新型传感器(激光)课件.pptVIP

第八章新型传感器1

在20世纪70年代，随着新材料、新技术、新要求不断涌现，国内外出现了以光纤传感器为代表的一大批新型传感器，代表了传感技术的必威体育精装版成果，适应了社会发展的新需求。本章主要讲5种：8.1光纤传感器8.2CCD图象传感器8.3激光与红外传感器8.4超声波与声表面波传感器8.5核辐射传感器2

1.复习：2.1.光纤的一大优点是什么？3.2.光纤传光的基本原理是什么？4.3.光纤数值孔径的物理含义是什么？5.4.按照光纤在传感器的作用，光纤传感器分为分为哪两类？6.微弯损耗式光纤传感器属于哪一类？7.5.微弯损耗式光纤传感器的工作原理是什么？3

8.3激光与红外传感器8.3.1激光传感器什么是激光：由受激辐射的光放大。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。激光传感器：以激光为光源的光电式传感器。激光传感器是由激光发生器、激光接收器及其相应的电路所组成的。激光应用的领域，主要有工业、医疗、商业、科研、信息和军事六个领域。根据激光的特点可用于：激光焊接、激光切割、激光打孔、激光快速成型，激光测速、测距。4

5

6

7

激光测距仪8

一、激光的形成与特性原子在正常分布状态下，多1、激光的形成处于稳定的低能级E状态。如果l没有外界的作用，原于可以长期保持这个状态。若在外界光子的作用下，原子吸收光子的能量hγ后，由低能级E向高能级E2l粒子能级的正常分布跃迁的过程，叫做原子的激发。原子处于激发的时间是非常短的，处于激发状态的原子能够很快地跃迁到低能级上去，同时辐射出光子。这种处于激发状态的原子自发地从高能级跃迁到低能级上去而发光，叫做原子的自发辐射。激发与自发辐射过程9

如果处于高能级的原子在外界作用影响下，发射光子而跃迁到低能级上去，这种发光叫做原子的受激辐射。10

在受激辐射过程中，发射光子不仅在能量上(或频率上)和入射光子相同，它们在相位、振动方向和发射方向上也完全一样。如果这些光子再引起其他原子发生受激辐射，这些原子所发射的光子在相位、发射方向、振动方向和频率上也都和最初引起受激辐射的入射光子相同，如图a所示。这样，在一个入射光子影响下，会引起大量原子的受激辐射，它们所发射的光子在相位、发射方向、振动方向和频率上都完全一样，这一过程称为光放大。另一方面，能量为hγ的光子在媒质中传播时，也可以被处于E能级1上的粒子所吸收；而使这粒子跃迁到E能级上去。在此情况下，入2射光子被吸收而减少，如图b所示。这个过程叫做光的吸收。光的放大和吸收过程往往是同时进行的，总的结果可以是加强或减弱，这取决于这一对矛盾中哪一方处于支配地位。11

激光是媒质的粒子(原子或分子)受激辐射产生的，但它必须具备下述的条件才能得到。(1).粒子数反转为了形成受激辐射，必须设法使某一高能级的原子数多于低能级的原子数。原子数的这种分布称为粒子数反转。能形成粒子数反转分布的工作介质叫增益介质。12

(2).激光器的光振荡放大要想产生激光，单靠外界激发而得到的初级受激辐射是不行的。实际的激光器都是由工作物质和一个光学共振腔组成。光学共振腔由两端为各种形状的曲面反射镜构成。最简单的光学共振腔是两面相互平行的平面反射镜，镜面对光有很高的反射率，而工作物质封装在有两个反射镜的封闭体中。13

当工作物质产生受激辐射时，受激辐射光在两反射镜之间作一定次数的往返反射，而每次返回时都经过建立了粒子数反转分布的工作物质，这样使受激辐射一次又一次地加强，如下图所示。这样几十次、几百次的往返，直至能获得单方向的强度非常集中的激光输出为止。我们把激光在共振腔内往返放大过程叫做振荡放大。光振荡器的工作过程14

(3).激光输出激光光束在激光器的共振腔内往返振荡放大，那么怎样输出呢?共振腔内反射镜起着反射光束并使其往返振荡的作用，从光放大角度看，反射率越高，光损失越小，放大效果越好。在实际设计中，将一侧反射镜设计得尽量使它对激光波长的反射率接近100%，而另一侧反射镜则稍低一些，比如98%以上。这样这一端的透镜将有激光穿透，这一端即为激光的输出端。对于输出端透镜的反射率要适当选择，如果反射率太低，虽然透光能力强了，但对腔内光束损失太大，就会影响振荡器放大倍数，这样输出必然减弱。目前最佳反射率一般在给定激光条件下由实验来确定。15

产生激光必须满足下列三个条件：(1)具有能形成粒子数反转状态的工作物质——增益介质。(2)具有供给能量的激励源；(3)具有反复进行受激辐射场所的光学谐振腔。16

2、激光的特性:(1)高方向性高方向性就是高平行度，即光束的散角小。激光束的散角已达到几分甚至更小。所以通常称激光是平行光。(2)高亮度激光在位面上集中的能量很高。一台高水平的宝石脉冲激光器亮度达比太阳的光亮度高出很多倍。把