第四章激光技术
1、腔长30cm的氦氖激光器,荧光线宽1500MHz,可能出现三个纵模。
用三反镜法选单纵模,问短耦合腔腔长(L2+L3)应为若干?
2、饱和吸收法稳频较兰姆凹陷法的优点有哪些?
饱和吸收法稳频,由于反转兰姆凹陷的宽度比兰姆凹陷的宽度窄,所以其中心频率两侧曲线的斜率就比兰姆凹陷曲线的斜率大,这样就可以减小搜索讯号的幅度以提高频率的稳定性。
同时还由于吸收线中心频率极为稳定,所以使饱和吸收法获得了很高的长期稳定度和复现度。
3、简述电光调Q原理。
(图略)电光调Q是利用某些晶体的电光效应来作为Q开关的元件。
由电光效应知,当晶体加/4电压后,由感应双折射,沿x方向振动的线偏振光进入晶体后将变为沿x'及沿y'方向振动的二个线偏振光,通过晶体后成为圆偏振光,再经反射镜反射,该圆偏振光再次通过晶体则位相再次增加/2,圆偏振光又成为一线偏振光。
不过它的振动方向为y方向,与原入射光振动方向垂直。
也就是说,加了/4电压后,往返通过晶体的线偏振光,振动方向相对改变90角。
对于未加电压的晶体来说,往返光的振动方向不变。
利用这一点可以制成Q开关。
由于激光器发出的激光无偏振性,它通过偏振片后成为沿x方向振动的线偏振光。
往返通过加/4电压的KD*P晶体,则返回光沿y方向振动将被偏振片吸收。
此时腔的Q值很低,由于外界激励能源的作用,可使介质中能级的粒子数迅速增加,当其能级粒子数积累到足够数量的某个时刻突然撤去KD*P上的电压,则由YAG输出的激光经偏振片后能自由往返于激光腔中,不改变振动方向。
损耗小,因此腔的Q值很高,从而输出一个巨脉冲。
第五章习题
1、计算腔长为1m的共焦腔基横模的远场发散角,设波长为6328Å,10Km处光斑面积多大?
共焦腔束腰:
远场发散角:
-4弧度
10Km处光斑半径:
光斑面积:
S=πr2125m2
2、一高斯光束腰粗0=0.2mm,λ=0.6328μm今用一焦距3cm的短焦距透镜聚焦,已知腰粗0离透镜的距离为60cm,求聚焦后光束腰粗。
入射光在透镜处的光斑半径:
聚焦后束腰半径:
3、如图,二透镜焦距分别为f1=2.5cm,f2=20cm,0=0.28mm,z1>>f1(入射透镜紧靠共焦腔输出镜面),求该望远镜系统光束发散角的压缩比。
(图略)解:
入射透镜处光斑半径;
发散角的压缩比:
第五章激光应用
1、激光切割时加喷高压气流的作用是什么?
一定压力(1~3个大气压)的气流(氧气或空气)与热金属发生强烈的放热反应,提供了部分能量,使切割速度显著提高.有辅助切割的作用并能保护光束系统不被汽化的材料所污染.
2、激光打孔时,单次打孔一般用在什么情况下?
单脉冲打孔存在着一些问题不好解决,例如液态材料未被喷出,出现再凝固问题就不好解决,因此单脉冲打孔仅用在薄板零件上打盲孔,其它情况均采用多脉冲打孔.
3、激光焊接与激光切割、打孔有什么不同?
影响激光焊接的因素有哪些?
与切割打孔不同,焊接只需将材料熔化即可.因而必须严格控制能量输出,升温控制在熔化与蒸发之间,只有这样才能达到高质量的焊接效果.
影响激光焊接的因素有光功率密度、作用时间、材料性质、焊接方式等。
4、激光动平衡去重法有哪两种?
它们各有什么特点
激光动平衡去重有两类。
1.按偏重量去重平衡,2.定量去重平衡。
按偏重量去重平衡是检测出偏重量,自动给出一幅值信号,控制激光输出能量,以除去相应的重量。
定量去重平衡不需要电路反馈系统,不论偏重大或偏重小,每次输出激光能量都是一定的,因而每次去重量也是一定的。
5、激光热处理有什么特点?
激光热处理可以分为哪几种?
激光热处理具有以下优点:
1、由于激光功率密度高,加热速度极快,冷却速度也快,可以自行冷却,因而热影响区小,工件变形小,处理后不需修整。
2、由于光束传递移动方便,可以对形状复杂的零件或零件的某一部份进行处理,如盲孔底、深孔内壁、凹槽等,也可以根据需要在同一零件的不同部位进行不同的处理。
3.由于加热速度极快,即达到了表面改性的目的,又不影响材料内部原有的性能。
即提高了表面硬度和耐磨性,又保持材料内部韧性。
4.由于处理后变形小,不破坏工件表面原有光洁度。
激光热处理中应用较多的是表面强化,相变硬化和激光表面合金化、激光涂敷等。
6、激光脉冲测距仪对光脉冲的要求有哪些?
测距仪对光脉冲的要求
①光脉冲应有足够的强度(避免反射回来的光太弱)
②光脉冲方向性要好。
一是为了能量集中,能测很远,二是希望能准确的判明方位。
(3)光脉冲单色性要好。
为避免杂散光的影响,加了滤光片,光脉冲单色性好的话,滤光效果更佳。
能有效提高信噪比。
④光脉冲宽度要窄。
因为光速非常高,距离不太大的话,往返时间很短。
若脉冲宽度较大,即发射时间较长的话,有可能使发射光与反射回来的光重叠,这样就无法测量,因此光脉冲宽度一定要窄,可通过调Q技术解决这一问题。
7、位相测距仪的工作原理是什么?
位相测距是测定连续的调制激光在待测距离d上往返的位相差来间接测量传播时间t的。
我们知道光波在传播过程中位相是不断变化的,每传播波长
的一段距离,位相就变化2。
所以距离d、光波往返位相差和光波波长之间的关系为:
2d=•(/2)(:
往返d一次位相变化)
或d=(/2)•(/2)
(1)
这里,/2相当于测尺长Ls,/2相当于d内包括测尺长Ls的数目。
若令=2N+⊿,其中N为正整数,⊿是中不足2的尾数,并考虑到Ls=/2,
(1)式改写为
d=Ls•(/2)=Ls•(N+⊿/2)
(2)
8、画出激光干涉测长仪简化光路,并解释其工作原理。
(图略)
工作原理如下:
由He-Ne激光器发出的光经半透半反镜P后被分成两束,一束经固定反射镜M1反射回来,另一束经可动反射镜M2反射回来,两束光经过P后汇合产生干涉。
光束1的光程不变,而光束2的光程则随着平台一起移动的M2的移动而改变。
两光束光程差:
⊿S=(2n+1)•(/2)暗条纹
⊿S=2n•(/2)亮条纹(n为正整数)
当两束光的光程相差激光半波长的偶数倍时,它们相互加强,在计数器的接收屏上形成亮条纹,当两束光的光程相差半波长的奇数倍时,它们相互抵消
,在接收屏上形成暗条纹。
因此,M2沿光束2方向上每移动半波长(/2)的长度,光束2的光程就改变一个,于是干涉条纹就产生一个周期的明、暗变
化。
这个变化由光电转换装置转变成一个电信号而被光电计数器计数。
并由显示和记录装置加以显示和记录。
显然,我们只要记下M2移动时干涉条纹
变化的周期数N就可以得到被测长度为:
L=N•(/2)
被测长度L也可以通过运算和显示电路直接显示出来。