课程（毕业）论文-激光原理及应用

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1、激光原理及应用激光(LASER)是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又非常非常重大发明，被称为“最快的刀"、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光覚它的亮度为太阳光的100亿倍。它的原理早在1916年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现，但要直到I960年激光才被首次成功制造。激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。激光可使人们有效地利用前所未有的先

2、进方法和手段，去获得空前的效益和成果，从而促进了生产力的发展。(一)激光的产生1.受激辐射1917年爱因斯坦从理论上指出：处于高能级E2上的原子，在满足频率为二(E2-El)/h的外来光子的激励下被诱发，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1,同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，这个过程称为受激辐射。可以设想，如果大量原子处在高能级E2上，当有一个频率=(E2-E1)/h的光子入射，从而激励E2上的原子产生受激辐射，得到两个特征完全相同的光子，这两个光子

3、再激励E2能级上原子，又使其产生受激辐射，可得到四个特征相同的光子，这意味着原来的光信号被放大了。这种在受激辐射过程屮产生并被放大的光(LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation)就是激光。2.产生激光的条件和过程(1)激活物质即被激励后能发生粒子数反转的工作物质，也称做激光工作物质。诸如氛、氮、C02、红宝石及放玻璃等。必须具备有亚稳态能级性质的物质。(2)激励装置能使激活介质发生粒子数反转分布的能源，既称为激励装置。如各种激光器所具备的电源。

4、(3)光学谐振腔能使光子在其屮重复振荡并多次被放大的一种由硬质玻璃制成的谐振腔。产生激光的过程可归纳为：激励一激活介质(即工作物质)粒子数反转；被激励后的工作物质中偶然发岀的自发辐射一其它粒子的受激辐射一光子放大一光子振荡及光子放大一激光产生。基于以上所述，在激光产生的原则中缺一因素不可。（二）激光的特点1.方向性好激光的光束可以说是在一条直线上传播，光束的发散角很小，在几千米外，扩展范围也不过几厘米，这样好的方向性是普通光源所无法达到的。2.良好的单色性光的单色性是光源发射的光波长范围很小，这个范围

5、叫做单色光的谱线宽度，谱线宽度越小，其单色性越好，它的颜色就越单纯。激光的单色性非常好，是FI前世界上发光颜色最单纯的光源，而且不同的激光器能在紫外线的波长范围之间产生窄线宽激光，可以满足不同的应用需要。3.高宽度激光具有极高的发光强度。由于激光的方向性好，能量在空间沿发射方向可高度集屮，亮度比普通光源有极大提高，并且采用特殊措施的激光器，还可以积累能量，然后在极短的时间内发光。这样，将光束能量在时间上高度集中,进一步提高了激光的亮度，它的亮度可达到地球表而太阳光线的10“倍。4.相干性单色性越好的光

6、，它的相干性必定越好。（三）激光的应用1.激光测距仪（1）激光测距原理激光测距原理与声波测距原理相似，不同的是激光测距仪发出的信号是脉冲激光信号。激光信号对准目标发射岀去后，将被目标反射。测岀从开始反射到反射回来后所接收到的时间间隔t,就能得出待测距离S,即S=%Ct式中t的时间极短，精确测量t是精确测量距离的关键，所以激光测距仪屮所采用的是时标电脉冲振荡器的电子计时器，能精确记录光信号往返时间。（2）激光测距的特点①测量精度高，可测距离远。②操作方便，速度快。③仪器体积小，质量轻。④抗电磁干扰能力强

7、。2.激光加工技术应用激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术，传统应用最大的领域为激光加工技术。激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，传统上看，它的研究范围一般可分为：(1).激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。(2)•激光加工工艺。包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。①激光焊接：汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、心

8、脏起搏器、密封继电器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。目前使用的激光器有YAG激光器，C02激光器和半导体泵浦激光器。②激光切割：汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2nwi以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1仙】以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。使用激光器有YAG激光器和C02激光器。③激光治疗：可