图，R1 ＝44Ω，R2＝440Ω，当开关S1断开、S2闭合，电热水壶处于状态；该电热水壶的加热功率是W．

初二物理知识点：光现象及透镜应用

初二物理知识点：光现象及透镜应用 第二部分 光现象及透镜应用 (一)光的反射 1、光源：能够发光的物体叫光源 2、光在均匀介质中是沿直线传播的。大气层是不均匀的，当光从大气层外射到地面时，光线发了了弯折 3、光速：光在不同物质中传播的速度一般不同，真空中最快， 光在真空中的传播速度：C = 3×108 m/s，在空气中的速度接近于这个速度，水中的速度为3/4C，玻璃中为2/3C 4、光直线传播的应用 可解释许多光学现象：激光准直，影子的形成，月食、日食的形成、小孔成像 5、光线：表示光传播方向的直线，即沿光的传播路线画一直线，并在直线上画上箭头表示光的传播方向(光线是假想的，实际并不存在)

6、光的反射：光从一种介质射向另一种介质的交界面时，一部分光返回原来介质中，使光的传播方向发生了改变，这种现象 称为光的反射 7、光的反射定律：反射光线与入射光线、法线在同一平面上;反射光线和入射光线分居在法线的两侧;反射角等于入射角可归纳为：“三线共面，法线居中，两角相等” 8、理解： (1) 由入射光线决定反射光线 (2) 发生反射的条：两种介质的交界处;发生处：入射点;结果：返回原介质中 (3) 反射角随入射角的增大而增大，减小而减小，当入射角 为零时，反射角也变为零度 9、两种反射现象 (1) 镜面反射：平行光线经界面反射后沿某一方向平行射出，只 能在某一方向接收到反射光线 (2) 漫反射：平行光经界面反射后向各个不同的方向反射出去， 即在各个不同的方向都能接收到反射光线 注意：无论是镜面反射，还是漫反射都遵循光的反射定律 10、在光的反射中光路可逆 11、平面镜对光的作用

光现象及透镜知识点

《光现象》重难点精讲 一、光的传播： 1、光源：能发光的物体叫做光源。 光源可分为天然光源（水母、太阳），人造光源（灯泡、火把）; 月亮、钻石、镜子、影幕不是光源。 2、光在同种均匀介质中沿直线传播； 应用：小孔成像：像的形状与小孔的形状无关，像是倒立的实像（树阴下的光斑是太阳的像）。 实像：由实际光线会聚而成的像。 注意：①小孔成像的条件：孔的大小必须远远小于孔到发光的距离及孔到光屏的距离。 ②像的大小与发光体到孔的距离和像到孔的距离有关，发光体到小孔的距离不变，光屏远离小孔， 实像增大；光凭靠近小孔，实像减小；光屏到小孔的距离不变，发光体远离小孔，实像减小；发 光体靠近小孔，实像增大。 （2）取得直线：激光准直（挖隧道定向）；整队集合；射击瞄准； （3）限制视线：坐井观天、一叶障目； （4）影的形成：影子；日食（太阳月球地球）、月食（月球太阳地球） 3、光线：常用一条带有箭头的直线表示光的径迹和方向；（是理想化物理模型，非真实存在） 4、所有的光路都是可逆的，包括直线传播、反射、折射等。 5、光速：真空中光速是宇宙中最快的速度；c=3×108m/s=3×105 m/s; 光年：是光在一年中传播的距离，光年是长度单位； 声音在固体中传播得最快，液体中次之，气体中最慢，真空中不传播； 光在真空中传播的最快，空气中次之，透明液体、固体中最慢（二者刚好相反）。 光速远远大于声速（如先看见闪电再听见雷声；在跑100m时，声音传播时间不能忽略不计，但光传播时间可忽略不计）。 二、光的反射： 1、当光射到物体表面时，被反射回来的现象叫做光的反射。 我们看见不发光的物体是因为物体反射的光进入了我们的眼睛。 2、反射定律：（1）在反射现象中，反射光线、入射光线、法线都在同一个平面内； （2）反射光线、入射光线分居法线两侧； （3）反射角等于入射角。(说成入射角等于反射角是错误的，注意因果关系)

光现象及透镜综合练习

透镜综合练习 一、填空题 1、显微镜要经过 次放大，成 、 、 像；望远镜要经过一次 ，再经过一次 ，成 、 、 的像；显微镜的反光镜和望远镜的物镜也常用凹面镜。 2、现有下列光学元件：a 平面镜，b 凸镜，c 凹镜，d 凸透镜，e 凹透镜；在下列光学器材中分别用到了：自制潜望镜用 ；老花镜用 ；汽车观后镜用 ；近视眼镜用 ；耳科医生的额镜用 ；牙科医生手持的小镜子用 ；手电筒的反光碗用 。 3、刘艳铭用调好的相机将位于充满水的水池底部一个美丽的图案给拍摄下来了，当把水池中的水排掉后，她仍然想在原位置用此相机拍这个图案的清晰照片，则她应该调整相机，使镜头 （选填“前伸”、“后缩”或“不动”），这是因为，池中的水排掉后，站在岸上的人将会看到池底的物体变 ，物距 ，因此像距 。 4、王鑫同学在观察阳光通过甲、乙两个眼镜在地面上形成的光斑时，发现两个眼镜在地面成的光斑不同。阳光通过眼镜甲的光斑中间比四周亮，而阳光通过眼镜乙形成的光斑中间较四周暗，由此可以断定眼镜甲是 ，眼镜乙是 。 5、如图3所示，来自物点A 的光线经过眼睛的晶状体成像在视网膜后面的B 点：要使像靠近视网膜，物点A 应该向 移动(选填“左”或“右”)；要使像成在视网膜上，应佩戴一个合适的 透镜制成的眼镜。 二、选择题 1、图示是一个观察孔，虚线标记的是观察孔能见到的范围，如果将也内嵌入一块玻璃砖，观察到的范围会（ ） A 变大 B 变小 C 不变 D 无法确定 第4题图 第5题图 2、放电影时，银幕上得到的像应该是（ ） A 放大正立的实像 B 放大正立的虚像 C 放大倒立的虚像 D 放大倒立的实像 3、一个物体从离透镜距离1倍焦距处，沿着主光轴移到离凸透镜4倍焦距处，其间物和像的距离变化为（ ） A 逐渐增大 B 逐渐减小 C 先增大后减小 D 先减小后增大 4、马云洋在做“探究凸透镜成像”实验时，当蜡烛、凸透镜、光屏的位置如图所示时，恰能得到一个清晰的像。由此判断，他所用的凸透镜的焦距是（ ） A 一定大于20cm B 一定小于8cm C 一定在10cm 到16cm 之间 D 一定在8cm 到10cm 之间 5、如图：描述了眼球在某一视角下观察树时的示意图，从图中可以看出，物体在视网膜上所成像的大小由视角决定，视角大，像也大。下面四种情况，眼睛感到最长的物体是（ ） A 站在20m 远的1.6m 高的人 B18m 远的一棵1.7m 高的小树 C20m 远的高1.7m 的栏杆 D40m 远的1.8m 高的竹竿 6、王冰在听讲座时，想把银幕上的彩色幻灯片图像用照相机拍摄下来，由于会场比较暗，她使用了闪光灯，这样拍摄出来的照片（ ）

中考物理三轮复习每日一练：光现象和透镜

中考物理三轮复习每日一练：光现象和透镜 中考频度：★★★★★难易程度：★★★☆☆ 如图所示的四种现象中，属于光的反射现象的是 A ．B． C．D． 【参考答案】C 【试题解析】A．从水中筷子上反射的光从水中斜射入空气中时，发生折射，折射光线远离法线，当人逆着折射光线的方向看时，看到的是筷子的虚像，比实际位置偏高，所以感觉折断了，故与题意不符；B．用放大镜看文字时，文字变大了，属于凸透镜成像，是由于光的折射形成的。故与题意不符。C．平静水面上桥的倒影，属于平面镜成像，是由于光的反射形成的，符合题意。D．鸽子在沙滩上的影子是光沿直线传播现象，故与题意不符；故选C。 【知识补给】 光的直线传播 影子、日食、月食、小孔成像、手影游戏、太阳的光斑、灯射出的光柱、风吹草低见 牛羊、透过树林的阳光、打靶瞄准、形影不离、坐井观天、立竿见影、一叶障目、管 中窥豹、激光准直、皮影戏等 光的反射 平面镜成像、水中的倒影、镜面反射、漫反射、湖光映彩霞、镜中花、水中月、杯弓 蛇影、高楼上的玻璃幕墙等 光的折射 海市蜃楼、水中的笔或筷子弯折、投影仪、幻灯机、放大镜、照相机、彩虹、潭清疑 水浅、看见海面下的冰山、水中的手指“变粗”、眼睛成像、视力矫正等

平面镜成像实验 1．选两只同样大小的蜡烛是为了研究像、物大小的关系；刻度尺用来探究像、物到镜面的距离关系。2．结论：平面镜所成的像与物大小相同，像、物到镜面的距离相等，对应的像、物上的点的连线与镜面垂直，所成的像是虚像，像、物关于镜面对称。 （1）利用玻璃板透明的特点，可以观察到玻璃板的另一侧，便于找到像的位置； （2）另外一支相同的蜡烛与竖立在玻璃板前面的蜡烛的像能完全重合，可知蜡烛和它成的像大小相等；（3）虚像光屏接收不到，实像光屏能接收到； （4）从玻璃板的两面都能反射光，利用光的反射现象可知能成两个像； （5）平面镜成像的特点：物像等大、等距、连线与镜面垂直； （6）如果玻璃板没有放正，所成的像不在水平面上，以后无论怎样移动另一支蜡烛都不能与像重合。 下列说法正确的是 A．凸透镜是很厚的透镜，而凹透镜是很薄的透镜 B．王伯伯戴的老花镜对光有会聚作用 C．汽车的观后镜是用凸面镜做成的 D．人在照镜时，人离镜近时所成的像特别大 下列关于光现象的说法中正确的是 A．当人离平面镜较近时，在镜中不能看到自己的全身像，适当远离平面镜后就能在镜中看到自己的全身像B．如果甲同学从平面镜中能看见乙同学的脚，则由光路可逆可知乙同学从平面镜中也一定能看见甲同学的脚C．因为人在岸边看见的水中的鱼的位置比鱼的实际位置要浅，所以由光路可逆可知鱼在水中看见的岸边的人的头顶位置比人的头顶的实际位置要高 D．由于太阳光进入地球大气层后，其传播路径会发生弯曲，所以用激光武器摧毁敌人的空间站时不能直接瞄准空间站发射激光，而应该偏低一些发射 同学们在日常生活中常用手机进行“自拍”，此时手机的镜头相当于一个________透镜，该透镜对光线具有________作用。 下列现象中，由于光的反射形成的是

刻螺纹对Nd_YAG晶体棒的热透镜效应影响实验研究

?激光器件与元件? 刻螺纹对Nd :Y AG 晶体棒的热透镜效应影响实验研究 高彦伟1,刘晓峰1,孙年春1,黄永宗2,李　斌3 1.四川大学,成都　610064; 2.成都莱普科技有限公司,成都　610041; 3.成都东骏激光有限责任公司,成都蒲江　611630 提要:从理论上分析了Nd :Y AG 晶体棒内热传导过程以及影响冷却效果的因素,给出了表面刻上螺纹后,对Nd :Y AG 晶体棒的表面积和表 面冷却换热方式的影响。对热焦距进行了测量,与普通的棒的实验结果进行了对比,螺纹棒比普通棒的热焦距大12.9%。用刻螺纹的方法可以增大晶体与冷却液的接触面积同时改变了对流传热方式,有效地降低了棒的热透镜效应。 关键词:固体激光器;对流换热系数;螺纹棒;热焦距中图分类号:TN 248.1 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2008)03-0006-02 The experimental investigation of Nd :YAG grooved rods ’therm al focal distance G AO Y an -wei 1,LIU X iao -feng 1,S UN Nian -chun 1,HUANG Y ong -z ong 2,LI Bin 3 1.S ichuan University ,Chengdu 610064,China ; 2.Chengdu Laipu Science and T echnology C o.Ltd ,Chengdu 610041,China ; 3.Chengdu D ongjun laser C o.Ltd Pujiang ,Chengdu 611630,China Abstract :The process of heat of Nd :Y AG crystal rods and the factors of cooling efficiency are analyzed theoretically in this paper.The change of the surface area of Nd :Y AG crystal rods and the change of the style of thermal cooling exchange are studied as well.The thermal focal distances of grooved rod is measured.C om pare with the results of ordinary rods ,the result showes that the thermal focal distance has increased 12.9%.This method which groove screw thread can increase the contact area between the rod and the cooling liquid ,and change the m ode of heat convection ,decrease the thermal lens effects of the rods. K ey w ords :s olid -state laser ;convective heat -trans fer coefficient ;grooved rod ;thermal focal distance 收稿日期:2008-03-05 作者简介:高彦伟(1981-),男,汉族,河南驻马店人,四川大学在读硕士研究生,研究方向为激光与光通信。 双氙灯泵浦的ms 级脉冲Nd :Y AG 激光器在焊接和切割方面有广泛的应用。闪光灯泵浦Nd :Y AG 激光棒的时候,只 有大约3%〔1〕 的泵浦光被有效利用转化为激光输出,其余的大约有14%的能量转化为激光棒组件上的热而散逸掉,这些通过激光棒耗散掉的热使得其温度升高。这些热量将导致热透镜、应力、退偏、双折射等不良反应,这些效应使激光光束质量和输出功率下降,甚至造成工作介质破坏,严重限制 了固体激光器的最大平均功率和亮度〔2〕。文献〔3〕 对Nd :Y AG 激光器的热效应进行了计算模拟和实验研究;文献〔4〕 和文献〔5〕用有限元分析法对侧面泵浦的Nd :Y AG 激光器的热效 应进行了研究;文献〔6-8〕 还对热效应现象对激光器的输出的影响进行了研究。为使激光器持续稳定运转,必须及时有效地带走泵浦在工作介质中造成的无用热,一般情况下要对激光晶体棒和灯进行循环水冷却。对影响侧面泵浦Nd :Y AG 螺纹晶体棒的冷却效果的因素进行理论分析,并对双氙灯泵浦螺纹棒的热焦距进行实验测量,与一般的激光棒进行对比,来验证加工螺纹的方式是否对激光器的热透镜效应有所改善很有意义。 1　理论分析 激光棒因吸收泵浦光而产生的热是通过表面流过的冷 却液冷却的,假设棒内部发热均匀,在光学无限长的圆柱棒表面的冷却也均匀,则热流限于径向,并且可忽略轴向上冷却温度的端面效应和小的变化。以K 表示热导率,以Q 表示单位体积的均匀发热量,可根据一维传导方程得出圆柱棒 的径向温度分布〔1,9,10〕 : d 2T dr 2+ 1r dT dr +Q K =0(1) 方程的解给出了沿半径长度r 内任一点的稳定态温度。以T (r 0)表示r =r 0的边界条件,T (r 0)为棒表面温度,r 0为棒的半径,则 T (r )=T (r 0)+ Q 4K (r 20-r 2 )(2) 温度分布呈抛物线,。棒内的温度梯度并不是棒表面的温度T (r 0)的函数。单位体积的发热可表 示为 Q = P a πr 0L (3) 式中,P a 为棒消耗的总热量,L 为棒的长度,棒的表面和 棒的中心温差为 T (0)-T (r 0)= P a 4πK L (4) 棒与冷却液之间的传热使棒的表面与冷却液之间出现 温差。当内部吸收的总热量P a 等于冷却液表面带走的热量时,就达到稳定态。 P a =F α〔T (r 0)-T F 〕 (5) 式中,T F 冷却液的温度,F 为激光棒与冷却介质接触的表面积,α为冷却介质与棒表面之间的热传导系数。1.1　影响冷却效果的因素 由式(5)可知,冷却效果取决于F 和α,同等条件下F 越大,α越大冷却效果就越好。对流换热系数a 的大小反映了对流换热过程的强弱。影响换热系数的因素有以下几个方面〔11〕:流动状态、流体的种类及物理性质以及换热表面的形状、尺寸和位置。实验中流体为水,螺纹棒和普通棒的区别在于其与冷却液的接触表面积不同,以及刻上螺纹后棒表面水流动状态的改变。 螺纹棒的参数如下:尺寸Φ8×145mm 2,螺纹深度为0.1mm ,间距为0.6mm ,其照片如图1所示。 图1　螺纹棒照片 单个螺纹的剖面图如图2所示,它的表面积应该是如图3所示的两个相等面积的扇环的面积,S =(S 1-S 2)其中: S 1=12Rl 1=12×4cos θ×2π×4=16πcos θ S 2=12rl 2=12×3.9cos θ×2π×3.9= 15.21πcos θ 其中θ=arctan 3 6 高彦伟等:刻螺纹对Nd :Y AG 晶体棒的热透镜效应影响实验研究 《激光杂志》2008年第29卷第3期 LASER JOURNA L (V ol.29.N o.3.2008)

《光现象》《透镜及其应用》知识点大全

《光现象》复习指导 一、光的直线传播 1、光源：定义：能够发光的物体叫光源。 分类：自然光源，如 太阳、萤火虫；人造光源，如 篝火、蜡烛、油灯、电灯。月亮 本身不会发光，它不是光源。 2、规律：光在同一种均匀介质中是沿直线传播的。 3、光线是由一小束光抽象而建立的理想物理模型，建立理想物理模型是研究物理的常用方 法之一。 练习：☆为什么在有雾的天气里，可以看到从汽车头灯射出的光束是直的？ 答：光在空气中是沿直线传播的。光在传播过程中，部分光遇到雾发生漫反射，射入人眼，人能看到光的直线传播。 ☆早晨，看到刚从地平线升起的太阳的位置比实际位置 高 ，该现象说明：光在非均匀介质中不是沿直线传播的。 4、应用及现象： ① 激光准直。 ②影子的形成：光在传播过程中，遇到不透明的物体，在物体的后面形成黑色区域即影 子。 1的位置可看 到日全食，在2的 位置看到日偏食，在3的位置看 到日环食。 ④ 小孔成像：小孔成像实验早在《墨经》中就有记载小孔成像成倒立的实像，其像的形状与孔的形状无 关。 5、光速： 光在真空中速度C=3×108m/s=3×105km/s ；光在空气中速度约为3×108m/s 。光在水中速度为真空中光速的3/4，在玻璃中速度为真空中速度的2/3 。 1 2 3

二、光的反射 1、定义：光从一种介质射向另一种介质表面时，一部分光被反射回原来介质的现象叫光的反射。 2、反射定律：三线同面,法线居中,两角相等,光路可逆.即:反射光线与入射光线、法线在同一平面上，反射光线和入射光线分居于法线的两侧，反射角等于入射角。光的反射过程中光路是可逆的。 3、分类： ⑴镜面反射： 定义：射到物面上的平行光反射后仍然平行 条件：反射面平滑。 应用：迎着太阳看平静的水面，特别亮。黑板“反光”等，都是因为发生了镜面反射⑵漫反射： 定义：射到物面上的平行光反射后向着不同的方向，每条光线遵守光的反射定律。 条件：反射面凹凸不平。 应用：能从各个方向看到本身不发光的物体，是由于光射到物体上发生漫反射的缘故。练习：☆请各举一例说明光的反射作用对人们生活、生产的利与弊。 ⑴有利：生活中用平面镜观察面容；我们能看到的大多数物体是由于物体反射光进入 我们眼睛。 ⑵有弊：黑板反光；城市高大的楼房的玻璃幕墙、釉面砖墙反光造成光污染。 ☆把桌子放在教室中间，我们从各个方向能看到它原因是：光在桌子上发生了漫反射。 4、面镜： ⑴平面镜： 成像特点：等大,等距,垂直,虚像 ①像、物大小相等 ②像、物到镜面的距离相等。 ③像、物的连线与镜面垂直 ④物体在平面镜里所成的像是虚像。 成像原理：光的反射定理 作用：成像、改变光路 实像和虚像：实像：实际光线会聚点所成的像