激光焊接原理及工艺应用分解(共43张PPT)

  – 是指高能级的电子在没有外界作用下自发地迁移至低能级，并在跃迁时产生光（电磁波）辐射 ，辐射光子能量为hυ=E2-E1，即两个能级之间的能量差。

  • 一个诱发光子不仅能引起受激辐射，而且它也能引起受激吸收，所以只有当 处在高能级的原子数目比处在低能级的还多时，受激辐射才能超过受激吸收 ，而占优势。由此可见，为使光源发射激光，而不是发出普通光的关键是发 光原子处在高能级的数目比低能级上的多，这样的一种情况，称为粒子数反转。 但在热平衡条件下，原子几乎都处于最低能级（基态）。因此，如何从技术上实

  所谓光学谐振腔，实际是在激光器两端，平行装上两块反射率很高的镜片，一块为全 反射镜片，一块为部分反射、少量透射镜片。全反射镜片的作用是将入射的光全部按 原路径反射回去，部分反射镜片的作用是将能量未达到一定限度的部分光子按原路径 反射回去，而达到一定能量限度的光子则透射而出。这样，透射而出的这部分光子就 是我们需要的，经过放大了的激光；而被反射回工作介质的光，则继续诱发新一轮 的受激辐射，光将逐渐被放大。因此，光在谐振腔中来回振荡，造成连锁反应，雪崩 似的获得放大，产生强烈的激光，直到能量达到一定的限度，从部分反射镜片中输出 。

  • 当粒子受外界能量激励从E1到E3，由于E3能级寿命短，很快转移到E2上，因能级 E2为亚稳态，在E2、E1间实现粒子数反转分布。下能级E1为基态，通常总是积聚着 大量的粒子，因此要实现粒子数反转，必须将半数以上的基态粒子激发到E2上，所以 ，外界激励就需要有相当强的能力。

  – 受激辐射是指处于高能级的电子在光子的“刺激”或者“感应”下，跃迁到低能级，并辐射出 一个和入射光子同样频率的光子。受激辐射的最大特点是由受激辐射产生的光子与引起 受激辐射的原来的光子具有完全相同的状态。它们具有相同的频率，相同的方向，完全 无法区分出两者的差异。这样，通过一次受激辐射，一个光子变为两个相同的光子。这 意味着光被加强了，或者说光被放大了。这正是产生激光的基本过程。

  电子能够最终靠吸收或释放能量从一个能级跃迁到另一个能级。例如当电子吸收了一个光子时， 它便可能从一个较低的能级跃迁至一个较高的能级。同样地，一个位于高能级的电子也会通过 发射一个光子而跃迁至较低的能级。在这些过程中，电子释放或吸收的光子能量总是与这两能 级的能量差相等。由于光子能量决定了光的波长，因此，吸收或释放的光具有固定的颜色。

  现粒子数反转则是产生激光的必要条件。这需要利用激活媒质。所谓激活媒质(也 称为放大媒质或放大介质），就应该使某两个能级间呈现粒子数反转 的物质。它可以是气体，也可以是固体或液体。用二能级的Hale Waihona Puke Baidu统来做激活

  媒质实现粒子数反转是不可能的。要想获得粒子数反转，一定要使用多能级系 统。

  • 常见激光器中，掺钕钇铝石榴石（简Nd3:YAG）激光器，氦氖激光器和二氧 化碳激光器也都属四能级系统激光器。需要指明，以上讨论的三能级系统和 四能级系统都是对激光器运转过程中直接有关的能级而言，不是说某种物质 只具有三个能级或四个能级。

  • 1、激光工作介质 激光的产生一定要选择合适的工作介质，可以是气体、液体、固体或半导体。 关键是能在这种介质中实现粒子数反转，以获得产生激光的必要条件。显然 ，亚稳态能级的存在，对实现粒子数反转是非常有利的。

  氙灯为惰性气体放电灯， 个人会使用的灯的形状多为 直管形。其结构一般都是 由电极、灯管和充入的氙 （Xe）气体组成。电极是用

  高熔点、高电子发射率，又不 易溅射的金属材料制造成。灯管 用机械强度高、耐高温、透光 性好的石英玻璃制成。灯管内

  物质是由原子组成，而原子又是由原子核及电子构成。电子围绕着原子核运动。而电子在原子 中的能量不是任意的。描述微观世界的量子力学告诉我们，这些电子会处于一些固定的“能级 ”，不同的能级对应于不同的电子能量，离原子核越远的轨道能量越高。此外，不同轨道可最 多容纳的电子数目也不同，例如最低的轨道（也是最近原子核的轨道）最多只可容纳2个电子 ，较高的轨道上则可容纳8个电子等等。

  为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使 处于上能级的粒子数增加。通常能用气体放电的办法来利用具有动能的电 子去激发介质原子，称为电激励；也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光 激励；还有热激励、化学激励等。各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运 。为了不断得到激光输出，必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下 能级多。

  一种立方结构晶体，质地 很硬、光学质量好、热导 率高。用三价钕代替了晶 体中部分的三价钇，因此 称为掺钕的钇铝石榴石。

  有了合适的工作物质和激励源后，可实现粒子数反转，但这样产生的受激辐射强 度很弱，无法实际应用。还需要将辐射的光进行放大，于是人们就想到了用光学 谐振腔进行放大。