黄彦琴[1]

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1、2022-7-241宁夏师范学院物理宁夏师范学院物理与信息技术学院与信息技术学院导导 师：郝福生师：郝福生 报告人：黄彦琴报告人：黄彦琴 2spB 11方向性好 激光器不同与其它光源，它天性就是只朝一个方向发射光，而且射出的光束发散角很小，接近衍射极限，称得上是高度平行的光束普通光和激光器的发光范围如图1所示图1普通光源和激光器的发光状况图1普通光源和激光器的发光状况2022-7-2471.2 单色性好 普通的白光有七种颜色，频率范围很宽。激光是一种单色光，频率范围极窄，发散角很小，只有几毫弧，激光束几乎就是一条直线。氦氖激光的谱线宽度，只有10-8nm，颜色非常纯。这种光波在光纤中传输产生的

2、噪声很小，这就可以增加中继距离，扩大通信容量。光是一种电磁波。光的颜色取决于它的波长。普通光源发出的光通常包含着各种波长，是各种颜色光的混合。2022-7-248 科学上用光辐射能量集中的频谱区间（称谱线宽度）衡量光的单色性，谱线宽度越窄，它的单色性越好太阳光辐射能量分布在从紫外至远红外的广阔光谱区域，所以它谈不上单色性常用的单色光源如氖灯、氦灯、氪灯、氢灯等，它们的光辐射谱线宽度比较窄（小于4.510-3nm），其中氪86光源发射的红光（波长605.7nm）的谱线宽度最窄，只有4.710-4nm，有单色性之冠之称激光的单色性比它更好，特制发红光的He-Ne激光器，波长632.8nm的谱线宽度

3、只有210-9nm！1.3 相干性极好相干性是表示电磁场在空间不同位置上瞬时的或统计的相位相关性质在辐射场中的两个不同的点上，场的相位差总是有某些无规起伏如果光束中的两点之间的无规相位差平均值恰巧小于1 rad，这两个点之间的距离叫“相干长度”把相干长度之内两点的场分离开，然后再用某种方式把它们重新叠合，会发生干涉效应，形成明暗相间的条纹 一般来说，沿光束传播方向和沿横截面方向的相干长度是不相同的光波沿其传播方向通过相干长度所需的时间叫“相干时间”相干长度和相干时间与光波单色性有关粗略地 说，相干时间t2/c，相干长度l2/，这里的是光波波长，是辐射的谱线宽度激光的单色性很好，所以，它的相干长

4、度很长特制的氦-氖激光器输出的光束相干长度达2107km普通光源的辐射，其相干长度很短，以具单色性之冠的氪灯发射的红光来说，其相干长度也只有38.5cm 干涉是波动现象的一种属性。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，送入光纤，这就叫相干性高。一台巨脉冲红宝石激光器的亮度可达1015w/cm2sr，比太阳表面的亮度还高若干倍。干涉是波动现象的一种属性。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

5、中起来，送入光纤，这就叫相干性高。一台巨脉冲红宝石激光器的亮度可达1015w/cm2sr，比太阳表面的亮度还高若干倍。2022-7-24132、激光精密计量 激光有很好的单色性和相干性，用它作计量检测，能获得很高的计量精度，且测量方便快捷2022-7-24142.1 激光长度基准科学研究和生产离不开长度计量现代科学技术和工业要求的计量精度很高量度长度的米尺是保存在巴黎国际计量局的“米原尺”，它是用铱铂合金制成，上面两条刻线之间的距离是1m各国使用的米尺都是以这把“米原尺”为标准进行校对显然，靠这样校准出来的米尺，长度准确性不会很高一些原子发射的光波波长数值很精确，也很稳定所以，1960年第11

6、届国际计量大会作出规定，以氪86原子发射的红光（波长605.7nm）定义米尺，1米等于这个波长的1650763.73倍这样定义的米尺的精度受光辐射单色性的限制如果用波长632.8nm的He-Ne激光来定义米尺，它的精度将从原来用氪灯定义的米尺（精度子0.16m）提高到210-2nm！1983年第17届国际计量大会又通过长度单位米2022-7-2415m2997924581s1的新定义：1是的时间间隔内光在真空的行程的长度，在重新定义米的讨论中，决定用精确测量的激光频率v，通过规定的基本常量光速导出波长，即vc式中是光波波长，v是光波频率，从而复现长度单位米2.2 长度测量 随着机床、自动制图机

7、、掩模制作机、集成电路制作机等工作机械大型化、精密化、数值控制化的发展，需要长尺子并以很高精度确定其位置 2022-7-2417 利用光的干涉方法能进行精密长度定位，但是，有效量程受单色性限制最大量程Lmax由下式给出2maxL 式中是光谱线（带）宽度用氦灯的黄光（波长=587.6 nm，=0.004 5 nm）计量，最大有效量程Lmax=7.7cm；用氪灯的红光（波长=605.7 nm，=4.710-4nm）计量，最大量程Lmax=38.5cm激光有极好的单色性，用它计量的有效量程会大得多比如，用特制氦-氖激光器输出的红光（=632.8nm，=210-9nm），最大量程可达20km2022-

8、7-2418 光尺用手拿不住，它是通过干涉的方法显示量度的长度把激光器输出的激光在干涉仪中分成两束，一束在干涉仪中走过固定路程；另一束射到靶棱镜后反射回干涉仪，光靶棱镜相对于干涉仪移动时，这束光的光程发生变化两束光会合之后发生干涉，生成干涉条纹当靶棱镜移动半个波长时，干涉图上发生一条条纹的移动数出通过参考点的条纹移动 数目N，就可以由下面的公式得到移动的长度L：2022-7-24192NL 干涉仪和生产设备一起使用，已见于许多数字控制机械和其它精密测长工作测量1m长度，误差为百分之几微米2.3 测距和测速 用光学方法可以方便而又迅速地测出远方目标距离，测量精度也非常高物体移动的距离等于运动速度

9、与运动时间的乘积光子运动速度是一个常量（2.998108ms-1），所以，只要测出光波从光源发出至目标的来回传播时间t，就可以由下式定出目标的距离L:tcL21 激光的亮度很高，所以可以测量很远的目标距离；而激光脉冲宽度又可以很窄，所以，测量距离的精度又会很高，重量0.5kg左右的脉冲激光测距仪，可测20km的目标距离，误差0.5m，完成测量时间不到1s，利用激光相干性高的特点发展的相位测距法，测距精度更高，测量与8000km外的卫星之间的距离，误差仅2cm 利用激光照射在运动物体上产生的反射光多普勒频移，或利用从运动物体表面散射回来的激光衍射花样发生的移动，可以确定物体的运动速度这种方法测量

10、的速度范围宽，低的可以测出每秒移动0.007 cm的速度，高的可以测每秒几百米的速度三激光加工聚焦起来的激光束内光功率密度可以极高如一台普通激光器，它在 1ms内发射100J光能量，光束发散角110-3rad用焦距 1cm的透镜聚焦，在焦点上的光功率密度约为1.31011Wcm-2材料对激光的反射率视波长的不同，数值在0.500.98，即使材料表面对光的吸收率为1%，它吸收的激光功率密度也有1.3109Wcm-2，这个数值足可以把大多数金属瞬间加热融化、气化利用这个原理，激光束可以在材料上打孔，可以对材料作切割、焊接、划片、雕刻、去重和表面淬火处理用激光作这样的机械加工，比用普通工具加工优越：

11、（1）与材料无实体接触，避免出现工具磨损、断裂造成的损耗和误工，简化了装夹和固定零件的问题，还能在特殊条件下进行加工以及自动化操作加工；（2）加工精度高，一般都可以达到1m以下；（3）引起零件发生的畸变量小；（4）节能，尤其是表面淬火处理，效果更为显著 早期主要用激光作精细加工，后来出现工业型高功率CO2激光器和Nd YAG激光器，开展了大型机械加工，比如汽车工业中的底盘切割和焊接、齿轮焊接、发动机汽缸热处理；石油工业中的钻头和抽油管的热处理等，生产实践表明收到了相当好的经济效益现在，激光加工已推广到各个行业，正在形成一个激光加工产业 小结：激光独特的优良性质，对提高生产技术意义重大，并将形成

12、新的高技术产业，开辟众多的应用领域，成为一门正走向实用化的高技术。致致 谢谢 2022-7-2427 本学位论文是在我的导师郝福生老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到论文的最终完成，郝老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。几个多月来，郝老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向郝老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。参考文献：【1】：郝光生，雷仕湛，激光器设计基础，上海：上海科学技术出版社，1982.【2】：雷仕湛，应国兴，激光与现代化，北京：科学普及出版社，1982.【3】：雷仕湛，激光技术手册，北京，科学出版社，1992.【4】：蔡枢，吴铭磊，大学物理，北京，高等教育出版社，20042022-7-24292022-7-2430诚挚感谢我的导师诚挚感谢我的导师和各位老师！和各位老师！