第八章 激光准直技术 PPT课件
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激光准直仪原理激光准直仪原理是指利用激光光束来检测测量物体的水平和垂直方向的相对位置,是一种常用于建筑、制造和测绘等领域的精确测量工具。
激光准直仪由于其高精度和高效率,已成为现代科技和工程实践的必备工具。
激光准直仪原理包括激光发射原理、激光束偏转原理和光电测量原理。
下面我们将详细介绍这三个方面的原理。
一、激光发射原理激光准直仪可以发射单色、高强度的激光束,其核心技术是激光的发射原理。
激光是由激光器中的激光介质(如He-Ne、Nd:YAG等)所产生的,并通过光机系统将激光束做成平行光线发射出去。
激光的发射具有相干性强、方向性好、空间相干长度长等特点,因此具有高亮度性质。
激光准直仪中常用的激光器有He-Ne激光、半导体激光和固体激光等。
He-Ne激光器是一种常见的气体激光器,具有单色性好、光束质量高等优点。
而半导体激光器体积小,效率高,但线宽大,不适用于精密测量。
固体激光器具有较大的输出功率和较高的光束质量,因此被广泛应用。
二、激光束偏转原理激光准直仪中的激光束偏转主要是通过光学元件来实现的,常见的光学元件有反射镜、透镜和棱镜等。
激光准直仪中常用的光学元件是反射镜。
激光准直仪中的反射镜一般分为二面反射镜和三面反射镜两种。
二面反射镜由两块平行的反射面构成,常用于对准垂直方向和水平方向;而三面反射镜则由三块相互垂直的反射面构成,可以同时对准垂直方向、水平方向和竖直方向。
当激光束通过反射镜时,会依照反射镜的角度发生偏转,从而实现对准垂直方向和水平方向,达到准确定位的目的。
三、光电测量原理激光准直仪还需要通过光电测量原理对测量值进行确定。
光电检测是通过光电二极管集成电路将光电转化为电信号,经放大、滤波、数字化等处理后,达到对物体位置的测量。
在激光准直仪中常用的光电检测元件有光电倍增管、光电二极管、CCD等。
在进行精密的测量时,通常采用CCD,以提高测量的精度和稳定性。
激光准直仪原理是利用激光的发射、光束偏转和光电测量原理,将物体的水平和垂直方向的相对位置进行测量。
一、氦氖激光器激光器的种类很多,在测量实践中用得最多的是氦氖激光器。
氦氖激光器原理毛细管铝箔箱负极正极 反光镜反光镜在此激光器中工作物质是氖原子。
电极通上直流电后管子内有高能电子运动。
通过碰撞,电子与氦原子交换部分能量,使氦原子激发至高能态,即21eH e H *ee+=+一、氦氖激光器氦氖激光器原理毛细管铝箔箱负极正极 反光镜反光镜处于亚稳态的受激氦原子与处于基态的氖原子碰撞交换能量,氦原子失去能量而回到低能态,氖原子进入受激态,即*ee e *eNH N H +=+氖原子不同能态间的跃迁产生不同的辐射,其中3s 向2p 能态跃迁时产生波长为的红光。
)10A 1(A 632810-m =一、氦氖激光器激光管两端的反射镜构成谐振腔,它们使运动方向垂直于镜面的光子在管内往返运动。
在运动过程中,它们使处于高能态的氖原子产生受激辐射,受激辐射光子的方向、相位、频率均与碰撞光子相同,结果使特定方向上光量得以放大。
相比之下其它方向的光子通过管壁逸散而得不到放大。
光在谐振腔内振荡放大的过程中通过一块反光镜透射出一束强光,即我们所需的激光。
一、氦氖激光器氦氖激光管的有效功率较小,工作电压约2000V,最佳工作电流约为5μA。
输入功率约为10W,输出功率约为1~2MW,即效率约为0.01~0.02﹪。
为了提供合适的电源,必须有专用的电源箱。
若用市电作能源,则电源箱的作用在于先整流,再倍压。
先提供较高的触发电压(4000~6000V),之后提供能维持氦氖激光管连续输出激光的工作电压。
也可以用蓄电池作能源。
二、波带板激光准直测量(一)光的相干性因为光具有波动性,所以如机械波那样,当两列光波频率相同、方向相同、相位相同或相位差恒定时,这两列光波将产生干涉现象。
设一对相干光源为:)cos(11ϕω-=t a e )cos(22ϕω-=t a e 两波合成后,)cos(θω-=t A e 2121cos cos sin sin arctanϕϕϕϕθ++=)cos(2212ϕϕ-+=a A二、波带板激光准直测量(一)光的相干性设在光源S 和接受点K 之间有一光屏,SK 直线与光屏交于O 点。
•激光基本原理•激光器类型及技术•激光束特性及控制技术目录•激光与物质相互作用•激光测量与检测技术•激光通信与信息处理技术•激光安全与防护技术光的自发辐射与受激辐射自发辐射原子或分子在没有外界作用下,由于自身能级的不稳定性而自发地从高能级向低能级跃迁,同时发射出一个光子的过程。
受激辐射原子或分子在外界光子的作用下,从高能级向低能级跃迁,同时发射出一个与入射光子完全相同的光子的过程。
区别与联系自发辐射是随机的,而受激辐射是确定的;自发辐射产生的光是非相干的,而受激辐射产生的光是相干的。
光放大当外来光信号通过激光工作物质时,受激辐射产生的光子与入射光子具有相同的频率、相位、传播方向和偏振状态,从而实现光信号的放大。
粒子数反转在激光工作物质中,高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数,形成粒子数反转分布。
实现方法通过泵浦源提供能量,使激光工作物质中的粒子被激发到高能级,形成粒子数反转分布。
粒子数反转与光放大产生条件特性应用领域030201激光的产生与特性晶体激光器玻璃激光器光纤激光器He-Ne 激光器CO2激光器以氦气和氖气作为工作气体,产生红色可见光激光,常用于精密测量和准直。
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