激光原理论文范文第1篇

【关键词】量子理论；原子冷却；冷却温度

20世纪70年代中期开始的激光冷却与捕陷中性原子技术的研究，使人类进入了一个空前的超低温（10-4-10-9K）领域。在这个新领域中人们实现了新的物态（气态原子的波色-爱因斯坦凝聚，BEC），发现了一系列新的物理现象，一些新的学科（即所谓的超冷原子物理、原子光学）也随之兴起。操纵、控制孤立的原子一直是物理学家追求的目标。由于原子不停地热运动，要想实现操纵、控制的目的，必须使原子“冷”下来，即降低其速度至极低，这样才能方便地将原子控制在某个小区域中。

有关这个领域的理论和实验研究已有多篇文章评述[1-12]，其中文献[8-12]有相当全面地论述。

本文应用含保守系统和非保守系统的薛定谔方程[13]研究了激光冷却机制，从量子理论的角度很好的解释了原子激光冷却，并且预言原子激光冷却的温度和原子的角频率成正比，这和最近在Nature发表的实验结果符合相当好[19]。

1.含非保守力的薛定谔方程

在激光场中，原子受到的力可以写成[14-15]：

（1）

其中，是原子的速度，是原子的位矢，k是激光场中原子的阻尼系数，是弹性恢复系数。第一项-k激光冷却原子受到的非保守力，而第二项是激光捕获原子的保守力，这个力和势能相对应。

下面，我们将运用费曼的路径积分拓展薛定谔方程，使其既适用保守系统也能适用于非保守系统。路径积分的公式为[16-18]：

（2）

通过计算，我们得到了拓展后的薛定谔方程，具体形式：

（3）

其中：

2.原子激光冷却的量子理论

由方程（3），我们可以对激光冷却用纯量子理论方法进行研究。冷却原子受到的力为F=-k-k，第一项-k激光冷却中原子受到的非保守力，而第二项是-k激光捕获原子的保守力，这个力和势能相对应，所以方程（3）可以写成：

（4）

经推导，方程（4）的特解是：

（5）

原子的速度算符为：

（6）

速度算符在态下的平均值为：

（7）

分量的平均值为：

=0 （8）

的平均值：

（9）

所以，我们发现随着t的增加，和分别趋于零，也就是说随着时间t增加激光场中的原子被冷却了。

由于：

（10）

可以得到：

（11）

方程（13）是激光冷却的温度方程，由此我们可以得到原子冷却的温度。

3.数值分析

下面我们给出原子激光冷却温度的数值分析。方程（13）是超越方程，再结合下面这两个方程：

（14）

（15）

可以得到原子冷却温度。

主要的输入参数：普朗克常数=1.05×10-34JS，波尔兹曼常数kB=1.38×10-23JK-1。在激光场中，原子的振动频率大概几百千赫兹。可以得到，冷却温度T和振动频率成正比，满足关系式：T=4.334×10-3。最近，A.D.Oconnell等人在Nature上[19]，他们发现：当振动频率=6.175GHz时，对应冷却温度T=25mK。由我们的关系式T=4.334×10-3，计算得到T=25mK，可见这结果和实验结果符合相当好。通过降低振动频率，我们可以得到更低的冷却温度。

参考文献

[1]Ashkin A.Applications of laser radiation pressure.Science，1980，210：1081.

[2]Adams C S，Riis E.Laser cooling and trapping of neutral atoms.Prog Quant Electr，1997，21：1.

[3]Balykin V I，Mingin V G，Letokhov V S.Electromagnetic trapping of cold atoms.Rep.Prog.Phys.，2000，63：1429.

[4]X..Y.Wu，B.J.Zhang，H.B.Li，X.J.Liu，J.W.Li，and Y.Q.Guo，Int.J.Theor.Phys.48，2027（2009）.

[5]D.W.Sesko，T.G.Walker，and C.E.Wieman，J.Opt.Soc.Am.B 946 1991.

[6]A.M.Steane，M.Chowdhury，and C.J.Foot，J.Opt.Soc.Am.B2142 1992.

[7]R.P.Feynman，Rev.Mod.Phys.，20（1948）：367.

激光原理论文范文第2篇

关键词：电子科学与技术 光电子材料与器件 理论教学 实验教学

中图分类号：G423 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（b）-0154-02

电子科学与技术（以下简称“电科”）专业是以培养具备微电子、光电子、集成电路等领域宽厚理论基础、实验能力和专业知识，能在电子科学与技术及相关领域从事各种电子材料、元器件、集成电路、电子系统、光电子系统的设计、制造、科技开发，以及科学研究、教学和生产管理工作的复合型专业人才为目标的工程专业。作为电科专业教育中重要内容的光电子技术，不仅是当代信息技术两大支柱之一，而且随着现代科学技术的发展持续焕发着生命活力。而让光电子技术保持如此强劲发展势头的主要原因之一，正是光电子材料与器件的广泛应用，例如激光器与新型光电探测器的应用的人你还。另外，诸如纳米光电材料与器件、光子晶体及相关器件、超材料及相关器件与表面等离子体激元及器件等新型光电子材料与器件的研究与应用，是目前国际上光学与光电子学研究领域的前沿热门方向。由此可见，学习光电子材料与器件的相关知识，不仅对电科学生知识体系的构建与就业方向的确定具有积极的影响，也为那些将来希望从事新型光电子材料与器件科研工作的学生，提供了坚实的理论基础与知识储备。然而，根据笔者的调研，虽然国内许多重点大学的电科专业都开设了光电子技术课程，但很少有大学专门开设光电子材料与器件这门课程。而由于光电子技术的内容多、涉及知识面广，教学课时又往往有限（一般为32或48个学时），因此在光电子技术的实际教学过程中，讲授教师往往重视光电子技术基本概念与理论知识的教学，而轻视光电子材料与器件的教学。该文从光电子材料与器件的研究内容、应用及发展等方面说明其在电科专业教育中的重要性，并结合自身光电子材料与器件课程的教学经验，研讨电科专业中光电子材料与器件的教学方法。

1 光电子材料与器件简介

光电子材料是指能产生、转换、传输、处理、存储光电子信号的材料。光电子器件是指能实现光辐射能量与信号之间转换功能或光电信号传输、处理和存储等功能的器件。自1960年美国科学家梅曼发明世界上第一台红宝石激光器以来，光电子材料与器件如雨后春笋般发展迅速。在短短的50多年里，光电子材料与器件经历了从红宝石激光器的发明，到半导体激光器、CCD器件及低损耗光纤的相继问世；从各种光无源器件、光调制器件、探测与显示器件的小规模应用到系统级集成制造实用化阶段；从大功率量子阱阵列激光器的出现再到光纤激光器、光纤放大器和光纤传感器的诞生。光电子材料与器件从未停止过发展的脚步，并正在不断深刻影响着人类社会的方方面面。在实际需求的引导下，各种新型光电子材料与器件层出不穷，性能也不断提高。尤其是近年来，随着微米及纳米级加工技术的成熟，新型的微纳光电子材料与器件的研究异常活跃。纳米光电材料、光子晶体、超材料、表面等离子体器件等领域的研究成果丰硕，为未来光电子器件的微型化、集成化发展奠定了坚实的基础。

综上所述，光电子材料与器件在当代信息产业与科学技术中具有极其重要的地位，因此，光电子材料与器件这门课程不仅应当单独作为一门课程独立教学，而且应该作为重视工程教育的电科专业的核心课程。

2 光电子材料与器件课程教学研究

2.1 光电子材料与器件课程的教学形式、课时安排与教材选择

光电子材料与器件课程不仅包含丰富的理论知识，例如光电子材料的物理特性以及光电子器件的工作原理等，而且与实际应用结合精密，因此，本课程宜采取理论教学与实验教学相结合的教学形式。

在课时安排方面，作为电科专业的一门核心专业课程，光电子材料与器件课程的总课时应不低于32学时（2学分），理论课学时不低于26学时，实验课不低于6学时。

另外，在教材选择方面，由于光电子材料与器件是光电子技术中的一部分内容，而目前国内关于光电子技术方向的参考书籍很多，其中亦不乏一些光电子技术课程的经典教材，例如西安电子科技大学安毓英主编的《光电子技术》[1]，西安交通大学朱京平主编的《光电子技术基础》[2]等。虽然这些光电子技术参考书中或多或少都会介绍与光电子技术相关的材料与器件，但是，目前专门介绍光电子材料与器件方向的教科书却是少之又少，市面上仅有国防工业出版社2012年出版的侯宏录主编的《光电子材料与器件》[3]一书。加之，该书中所涉及的理论知识较深，基础浅薄的本科生很难驾驭。由此可见，对于光电子材料与器件这门新兴课程而言，设立统一的教材并不合适。因此，笔者建议该课程的讲授教师根据理论教学与实验教学的内容，自行编写该课程的讲义与课件。

2.2 光电子材料与器件课程的理论教学

按照电科专业的专业定位以及培养目标，光电子材料与器件课程的理论教学也应该突出“工程”内容。传统的光电子技术教学中所重视的原理、定律与规律等内容，在光电子材料与器件教学中要弱化；而传统光电子技术教学中往往被弱化乃至忽视的光电子材料与光电子器件的相关知识，要在光电子材料与器件课程教学中占主体地位。如此才能保证在有限理论课时的前提下，让学生对光电子材料与器件有一个全面的认识。

在教学内容的设置方面，由于光电子材料与器件主要应用于光电子技术之中，因此，为了便于学生的理解与知识体系的构建，笔者建议光电子材料与器件课程理论教学的章节设置按照光电子技术的章节设置进行。以笔者讲授光电子材料与器件理论课程（共26学时）为例，该理论课程共被分成了绪论（2学时）、激光原理与典型激光器（5学时）、太阳能电池（4学时）、光通信器件与材料（5学时）、光探测器件（5学时）、光电显示器件（3学时）与光存储器件（2学时）等七个章节，这七章内容基本囊括了光电子技术中光产生、光转化、光传输、光探测、光显示以及光存储等各个重要环节中最为典型的器件以及所用到的材料。另外，在每章内容的设置上，也尽可能突出“工程”内容，弱化“理论”知识。下面，笔者将详细介绍笔者在光电子材料与器件教学中各章的教学内容。

第一章绪论主要包括光电子材料与器件课程简介以及光电子技术的基本知识简介。在光电子材料与器件课程简介中，向学生介绍课程设置的目的和意义、课程的主要内容、教学与考试方式与参考资料等。通过这部分内容的介绍，让学生对本课程的意义、内容、侧重点有一定的认识。在光电子技术基础知识简介中，重点向学生介绍光电子材料与器件与光电子技术的关系，并通过对光电子技术的概念、特征、发展等方面的介绍，让学生对光电子技术以及光电子材料与器件有一个整体的认识。

第二章激光原理与激光器重点介绍几种典型激光器的材料、结构与工作特性，其主要内容包括三个部分：激光原理简述、典型激光器与激光器的应用。在激光原理简述部分，由于多数电科专业在学习光电子材料与器件课程之前已经修过激光原理等类似课程，所以该部分内容为简略介绍的内容，主要帮助学生回顾激光的特征、历史与光辐射理论等知识点。而第二部分内容典型激光器是本章内容的重中之重，在该部分内容中，将依次向学生介绍固体、气体、液体与半导体这四大类激光器中的典型激光器的结构、特征与工作特性等知识。由于发光二极管与半导体激光器结构与工作原理上的相似，在介绍完半导体激光器后，可以顺理成章地介绍发光二极管的结构与特征。另外，本章最后还简单介绍了激光器的几种常见应用。

太阳能电池虽然是光电探测器中光伏效应的一种特殊应用，但是由于它在现如今光电子技术产业以及光电子器件中的重要地位以及良好的发展趋势，该部分内容被独立成一章。在第三章太阳能电池中，主要分两小节给学生介绍，第一小节介绍当今能源与环境问题以及太阳能的开发和利用，让学生了解当今能源资源的现状以及新能源研究与应用的迫切需求，然后介绍太阳能利用的历史以及发展趋势；第二小节正式介绍太阳能电池的工作原理、结构以及特性等知识。

第四章光通信器件与材料主要介绍的是光通信系统中所用到的有源与无源光器件。本章内容共分为两小节：第一小节介绍光纤通信的基础知识，包括光纤通信的定义，光纤的结构、导光原理、发展历史，以及光纤通信系统的组成与特点。第二小节正式介绍光纤通信系统中所用到的各类光电子器件以及构成这些器件的核心材料。在光纤通信中，最重要的器件当属光纤，所以，本节开始就着重介绍光纤的相关知识，包括它的结构、原理、分类、特征参数与传输特性。然后，又将光纤通信系统中的其它光电子器件分为有源与无源器件两类，并分别介绍了这两类光器件中的代表器件：掺铒光纤放大器与波分复用与解复用器。最后，在本章结尾还介绍了光纤通信系统中其它几种常用光器件，例如光耦合器、光衰减器、光环行器等。

第五章光探测器首先介绍了光电探测器的物理效应、性能参数、噪声；其次，按照光电探测器物理效应的不同一一介绍了几种典型的外光电效应探测器（光电管与光电倍增管）与内光电效应探测器（光电导、光电池与光电二极管）。教学的重心仍然放在对探测器结构、工作原理以及特性等方面。

第六章光显示器件重点介绍四种光显示器：阴极射线管、液晶显示器、等离子显示器与电致发光显示器。

第七章光存储器件主要介绍了现如今最常用的一种光存储系统―― 光盘系统以及其中最总要的器件光盘。

2.3 光电子材料与器件课程的实验教学

光电子材料与器件实验课程的教学要与理论教学紧密相连，并重点介绍理论课上讲解过的光电子材料与器件，实验课程的学时应不低于6学时，开设的时间最好在理论教学完成之后，以保证学生在实验前已对实验器件与实验原理有一定的了解。在实验项目的设定方面，既要保证与理论课程内容的相辅相成，又要尽量避免与其它课程实验项目的重复，造成资源的浪费。例如，许多大学的电科专业都已经将激光原理一课作为该专业的核心专业课程，并配备了相应的激光器实验。在这种情况下，如果在光电子材料与器件实验教学中再次引入激光器的实验内容，不仅消耗了宝贵的实验时间，实验效果也会大大降低。

下面跟大家简单介绍笔者在光电子材料与器件实验教学（6学时）中的实验安排。

（1）实验内容：共包含六个实验项目，它们分别是：光控开关实验、光照度计实验、红外遥控实验、PSD位移测试实验、太阳能充电实验与光纤位移测量系统实验（每个实验1学时）。各实验中都应用到了一个或几个核心光电子器件，这些光电子器件基本涵盖了学生在理论课程中所学到的最为重要的几类器件，例如光控开关实验应用到了光电探测器中的光敏电阻作为核心元器件；而红外遥控实验中用到了发光二极管光源与红外探测器等光电子器件。

（2）实验要求：以往的光电子技术实验往往重视现象的观察与定性分析，但经笔者调研，这种实验方法很难最大限度激发学生的求知欲与动手能力，因此，在对原有的实验指导书进行改良后，笔者自行编写了实验的指导书，并在每个实验项目中加入了一些测量与定量分析的实验内容。例如太阳能充电实验，原来的实验指导书只是观察太阳能充电的效果，但是，在新改良的实验指导书中，要求同学测量不同光源照射下太阳能电池的输出电压与输出电流，并要求学生分析比较其差别。通过这种方式，充分调动学生的实验积极性，在具体的实验教学中也取得了很好的效果。

（3）实验方式：分组实验，共同撰写实验报告。这样，不仅提高实验效率，还能够锻炼学生的团队协作意识。

（4）考核方式：根据每位学生实验完成的情况与实验报告撰写的情况综合评分。

3 结语

光电子材料与器件在信息产业的发展与现代科学的研究中都具有举足轻重的地位。它不仅是电科专业知识体系中的重要环节，也为电科专业学生提供着良好的就业竞争力与科研基础。本文通过对电子科学与技术专业特点与光电子材料与器件课程内容的分析，讨论了光电子材料与器件在电科专业教育中的重要性，并根据笔者自身的授课经验，提出了光电子材料与器件在电科专业中的教学形式、课时安排、教材选择以及理论与实验课程内容设置的一些意见与建议。

参考文献

[1] 安毓英，刘继芳，李庆辉.光电子技术[M].3版.北京：电子工业出版社，2013.

激光原理论文范文第3篇

关键词 绝对静止空间；相对性原理；光速；激光原理；光学谐振腔

中图分类号O4 文献标识码A 文章编号 1674—6708（2012）76—0092—06

对于人类而言，或许再也没有比探索我们所处的这个自然的真实，而更能安慰那蓄积在心底的至尊好奇了。长期以来，人类正是借助于这份难得的好奇与百折不挠的探索精神，才逐步地了解了自然；而且也正是这种了解，方使得我们人类在利用和顺应了自然的前提下，争取到了愈来愈有意义的存在权。

绝对静止空间问题是一个历久而弥新的问题，也是一个一直困扰着人类思维的问题，它直接关系到我们对于自然最终极层面上的认识。在本质上，对于绝对静止空间是否存在的探索，与长期以来人们对于以太的探索、对于相对性原理是否正确的探索、对于是否存在着绝对静止参照系的探索等等都是一致的。而若非要对绝对静止空间下一个定义的话，那就是：即在认定真空本身为由一种特殊物质构成的前提下，指与局部区域性的该特殊物质刚连着的空间参照体系。

在爱因斯坦推出相对论之前的十九世纪末和二十世纪初这段时期，是人类通过实验手段企图探明绝对静止空间是否存在之活动的一个比较集中的时期；然而，尽管有诸多学者费尽心思地开展了不少著名实验（如布拉德雷、阿拉果的光行差实验；斐索、霍克等人的部分曳引实验；法拉第等人的偏振面旋转实验；迈克尔逊—莫雷的干涉仪实验；洛奇的转盘实验；瑞利、布雷斯的双折射实验；特劳顿与诺伯尔的电容器扭转试验等等），但是无一例外的、确是没有任何一项实验能够不容置疑地去证明绝对静止空间的存在；而这，也恰正为爱因斯坦创建和推出相对论提供了绝佳的机遇。事实上，不仅仅是相对论，就连随后逐步建立起来的量子理论，也是不承认有绝对静止空间存在的，尽管它不像相对论所表现得那样坚决；可是，如果假设一下，即假设确实存在着绝对静止空间的话，那么我们立即就会发现，它与量子理论之间也是存在着不可调和之矛盾的。虽然从相对论与量子理论创立至今，依旧是尚无一例实验能够证明绝对静止空间的存在，反倒是有不少实验好像更加坚定地证明了它们的正确，但是基于相对论与量子理论确实存在着诸多难以解释的问题，因此一直以来，人们并没有停止过对于二者的质疑，也更没有停止过对于绝对静止空间的探索。而这，由近期欧洲一个研究团队所宣称之“疑似中微子超光速事件”（尽管仍以乌龙事件收场）引起的全球性轰动效应，便可略见一斑。

我们亦怀疑相对论与量子论理论，至少是怀疑它们在本质上的完全正确性。通过长期研究，即在认定存在绝对静止空间的前提下，我们已经建立起了一套新的光传播理论；为了在一定程度上揭示出自然的真实面目，也好判明相对论与量子理论那赖以为建的基础是否正确，于是，我们根据新的光传播理论也设计出了一套用以探明绝对静止空间是否存在的方案。本实验方案以现代激光技术为基础，利用的是激光器谐振腔与其内部光振荡之复杂关联特性，并通过改变该光学系统所对应普通惯性参照系的状态、便就有可能会影响到谐振腔内部之光振荡情形的方式，而打算去揭示出相对性原理的错误。尽管同样是利用光干涉方法去设计的实验，但是必须提前指明的是，根据本实验方案的设计思路，则实验结果的预期表现，将不再会是传统实验方案所追求的那种光干涉图样的“吞进或喷出”类变化，而将会表现为光干涉图样的“快速跳变”现象。可以说，只要本实验的结果表现出了对于相对性原理的违背且与我们的理论预期一致，那也就等于是直接证明了绝对静止空间的存在。而且是，由于本实验运用的是激光设备和采用的是光干涉方法去展示的实验现象，因此只要能够证明绝对静止空间的存在，便事实上也就等于是一起否定掉了爱因斯坦的光速不变原理，以及那激光器谐振腔的传统光驻波理论；并从而一举证明了我们所建立的至少是相关光传播理论的正确。

1 实验设备与实验原理

激光原理论文范文第4篇

关键词:激光回馈;波片位相差;偏振跳变

1. 引言

波片作为位相延迟器,在与偏振光有关的光学系统中有着广泛的应用,如外差激光干涉 仪,偏振光干涉系统,偏光显微镜、椭偏仪、光隔离器、窄带光滤波器、可调光衰减器、光 盘驱动器光拾取头等等,其中波片的位相延迟误差会对系统产生影响[1]。正是由于波片在实 际光学系统中的广泛应用,波片的测量技术显得尤为重要。传统的测量方法有旋转消光法、 电光调制法、磁光调制法等,这些方法本质上都属于消光法,需要测角机构,使得整个系统 结构庞大,并且测角的精度会对测量结果产生很大的影响[2-6]。新型的测量方法包括激光频 率分裂法、激光回馈法等,激光频率分裂法精度很高,结构也很简单,但是需要对波片镀增 透膜,不适合实际生产的测量要求[7]。而激光回馈法中,待测波片在激光腔外,不需要进行 镀膜处理,而且整个系统中不需要测角机构以及高精度的检偏器,结构十分简单,因而大大 简化了测量的过程,很适合在线测量的需要。

激光回馈法是利用激光回馈中的偏振跳变现象,通过测量一个扫描周期中两个偏振态的 占空比来实现对波片的测量。由于在长期的测量过程中,很难保证激光器对于两个偏振态的 损耗完全相同,同时,波片的倾斜会造成两个偏振态的透过率不同,当两个偏振态的光强比 值发生变化时,会造成上述占空比的变化,最终导致测量结果产生误差。本文提出了一种双 向扫描测量的方法,可以从理论上完全消除这种误差源,有效地提高了该方法长期测量的准 确性。

测量装置:

图 1 激光回馈波片测量仪装置图

激光回馈波片位相延迟法的测量装置如图 1 所示,反射镜 M1、M2 及增透窗片 W 构成

半外腔单纵模 He-Ne 激光器,通过控制压电陶瓷 PZT2 可以使激光器始终在中心频率附近工 作;M3 为回馈镜,反射率为 10%,由压电陶瓷 PZT1 驱动,在计算器输出的三角波信号的 驱动下做往复运动;WP 为待测波片,其快轴方向与激光器的本征偏振方向一致;D1 为光 电探测器,探测激光器的光强信号,经放大器 APM 及 A/D 转换后送入计算机处理;P 为检 偏器,与光电探测器 D2 一起探测回馈信号的偏振信息。

在测量过程中,激光器保证始终工作在中心频率处,出射的线偏振光的偏振方向与波片 的快轴方向重合,PZT1 推动回馈镜 M3 来改变外腔腔长,则我们通过探测器 D2 可以探测 到偏振跳变的波形,根据激光回馈偏振跳变的理论,当回馈腔中存在双折射元件的时候,回 馈波形会产生偏振跳变现象,如图 2 所示。

2. 偏振跳变原理及误差源分析

2.1 o, e 光等效反射率及跳变原理

关于激光回馈偏振跳变理论已有文章做过详细的论述[8]。这里对该理论进行简化性的论 述。

我们把 M2 及回馈镜 M3 等效为 F-P 腔,由于回馈镜的反射率很低,所以我们只考虑

M3 的一次反射。记 M2 的反射系数为 r2 ,透射系数为 t2 ,回馈镜 M3 的反射系数为 r3 ,由 多光束干涉理论我们可以得到此 F-P 腔的等效反射系数为

其等效反射率为:

由于 r3 很小,可以忽略二阶项,于是等效反射率可简化为

R ? R ? 2 ? r ? r ? t 2 ?

而等效腔镜反射率的变化,将直接影响光强信号。所以当外腔没有双折射元件的时候,随着回馈镜的移动,光强呈现为随 L 变化的余弦波形。

当外腔存在双折射元件时,设 o 光方向为 x 方向,e 光方向为 y 方向。双折射元件产生 的位相差为? ,则此时 x、y 两个方向上的等效反射率不一样,分别为

图 2 激光回馈偏振跳变波形

当激光的偏振方向为 x 方向时,x 偏振态的等效反射率 R( x? x ) ? R( x ) 2?3 ,此时由于 y 偏振光 没有出射,并未进入到外腔,所以其等效反射率 R ? R2 ;当激光的偏振方向为 y 方向 时,由于 x 偏振光没有出射,并未进入到外腔,因此 x 偏振态的等效反射率 R ? R2 ,y 偏振光的等效反射率 R ( y? y ) ? R( y ) 2?3 。 对于激光器而言,出射激光的偏振方向取决于两个偏振态各自的损耗。而激光器的损耗与腔 镜的反射率密切相关,反射率越大,其损耗越小。假设初始激光器的偏振态为 x,L 的初始

位置位于 A 点,因此,从图 3 中我们可以看出,在 AB 段,R ( x- x ) > R( x-

,出射光保持为x 偏振态;在 B 点以后,

R ( x- x )

(略,想看可以看pdf原文)

2.2 迟滞效应的影响

当 L 向相反方向运动时,按照前边的分析方法,可以得到光强信号及对应的偏振态。 我们可以得到:L 正向运动和反向运动时,等效反射率所走过的路线不一样,偏振态跳变的 方向也不一样,如图 4 所示:当 L 正向运动时,由 x 偏振态跳变到 y 偏振态,x 偏振态所占 周期比大;而当 L 反向运动时,则是由 y 偏振态跳变到 x 偏振态,y 偏振态所占周期比大。 这就是激光回馈偏振跳变现象中的迟滞效应。

我们利用这种偏振跳变的现象,可以实现对波片位相延迟的测量。根据实验的结果,我

3?

4. 实验结果

图 6 为实际测量过程中的波形图。我们可以看到,x 偏振态和 y 偏振态的最大光强明显 不同,这也就说明,在整个回馈系统中,两偏振态的损耗是不同的。在长时间的测量过程中, 这种差异也会随之变化,这就对系统长期测量的一致性产生影响。通过同时测量上升沿和下 降沿的周期比,并对两个比值进行平均,可以有效的提高长期测量的稳定性。

图 7 为波片测量仪对一波片连续 8 小时测量的结果。我们可以看到,上升沿的测量结果 整体上是上升的,同时,对应的下降沿的测量结果整体趋势是下降的,因此,通过对二者进 行一个平均处理,补偿后的测量值没有明显的倾斜方向,这也就保证了该系统长期测量结

果的一致性。 由于在实际测量中,我们使用的是压电陶瓷作为驱动装置,来推动回馈镜正向移动和反

向移动,而压电陶瓷存在着迟滞效应,缩短时的曲线线性度不是很好,会对测量结果造成影 响。我们可以通过以后的工作改进系统,改变驱动的形式来消除这部分造成的误差。

激光原理论文范文第5篇

关键词：RC谐振网络，恒流变换器，YAG激光器

 

一．激光器电源的特点

随着新型激光装置的不断出现，对激光电源提出了高效率、高重复率、低成本和高可靠性等诸多要求。为满足在低频大能量工作下的激光装置，而研制出LC恒流充电电路。其特点是以恒流电源给储能电容器充电，既提高了充电效率，又提高了电源的稳定性。有效地解决了激光器电源在高频下工作的充电效率问题，亦克服了脉冲氙灯的连通现象。存在的主要问题，是体积和重量不能明显减小，但这种类型的电源目前仍广泛使用。脉冲激光电源的负载是脉冲氙灯，氙灯为具有负阻特性的气体放电灯，他对电源的要求如下：1.高压触发电脉冲，为大约2万伏左右的高压脉冲。2.使氙灯预燃的所需要的预燃电源标准电流，一般在80mA∼200mA。3.有激光储能电容充电的电路，并伴有激光储能电容向氙灯放电的放电电路。，RC谐振网络。

图1 脉冲式激光电源组成图2 储能电容器电压变化规律

二．充电电路设计中储能电容器的充电要求

固体脉冲激光器电源的设计，必须满足激光器对电源提出的各项技术指标。同时必须考虑到电源的经济特性、通用特性、可靠性等其他性能。脉冲激光器电源的核心部分是充电电路，所以必须根据指标来选择它，以使充电电路的效率很高。

在脉冲激光电源中，储能电容器必须是漏电很小的无极性耐高压电容器。，RC谐振网络。在重复频率的每一个周期里，储能电容器两端的电压是变化的，如图2所示。其中时间内，要求电容器两端的电压保持不变（等于）,而在时间内，电容器的能量迅速向负载释放。

三．充电控制电路设计

激光电源要正常工作,就需要使电源各个部分协调工作的控制信号,这些信号是由控制电路产生的.控制电路部分要完成的功能如下：

1.产生使触发电路导通的外触发信号。外触发电路是电容经放电晶闸管与脉冲变压器初级相接，当晶闸管导通后,储能器上的能量才能达到变压器的初级,才能在次级上响应出脉冲高压。故需要控制可控硅晶闸管导通从而产生脉冲高压的外触发信号。，RC谐振网络。

2.在放电过程中,必须使恒流充电电路停止向储能电容器充电,因此控制电路还要产生使横六充电电路停止充电的封锁信号。

3.控制电路还必须有使储能电容器上的电压稳定的功能,当储能电容上的电压略高于预定的要求时,控制电路就产生一系列的高频脉冲电压,使双向可控晶闸管导通从而使恒流源充电电路停止向储能电容器充电。

四．氙灯的触发电路

对于脉冲放电灯或气体放电管，只有两端所施加的电压达到一定值时，气体才开始触电。我们称气体开始电离放电的电压为击穿电压，通常用UJ来表示，UJ与灯的结构和气压及气体类型有关。例如，氙灯在气压为53.3kPa时，弧长为70cm的时候，击穿电压UJ≥7kV。因此为了点燃气体放电灯必须有一高压触发电源。该高压电源可以是直流高压源、脉冲高压源或高频高压源。

五．激光电源总体设计参数计算

横流电源充电的激光电源电路的组成和工作原理都非常简单（如图3所示）。，RC谐振网络。由形恒流逆变器，双向可控硅晶闸管、变压器、单节L、C放电电路、取样电路及触发电路组成。，RC谐振网络。其中形恒流变换器中，L、C的选取及变压比N的选取应满足恒流充电的最佳匹配原则，为了方便L、C、N的选取，特列出如下程序。，RC谐振网络。

形恒流变换器的参数计算程序如下，已知参数：

工作周期： 毫秒，工作电压： 伏特，存能电路： 微法

计算结果：变比 ， 毫亨， 微法

初级电流： 毫安，次级电流： 毫安

计算；打印；退出。

图3 横流源充电的激光电源电路图

参考文献

[1]梁作亮梁国忠，《激光电源电路》，兵器工业出版社，1995

[2]张占松蔡宣三，《开关电源的原理与设计》，电子工业出版社，1998

[3]康华光，《电子技术基础》第四版，高等教育出版社，2000

[4]马养武陈钰轻，《激光器件》，浙江大学出版社，2001

[5]詹晓东曾忠，《全桥型IGBT脉冲激光电源》，南京航空航天大学，2000.01

[6]宁天夫李铁英等，信息产业部电子第53研究所《研制激光电源的体会》，电源技术应用，2001.5