Prinsip dan aplikasi penderia laser

Penderia laser ialah penderia yang menggunakan teknologi laser untuk mengukur. Ia terdiri daripada laser, pengesan laser dan litar pengukur. Penderia laser ialah jenis alat pengukur baharu. Kelebihannya ialah ia boleh merealisasikan pengukuran jarak jauh tanpa sentuhan, kelajuan pantas, ketepatan tinggi, julat besar, keupayaan anti-cahaya dan gangguan elektrik yang kuat, dsb.
Laser Cahaya dan Laser merupakan salah satu pencapaian saintifik dan teknologi yang paling penting untuk muncul pada tahun 1960-an. Ia telah berkembang pesat dan telah digunakan secara meluas dalam pelbagai aspek seperti pertahanan negara, pengeluaran, perubatan dan pengukuran bukan elektrik. Tidak seperti cahaya biasa, laser perlu dihasilkan oleh laser. Untuk bahan kerja laser, dalam keadaan biasa, kebanyakan atom berada dalam tahap tenaga rendah yang stabil E1. Di bawah tindakan cahaya luaran dengan frekuensi yang sesuai, atom dalam tahap tenaga rendah menyerap tenaga foton dan teruja untuk beralih ke tahap tenaga tinggi E2. Tenaga foton E=E2-E1=hv, dengan h ialah pemalar Planck dan v ialah kekerapan foton. Sebaliknya, di bawah aruhan cahaya dengan frekuensi v, atom pada tahap tenaga E2 akan beralih ke tahap tenaga yang lebih rendah untuk membebaskan tenaga dan memancarkan cahaya, yang dipanggil sinaran terstimulasi. Laser mula-mula menjadikan atom bahan kerja tidak normal dalam tahap tenaga yang tinggi (iaitu, taburan penyongsangan populasi), yang boleh menjadikan proses sinaran yang dirangsang dominan, supaya cahaya teraruh frekuensi v dipertingkatkan, dan boleh melalui cermin selari Penguatan jenis runtuhan salji dibentuk untuk menghasilkan sinaran rangsangan yang kuat, yang dirujuk sebagai laser.

Laser mempunyai 3 sifat penting:
1. Directivity tinggi (iaitu, directivity tinggi, sudut perbezaan kecil kelajuan cahaya), julat pengembangan pancaran laser hanya beberapa sentimeter dari beberapa kilometer;
2. Monokromatik tinggi, lebar frekuensi laser adalah lebih daripada 10 kali lebih kecil daripada cahaya biasa;
3. Kecerahan tinggi, suhu maksimum beberapa juta darjah boleh dihasilkan dengan penggunaan penumpuan pancaran laser.

Laser boleh dibahagikan kepada 4 jenis mengikut bahan kerja:
1. Laser keadaan pepejal: Bahan kerjanya adalah pepejal. Yang biasa digunakan ialah laser delima, laser garnet aluminium yttrium berdop neodymium (iaitu laser YAG) dan laser kaca neodymium. Mereka mempunyai struktur yang hampir sama, dan dicirikan sebagai kecil, teguh dan berkuasa tinggi. Laser kaca-neodymium pada masa ini merupakan peranti dengan kuasa output nadi tertinggi, mencecah puluhan megawatt.
2. Laser gas: bahan kerjanya ialah gas. Kini terdapat pelbagai atom gas, ion, wap logam, laser molekul gas. Yang biasa digunakan ialah laser karbon dioksida, laser neon helium dan laser karbon monoksida, yang berbentuk seperti tiub nyahcas biasa, dan dicirikan oleh output yang stabil, monokromatik yang baik, dan jangka hayat yang panjang, tetapi dengan kuasa yang rendah dan kecekapan penukaran yang rendah.
3. Laser cecair: Ia boleh dibahagikan kepada laser chelate, laser cecair bukan organik dan laser pewarna organik, yang paling penting ialah laser pewarna organik, ciri terbesarnya ialah panjang gelombang boleh dilaraskan secara berterusan.
4. Laser semikonduktor: Ia adalah laser yang agak muda, dan yang lebih matang ialah laser GaAs. Ia dicirikan oleh kecekapan tinggi, saiz kecil, ringan dan struktur ringkas, dan sesuai untuk membawa kapal terbang, kapal perang, kereta kebal dan infantri. Boleh dijadikan pengintai dan pemandangan. Walau bagaimanapun, kuasa keluaran adalah kecil, arah tuju kurang, dan ia banyak dipengaruhi oleh suhu ambien.

Aplikasi Penderia Laser
Menggunakan ciri kearah yang tinggi, monokromatik tinggi dan kecerahan tinggi laser boleh merealisasikan pengukuran jarak jauh tanpa sentuhan. Penderia laser sering digunakan untuk pengukuran kuantiti fizikal seperti panjang, jarak, getaran, kelajuan dan orientasi, serta untuk pengesanan kecacatan dan pemantauan bahan pencemar atmosfera.
Pengukuran panjang laser:
Pengukuran panjang yang tepat adalah salah satu teknologi utama dalam industri pembuatan mesin ketepatan dan industri pemprosesan optik. Pengukuran panjang moden kebanyakannya dilakukan dengan menggunakan fenomena gangguan gelombang cahaya, dan ketepatannya bergantung terutamanya pada monokromatik cahaya. Laser ialah sumber cahaya yang paling ideal, iaitu 100,000 kali lebih tulen daripada sumber cahaya monokromatik terbaik (lampu krypton-86) pada masa lalu. Oleh itu, julat ukuran panjang laser adalah besar dan ketepatannya tinggi. Mengikut prinsip optik, hubungan antara panjang maksimum boleh diukur L cahaya monokromatik, panjang gelombang λ dan lebar garis spektrum δ ialah L=λ/δ. Panjang maksimum yang boleh diukur dengan lampu kripton-86 ialah 38.5 cm. Untuk objek yang lebih panjang, ia perlu diukur dalam bahagian, yang mengurangkan ketepatan. Jika laser gas helium-neon digunakan, ia boleh mengukur sehingga berpuluh-puluh kilometer. Biasanya mengukur panjang dalam beberapa meter, dan ketepatannya boleh mencapai 0.1 mikron.
Jarak Laser:
Prinsipnya adalah sama seperti radar radio. Selepas laser ditujukan kepada sasaran dan dilancarkan, masa perjalanan pergi balik diukur, dan kemudian didarab dengan kelajuan cahaya untuk mendapatkan jarak perjalanan pergi balik. Oleh kerana laser mempunyai kelebihan kearah yang tinggi, monokromatik tinggi dan kuasa tinggi, ini sangat penting untuk mengukur jarak jauh, menentukan orientasi sasaran, meningkatkan nisbah isyarat kepada bunyi sistem penerima, dan memastikan ketepatan pengukuran. . semakin mendapat perhatian. Lidar yang dibangunkan berdasarkan pencari jarak laser bukan sahaja boleh mengukur jarak, tetapi juga mengukur azimut, kelajuan dan pecutan sasaran. Radar, antara 500 hingga 2000 kilometer, ralatnya hanya beberapa meter. Pada masa ini, laser delima, laser kaca neodymium, laser karbon dioksida dan laser galium arsenide sering digunakan sebagai sumber cahaya untuk pengintip laser.

Pengukuran getaran laser:
x
Pengukuran kelajuan laser:
Ia juga merupakan kaedah pengukuran halaju laser berdasarkan prinsip Doppler. Meter aliran Doppler laser (lihat meter aliran laser) digunakan lebih banyak, yang boleh mengukur halaju aliran udara terowong angin, halaju aliran bahan api roket, halaju aliran udara jet pesawat, kelajuan angin atmosfera dan saiz zarah dan kelajuan penumpuan dalam tindak balas kimia, dsb.