第三章 激光测试技术

激光测量技术
作者：孙长库
出版年： 2001年
本书系统地介绍了激光测量的基本原理、方法及应用,主要内容包括:激光的基本原理与技术、激光干涉测量技术、激光衍射测量技术、激光准直及多自由度测量技术、激光三维视觉测量技术等。

第一章激光原理及技术
第一节辐射理论概要
第二节激光产生的原理及条件
第三节激光的基本物理性质
第四节高斯光束
第五节稳频技术
第六节激光调制技术
第七节半导体激光器
第二章激光干涉测量技术
第一节激光干涉测量长度和位移
第二节激光小角度干涉仪
第三节激光外差干涉测量技术
第四节激光全息干涉测量技术
第五节激光散斑干涉测量技术
第六节激光光纤干涉测量技术
第七节激光多波长干涉测长技术
第三章激光衍射测量技术
第一节激光衍射测量原理
第二节激光衍射测量方法
第三节激光衍射测量的应用
第四章激光准直及多自由度测量
第一节激光准直测量原理
第二节激光准直仪的组成
第三节大气扰动及激光束漂移
第四节激光准直测量的应用
第五节激光多自由度测量技术
第五章激光视觉三维测量技术
第一节激光三角法测量原理
第二节激光视觉测量的基本原理
第三节激光视觉三维测量技术的应用第六章激光的其他测量技术
第一节激光多普勒(Doppler)测速技术第二节激光扫描测径技术
第三节激光测距技术。

激光测量技术第一章 激光原理与技术1、简并度：同一能级对应的不同的电子运动状态的数目；简并能级：电子可以有两个或两个以上的不同运动状态具有相同的能级，这样的能级叫 简并能级2、泵浦方式：光泵浦，电泵浦，化学泵浦，热泵浦3、激光产生三要素：泵浦，增益介质，谐振腔阀值条件:光在谐振腔来回往返一次所获得光增益必须大于或者等于所遭受的各种 损耗之和.4、He-Ne 激光器的三种结构：【主要结构：激光管（放电管，电极，光学谐振腔）+电源+光学元件】 1）内腔式；2）外腔式；3）半内腔式5、激光器分类：1）工作波段：远红外、红外激光器；可见光激光器；紫外、真空紫外激光器；X 光激光器2）运转方式：连续激光器；脉冲激光器；超短脉冲激光器6、激光的基本物理性质：1）激光的方向性。

不同类型激光器的方向性差别很大，与增益介质的方向性及均匀性、谐振腔的类型及腔长和激光器的工作状态有关。

气体激光器的增益介质有良好的均匀性，且腔长大，方向性 ，最好！例1：对于直径3mm 腔镜的632.8nmHe-Ne 激光器输出光束，近衍射极限光束发散角为2）激光的高亮度。

3）单色性。

激光的频率受以下条件影响：能级分裂；腔长变化←泵浦、温度、振动4）相干性：时间相干性(同地异时)：同一光源的光经过不同的路径到达同一位置，尚能发生干涉，其经过的时间差τc 称为相干时间。

相干长度： 例 : He-Ne laser 的线宽和波长比值为10-7求Michelson 干涉仪的最大测量长度是多少？ 解： ，最大测量长度为Lmax=Lc/2=3.164m 。

空间相干性（同时异地）：同一时间，由空间不同的点发出的光波的相干性。

7、相邻两个纵模频率的间隔为谐振腔的作用：（1）提供正反馈；（2）选择激光的方向性；（3）提高激光的单色性。

例 设He-Ne 激光器腔长L 分别为0.30m 、1.0m,气体折射率n~1,试求纵模频率间隔各为多少?8、激光的横模：光场在横向不同的稳定分布，激光模式一般用TEMmnq 表示原因：激活介质的不均匀性，或谐振腔内插入元件（如布儒斯特窗）破坏了腔的旋转对称性。

激光测试技术原理激光测试技术是一种利用激光器发射出的激光束对目标进行测量和分析的技术。

它通过测量激光束在目标上的反射或散射情况，来获取目标的相关信息，如距离、形状、表面特性等。

激光测试技术在工业、科学研究、医学等领域有着广泛的应用。

激光测试技术的原理主要包括激光器的发射、激光束的传输、目标的反射或散射以及接收和处理信号等几个关键步骤。

首先，激光器会产生一束单色、相干性强、方向性好的激光束。

这个激光束经过适当的光学元件传输到目标上。

目标可以是一个物体的表面，也可以是一个空间中的点。

当激光束与目标发生作用时，会发生反射、散射或折射等现象。

在激光束照射到目标上后，一部分激光束会被目标表面反射回来，形成反射光。

另一部分激光束会被目标表面散射或折射，形成散射光或透射光。

这些光束经过光学系统的聚焦和收集后，被接收器接收到。

接收器可以是光电二极管、光电倍增管或光电探测器等。

接收到的光信号会经过电路放大、滤波等处理后，转化成电信号。

接收到的电信号可以用来计算目标与激光器的距离。

利用激光束的速度已知，通过测量激光束从发射到接收的时间差，可以计算出目标与激光器之间的距离。

同时，还可以通过测量激光束的强度变化，获取目标表面的反射率信息。

利用激光束的聚焦性和方向性，还可以测量目标的形状和表面特性。

激光测试技术具有许多优点。

首先，激光束具有高方向性和高亮度，可以实现远距离测量和高精度测量。

其次，激光束具有短脉冲宽度和窄光谱宽度，可以实现高速测量和高分辨率测量。

此外，激光测试技术还可以实现非接触式测量，避免了测量过程中的物理接触和干扰。

激光测试技术在工业领域有着广泛的应用。

例如，在制造业中，可以利用激光测试技术对产品进行尺寸测量、形状检测和缺陷分析等。

在航空航天领域，可以利用激光测试技术对飞机表面进行检测和维修。

在医学领域，可以利用激光测试技术进行眼科手术和皮肤治疗等。

此外，激光测试技术还可以应用于地质勘探、环境监测、军事侦察等领域。

物理实验技术中的激光测量方法与技巧激光测量作为物理实验中一种重要的技术手段，被广泛应用于各个领域。

它以激光的高度准直、高能量、高相干性等特性为基础，结合各种光学器件和信号处理技术，可以实现对物体尺寸、形状、速度、位移等参数的高精度测量。

本文将介绍几种常见的激光测量方法与技巧，以及在实验过程中应注意的问题。

一、激光测距技术激光测距是激光测量中常用的一种方法，它通过测量激光光束发射和接收的时间差，来计算出待测物体与激光发射源之间的距离。

激光测距技术的精度高、响应速度快，被广泛应用于建筑、制造业等领域。

在进行激光测距实验时，首先需要选择合适的仪器设备，如激光测距仪或测距传感器。

其次，要注意激光光束的准直度，可以通过调整光路和使用聚焦镜头来实现。

此外，要合理选择激光波长，根据测量需求选择合适的波长，以避免光线在空气中的散射损失。

二、激光干涉测量技术激光干涉测量技术是一种基于光的干涉原理来进行测量的方法。

它通过光束的干涉，可以实现对光程差、位移、形状等参数的测量。

激光干涉测量技术具有高精度、非接触等特点，被广泛应用于光学元件的测试、微观位移测量等领域。

在进行激光干涉测量实验时，需要注意实验环境的稳定性和光路的精确调节。

实验室内应避免震动和温度变化对实验结果的影响，可以使用防震平台和温度控制设备。

光路的调节要仔细，可以使用反射镜、分束板等器件来调整和分束光路，保证光束的干涉效果。

三、激光散斑衍射技术激光散斑衍射技术是一种利用光的衍射原理进行测量的方法。

它通过分析散斑的形态、强度等信息，可以获取被测物体的表面形貌和光学特性。

激光散斑衍射技术具有测量速度快、非接触等优点，广泛应用于表面粗糙度、液体颗粒浓度等参数的测量。

在进行激光散斑衍射实验时，需要注意光路的调节和测量环境的控制。

光路要保证光束的准直和稳定，可以使用衍射光栅、透镜等器件进行调节。

测量环境要避免空气流动和震动的干扰，可以使用光学隔离器和避免光束直接照射待测物体。

激光测量技术的原理及应用激光测量技术是一种利用激光作为测量手段的高精度、非接触测量技术。

它通过光的传播和反射方式，结合精密的仪器设备和数据处理方法，实现对距离、速度、形状和表面特征等物理量的准确测量。

本文将从激光的原理出发，探讨激光测量技术的基本原理及其应用领域。

一、激光的原理激光（Laser）是由“光放大（Amplification）由受激（Stimulated）辐射（Emission）的光（Light）”所组成的词汇，它是指通过光学放大、光化学放大或其他方式产生的具有高度方向性、高单色性、高亮度和高准直度的光束。

激光的产生基于激光器，当激活物质受到外部能量激发后，原子或分子中的电子跃迁至激发态，然后在光学腔中通过受激辐射发射出相干光。

二、激光测量技术的原理1. 相位测量原理激光测量技术的基本原理之一是相位测量原理。

相位是指在激光传播过程中，光波向前推进的距离与波长之比。

通过测量相位差，可以得到光波在测量对象上反射或传播的距离。

常用的相位测量方法有干涉法、相移法等。

2. 时间测量原理激光测量技术的另一种原理是时间测量原理。

通过测量光波从激发到辐射的时间差，可以得到测量对象的速度或运动状态。

时间测量原理主要应用于测量运动物体的速度和运动轨迹等。

三、激光测量技术的应用激光测量技术在众多领域中得到了广泛的应用，以下是其中几个典型领域的应用案例。

1. 制造业领域在制造业领域，激光测量技术可用于检测产品的尺寸、形状、表面质量等，以保证产品的质量和精度。

例如，激光测量技术可以应用于机床、汽车零部件等的尺寸测量，实现精确的加工和装配。

同时，激光测量技术也可以用于检测材料的缺陷和瑕疵，提高产品的检测效率。

2. 航空航天领域在航空航天领域，激光测量技术常用于测量飞机机翼的形状和结构，以及飞机机身的表面质量和变形情况。

通过激光测量技术，可以实时监测飞机的结构变化和疲劳破坏情况，为飞机的安全性和可靠性提供保障。

3. 医疗领域在医疗领域，激光测量技术被广泛应用于眼科、皮肤治疗和医学影像等方面。

激光检测的原理及应用教案一、激光检测的原理激光检测是利用激光的特性进行测量和检测的技术。

激光是一种具有高强度、高方向性和高单色性的光束。

激光检测的原理基于激光的相干性和散射特性。

1. 相干性原理激光是一种相干光源，具有高度的波长和相位一致性。

相干性是指光波之间存在一定的相位关系，可以通过干涉现象进行测量。

激光检测利用激光的相干性，可以实现高精度的测量。

2. 散射特性原理激光在物质中传播时，会发生散射现象。

散射分为弹性散射和非弹性散射两种。

弹性散射是激光与物质相互作用后，光子的能量和频率保持不变；非弹性散射是激光与物质相互作用后，光子的能量和频率发生改变。

二、激光检测的应用激光检测技术在多个领域有广泛的应用。

以下是几个常见的应用领域：1. 工业制造激光检测在工业生产中起到关键作用，可以用于精密测量、质检和自动化控制。

例如，在汽车制造过程中，激光检测可以用于测量零件的精度，确保其符合规格要求。

2. 医学诊断激光检测技术在医学诊断中有广泛应用。

例如，激光扫描仪可以用于皮肤病的早期诊断，通过扫描患者的皮肤表面，检测病变的位置和程度。

3. 环境监测激光检测可以用于环境监测和污染控制。

例如，大气污染物检测可以使用激光雷达技术，通过检测大气中的颗粒物浓度和分布来评估空气质量。

4. 安防监控激光检测被广泛应用于安防监控系统中。

例如，激光传感器可以用于检测周围环境的活动，并发出警报信号。

通过激光检测技术，可以提高安全性和监控效果。

三、教案设计1. 教学目标•了解激光检测的原理和基本概念•掌握激光检测的应用领域和实际案例•培养学生分析和解决问题的能力2. 教学内容第一课：激光检测的原理•学习激光的基本特性和相干性原理•探索激光在物质中的传播和散射特性第二课：激光检测的应用领域•学习激光检测在工业制造、医学诊断、环境监测和安防监控等领域的应用•分析和讨论实际案例，了解激光检测的实际应用情况3. 教学方法•教师讲解激光检测的原理和应用领域，引导学生思考和讨论•小组讨论和案例分析，培养学生分析和解决问题的能力•实验操作和观察，体验激光检测技术的实际应用4. 教学评估•组织小组讨论，学生根据案例分析激光检测的应用•设计小型实验，学生根据实验结果进行数据分析和结论归纳•书面作业，对激光检测的原理和应用进行总结和思考四、教学资源•PowerPoint演示文稿：提供激光检测的原理和应用讲解•实验器材：激光器、散射物、检测器等•相关案例和资料：用于学生讨论和分析的实际应用案例通过上述教案设计，学生可以系统地学习和理解激光检测的原理及其在不同领域的应用。