固體激光器光路設(shè)計(jì)-激光原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告

WORD文檔下載可編專業(yè)班級(jí)專業(yè)班級(jí) 級(jí)光信 至 課題工課題工作時(shí)間： 技術(shù)資料專業(yè)分WORDWORD資料可編一、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要中間；腔鏡為平面反射鏡，透射率為15%。、側(cè)泵激光器腔長(zhǎng)480mm，輸出鏡曲率半徑為5m，聚焦透鏡離輸出鏡520mm，（用Q數(shù)方法計(jì)算，寫出Matlab序?qū)I(yè)整理分WORDWORD資料可編專專業(yè)整理分

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二、進(jìn)度安1、2014.6.4- 選2、2014.6.4- 分析資料、提出設(shè)計(jì)方3、2014.6.10- 討論、修改方案，寫出初4、 定稿交三、參考資料或參考文《激光原理》第五版，周炳《激光器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)赫光生、雷仕《激光器件與設(shè)計(jì)呂百《固體激光工程孫《激光光學(xué)—激光束的傳輸變換和光束質(zhì)量控制呂百、solidwork產(chǎn)品設(shè)計(jì)范例，清華大學(xué)出版、Matlab程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用，高等教育出版指導(dǎo)教師簽字 年6月4教研室主任簽字 年6月4四、課程設(shè)計(jì)摘要（中文摘要：激光是二十世紀(jì)最重大、最實(shí)用的發(fā)明之一，它在短短幾十年內(nèi)就推廣應(yīng)用到現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、通信、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)的各個(gè)方面。激光是光的受激輻射，因而它與自發(fā)輻射的普通光源不同，具有極好的方向性、極高的光亮度和相干性。自在20世紀(jì)80世紀(jì)80年代出現(xiàn)的半導(dǎo)體激光器以及在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)的全固化固體激光器更因?yàn)轶w積小、重量輕、效率高、性能穩(wěn)定、可靠性好和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為光電行業(yè)中最具發(fā)展前途的領(lǐng)域。本次設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述了半導(dǎo)體泵浦的激光器原理和應(yīng)Solidworks使用Matlab軟件計(jì)算出了經(jīng)聚焦以后的光斑半徑與位置。關(guān)鍵詞：固體激光器五、課程設(shè)計(jì)摘要（英文Abstract：LaserisoneofthemostsignificantandmostusefulinventionintwentiethCentury.it isappliedtoeveryaspectofmodernindustry,agriculture,medicine,communication,nationaldefenseandscienceandtechnologyinjustafewdecades.Laserlightamplificationbystimulatedemissionofradiation,soitandthespontaneousradiationofcommonlightsourcesofdifferent,directional,highhasexcellentbrightnessandcoherence.Sincethefirstrubylaser,solidstatelaserhasbeendominatedthedevelopmentofthelaser,especiallythefullsolidifiedsolidlaserappearedintwentiethCenturyeightiethCentury80yearsofsemiconductorlasersandonthebasisofthemorebecausetheadvantagesofsmallsize,lightweight,highefficiency,stableperformance,goodreliabilityandlongservicelife,photoelectricindustryhasgraduallybecomethemostpromisingfield.Thisdesignintroducestheprincipleandapplicationoflaserdiodepumped,referencelaboratoryprototype,usingSolidworkssoftwaretodrawadesignlaser;accordingtothebasicparametersofthedesign,useMatlabsoftwaretocalculatetheradiusandpositionfocusfuture.Keywords：solid-statelasers;Solidworks;六、指導(dǎo)教師評(píng)評(píng)價(jià)內(nèi) 權(quán) 得調(diào)查論 能獨(dú)立查閱文獻(xiàn)和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實(shí)施方案；有收集、加工各種信息及獲得新知識(shí)的能力實(shí)踐能 獨(dú)立設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖的能力（課程設(shè)計(jì)能正確選擇研究（實(shí)驗(yàn)）方法，獨(dú)立進(jìn)行研究的能力（學(xué)年論文分析解決問工作量、工

能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實(shí)際問題（課程設(shè)計(jì)或能對(duì)課題進(jìn)行理論分析得出有價(jià)值的結(jié)（學(xué)年論文按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿，難度較大，工作努力，遵守紀(jì)律；工作作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)質(zhì) 綜述簡(jiǎn)練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)外語和計(jì)算

在課程設(shè)計(jì)或?qū)W年論文中，能夠體現(xiàn)外語和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用能力創(chuàng) 工作中有創(chuàng)新意識(shí)；對(duì)前人工作有改進(jìn)或獨(dú)特見解 綜合評(píng)指導(dǎo)教師簽字612日七、答辯記記錄人（簽字 613答辯意見及答辯成答辯小組教師（簽字 613課程設(shè)計(jì)總評(píng)成績(jī)（指導(dǎo)教師評(píng)分×80%+答辯成績(jī)目前 第一章半導(dǎo)體泵浦激光器原理和應(yīng) 激光原 半導(dǎo)體泵浦激光器的應(yīng) 第二章激光器的設(shè)計(jì)過 半導(dǎo)體泵浦激光器設(shè)計(jì)方 激光器的設(shè)計(jì) 計(jì)算聚焦后激光光斑直 聚焦透鏡焦距與光斑半徑的關(guān) 第三章總 參考文 前191年愛因斯坦提出受激輻射理論，1958年12月肖洛和湯斯發(fā)明激光原理，1960年7月梅曼制成世界第一臺(tái)紅寶石激光器。激光具有方向性好、亮度高、單色性好、相干性好等特點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。半導(dǎo)體泵浦532nm綠光激光器具有波長(zhǎng)短、光子能量高、在水中傳輸距離遠(yuǎn)和人眼敏感等優(yōu)自第一臺(tái)紅寶石激光器問世，固體激光器就一直占據(jù)了激光器發(fā)展的主導(dǎo)地位，特別是在2020世紀(jì)80世紀(jì)80年代出現(xiàn)的半導(dǎo)體激光器以及在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)的全固化固體激光器更因?yàn)轶w積小、重量輕、效等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為光電行業(yè)中最具發(fā)展前途的領(lǐng)已有5001998已有500但從1998Nd:YAG中的Nd:YAG激光器的市場(chǎng)占有率和銷售額已升為第一位。傳統(tǒng)的固體YAG傳統(tǒng)的固體YAG聚光腔、光學(xué)諧振腔、電源及制冷系統(tǒng)組成，其轉(zhuǎn)換效率為23電源及制冷系統(tǒng)組成，其轉(zhuǎn)換效率為2%到3%。另一方面整個(gè)激光器需要龐大的制冷系統(tǒng)，體積很大。泵浦燈的壽命約為300積很大。泵浦燈的壽命約為300到1000小時(shí)，操作人員需花很多時(shí)間頻繁的換燈，中斷系統(tǒng)工作，使自動(dòng)化生產(chǎn)線的效率大大降低，工作，使自動(dòng)化生產(chǎn)線的效率大大降低，間接提高了生產(chǎn)成本。因此技術(shù)上沒有大的發(fā)展空這是固體激光器的發(fā)展方向。半導(dǎo)體泵浦激光半導(dǎo)體泵浦激光器原理和應(yīng)

第一個(gè)能量為hv21的光子接近，則它吸收這個(gè)光子，處于激發(fā)態(tài)EE1-E圖1-1光與物質(zhì)作用的吸收過圖1-2光與物質(zhì)作用的受激輻射過泵浦過程使粒子從基態(tài)E1抽運(yùn)到激發(fā)態(tài)EE3穩(wěn)態(tài)E2E2是一個(gè)壽命較長(zhǎng)的能級(jí)，這樣處于EE1由于抽運(yùn)過程而減少，從而實(shí)現(xiàn)E2與E1圖1-3三能級(jí)系統(tǒng)示意激光產(chǎn)生必須有能提供光學(xué)正反饋的諧振腔。處于激發(fā)態(tài)的粒子由于不穩(wěn)定性而自發(fā)輻射到基態(tài)自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子各個(gè)方向都有偏離軸向的光子很快逸出腔外只有沿軸向的光子部分通過輸出鏡輸出部分被反射回工作物質(zhì)在兩個(gè)反射鏡間往返多次被放大形成受激輻射的光放大即產(chǎn)生激光。主要是材料加工，如激光標(biāo)記、激光焊接、激光切割和打孔等，結(jié)構(gòu)緊湊、性能良好、光、激光核聚變、科學(xué)研究、醫(yī)療、檢測(cè)、分析、通訊、投影顯示以及軍事國(guó)防等領(lǐng)域，具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值。第二章激光器的設(shè)計(jì)過solidworkssolidworks軟件畫出激光器的設(shè)1Q284據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)利用MATLAB計(jì)算出聚焦以后的激光光斑束腰半徑激光器的激光器的設(shè)計(jì)圖效果圖如圖2-1，諧振腔兩端的反射鏡為R1=∞的平面鏡和R2=5m的透鏡，其中R1為全反鏡，R2為透射率為15%的鏡片，兩鏡間距為48CM。泵浦源位于兩平面鏡中心處，激光晶體是Nd:YAG產(chǎn)生高增益、低閡值的激光作用。泵浦燈是LD，三列LD陣列互成1200角環(huán)繞在激光晶體周圍。Q開關(guān)位于泵浦源和全反鏡連線的中心圖2-1激光器的設(shè)計(jì)圖效果 圖2-2激光器結(jié)構(gòu)正視2-3激光器結(jié)構(gòu)左視圖與尺寸標(biāo)注：圖2-3從左到右依次為紅外光源、腔鏡1、Q開關(guān)、泵浦系統(tǒng)、腔鏡2、8倍擴(kuò)束鏡、45°反射鏡圖2-4激光器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)如圖所示，R1R2構(gòu)成激光諧振腔，波長(zhǎng)為1064nm，激光從R2端輸出，經(jīng)焦距為F的透鏡聚焦。其中R1=∞；R2=5.0m；L12=0.48m；L=1.00m；F=0.045m。利Q數(shù)法計(jì)由公式2-1中的計(jì)算可知共焦參數(shù)[(L L)+-212可看出本次設(shè)計(jì)的激光器諧振腔是平凹腔上式可簡(jiǎn)化為f R′(R- MM1= = 1傳播距離變換矩陣ê01M 2，平面反射鏡變換矩陣 =傳輸矩陣êL-11ú??？倐鬏斁仃嚍?/p>

éABù=

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F1úê01

ê01 ? ? 通過聚焦后的q數(shù)參考公式2-2算

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F-

（2-聚焦后光斑束腰半徑由公式2-3算

（2-利用Matlab計(jì)算出聚焦后的光斑束腰與位置，程序如下運(yùn)行結(jié)果如下對(duì)結(jié)果進(jìn)行整理，通過聚焦后的q參數(shù)3+3+ 3

00聚焦后光斑束腰半徑w1.81′10-5m聚焦后光斑直徑D2w3.62′10-5m與透鏡F的距離s0.0456m。00聚焦透鏡焦距與光斑半徑的為了進(jìn)一步探索光斑半徑與聚焦透鏡半徑的關(guān)系通過改變聚焦透鏡的焦距F來察光斑半徑w大小變化。使用

軟件來描繪兩者的曲線關(guān)系圖2-5透鏡焦距與光斑半徑的關(guān)系由圖可看出，隨著聚焦透鏡的焦距F增大，光斑半徑w線性增大，即在一定范圍內(nèi)二者成正比關(guān)系。所以，為了增大激光器的輸出功率，可以適當(dāng)?shù)脑龃笸哥R的焦距第三章總XQ這次課程設(shè)計(jì)利用了兩個(gè)很重要的軟件——solidworksMatlab。Solidworks件功能強(qiáng)大易學(xué)易用，SolidWo