激光操作知识 激光技术基础知识

大家好,今天小编来为大家解答以下的问题,关于激光操作小知识,激光技术基础知识这个很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧!

科学激光的知识

激光的原理,简而言之就是光的受激辐射放大,负责一点说就是被泵浦光激发的原子在种子光源的激发下同步跃迁以达到对种子光复杂放大的过程,再负责一点说,激光原理在大学里面是整整一本书,是整整一门课,是要用一个学期学完的,推荐你看《激光原理》,里面详细解释激光的成因,激光的增益,损耗,横模,纵模,模式竞争,激光器的分类,谐振器,激光器传播矩阵,激光器输出,激光器光束形状等等很多很多知识!

医学上激光治病现在用的比较多的就是切割,用高能激光从身体上切掉某个东西,使得创伤面小,速度快,效果好。还有一些比较高深的,比如激光光镊等等,但是激光不是什么病都能治的!

在没有损耗的情况下,不仅仅激光,任何光都可以无限远传播,当然激光的准直性好,能量高,使得他在长距离并且考虑损耗的传播的情况下,比普通光源更有优势!有的高能激光传个几千公里没问题,如果再在低损耗的光纤中传播,距离将会更远!

激光能杀人么?笑话,美国人用激光炮把自己的卫星都打下来了,你说能杀人不?我们实验室平常用的高能激光,照射身体1,2秒就感觉发烫,超高能激光还要穿放辐射服,那种激光基本上就是打你眼睛一下,你这辈子就崩看东西了!

激光技术基础知识

激光

英文名 LASER,其全称是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation。

字面意思就是“光受激辐射放大”。

其为人工光源,具有与自然光不同的特性,可直线传播到很远,并且可聚集在较小范围等。

自然光包含从紫外线到红外线等多种波长的光。其波长不一。

自然光

激光为单一波长的光,其特性称之为单色性。单色性的优点在于可提高光学设计的灵活性。

激光

光的折射率因波长不同而产生变化。

自然光穿过镜头时,会因内含不同种类的波长,而产生扩散现象。这种现象称为色差。

而激光为单一波长的光,只会朝相同的方向折射。

例如,摄像头的镜头需要具备可校正因颜色导致的失真的设计,但激光仅需考虑该波长即可,因此光束可长距离传送,实现小光斑聚光的精密设计。

指向性是指声音或光线在空间内前进时不易扩散的程度,指向性较高则表示扩散小。

自然光包含朝各种方向扩散的光,为提高指向性,需要靠复杂的光学系统去除前进方向以外的光。

自然光

激光为指向性较高的光,让激光不扩散而直线前进,在光学设计上较为容易,可进行长距离传送等。

激光

相干性表示容易相互干扰的程度。如果将光考虑为波,波段越相近则相干性越高。

例如,水面上不同的波相互碰撞时,可能相互增强或相互抵消,与这一现象相同,越随机的波干扰程度越弱。

自然光

激光地位相、波长、方向一致,可维持较强的波,从而实现长距离传送。

激光波峰波谷一致

相干性较高的光,具有可长距离传送且不会扩散的特性,具备可通过镜头聚集成小光斑的优点,可将产生的光传送至别处,用作高密度光。

激光具有优异的单色性、指向性、相干性,可聚集成非常小的光斑,形成高能量密度的光。

激光可缩小至自然光达不到的绕射极限附近。

(绕射极限:物理上无法将光聚焦成小于光波长的极限)

通过将激光缩到更小,可将光强度(功率密度)提高至可用于切断金属的程度。

激光

要产生激光,就需要称为激光媒质的原子或分子。

从外部对该激光媒质照射能量(激发光)让原子由低能量的激发态变换为高能量的激发态。

激发态是指原子内的电子从内侧向外侧外壳移动的状态。

原子状态

原子变换为激发态后,经过一段时间会恢复为基态(从激发态恢复为基态的时间称为荧光寿命)。此时会将接收到的能量以光的形态辐射出去,恢复为基态(自发辐射)。

这种辐射出的光具有特定的波长。

激光的产生原理是让原子变换为激发态,然后提取产生的光加以利用。

原子状态

变换为基态后一定时间的原子,会因自发辐射而辐射出光,并恢复为基态。

但激发光越强,激发态的原子数量就会增加,自发辐射光也会随之增加,从而产生受激辐射现象。

受激辐射是向受激原子入射自发辐射或受激辐射的光后,该光提供受激原子能量,让光成为相应强度的现象。受激辐射后,激发原子恢复为基态。激光的放大正是利用这种受激辐射,激发态的原子数量越多,受激辐射就会连续产生,从而可使光急速放大,并提取为激光。

工业用激光器大致分为 4种

重叠材质不同的半导体结晶构成活性层(发光层),从而产生光。

让光在构成两端的一对镜面间往返从而放大,最终产生激光。

半导体激光

CO2激光是以 CO2气体为媒质的激光。

在填充有 CO2气体的管内,配置电极板,以产生放电。电极板连接外部电源,使其可投入高频率电力作为激发源。因电极间放电而在气体中产生等离子体,CO2分子会变换为激发态,该数量增加后开始受激辐射。此外,为了让光往返而产生振荡,相对设置一对镜面,则构成了谐振器。光会在全反射镜和输出镜之间往返,放大后输出为激光。

CO2激光

侧面抽运方式 YAG激光是以 YAG结晶为激光媒质的一种固体激光。

YAG是指(Yttrium Aluminum Garnet)的结晶,并添加 Nd(Neodymium、钕)。

激光器的构成是在与 YAG结晶的轴平行的两侧配置激发用 LD。使用一对镜面构成谐振器,在两者之间配置 Q开关。振荡波长为 1064 nm。

侧面抽运方式是一种投入激发光的面积较大,可提高投入能量并容易获得高功率输出的构成。

脉冲宽度较长,为 100 ns至数 ms,可产生脉冲能量较大的脉冲,用于对金属的刻印、切断、雕刻、焊接。

YAG激光、侧面抽运方式

侧面抽运方式 YVO4激光是以 YVO4结晶为激光媒质的一种固体激光。

YVO4是指钒酸钇结晶,与 YAG同样添加有 Nd(钕)。采用从 YVO4结晶端面单侧照射激发光的方式,以一对镜面构成揩振器,并在镜面间配置结晶和 Q开关。振荡波长与 Nd:YAG激光相同,为 1064 nm。放大率较高,可使用较小的结晶,激光器长比 YAG激光短。因此,光可在更短时间内反复射入结晶,使光强度急剧增加。与 YAG相比,具有效率更高、峰值更高且脉冲更短的特点。此外,结晶中心部的放大率较大,产生的光为单模光*,可输出高品质的激光。

YVO4激光、侧面抽运方式

光纤激光使用光纤为媒质,是长距离通信的中断放大技术发展为高功率输出激光的产物。光纤由中心传输光的核心和以同心圆状包覆核心的金属包层构成。光纤激光以该核心为激光媒质放大光。因此核心中添加有 Yb(Ytteribum、镱)。

光纤激光的构成一般是通过激光二级管(Seed LD)产生的称之为种子光源(Seed Light)的脉冲光,然后通过 2个以上的光纤放大器进行放大。激发用 LD配备多个单管发射器(发光层为 1个)LD。各LD为低功率输出,因此具有热负荷较小的优点,实现了长寿命。此外,该 LD数量越多,越可实现高功率输出的激光。光纤激光振荡效率较高,与固体激光和气体激光相比,具有功率消耗较低的特点。

放大用光纤(前置放大器、主要放大器)为 3层构造,包括核心和 2层金属包层。激发光进入内侧的金属包层(内层包覆)和添加有 Yb的核心内,使核心内部的原子变换为激发态。激光被封闭于核心内前进,再通过激发原子放大,在媒质内越前进,强度越强。与固体激光或气体激光不同,光朝一个方向前进,不会往返。

放大用光纤构造

YVO4激光和光纤激光的最大差异在于峰值功率和脉冲宽度。

峰值功率代表光强度,脉冲宽度代表光的持续时间。YVO4具有容易产生高峰值、短脉冲光的特点,光纤具有容易产生低峰值、长脉冲光的特点。激光照射到材料时,加工结果会因脉冲的差异而产生较大变化。

YVO4和光纤激光的脉冲

YVO4激光的脉冲会对材料短时间照射高强度的光,因此表面层较浅的区域会急速升温,然后立即冷却。照射部分在沸腾状态下被冷却为发泡状态,蒸发后形成较浅的刻印。在热量传递前照射便会结束,因此对周围的热影响较小。

光纤激光的脉冲,则是长时间照射低强度的光。材料温度缓慢上升,长时间维持液体或蒸发的状态。因此,光纤激光适合刻入量变大、或金属承受大量热量而氧化需要变黑的黑色刻印。

补充:

关于激光器,基恩士独创了 S-MOPA激光器,

*Solid-state Master Oscillator Power Amplifier:直接将 YVO4激光器的高品质光束,结合光纤激光中所使用的放大器技术,实现高功率输出化。光源 LD(激光二级管)采用散热性较高的单管发射器,实现长寿命化。

S-MOPA的特点在于由 2个阶段构成,首先通过 YVO4激光器(主激光器)产生脉冲,然后通过 YVO4的放大器将该脉冲放大。因此可维持主激光器所产生的高峰值、高品质脉冲,同时进行放大。此外,采用具有光纤激光特点的单管发射器激发 LD,与固体激光的巴条发射器 LD(单个半导体芯片中具有多个发光面的 LD)相比,热密度较低,冷却负荷较小,虽为固体激光,却实现了长寿命。

关于激光的知识

刚好我正在学习一门关于激光的课程,先简单凭印象给你讲解下,如果有更详细的需要,你可以发邮件给我。

如果一个系统中处于高能态的粒子数多于低能态的粒子数,就出现了粒子数的反转状态。那么只要有一个光子引发,就会迫使一个处于高能态的原子受激辐射出一个与之相同的光子,这两个光子又会引发其他原子受激辐射,这样就实现了光的放大,也就是激光。

激光的发散角很小,适于远距离传播。

当采取光学处理,可以将激光光束聚焦,因而可以产生很强的能量,可用于工业加工。工业上常用的激光器有:二氧化碳激光器,能产生10kw以上的功率,ND:YAG激光器能产生约5kw的功率,半导体激光器,其激光束可以叠加能以较小的体积得到很强的功率,广泛用于各个领域。还有非常重要的excimer准分子激光器,能用于切割加工几乎所有的材料,但是工业上难以得到较强功率,相比前三种,用途虽多,但是应用没有他们广泛。值得一提的是,现在流行的激光近视眼矫正以及激光美容都是采用准分子激光器。

按照功率由低到高,激光的应用有从超市的商品条码扫描器,教学用的激光笔,光驱里用到的激光指示器,工业上用于加工,最厉害的数激光武器了。

激光的能量主要取决于它的波长,波长越短,能量越高。

使用或接触激光要注意安全。激光对人体造成的危害主要是皮肤,眼睛。特别是眼睛,千万不可直视激光,要知道眼睛里面的晶状体可以将激光的能量放大十万倍!!!(因为晶状体可以将激光光斑缩小三个数量级,对应能量扩大六个数量级!)瞬间强大的能量会将你的视网膜烧毁甚至会灼伤更内部的“部件”。因此,严重警告!!!!!:眼睛不可直视激光。

激光操作小知识和激光技术基础知识的问题分享结束啦,以上的文章解决了您的问题吗?欢迎您下次再来哦!