目錄

前言：

第1章 什么是激光技術(shù)

1.1?什么是激光技術(shù)

1.2 激光技術(shù)的分類方法

第2章 激光的應(yīng)用技術(shù)

2.1 激光加工技術(shù)

2.2 激光快速成型

2.3 激光切割

2.4 激光焊接

2.5 激光雕刻

2.6 激光打孔

2.7 激光蝕刻

2.8 激光手術(shù)

2.9 激光武器

2.10 激光能源

2.11 服裝運(yùn)用

2.12 商標(biāo)激光打標(biāo)

第3章 激光的控制方法、技術(shù)

3.0 概述

3.1 短脈沖和超短脈沖技術(shù)

3.2 選模和穩(wěn)頻技術(shù)

3.3 激光調(diào)制和傳輸技術(shù)

3.4 激光放大技術(shù)

3.5 非線性光學(xué)技術(shù)

3.6 其他激光技術(shù)

第4章 激光檢測技術(shù)

4.0 概述

4.1 激光準(zhǔn)直

4.2 激光測量長度

4.3 激光測量距離（ZDM/LDM）-- 靜態(tài)距離

4.4 激光測量位移（ZLDS10X/ZLDS11X）-- 動態(tài)移動距離

4.5?激光測量速度?-- 動態(tài)移動速度

4.6?激光測量震動 -- 動態(tài)震動

4.7?激光散斑測量

4.8 激光全息投影

4.9 激光掃描儀

4.10 激光跟蹤

4.11?激光光譜分析

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前言：

前面探討了激光產(chǎn)生的原理和方法，然而，要把產(chǎn)生的激光應(yīng)用的特定業(yè)務(wù)領(lǐng)域，只有激光還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要對激光的輸出時(shí)機(jī)、輸出形態(tài)進(jìn)行控制，以適合特定業(yè)務(wù)領(lǐng)域的需求，這些通過“電”和軟件控制激光的技術(shù)，簡稱為激光技術(shù)，這就是本文要探討的話題。

第1章 什么是激光技術(shù)

1.1?什么是激光技術(shù)

激光技術(shù)（英文：laser technology?[3]??），是采用激光的手段，對特定目標(biāo)進(jìn)行加工或者檢測的技術(shù)。

激光被認(rèn)為是人類在智能化社會生存和發(fā)展的必不可少的工具之一。在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“增材制造與激光制造”重點(diǎn)專項(xiàng)擬立項(xiàng)的2018年度項(xiàng)目公示清單中，不乏像高效精密激光增材制造-電解加工整體制造技術(shù)和飛秒激光精密制造應(yīng)用基礎(chǔ)研究這些具有前瞻性、戰(zhàn)略性意義的項(xiàng)目

激光是20世紀(jì)60年代的新光源。由于激光具有方向性好、亮度高、單色性好等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。要使得激光能夠在被廣泛的應(yīng)用，只有產(chǎn)生出來的激光還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要對激光的輸出時(shí)機(jī)、輸出形態(tài)進(jìn)行控制，以適合特定業(yè)務(wù)領(lǐng)域的需求，這些通過“電”和軟件控制激光的技術(shù)，簡稱為激光技術(shù)。

1.2 激光技術(shù)的分類方法

（1）按照激光產(chǎn)生的方法來分，稱為激光生成技術(shù)（諧振腔+泵浦源）

（2）按照對激光本身的控制方法來分，稱為激光控制技術(shù)

（3）按照對激光檢測的方法分，稱為激光檢測技術(shù)。

（4）按照激光的應(yīng)用領(lǐng)域來分，稱為激光應(yīng)用技術(shù)

不同領(lǐng)域激光應(yīng)用技術(shù)會使用到不同的激光控制技術(shù)和檢測技術(shù)。

廣義的激光技術(shù)：激光產(chǎn)生技術(shù)、激光控制技術(shù)、激光檢測技術(shù)、激光應(yīng)用技術(shù)

協(xié)議的激光技術(shù)：激光控制技術(shù)

第2章 激光的應(yīng)用技術(shù)

2.1 激光加工技術(shù)

激光加工是激光應(yīng)用最有發(fā)展前途的領(lǐng)域之一，現(xiàn)在已開發(fā)出20多種激光加工技術(shù)。

激光的空間控制性和時(shí)間控制性很好，對加工對象的材質(zhì)、形狀、尺寸和加工環(huán)境的自由度都很大，特別適用于自動化加工。

激光加工系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)相結(jié)合可構(gòu)成高效自動化加工設(shè)備，已成為企業(yè)實(shí)行適時(shí)生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，為優(yōu)質(zhì)、高效和低成本的加工生產(chǎn)開辟了廣闊的前景。

熱加工和冷加工均可應(yīng)用在金屬和非金屬材料，進(jìn)行切割，打孔，刻槽，標(biāo)記等.熱加工金屬材料進(jìn)行焊接，表面處理，生產(chǎn)合金，切割均極有利.冷加工則對光化學(xué)沉積，激光快速成形技術(shù)，激光刻蝕，摻染和氧化都很合適。

2.2 激光快速成型

用激光制造模型時(shí)用的材料是液態(tài)光敏樹脂， 它在吸收了紫外波段的激光能量后便發(fā)生凝固， 變化成固體材料。

把要制造的模型編成程序， 輸入到計(jì)算機(jī)。激光器輸出來的激光束由計(jì)算機(jī)控制光路系統(tǒng)，使它在模型材料上掃描刻劃， 在激光束所到之處， 原先是液態(tài)的材料凝固起來。激光束在計(jì)算機(jī)的指揮下作完掃描刻劃， 將光敏聚合材料逐層固化，精確堆積成樣件，造出模型。所以， 用這個(gè)辦法制造模型， 速度快， 造出來的模型又快速又精致。該技術(shù)已在航空航天、電子、汽車等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

2.3 激光切割

激光切割技術(shù)廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時(shí)間，降低加工成本，提高工件質(zhì)量。脈沖激光適用于金屬材料，連續(xù)激光適用于非金屬材料，后者是激光切割技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。但激光在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用是有局限和缺點(diǎn)的，比如用激光來切割食物和膠合板就不成功，食物被切開的同時(shí)也被灼燒了，而切割膠合板在經(jīng)濟(jì)上還遠(yuǎn)不合算。

隨著激光產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，相關(guān)的激光技術(shù)與激光產(chǎn)品也日趨成熟。在激光切割機(jī)領(lǐng)域。呈現(xiàn)出YAG固體激光切割機(jī)、CO2激光切割機(jī)雙足鼎力，光纖激光切割機(jī)后來居上的局勢。

• YAG固體激光切割機(jī)

具有價(jià)格低、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，但能量效率低一般<3%。產(chǎn)品的輸出功率大多在600W以下，由于輸出能量小，主要用于打孔和點(diǎn)焊及薄板的切割。它的綠色的激光束可在脈沖或連續(xù)波的情況下應(yīng)用，具有波長短、聚光性好適于精密加工特別是在脈沖下進(jìn)行孔加工最為有效，也可用于切削、焊接和光刻等。

YAG固體激光切割機(jī)激光器的波長不易被非金屬吸收，故不能切割非金屬材料，且YAG固體激光切割機(jī)需要解決的是提高電源的穩(wěn)定性和壽命，即要研制大容量、長壽命的光泵激勵光源，如采用半導(dǎo)體光泵可使能量效率大幅度地增長。

• CO2激光切割機(jī)，

可以穩(wěn)定切割20mm以內(nèi)的碳鋼，10mm以內(nèi)的不銹鋼，8mm以下的鋁合金。

CO2激光器的波長為10.6um，比較容易被非金屬吸收，可以高質(zhì)量地切割木材、亞克力、PP、有機(jī)玻璃等非金屬材料，但是CO2激光的光電轉(zhuǎn)化率只有10%左右。CO2激光切割機(jī)在光束出口處裝有噴吹氧氣、壓縮空氣或惰性氣體N2的噴嘴，用以提高切割速度和切口的平整光潔。為了提高電源的穩(wěn)定性和壽命，對于CO2氣體激光要解決大功率激光器的放電穩(wěn)定性。根據(jù)國際安全標(biāo)準(zhǔn)，激光危害等級分4級，CO2激光屬于危害最小的一級。

• 光纖激光切割機(jī)

由于它可以通過光纖傳輸，柔性化程度空前提高，故障點(diǎn)少，維護(hù)方便，速度奇快，所以在切割4mm以內(nèi)薄板時(shí)光纖切割機(jī)有著很大的優(yōu)勢；但是受固體激光波長的影響它在切割厚板時(shí)質(zhì)量較差。光纖激光器激光切割機(jī)的波長為1.06um，不易被非金屬吸收，故不能切割非金屬材料。光纖激光的光電轉(zhuǎn)化率高達(dá)25%以上，在電費(fèi)消耗、配套冷卻系統(tǒng)等方面光纖激光的優(yōu)勢相當(dāng)明顯。根據(jù)國際安全標(biāo)準(zhǔn)，激光危害等級分4級，光纖激光由于波長短對人體由于是眼睛的傷害大，屬于危害最大的一級，出于安全考慮，光纖激光加工需要全封閉的環(huán)境。光纖激光切割機(jī)作為一種新興的激光技術(shù)，普及程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如CO2激光切割機(jī)。?

2.4 激光焊接

激光束照射在材料上， 會把它加熱至融熔， 使對接在一起的組件接合在一起， 即是焊接。

激光焊接，用比切割金屬時(shí)功率較小的激光束，使材料熔化而不使其氣化，在冷卻后成為一塊連續(xù)的固體結(jié)構(gòu)。激光焊接技術(shù)具有溶池凈化效應(yīng)，能純凈焊縫金屬，適用于相同和不同金屬材料間的焊接。由于激光能量密度高，對高熔點(diǎn)、高反射率、高導(dǎo)熱率和物理特性相差很大的金屬焊接特別有利。因?yàn)橛眉す夂附邮遣恍枰魏魏噶系?#xff0c;所以排除了焊接組件受污染的可能;

其次， 激光束可被光學(xué)系統(tǒng)聚成直徑很細(xì)的光束， 換言之， 激光可以作成非常精細(xì)的 焊槍， 做精密焊接工作;還有激光焊接與組件不會直接接觸， 亦即這是非接觸式的焊接， 因而材料質(zhì)地脆弱也不打緊， 還可以對遠(yuǎn)離我們身邊的組件作焊接， 也可以把放置在真空室內(nèi)的組件焊接起來。因?yàn)榧す夂附佑羞@些特點(diǎn)， 所以它在微電子工業(yè)中尤其受歡迎。

2.5 激光雕刻

用激光雕刻刀作雕刻， 比用普通雕刻刀更方便， 更迅速。用普通雕刻刀在堅(jiān)硬的材料上， 比如在花岡巖、鋼板上作雕刻， 或者是在一些比較柔軟的材料， 比如皮革上作雕刻， 就比較吃力， 刻一幅圖案要花比較長的時(shí)間。如果使用激光雕刻則不同， 因?yàn)樗抢酶吣芰棵芏鹊募す鈱ぜM(jìn)行局部照射，使表層材料氣化或發(fā)生顏色變化的化學(xué)反應(yīng)，從而留下永久性標(biāo)記的一種雕刻方法。它根本就沒有和材料接觸， 材料硬或者柔軟， 并不妨礙 雕刻 的速度。所以激光雕刻技術(shù)是激光加工最大的應(yīng)用領(lǐng)域之一。 用這種雕刻刀作雕刻不管在堅(jiān)硬的材料， 或者是在柔軟的材料上雕刻， 刻劃的速度一樣。倘若與計(jì)算機(jī)相配合， 控制激光束移動， 雕刻工作還可以自動化。把要雕刻的圖案放在光電掃描儀上， 掃描儀輸出的訊號經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后， 用來控制激光束的動作， 就可以自動地在木板上， 玻璃上， 皮革上按照我們的圖樣雕刻出來。同時(shí)， 聚焦起來的激光束很細(xì)， 相當(dāng)于非常靈巧的雕刻刀， 雕刻的線條細(xì)， 圖案上的細(xì)節(jié)也能夠給雕刻出來。激光雕刻可以打出各種文字、符號和圖案等，字符大小可以從毫米到微米量級，這對產(chǎn)品的防偽有特殊的意義。激光雕刻巳發(fā)展至可實(shí)現(xiàn)亞微米雕刻，已廣泛用于微電子工業(yè)和生物工程。

2.6 激光打孔

在組件上開個(gè)小孔是件很常見的事。但是， 如果要求在堅(jiān)硬的材料上， 例如在硬質(zhì)合金上打大量0.1毫米到幾微米直徑的小孔。用普通的機(jī)械加工工具恐怕是不容易辦到， 即使能夠做到， 加工成本也會很高。 激光有很好的同調(diào)性， 用光學(xué)系統(tǒng)可以把它聚焦成直徑很微少的光點(diǎn)(小于一微米)， 這相當(dāng)于用來鉆孔的 微型鉆頭。其次， 激光的亮度很高， 在聚焦的焦點(diǎn)上的激光能量密度(平均每平方米面積上的能量)會很高， 普通一臺激光器輸出的激光， 產(chǎn)生的能量就可以高達(dá)109 焦耳/厘米2， 足以讓材料熔化并氣化， 在材料上留下一個(gè)小孔， 就像是鉆頭鉆出來的。但是，激光鉆出的孔是圓錐形的，而不是機(jī)械鉆孔的圓柱形，這在有些地方是很不方便的。

2.7 激光蝕刻

激光蝕刻技術(shù)比傳統(tǒng)的化學(xué)蝕刻技術(shù)工藝簡單、可大幅度降低生產(chǎn)成本，可加工0.125～1微米寬的線，非常適合于超大規(guī)模集成電路的制造。

2.8 激光手術(shù)

激光能產(chǎn)生高能量﹑聚焦精確的單色光﹐具有一定的穿透力﹐作用于人體組織時(shí)能在局部產(chǎn)生高熱量。激光手術(shù)就是利用激光的這一特點(diǎn)﹐去除或破壞目標(biāo)組織﹐達(dá)到治療的目的。主要包括激光切割和激光換膚。

2.9 激光武器

激光武器有它的獨(dú)特性，令它被廣泛應(yīng)用于防空，反坦克，轟炸機(jī)自衛(wèi)等軍事用途.

激光之所以能成為威力強(qiáng)大的武器，是因?yàn)樗腥齻€(gè)層次的破壞能力:

• 1.燒蝕效應(yīng)：

跟激光熱加工原理一樣，當(dāng)高能激光束射到目標(biāo)時(shí)，激光的能量會被目標(biāo)的材料吸收，轉(zhuǎn)化為熱能.這些熱能足以令目標(biāo)部分或完全穿孔，斷裂，熔化，蒸發(fā)，甚至產(chǎn)生爆炸.

• 2.激波效應(yīng)

如目標(biāo)材料被氣化，目標(biāo)材料會在極短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生反沖作用，形成壓縮波使材料表面層裂碎開，碎片向外飛時(shí)造成進(jìn)一步破壞.

• 3.輻射效應(yīng)

目標(biāo)材料氣化的同時(shí)會形成等離子體云，能產(chǎn)生輻射紫外線及X光線，使目標(biāo)內(nèi)部的電子零件被破壞。

2.10 激光能源

激光還可應(yīng)用于核能發(fā)電上。世界上建成的核發(fā)電站使用的核燃料是鈾， 使用氚核燃料的研究尚未成功。從研究所得， 氚核燃料比鈾核燃料更加 耐燒， 1公斤氚核燃料燃燒產(chǎn)生的能量比鈾核燃料高3倍多。更有吸引力的是氚核燃料在地球上的貯量大。1公斤海水中含有0.03克氚， 地球上的海洋中就裝有1021 公斤海水;或者說， 地球的海洋中就貯藏有1017 公斤氚， 把它開發(fā)出來做燃料， 就相當(dāng)于給我們提供了10萬億億(1017) 噸煤， 足夠人類用上幾億年， 既然氚核燃料這么好.為甚么還不用? 問題就在于把它點(diǎn)火燃燒不是一件容易做到的事。劃一根火柴燃燒的溫度就可以把紙片， 汽油點(diǎn)著火， 要讓這種核燃料著火， 則需要億度的高溫。激光是較有可能達(dá)到這個(gè)點(diǎn)火溫度的技術(shù)。

2.11 服裝運(yùn)用

• 成衣激光繡花

超過三分之二的紡織服裝面料可利用激光來制作各種數(shù)碼圖案。傳統(tǒng)的紡織面料制作工藝需要后期的磨花、燙花、壓花等加工處理，而激光燒花在此方面具有制作 方便、快捷、圖案變換靈活、圖像清晰、立體感強(qiáng)、能夠充分表現(xiàn)各種面料的本色質(zhì)感，以及歷久常新等優(yōu)勢。如果結(jié)合鏤空工藝更是畫龍點(diǎn)睛，相得益彰。

服裝面料及成衣激光繡花適合：紡織面料后整理加工廠、面料深加工廠、成衣服裝廠、面輔料及來料加工企業(yè)。

• 牛仔影像噴花

通過數(shù)控的激光照射，汽化牛仔布料表面的染料，從而在各種牛仔面料上制作出不會退色的影像圖案、漸變花形、貓須磨砂等效果，為牛仔時(shí)尚又增添了新的靚點(diǎn)。

牛仔噴花激光加工是一項(xiàng)新興的、有豐厚加工利潤和市場空間的加工項(xiàng)目，極適合牛仔服裝廠、水洗廠、加工型等企業(yè)和個(gè)人進(jìn)行牛仔系列產(chǎn)品的增值深加工。

• 皮革面料標(biāo)花

激光技術(shù)在制鞋及皮革行業(yè)中的應(yīng)用也非常廣泛。激光的優(yōu)勢在于可以在各種皮革面料上快速雕刻和鏤空出各式圖案，而且操作方面靈活，同時(shí)不會使皮革表面 產(chǎn)生任何形變，以體現(xiàn)出皮革本身的顏色與質(zhì)感。它更具有雕刻精度高、鏤空無毛邊、任意選形等多種優(yōu)勢，適合鞋面、鞋材、皮具、手袋、箱包、皮服等加工生產(chǎn) 廠家的需要。

激光雕刻是指將激光設(shè)備連接激光雕刻軟件，圖稿輸入自動雕刻的作業(yè)方式。激光雕刻是激光加工領(lǐng)域技術(shù)最成熟，應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。利用這種技術(shù)，任 何復(fù)雜圖形都能雕刻。可以進(jìn)行鏤空雕刻和不穿透的盲槽雕刻，從而雕刻出深淺不一、質(zhì)感不同、具有層次感和過渡顏色效果的各種神奇圖案。憑借這些優(yōu)勢，激光 雕刻迎合了國際服裝加工的新潮流。

• 貼布繡切割

電腦繡花工藝中，有兩個(gè)步驟很重要，即貼布繡前的切割和繡花后下料的切割。在傳統(tǒng)的加工工藝中，繡前切割采用的刀模加工方式的缺陷在于，容易產(chǎn)生織物須 邊，且加工精度受刀模限制，異性圖形難以加工，刀模的制作周期常，成本高，因此制約了貼布繡花的發(fā)展。而繡后下料切割，大多采用的是熱切加工方式，該方式 又有切邊縫隙大、邊緣發(fā)黃發(fā)硬、難以對位等缺點(diǎn)。異性圖形依靠人工手剪，更是容易散邊，產(chǎn)生廢品，所以急需有一種先進(jìn)的加工方式來取代這兩種舊的加工方 式。

激光加工雖然也屬于熱加工方式，但由于激光高度的聚焦性，照射光斑纖細(xì)，熱擴(kuò)散區(qū)小，因此極適合對紡織纖維面料的切割。具體表現(xiàn)在加工面料范圍廣泛、切 口平滑無飛邊、自動收口、無變形、圖形可通過計(jì)算機(jī)隨意設(shè)計(jì)和輸出、無需刀模等等。這使得激光加工成為業(yè)內(nèi)公認(rèn)的替代方式。

2.12 商標(biāo)激光打標(biāo)

激光打標(biāo)具有打標(biāo)精度高，速度快，打標(biāo)清晰，可在硬、軟、脆產(chǎn)品的平面、弧面和飛行物上打印各種文字、符號、圖案的特點(diǎn)。激光打標(biāo)兼容了激光切割、雕刻的 各種優(yōu)點(diǎn)，可在金屬及有機(jī)聚合物薄片上精密加工，加工尺寸小的復(fù)雜圖案。打印標(biāo)記具有永不磨損的防偽性能，可專門制作布標(biāo)、皮標(biāo)、金屬標(biāo)、打印圖案復(fù)雜精 細(xì)的各種司徽和LOGO，是品牌服裝服飾物加工的最佳選擇。

長期以來，商標(biāo)的切邊、刺繡圖案的切邊以及刺繡圖案中的打孔拼花都存在一個(gè)對位問題。精確而高效的切割，是業(yè)界共同的期待。現(xiàn)有的自動視覺追蹤切割系統(tǒng) 在傳統(tǒng)的人工對位切割的基礎(chǔ)上前進(jìn)了一大步，能夠分局對位點(diǎn)來自動定位切割。但對于紡織產(chǎn)品的隨機(jī)變形不能自動糾正，因此會產(chǎn)生大量的廢品。行業(yè)內(nèi)已 有企業(yè)成功開發(fā)出自動識別尋邊切割系統(tǒng)，能夠依據(jù)所織商標(biāo)圖形的邊緣，自動生成切割路徑，并準(zhǔn)確地利用激光沿邊切割。還能夠自動定位，對刺繡圖形中的圖案 進(jìn)行切割打孔，從而根本解決了對位問題。

第3章 激光的控制方法、技術(shù)

3.0 概述

3.1 短脈沖和超短脈沖技術(shù)

脈沖激光器瞬間的能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于連續(xù)激光器。

（1）連續(xù)激光器

有穩(wěn)定的工作狀態(tài)，即是穩(wěn)態(tài)。連續(xù)激光器中各能級的粒子數(shù)及腔內(nèi)輻射場均具有穩(wěn)定分布。其工作特點(diǎn)是工作物質(zhì)的激勵和相應(yīng)的激光輸出，可以在一段較長的時(shí)間范圍內(nèi)以連續(xù)方式持續(xù)進(jìn)行，以連續(xù)光源激勵的固體激光器和以連續(xù)電激勵方式工作的氣體激光器及半導(dǎo)體激光器，均屬此類。由于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中往往不可避免地產(chǎn)生器件的過熱效應(yīng)，因此多數(shù)需采取適當(dāng)?shù)睦鋮s措施。?

（2）脈沖激光器

相對于連續(xù)激光器，脈沖激光器是把能量進(jìn)行了進(jìn)一步的集中和匯集。

脈沖激光器是指單個(gè)激光脈沖時(shí)間寬度（持續(xù)時(shí)間）小于0.25秒、每間隔一定時(shí)間才工作一次的激光器，單個(gè)激光脈沖具有較大輸出功率和能量密度。脈沖激光器適合于激光打標(biāo)、切割、測距等。常見的脈沖激光器有固體激光器中的釔鋁石榴石（YAG）激光器、紅寶石激光器、釹玻璃激光器等，還有氮分子激光器、準(zhǔn)分子激光器等。

• 短脈沖激光器

• 超短脈沖激光器

超短脈沖光的產(chǎn)生之所以重要是因?yàn)榭梢酝ㄟ^控制激光的相干光波產(chǎn)生脈沖光, 其時(shí)間寬度超出電子學(xué)所控制的范疇。從廣義上講, 超短脈沖光是指小于1 ns 的脈沖光，比如皮秒激光器、飛秒激光器，都屬于超短脈沖激光器。超短脈沖激光器的應(yīng)用范圍：

??調(diào)Q和鎖模是得到脈沖激光的兩種最常用的技術(shù)。

（3）調(diào)Q技術(shù)

（4）鎖定模技術(shù)

?

3.2 選模和穩(wěn)頻技術(shù)

?

3.3 激光調(diào)制和傳輸技術(shù)

3.4 激光放大技術(shù)

?

3.5 非線性光學(xué)技術(shù)

?

3.6 其他激光技術(shù)

第4章 激光檢測技術(shù)

4.0 概述

激光檢測技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，如激光測長、激光測距、激光測振、激光測速、激光散斑測量、激光準(zhǔn)直、激光全息、激光掃描、激光跟蹤、激光光譜分析、激光全息無損檢測等都顯示了激光測量的巨大優(yōu)越性。

激光外差干涉是納米測量的重要技術(shù)。

激光測量是一種非接觸式測量，不影響被測物體的運(yùn)動，精度高、測量范圍大、檢測時(shí)間短，具有很高的空間分辨率。

激光檢測 = 激光傳感 + DSP/FPGA數(shù)字信號分析 + 應(yīng)用軟件。

4.1 激光準(zhǔn)直

利用激光束、波帶板或干涉測量方法，將點(diǎn)位安置在一條直線上，或測定點(diǎn)位偏離直線上的距離。

激光準(zhǔn)直儀由激光器作為光源的發(fā)射系統(tǒng)、光電接收系統(tǒng)及附件三大部分組成。激光準(zhǔn)直儀將激光束作為定向發(fā)射而在空間形成的一條光束作為準(zhǔn)直的基準(zhǔn)線，以標(biāo)定直線的一種工程測量儀器。

4.2 激光測量長度

激光測長儀是采用激光多普勒方法，對線纜、網(wǎng)狀產(chǎn)品、編織或無紡材料、紙張、塑料薄膜、帶狀材料、建筑材料、地板材料和標(biāo)簽材料等的所有生產(chǎn)流程都得以精確測量。其精度<0.05%。它是非接觸在線精密測量物體運(yùn)行速度和長度的利器。它不僅能測運(yùn)行速度和長度，還能測量運(yùn)行物體左右擺動量、運(yùn)動方向和停機(jī)狀態(tài)。它不僅能測量大物體，也能測量細(xì)小物體,是一款性能優(yōu)異的在線測速測長傳感器。

單向測速測長儀用兩束激光在被測物表面交匯所產(chǎn)生的干涉條紋老斑交匯處所產(chǎn)生的一個(gè)精確定位的干涉條紋照射。明暗交替的光干涉條紋對物體散射光進(jìn)行調(diào)制，其頻率與物體速度呈正比。此散射光由一光電二極管檢測出，須經(jīng)數(shù)字化處理的電信號可確定頻率，即物體移動的速度，然后將時(shí)間與速度測量值相積分，即可計(jì)算出物體的長度。雙向測速測長儀延續(xù)了這一測量原理，并用一臺高頻布拉格單元調(diào)制器的掃描干涉條紋來照射被測面，這種干涉條紋即使在物體靜止時(shí)也會產(chǎn)生震蕩光信號。運(yùn)動方向由散射光頻率是高于還是低于靜止頻率來判定。

4.3 激光測量距離（ZDM/LDM）-- 靜態(tài)距離

先由激光二極管對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標(biāo)反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學(xué)系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感器，因此它能檢測極其微弱的光信號。記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時(shí)間，即可測定目標(biāo)距離。

4.4 激光測量位移（ZLDS10X/ZLDS11X）-- 動態(tài)移動距離

激光發(fā)射器通過鏡頭將可見紅色激光射向被測物體表面，經(jīng)物體反射的激光通過接收器鏡頭，被內(nèi)部的CCD線性相機(jī)接收，根據(jù)不同的距離，CCD線性相機(jī)可以在不同的角度下“看見”這個(gè)光點(diǎn)。

根據(jù)這個(gè)角度及已知的激光和相機(jī)之間的距離，數(shù)字信號處理器就能計(jì)算出傳感器和被測物體之間的距離。

激光位移技術(shù)可精確非接觸測量被測物體的位置、位移等變化，主要應(yīng)用于檢測物的位移、厚度、振動、距離、直徑等幾何量的測量。

4.5?激光測量速度?-- 動態(tài)移動速度

激光測速（measurement of velocity by laser）是測量移動物體反射回來的光的頻率由于多普勒（Doppler）效應(yīng)發(fā)生的偏離，在被測物體是熱的或者是易碎的不能用接觸法時(shí)，這種方法是很有用的，已用此法測出軋鋼機(jī)中熾熱鋼坯的移動速度。

激光測速就是能通過激光對物體運(yùn)行速度的測量，它是對被測物體進(jìn)行兩次有特定時(shí)間間隔的激光測距，取得在該一時(shí)段內(nèi)被測物體的移動距離，從而得到該被測物體的移動速度。同時(shí)它也是一種新型的測速測量技術(shù)。隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的測量設(shè)備已不能滿足現(xiàn)狀的需求，已漸漸地被淘汰，而激光測速傳感器已被廣泛使用，它在很多領(lǐng)域中測量有著重要意義。ZLS-C50激光測速傳感器和ZLS-Px激光測速傳感器是特別定制高精度的兩款激光測速傳感器，同時(shí)也是國內(nèi)常用的兩款高精度激光測速傳感器。并且它們通過與計(jì)算機(jī)連接，可對被測物進(jìn)行自動化、智能化的測量控制，這也是現(xiàn)在測量技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。

激光測速儀是采用激光測距的原理。激光測距（即電磁波，其速度為30萬公里/秒），是通過對被測物體發(fā)射激光光束，并接收該激光光束的反射波，記錄該時(shí)間差，來確定被測物體與測試點(diǎn)的距離。激光測速是對被測物體進(jìn)行兩次有特定時(shí)間間隔的激光測距，取得在該一時(shí)段內(nèi)被測物體的移動距離，從而得到該被測物體的移動速度

4.6?激光測量震動 -- 動態(tài)震動

激光測振即利用光學(xué)普遍的折射、反射效應(yīng)，以傳感器的激光束作為發(fā)射光源，對振動著的被測體進(jìn)行點(diǎn)測、線測（二維測量）或三維測量（輪廓測量），同時(shí)把收集的測量數(shù)據(jù)經(jīng)過內(nèi)置軟件的一系列算法處理，得出被測體振動的相關(guān)參數(shù)的方法。

激光測振與人類的生產(chǎn)生活是息息相關(guān)的，在材料探傷、機(jī)械系統(tǒng)的故障診斷、噪聲消除、結(jié)構(gòu)件的動態(tài)特性分析及振動的有限元計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證等方面廣泛應(yīng)用。此項(xiàng)測量技術(shù)方法促使人類的生產(chǎn)生活質(zhì)量向著更好更完善的方向發(fā)展，隨著激光振動測量技術(shù)的成熟與完善，高精度、高效率、低成本的測量方案必將實(shí)現(xiàn)并走向成熟。

4.7?激光散斑測量

由于具有非接觸，無創(chuàng)傷，快速成像等優(yōu)點(diǎn)，激光散斑成像技術(shù)?[1]??非常適用于血液微循環(huán)的測量。使用激光散斑技術(shù)可以測量血管管徑，血管密度，血液流速和血流灌注等微循環(huán)參數(shù)。通過考察微循環(huán)血管的結(jié)構(gòu)，微循環(huán)功能以及代謝活動，可以研究炎癥、水腫、出血、過敏、休克、腫瘤、燒傷、凍傷、放射損傷等基本病理過程中微循環(huán)改變的規(guī)律及其病理機(jī)制，對疾病診斷，病情分析和救治措施都具有重要的意義。

應(yīng)用領(lǐng)域：醫(yī)療、板材、管材在線切割監(jiān)控，電纜或砂紙長度速度測量等；也適用于絨布、毛皮等紡織品、涂層或粘膠表面、泡沫橡膠表面物體的測速測長。

4.8 激光全息投影

激光全息投影技術(shù)是指把傳播來的圖像信息通過數(shù)值技術(shù)處理，將圖像的長波部分轉(zhuǎn)變成相位調(diào)制的全息圖(全息光柵)，利用衍射光學(xué)的方法來實(shí)現(xiàn)投影。

4.9 激光掃描儀

激光掃描器是一種光學(xué)距離傳感器，用于危險(xiǎn)區(qū)域的靈活防護(hù)，通過出入控制，實(shí)現(xiàn)訪問保護(hù)等。它掃描方式有單線掃描、光柵式掃描和全角度掃描三種方式。

工作原理：當(dāng)用戶觸動電源開關(guān)或相應(yīng)的設(shè)備使掃描器通電后，VLD發(fā)出紅光激光束、穿過擴(kuò)束透鏡被擴(kuò)束，射到可擺動的反射鏡表面反射到條碼上形成一個(gè)激光點(diǎn)。當(dāng)反射鏡擺動時(shí)，根據(jù)光學(xué)反射原理?xiàng)l碼上的激光點(diǎn)位置發(fā)生變化、反射鏡連續(xù)擺動，那么會在條碼上看到一條紅色的激光線，這是視覺暫留現(xiàn)象所致。

條碼的表面較粗糙，照在條碼上的激光點(diǎn)發(fā)生反射，條和空的反射強(qiáng)度是不同的，漫反射的光射到反射鏡上，再由反射鏡反射向集光器，由集光器集光，由濾光鏡濾掉雜散自然光射入光敏二極管，產(chǎn)生光電感應(yīng)信號，再經(jīng)放大，整形譯碼，變成有用信息，傳輸?shù)街鳈C(jī)中。

4.10 激光跟蹤

激光跟蹤儀（lasertrackingdevice）是一種用于測量激光束在目標(biāo)上反射特性的儀器。

激光跟蹤儀通常由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號處理及顯示電路組成，其基本工作原理是利用接收到的反射波形來測定發(fā)射光脈沖的位置信息。

激光跟蹤儀的基本工作原理是：

當(dāng)發(fā)射器發(fā)出一束激光脈沖后，從傳感器接收到的反射回波信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后變成電信號并傳送到處理器進(jìn)行數(shù)字處理后再與標(biāo)準(zhǔn)值相比較得到待測目標(biāo)的精確坐標(biāo)。

4.11?激光光譜分析

激光光譜法，采用激光作光源的光譜分析方法。

按照激光與物質(zhì)作用所產(chǎn)生光的散射、發(fā)射、吸收和電離等特性，可分為激光拉曼光譜法、激光誘導(dǎo)熒光光譜法、激光光聲光譜法和光熱光譜法、激光電離光譜法等。

這些分析方法的出現(xiàn)不僅極大地提高了檢測靈敏度和選擇性，使得單原子、單分子的檢測成為現(xiàn)實(shí)；而且還為深入研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、價(jià)態(tài)、微區(qū)以及無損檢測和遙感遙測提供了強(qiáng)有力的研究手段，使人們對微觀世界的認(rèn)識進(jìn)一步深化。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的[激光原理与应用-21]：《激光原理与技术》-7- 激光技术大汇总与总体概述的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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