《激光检测技术》PPT课件

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1、激光光电检测技术激光基本原理激光器件激光干涉测量激光干涉在测量中的应用激光衍射测量及应用激光在其他方面的应用固体摄像器件及其应用参考书：激光光电检测国防科技大学出版社激光检测技术校编教材1在检测方面的应用：主要应用于精密仪器测量尺寸，如测长、测厚、直径；干涉测量、衍射测量、准直测量、小角度测量、激光全息干涉测量等。激光器的种类（按工作物质分）：固体：红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝石榴石（YAG)功率大；用于对产品的加工、军事。气体：氦氖、CO2等,输出功率比固体小，单色性好。光谱线从紫外区～远红外区。H

2、e-Ne：频率和功率稳定，用于精密计量。CO2：输出功率大、效率高，用于加工。液体：染料激光器（染料在乙醇、甲醇或水等溶剂中的溶液）染料：在可见光谱区间内具有强烈吸收性能的有机化合物。工作物质易制造；光学稳定性差，不能连续或高频脉冲方式工作，应用范围小。半导体：砷化镓等。体积小，效率高，可靠性高，短距离通讯或测距等。1960年第一台激光器问世。激光光电检测2光束的发散角2θ：两光线之间的最大夹角。第一章激光基本原理一、激光的方向性以及高亮度§1-1激光的基本特性激光束是在空间传播的圆锥光束。当θ角

3、很小时，其立体角为当弧度时，激光的方向性比普通光源发出的光好得多。1.方向性单位：sr或球面度立体角Ω：内容：激光的基本特性、激光的产生、光谱线的加宽、光学谐振腔、激活介质的能级系统、激光器的增益.3一般的氦氖激光等于单位面积的光源表面在其法线方向上的单位立体角范围内输出的辐射功率。一个发光面积为S的光源，在时间内向着法线方向上的立体角范围内发射的辐射能量为，则光源表面在该方向上的亮度等于2.亮度（瓦／米·球面度）越小，越短,越高。越高太阳激光的发光时间很短，激光输出功率可以很高。激光能量在空间和

4、时间上的高度集中，才使得激光具有普通光所达不到的高亮度。如果单位面积辐射功率相同,氦氖激光器的亮度比太阳光的亮度高了0.8×107倍.§1-1激光的基本特性例如，普通的调Q红宝石激光器脉冲功率达到106W，亮度比太阳要高1010倍亮度比高压脉冲氙灯要高37亿倍.红宝石巨脉冲激光器：每cm2输出功率达1kMW,发散角接近1mrad4二、激光的单色性和时间相干性(一)激光的单色性为普朗克常数，＝6．62620×10J.s不是单一的，有一定的频率宽度.中心频率同种原子从高能级E2自发向低能级E1作辐射跃

5、迁时,将发射一条中心频率为的光谱线.谱线的线型函数:谱线相对光强按光频的分布关系。I谱线总光强；I(ν)是频率为的光的光强.为归一化线型函数。§1-1激光的基本特性5(一)激光的单色性由(c：光速)求出波长宽度与的关系：例：中心频率频率宽度或原子谱线的宽度：和越窄，光的单色性就越好。§1-1激光的基本特性光源波长λ（μm）线宽△λ（μm）相干长度△LmaxKr86（灯）0.60574.7X10-738.5cm单纵模氦氖激光器0.632810－11～10－12几+km激光的时间相干性比普通光源所发出

6、的光好得多。激光与普通光源的时间相干性比较6三、激光的空间相干性杨氏双缝干涉实验1.设狭缝很窄(不考虑线度)光程差：暗条纹亮条纹K＝0，±1，±2，……：干涉条纹的级。2.狭缝S宽度为2b：光程差，与产生的两套亮暗条纹不致亮暗重合当满足时空间相干性：指光源空间不同点，同一时刻发出的光波之间的相干性，通常用相干面积来度量。§1-1激光的基本特性双缝间距为d7当时，条纹模糊，不再产生干涉.R和一定时，和一定时，产生干涉，有空间相干性。实验装置绕Z轴转90度，实验结果不变。相干面积通过相干面积内的两点的

7、光是相干的。与普通光源相比，激光光源的发射面积很小，有极高的亮度，是一种理想的强相干光源。扩展激光束覆盖双缝，则在观察屏B上就总可以看到十分清晰的干涉图样.激光束在整个横截面内都是空间相干的。§1-1激光的基本特性三、激光的空间相干性8（二）激光的时间相干性迈克尔逊干涉仪可动反射光束透射光束波的叠加干涉条纹图示相干长度光程差(K为亮暗交替的次数)两光干涉相长，P点最亮；，干涉相消，P点最暗。绝对的单色光，干涉效应始终存在。不存在相干长度：可相干的最大光程差。相干时间：光在相干长度内传播的时间或越窄

8、，光源的单色性越好，光源的相干长度、相干时间越长，光源的时间相干性越好。§1-1激光的基本特性重叠9§1—2激光的产生光的发射、吸收和放大，都是物质能量交换、转化的结果。发光现象：热辐射电致发光化学发光等形式.普通光源自发发射激光受激发射爱因斯坦首先提出.一、原子的能级:原子核外电子的运动状态原子的能量状态。根据量子理论：能量变化值是量子化的,这些量子化的能量级别称为原子的能级。基能级(基态)：能量最低的能级。激发能级（激发态）：能量值高于基态的能级。量子力学原子的能级是原子中核外