激光应用焊接技术创新研修课课程报告.doc

本科生创新研修课报告 专 业 学 生 学 号 授课教师 日 期 哈尔滨工业大学教务处制 一、 1． 1.1.1 单色性 光的颜色由光的波长（或频率）决定。一定的波长对应一定的颜色。太阳辐射出的可见光段的波长分布范围约在0.76微米至0.4微米之间，对应的颜色从红色到紫色共7种颜色，所以太阳光谈不上单色性。发射单种颜色光的光源称为单色光源，它发射的光波波长单一。比如氪灯、氦灯、氖灯、氢灯等都是单色光源，只发射某一种颜色的光。单色光源的光波波长虽然单一，但仍有一定的分布范围。如 氖灯只发射红光，单色性很好，被誉为单色性之冠，波长分布的范围仍有0.00001纳米，因此氖灯发出的红光，若仔细辨认仍包含有几十种红色。由此可见，光辐射的波长分布区间越窄，单色性越好。? 激光器输出的光，波长分布范围非常窄，因此颜色极纯。以输出红光的氦氖激光器为例，产生的632.8nm的谱线宽度只有109nm，而普通的光源谱线宽度是109nm，高出106以上，所以激光的单色性非常的好。 1.1.2 方向性 普通光源是向四面八方发光。要让发射的光朝一个方向传播，需要给光源装上一定的聚光装置，如汽车的车前灯和探照灯都是安装有聚光作用的反光镜， 使辐射光汇集起来向一个方向射出。激光器发射的激光，天生就是朝一个方向射出，光束的发散度极小，大约只有103-105弧度，接近平行。1962年，人类第 一次使用激光照射月球，地球离月球的距离约38万公里，但激光在月球表面的光斑不到两公里。若以聚光效果很好，看似平行的探照灯光柱射向月球，按照其光斑 直径将覆盖整个月球。而一个具有10mW功率的氦氖激光器可产生比太阳高几千倍的亮度，可在屏幕上形成面积很小但照度很高的亮斑。 1.1.3 相干性 一个几十瓦的电灯泡，只能用作普通照明。如果把它的能量集中到1m直径的小球内，就可以得到很高的光功率密度，用这个能量能把钢板打穿。然而，普通光源的光是向四面八方发射的，光能无法高度集中。普通光源上不同点发出的光在不同方向上、不同时间里都是杂乱无章的，经过透镜后也不可能会聚在一点上。 激光与普通光相比则大不相同。因为它的频率很单纯，从激光器发出的光就可以步调一致地向同一方向传播，即激光的相位在时间上是保持不变的，因此可以用透镜把它们会聚到一点上，形成相位整齐，规则有序的大振幅光波，把能量高度集中起来，这就叫相干性高。一台巨脉冲红宝石激光器的亮度可达1015w/cm，比太阳表面的亮度还高若干倍。具有高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，这就使其可能可加工几乎所有的材料。 M为光束衍射极限倍数）,可以更客观、至少在物理上更客观地评价某些特殊光学元件和激光系统。但各种评价方法都存在着适用范围和局限性,各种光束质量的定义对应于不同的应用目的,所反映光束质量的侧重点也不同,因此光束质量的好坏,应视具体的应用目的做出评价。下文主要介绍M2因子光束质量的评价方法，并简述其他方法。 光束质量的描述必须用一个具体的量值表示,它应该是从完整描述光波的无穷多信息中抽取组合成的最能反映光束特征、最具有物理内涵的一个量值,实际应用中常用来评价光束质量的方法有M2因子、衍射极限倍数、桶中功率比、斯特列尔比等。 我所查阅的是M2因子，根据国际标准化度量局的定义,用M2来衡量光束质量。 M2=实际光束的空间束宽积÷理想光束的空间束宽积=πw0θ/4π (1) 式(1)中的空间束宽积(space-beam width product)是指光束在空间域中的宽度(束腰宽度)和在空间频率域中的角谱宽度(远场发散角)的乘积。 光束传输因子为 K=1/M2=4λ/πw0θ (2) 其中,w0为光束的束腰直径即其光斑宽度w(z)的极小值;θ为远场发散角,定义为θ=;λ为波长[3]。 M2因子定义式中以理想基模高斯光束作为比较标准,这对实际工作中遇到的大多数情况是合适的。用与测不准关系类似证明可知M2≥ 1,对基模高斯光束M2= 1,M2值越大,则光束质量越差。 另外还有BPP光束参数积（Beam Parameter Product)BPP=w0×θ 1.1.5 其他参数 光束聚焦特性，聚焦后焦点半径： (3) 焦点附近，光束横截面积为焦点处2倍的两个光束横截面之间的距离称为瑞利长度或焦深：