激光振鏡場(chǎng)鏡原理電子教案

1、精品文檔光纖激光器原理：光纖激光器主要由泵浦源，耦合器，摻稀土元素光纖，諧振腔等部件構(gòu)成。泵浦源由一個(gè)或多個(gè)大功率激光二極管陣列構(gòu)成，其發(fā)出的泵浦光經(jīng)特殊的泵浦結(jié)構(gòu)耦合入作為增益介質(zhì)的摻稀土元素光纖，泵浦波長(zhǎng)上的光子被摻雜光纖介質(zhì)吸收，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，受激發(fā)射的光波經(jīng)諧振腔鏡的反饋和振蕩形成激光輸出。光纖激光器特點(diǎn)光纖激光器以光纖作為波導(dǎo)介質(zhì)，耦合效率高，易形成高功率密度，散熱效果好，無(wú)需龐大的制冷系統(tǒng)，具有高轉(zhuǎn)換效率，低閾值，光束質(zhì)量好和窄線寬等優(yōu)點(diǎn)。并且，光纖激光器的諧振腔內(nèi)無(wú)光學(xué)鏡片，具有免調(diào)節(jié)、免維護(hù)、高穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)；超長(zhǎng)的工作壽命和免維護(hù)時(shí)間，平均免維護(hù)時(shí)間在10萬(wàn)小時(shí)以上。精品文檔

2、claddingRdie aarlti dopedsiide-rtiwfe coreia釉皿加d附丁巾施巾 施幡,ihecoresingle mode signal光纖激光器原理圖1:single-modesignalMulti-modepumplighrt峰值功率：脈沖激光器，顧名思義，它輸出的激光是一個(gè)一個(gè)脈沖，每單個(gè)脈沖有一個(gè)持續(xù)時(shí)間，比如說(shuō)10ns（納秒），一般稱作單個(gè)脈沖寬度，或單個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間，我們用t表示。這種激光器可以發(fā)出一連串脈沖，比如，1秒鐘發(fā)出10個(gè)脈沖，或者有的就發(fā)出一個(gè)脈沖。這時(shí)，我們就說(shuō)脈沖重復(fù)（頻）率前者為10,后者為1,那么，1秒鐘發(fā)出10個(gè)脈沖，它的脈沖重復(fù)周

3、期為0.1秒，而1秒鐘發(fā)出1個(gè)脈沖，那么，它的脈沖重復(fù)周期為1秒，我們用T表示這個(gè)脈沖重復(fù)周期。如果單個(gè)脈沖的能量為E,那么E/T稱作脈沖激光器的平均功率，這是在一個(gè)周期內(nèi)的平均值。例如，E=50mJ（毫焦），T=0.1秒，那么，平均功率P平均=50mJ/0.1s=500mW。如果用E除以t,即有激光輸出的這段時(shí)間內(nèi)的功率，一般稱作峰值功率（peakpower）,例如，在前面的例子中E=50mJ,t=10ns,P峰值=5010A（-3）/1018（-9）=510A6W=5MW（兆瓦），由于脈沖寬度t很小，它的峰值功率很大。脈沖能量E=1mj脈寬t=100ns重復(fù)頻率20-80K脈沖持續(xù)時(shí)間T=

4、1s/2k=?秒平均功率P=E/T=0.001J/0.00005s=20WP峰值功率=E/t激光的分類：激光按波段分，可分為可見光、紅外、紫外、X光、多波長(zhǎng)可調(diào)諧，目前工業(yè)用紅外及紫外激光。例如CO2激光器10.64um紅外激光,氟燈泵浦YAG激光器1.064um紅外激光，氤燈泵浦YAG激光器1.064um紅外激光,半導(dǎo)體側(cè)面/端面泵浦激光器1.064um紅外激光。激光器的種類分，可分為固體、氣體、液體、半導(dǎo)體和染料等幾種類型：(1)固體激光器一般小而堅(jiān)固，脈沖輻射功率較高，應(yīng)用范圍較廣泛。如：Nd:YAG敷光器。Nd(被)是一種稀土元素，YAG弋表億鋁石榴石，晶體結(jié)構(gòu)與紅寶石相似。(2)半導(dǎo)

5、體激光器可以通過(guò)外加的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、溫度、壓力等改變激光的波長(zhǎng)，能將電能直接轉(zhuǎn)換為激光能，所以發(fā)展迅速。(3)氣體激光器以氣體為工作物質(zhì)(主要為惰性氣體)，單色性和相干性較好，激光波長(zhǎng)可達(dá)數(shù)千種，應(yīng)用廣泛。氣體激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、操作方便。在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、精密測(cè)量、全息技術(shù)等方面應(yīng)用廣泛。氣體激光器有電能、熱能、化學(xué)能、光能、核能等多種激勵(lì)方式。(4)以液體染料為工作物質(zhì)的染料激光器于1966年問(wèn)世，廣泛應(yīng)用于各種科學(xué)研究領(lǐng)域?，F(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)的能產(chǎn)生激光的染料，大約在500種左右。這些染料可以溶于酒精、苯、丙酮、水或其他溶液。它們還可以包含在有機(jī)塑料中以固態(tài)出現(xiàn)，或升華為蒸汽，以氣態(tài)形式出現(xiàn)。

6、所以染料激光器也稱為“液體激光器”。染料激光器的突出特點(diǎn)是波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)。燃料激光器種類繁多，價(jià)格低廉，效率高，輸出功率可與氣體和固體激光器相媲美，應(yīng)用于分光光譜、光化學(xué)、醫(yī)療和農(nóng)業(yè)。(5)紅外激光器已有多種類型，應(yīng)用范圍廣泛，它是一種新型的紅外輻射源，特點(diǎn)是輻射強(qiáng)度高、單色性好、相干性好、方向性強(qiáng)。(6)X射線激光器在科研和軍事上有重要價(jià)值，應(yīng)用于激光反導(dǎo)彈武器中具有優(yōu)勢(shì)；生物學(xué)家用X射線激光能夠研究活組織中的分子結(jié)構(gòu)或詳細(xì)了解細(xì)胞機(jī)能；用X射線激光拍攝分子結(jié)構(gòu)的照片，所得到的生物分子像的對(duì)比度很高。(7)化學(xué)激光器有些化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生足夠多的高能原子，就可以釋放出大能量，可用來(lái)產(chǎn)生激光作用。(8

7、)自由電子激光器這類激光器比其他類型更適于產(chǎn)生很大功率的輻射。它的工作機(jī)制與眾不同，它從加速器中獲得幾千萬(wàn)伏高能調(diào)整電子束，經(jīng)周期磁場(chǎng)，形成不同能態(tài)的能級(jí)，產(chǎn)生受激輻射。光分為可見光和不可見光：是根據(jù)人的肉眼是否能看到來(lái)劃分的。光的可見與不可見與光(或者說(shuō)電磁波，光就是電磁波)的波長(zhǎng)有關(guān)系，人眼能看到的電磁波的波長(zhǎng)范圍是400nm到760nm,400nm左右的是紫色光，小于這個(gè)波長(zhǎng)的人眼就看不到了，是紫外線。760nm附件的是紅色光，波長(zhǎng)大于這個(gè)范圍，人眼也感覺不到也就是紅外線。TOOrdt40Dnri435iuti紫苣藍(lán)S9Siwi50GnmI6Q5nm /58 口urn480nm” 490

8、hjt |記|® 二幡-三 ilME-I(40bb-I-IK kn1HH聿星化 IE «.|4NKE上界二兄蘭眼金螞二波長(zhǎng)為380780nm的電磁波為可見光?？梢姽馔高^(guò)三棱鏡可以呈現(xiàn)出紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色組成的光譜。紅色光波最長(zhǎng)，640-780nm紫色光波最短，380430nm紅640780nm橙640610nm黃610530nm綠505525nm藍(lán)505470nm紫470380nm肉眼看得見的是電磁波中很短的一段，從0.4-0.76微米這部分稱為可見光?？梢姽饨?jīng)三棱鏡分光后，成為一條由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色組成的光帶，這光帶稱為光譜。其中紅光波長(zhǎng)

9、最長(zhǎng)，紫光波長(zhǎng)最短，其它各色光的波長(zhǎng)則依次介于其間。波長(zhǎng)長(zhǎng)于紅光的（0.76微米）有紅外線有無(wú)線電波；波長(zhǎng)短于紫色光的（0.4微米）有紫外線常見的可見光有：紅光、紫光常用的是：紅外和紫外，紅外的如：YAG燈泵浦，CO2,半導(dǎo)體側(cè)面/端面泵浦，光纖激光依據(jù)釋放能量的方式可分為：連續(xù)和脈沖激光，連續(xù)激光是以穩(wěn)定、連續(xù)的光束釋放出能量，如二氧化碳、CW光纖激光器。脈沖激光的能量是以脈沖的形式釋放的，即激光能量在一個(gè)固定的（也有可調(diào)節(jié)的）時(shí)間內(nèi)（脈沖寬度）釋放出來(lái)（稱為一個(gè)脈沖），而每個(gè)脈沖之間的時(shí)間是可控的，依據(jù)脈沖寬度，此類激光又可分為長(zhǎng)脈沖激光（脈寬為毫秒級(jí)）和短脈沖激光（脈寬為納秒級(jí)），近年又

10、出現(xiàn)了皮秒激光（1皮秒等于一萬(wàn)億分之一秒（10E-12秒）。激光脈沖：指的是脈沖工作方式的激光器發(fā)出的一個(gè)光脈沖，簡(jiǎn)單的說(shuō)，好比手電筒的工作一樣，一直合上按鈕就是連續(xù)工作，合上開關(guān)立刻又關(guān)掉就是發(fā)出了一個(gè)光脈沖SCAPS打標(biāo)卡功酢介紹：1. USB1.1-2.0與PC連接，實(shí)時(shí)計(jì)算激光及振鏡信號(hào)，在線網(wǎng)格校正2. 適用于幾乎所有激光器（8位數(shù)字及2.5V/5V/10V模擬輸出）3. XY2-100數(shù)字接口和XYZ通道4. 6路光隔離I/O,RS232界面和用于飛行打標(biāo)時(shí)光電編碼器信號(hào)輸入。5. 通用二維打標(biāo)6. XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)（硬件）7. 三維打標(biāo)系統(tǒng)（軟件）8. 雙頭及四頭打標(biāo)9. 脫機(jī)

11、操作10. 遠(yuǎn)程維護(hù)振鏡的原理：振鏡:是一種特殊的擺動(dòng)電機(jī),基本原理是通電線圈在磁場(chǎng)中產(chǎn)生力矩,但與旋轉(zhuǎn)電機(jī)不同,其轉(zhuǎn)子上通過(guò)機(jī)械紐簧或電子的方法加有復(fù)位力矩,大小與轉(zhuǎn)子偏離平衡位置的角度成正比,當(dāng)線圈通以一定的電流而轉(zhuǎn)子發(fā)生偏轉(zhuǎn)到一定的角度時(shí),電磁力矩與回復(fù)力矩大小相等,故不能象普通電機(jī)一樣旋轉(zhuǎn),只能偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)角與電流成正比,與電流計(jì)一樣故振鏡又叫電流計(jì)掃描振鏡,常簡(jiǎn)稱為掃描振鏡.振鏡的原理是：輸入一個(gè)位置信號(hào)，擺動(dòng)電機(jī)（振鏡）就會(huì)按一定電壓與角度的轉(zhuǎn)換比例擺動(dòng)一定角度。整個(gè)過(guò)程采用閉環(huán)反饋控制，由位置傳感器、誤差放大器、功率放大器、位置區(qū)分器、電流積分器等五大控制電路共同作用。模擬振鏡容易

12、受到周圍環(huán)境的電磁輻射干擾，所以在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)有散點(diǎn)，線條彎曲，填充具有不規(guī)則底紋等現(xiàn)象。數(shù)字振鏡使用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算來(lái)控制電機(jī)，能夠有效抑制環(huán)境干擾，即使工作環(huán)境電磁干擾嚴(yán)重，也可以正常使用。激光掃描振鏡工作原理：一束激光被兩片掃描振鏡反射，并且通過(guò)一片聚焦鏡。振鏡片在馬達(dá)的帶動(dòng)下高速的來(lái)回延軸旋轉(zhuǎn),達(dá)到改變激光光束路徑的目的。在大多數(shù)情況下,最高偏轉(zhuǎn)角鏡是+12.5°（+10°往往是一個(gè)較安全范圍）入射角不能偏于45°。鏡片1（X軸）的寬度是由光束的直徑所決定的。鏡片2（y軸）的寬度應(yīng)該等于振鏡1的長(zhǎng)度。鏡片2的長(zhǎng)度就是光束打在第二個(gè)鏡片上時(shí)同S1的距離，

13、和最大入射角q。光斑尺寸光斑尺寸下限d（1/e2亮度直徑）相對(duì)于激光光束直徑'D'（1/e2）是d=13.5QF/Dmm如：一束TEM00（Q=1）的直徑是13.5mm（1/e2）用一個(gè)焦距100mm勺理想聚焦鏡片，焦距出來(lái)的點(diǎn)的直徑是100mm帶入一個(gè)實(shí)際數(shù)值Q=1.5,焦斑尺寸應(yīng)該是150um.）光的速度和光學(xué)畸變可導(dǎo)致聚焦點(diǎn)大小都大于最低衍射值。大尺寸范圍需要使用長(zhǎng)焦距鏡頭。相反的，這會(huì)導(dǎo)致更大的聚焦點(diǎn)，除非把光束直徑大小，振鏡大小，和鏡頭直徑全部加大。F-Theta鏡（平場(chǎng)聚焦鏡）原理目的是將激光在整個(gè)工件標(biāo)刻平面但是如果一味的增加掃描面積，會(huì)F-Theta平場(chǎng)聚焦鏡是激光打標(biāo)機(jī)的重要配件之一，形成聚焦。其性能指標(biāo)主要有以下幾條：1 .掃描范圍。鏡頭能掃描到的面積越大，當(dāng)然越受使用者的歡迎。帶來(lái)很多的問(wèn)題。如光點(diǎn)變粗，失真加大等等。2 .焦距（跟工作距離有一定關(guān)系，但是不等于工作距離）。a.掃描范圍跟場(chǎng)鏡焦距成正比-掃描范圍的加大，必然導(dǎo)致工作距離的加大。工作距離的加長(zhǎng)，必然導(dǎo)致激光能量的損耗。b.聚焦后的光斑直徑跟焦距成正比。當(dāng)掃描面積達(dá)到一定的程度后，得到的光點(diǎn)直徑很大，也就是說(shuō)聚得不夠細(xì)，激光的功率密度下降非常快（功率密度跟光斑直徑的2次方成反比），不利于加工。c.由于F