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激光加工机的光学系统--激光束传输.聚焦和观察系统激光基础知识1.1 激光的产生三要素：1.具有亚稳态能级的激活介质——激光工作物质；2.能量泵浦源——提供能量以实现粒子数反转；3.激光谐振腔——多次光放大维持激光振荡；1.2 激光光束的特性1）高光亮度——激光束发散角很小，光能量集中，光强度很高例如：太阳光亮度 3 x 102 W / (cm2.sr) ；气体激光器的光亮度106W / (cm2. sr)；固体激光器的光亮度可达1011W / (cm2.sr)；若进一步将激光束聚焦（空间上集中）或压缩脉冲宽度（时间上集中），则激光束更有极高的光亮度2）高方向性——由于谐振腔对光束方向的限制，激光束发散角很小。
例如He-Ne 激光器的发散角10-1 mrad; 固体激光器的发散角1－10 mrad（毫弧度）3）高单色性——激光的谱线宽度极窄——准单色光；若进一步采用稳频和选取单一纵模，更可大大压缩谱线宽度，可视为单波长。
4）高相干性——由于激光的谱线宽度极窄，传播中能产生相干的两点的时间间隔很大（时间相干性好）；又激光发散角很小，方向性很高，激光束波前面内任意两点均相干（空间相干性好）1.3激光器的输出特性1）激光波长——激光器输出准单色光；不同激光器输出激光波长不同，材料吸收特性各不同；对不同材料用不同的激光来加工。
2）激光输出的能量和功率连续激光: 激光功率P = 激光能量/ 秒脉冲激光: 峰值功率P= 脉冲能量E / 脉冲宽度Tm脉冲激光: 平均功率P=脉冲能量E x 脉冲频率f3）激光束的空间分布特性——基模（TEM00）高斯光束——光场振幅按高斯函数分布；振幅值下降到1/e(=0.368)强度下降到中心强度1/e2 的光斑宽度定义为光斑半径；对应的全角宽度定义为光束发散角；为了改善发散角可用小孔选模，非稳腔选模，拉长谐振腔等方法高斯光束的参数：束腰；等相位面；发散角；基模多模基模与低阶模实际激光束的横模c.调Q 脉冲激光——用调Q 技术压缩脉宽（纳秒量级），提高激光的峰值功率（声光调Q 可达数百千瓦；电光调Q 可至兆瓦以上）；d.超短脉冲激光——用锁模技术压缩脉宽到皮秒至飞秒量级，峰值功率达1012W, 可作很多精密微加工；4）激光束时间分布特性a.连续激光——以连续恒定的功率来描述；b. 普通脉冲激光——以脉冲宽度(毫秒量级）.脉冲能量与脉冲频率来描述；激光焊接常用脉宽1－10ms, 能量1至数十焦尔；峰值功率数千瓦；打孔和切割常用脉宽0.1－2ms ，能量为0.5－20j ；峰值功率达万瓦5）激光束的偏振特性光波是横向电磁波，电矢量与磁矢量总是在相互垂直方向上，一般只讨论电矢量的方向。
第八章 现代光学系统随着激光技术、光纤技术和光电技术的不断发展，各种不同的用途的新型光学系统相继出现，例如激光光学系统、付里叶光学系统、扫描光学系统等。
为能全面地了解这些光学系统的成像特性和设计要求，本章就上述几种新型光学系统作一简要介绍。
§8－1 激光光学系统一、高斯光束的特性激光作为一种光源，其光束截面内的光强分布式不均匀的，激光束波面上各点的振幅是不相等的，其振幅A 与光束截面半径r 的函数关系为：220r A A e ω-=其中A 0为光束截面中心的振幅；ω为一个与光束截面半径有关的参数；r 为光束截面半径。
由上式可以看出光束波面的振幅A 呈高斯型函数分布，如图8-1所示，所以激光光束又称为高斯光束。
图8-1 高斯光束截面当r =ω时，0A A e=，说明高斯光束的名义截面半径ω是当振幅A 下降到中心振幅0A 的1/e 时所对应的光束截面半径。
二、高斯光束的传播高斯光束的截面半径、波面曲率半径和位相因子是高斯光束传播中的三个重要参数。
1、高斯光束的截面半径高斯光束截面半径()z ω的表达式为：()1220201z z λωωπω⎡⎤⎛⎫⎢⎥=+ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦ 从图8-2中可以看出，高斯光束在均匀的透明介质中传播时，其光束截面半径()z ω与z 不成线性关系，而是一种非线性关系，这与同心光束在均匀介质中的传播完全不同。
图8-2高斯光束传播2、高斯光束的波面曲率半径高斯光束的波面曲率半径表达式为：()2201R z z z πωλ⎡⎤⎛⎫⎢⎥=+ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦高斯光束在传播过程中，光束波面的的曲率半径由无穷逐渐变小，达到最小后又开始变大，直至达到无限远时变成无穷大。
3、高斯光束的位相因子高斯光束的位相因子表达式为：()20zz arctg λπωΦ=高斯光束的截面半径轨迹为一对双曲线，双曲线的渐近线可以表示高斯光束的远场发散程度，如图8-3所示。
图8-3 高斯光束的发散角高斯光束的孔径角为：tg λθπω= 4、高斯光束传播的复参数表示假设有一个复参数()q z ，并令()()()211i q z R z z λπω=-当z =0时，得()()()211000i q R λπω=-因为()0R =∞，()00ωω=所以()2000q q i πωλ==- 把()2201R z z z πωλ⎡⎤⎛⎫⎢⎥=+ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦和()2220201z z λωωπω⎡⎤⎛⎫⎢⎥=+ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦代入式()()()211i q z R z z λπω=-得()0q z q z =+这与同心球面光束沿z 轴传播时，其表达式为0R R z =+有相同的表达形式。
激光的原理模型图解及应用1. 激光的原理激光（Laser）是一种具有高度聚焦能力和高能量密度的光束。
其原理是通过受激辐射（Stimulated Emission）实现的。
激光器由三个基本部分组成：激光介质、抽运能源和光学共振腔。
1.激光介质：激光介质是激光器中的放大介质，通常使用的有气体、固体和半导体等。
当激活的能量输入到激光介质中时，激光介质中的原子、分子或离子受到外界能量的激发，处于高能级的状态。
2.抽运能源：抽运能源是输入到激光介质的能量源，用于将激发介质。
常用的抽运能源有光、电流或化学反应等。
通过抽运能源的作用，激光介质中的原子、分子或离子从高能级跃迁到低能级。
3.光学共振腔：光学共振腔是激光器中的一个闭合空间，其中包含镜子或其他光反射元件。
共振腔的作用是产生反馈，使得激发的能量在介质中来回传播，增强和放大激光的效果。
其中的一个镜子是部分透明的，使得激光能够通过。
2. 激光的模型图解以下是激光的模型图解，以更直观地理解激光原理。
----|||||| | ---------------||||| | 光学共振腔'''|||||''' | ---------------' '' '-------|---> 激光' ' -------- 抽运能源激光介质1.激光介质由一个长方体表示，代表介质的内部原子或离子。
2.抽运能源表示为一个箭头，指向激光介质，表示能量输入。
3.光学共振腔表示为一个空心长方形，表示激光的进出口。
4.激光表示为一条箭头，表示激光的输出。
该模型图解展示了激光的能量传递和反射过程，使得激光能够被放大和输出。
3. 激光的应用激光因其特殊的性质在许多领域得到广泛应用。
3.1 医疗领域•激光在眼科手术中被广泛应用，例如激光治疗青光眼、近视矫正手术等。
•激光可用于皮肤美容，如激光脱毛、激光祛斑等。
一、实验目的1. 了解激光的基本原理和特性；2. 掌握激光演示实验的基本操作步骤；3. 通过实验观察激光在不同介质中的传播、反射、折射等现象；4. 培养学生的实验操作能力和科学思维。
二、实验原理激光是一种高度相干、单色、方向性强的光。
激光的产生基于受激辐射原理，即当光子与物质相互作用时，会引发物质中电子的跃迁，产生新的光子，这些光子与入射光子具有相同的频率、相位和传播方向。
激光具有以下特性：1. 单色性：激光的频率非常集中，接近于某一特定波长；2. 相干性：激光的相位差很小，光波之间的干涉现象明显；3. 方向性：激光的传播方向几乎不变，发散角很小。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：激光演示器、光学平台、分光计、白屏、滤光片、透镜、光栅等；2. 实验材料：激光演示器电源、光学平台配件、实验指导书等。
四、实验步骤1. 激光演示器安装：将激光演示器放置在光学平台上，确保其稳定；2. 光路搭建：根据实验需求，搭建实验光路，包括激光器、分光计、透镜、光栅等；3. 激光束调节：调节激光演示器，使激光束垂直照射到白屏上；4. 实验观察与记录：（1）观察激光束的直线传播：调整激光演示器，使激光束垂直照射到白屏上，观察激光束在白屏上的光斑大小和形状，记录实验数据；（2）观察激光束的反射现象：将平面镜放置在激光束的传播路径上，观察激光束在平面镜上的反射现象，记录实验数据；（3）观察激光束的折射现象：将透镜放置在激光束的传播路径上，观察激光束在透镜上的折射现象，记录实验数据；（4）观察激光束的色散现象：将光栅放置在激光束的传播路径上，观察激光束在光栅上的色散现象，记录实验数据；（5）观察激光束的衍射现象：将狭缝放置在激光束的传播路径上，观察激光束在狭缝上的衍射现象，记录实验数据。
五、实验结果与分析1. 激光束的直线传播：在实验中，激光束在白屏上的光斑大小和形状基本保持不变，说明激光束具有良好的直线传播特性；2. 激光束的反射现象：在实验中，激光束在平面镜上的反射现象明显，说明激光束具有良好的反射特性；3. 激光束的折射现象：在实验中，激光束在透镜上的折射现象明显，说明激光束具有良好的折射特性；4. 激光束的色散现象：在实验中，激光束在光栅上的色散现象明显，说明激光束具有良好的色散特性；5. 激光束的衍射现象：在实验中，激光束在狭缝上的衍射现象明显，说明激光束具有良好的衍射特性。
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
