激光墨线仪

激光墨线仪辐射

• 电子的运动状态可以分为不同的能级，电子从高能级向低能级跃迁时，会释放出相应能量的电磁波（所谓自发辐射）。一般的发光体中，这些电子释放光子的动作是随机的，所释放出的光子也没有相同的特性，例如钨丝灯发出的光。当外加能量以电场、光子、化学等方式注入到一个能级系统并为之吸收的话，会导致电子从低能级向高能级跃迁，当自发辐射产生的光子碰到这些因外加能量而跃上高能级的电子时，这些高能级的电子会因受诱导而迁到低能级并释放出光子（所谓受激辐射），受激辐射的所有光学特性跟原来的自发辐射包括：频率、相位、前进方向等会是一样的，这些受激辐射的光子碰到其他因外加能量而跃上高能级的电子时，又会再产更多同样的光子，最后光的强度越来越大（即光线能量被放大了），而与一般的光不同的是所有的光子都有相同的频率、相位(同调性)、前进方向。要做到光放大，就要产生一个高能级电子比低能量级电子数目多的环境，即居量反转，这样才有机会让高能级电子碰上光子来释放新的光子，而不是随机释放。

一般激光产生器有三个基本要素：

“激发来源”（pumping source）：又称“泵浦源”，把能量供给低能级的电子，激发使其成为高能级电子，能量供给的方式有电荷放电、光子、化学作用…。

“增益介质”（gain medium）：被激发、释放光子的电子所在的物质，其物理特性会影响所产生激光的波长等特性。

“共振腔”（optical cavity/optical resonator）：是两面互相平行的镜子，一面全反射，一面半反射。作用是把光线在反射镜间来回反射，目的是使被激发的光多次经过增益介质以得到足够的放大，当放大到可以穿透半反射镜时，激光便从半反射镜发射出去。因此，此半反镜也被称为输出耦合镜（output coupler）。两镜面之间的距离也对输出的激光波长有着选择作用，只有在两镜间的距离能产生共振的波长才能产生激光。

激光墨线仪居量反转（population inversion）

• 在一个二级系统中，一个电子自低能级向高能级跃迁和自高能级向低能级跃迁的概率是一样的。为了达到光放大的作用，在高能级必须有更多的电子，使得受激辐射发生的概率更高。这个状态称为居量反转。出于这个原因，所以以光子激发的二级系统是无法实现激光的，所以激光一般是以通过三级系统和四级系统得到实现。在三级系统中，电子受激跃迁到高能级后，便很快转为亚稳态。由此激光媒介被激发为高能态，居量反转得到实现。

激光器的分类有很多方式，例如按照工作状态、工作物质的种类、输出波长的波段、输出激光波长是否可以调节、激光器的用途等特点分类。

激光墨线仪按工作状态分

• 连续激光器

• 脉冲激光器

• 电光调Q

• 声光调Q

• 染料调Q

• 调Q（输出脉宽可以达到纳秒级别）通过改变谐振腔的Q值，把储存在激活媒质中的能量瞬时释放出来，以获得一定脉冲宽度的激光强辐射的方法。Q：品质因数，用来表示谐振腔的质量，定义为Q=(2π/T)*（谐振腔内储存的能量/每秒损失的能量）、T为周期时间

• 锁模（输出脉宽可以压缩到飞秒级别）

激光墨线仪按工作物质分

根据产生激光的媒质，可以把激光器分为液体激光器、气体激光器和固体激光器等。而现在最常见的半导体激光器算是固体激光器的一种。

气体激光器

介质是气体的激光器，此种激光器通过放电得到激发。

• 氦氖激光器：最重要的红光放射源（632.8 nm）。一般功率比较低（0.5~50 mW）。

• 二氧化碳激光器：波长约10.6 μm（红外线），重要的工业激光。

• 一氧化碳激光器：波长约6-8 μm（红外线），只在冷却的条件下工作。

• 氮气激光器：337.1 nm（紫外线）。

• 氩离子激光器：具有多个波长，457.9 nm（8%）、476.5 nm（12%）、488.0 nm（20%）、496.5 nm（12%）、501.7 nm（5%）、514.5 nm（43%，由蓝光到绿光）。功率从15mW到50W。激光表演中最常用的。

• 氦镉激光器：最重要的蓝光（442nm）和近紫外激光源（325nm）。

• 氪离子激光器：具有多个波长，350.7nm、356.4nm、476.2nm、482.5nm、520.6nm、530.9nm、586.2nm、647.1nm（最强）、676.4nm、752.5nm、799.3nm（从蓝光到深红光）。功率可到6W，能耗较大，价格较高。

• 氧离子激光器

• 氙离子激光器

• 混合气体激光器：不含纯气体，而是几种气体的混合物（一般为氩、氪等）。

• 准分子激光器：比如KrF（248 nm）、XeF（351-353 nm）、ArF（193 nm）、XeCl（308 nm）、F2（157 nm，均为紫外线)。

• 金属蒸汽激光器：比如铜蒸汽激光器，波长介于510.6-578.2 nm之间。由于很好的加强性，可以不用谐振镜。

• 金属卤化物激光器：比如溴化铜激光器，波长介于510.6-578.2 nm之间。由于很好的加强性，可以不用谐振镜。

化学激发激光器是一种特殊的形式。激发通过媒介中的化学反应来进行。媒介是一次性的，使用后就被消耗掉了。对于高功率的条件及军事领域是非常理想的。

• 盐酸激光器

• 碘激光器

固体激光器

介质是固体的激光器，此种工作物质通过灯、半导体激光器阵列、其他激光器光照泵浦得到激发。热透镜效应是大多数固体激光器的一项缺陷。

• 红宝石激光器：世界上第一台激光器，1960年7月7日，美国青年科学家梅曼宣布世界上第一台激光器诞生，这台激光器就是红宝石激光器。

• 掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）激光器：最常用的固体激光器，工作波长一般为1064nm，这一波长为四能级系统，还有其他能级可以输出其他波长的激光。常透过KTP, BBO, LBO 等非线性晶体转换为 532nm, 355nm, 266nm 波长光源。

• 掺钕钒酸钇（Nd:YVO₄）激光器：低功率应用最广泛的固体激光器，工作波长一般为1064nm，可以通过KTP,LBO非线性晶体倍频后产生532nm的激光进行波长的转换。

• 掺镱钇铝石榴石（Yb:YAG）激光器：适用于高功率输出，这种材料的碟片激光器在激光工业加工领域有很强优势。

• 钛蓝宝石激光器：具有较宽的波长调节范围（670nm～1200nm）

• 光纤激光器：用掺有稀土元素的玻璃(SiO2)光纤作为增益介质。

半导体激光器

半导体激光器是电驱动的二极管。施加电流产生的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用的光增益。在晶体的解理面端点处的反射形成光学谐振腔，通常是利用两种不同的材料来形成共振腔，尽管有些设计是把谐振腔放在半导体晶体的外面。

商业激光二极管的发射波长是从375nm到3500nm。低到中等功率激光二极管被应用于激光打印机和CD/DVD播放机。应用于工业切割焊接，工业激光二极管的最高功率已经达到了10 kW (70dBm)。

染料激光器

染料激光器使用有机染料作为增益介质。

自由电子激光器

自由电子激光器（Free electron lasers），或FEL，是以自由电子为工作物质，将高能电子束的能量转换成激光的装置，具有短波长、大功率、高效率和波长可调节的特性，波长从微波，到太赫兹辐射和红外线，到可见光谱，到软X-射线。

Bio laser

活细胞可以基因改造工程产生绿色萤光蛋白（GFP）。绿色萤光蛋白（GFP）被用作激光的“增益介质”，光放大就发生在GFP。

光子学晶体激光

激光墨线仪分为手动、自动校正水平两种，校正完毕后，使用开关启动投射水平激光线及垂直激光线，作为施工参考依据，因激光投射强度不同，实际可见范围亦有差异。

建筑装饰工程技术专业实验室是我院2007年投资新建的实验室，有各种仪器设备363台件，主要设备有全自动激光扫平仪、手持式激光测距仪、多线激光墨线仪、微型激光标线仪、全自动数字雕刻机、木工机床、甲醛气体检测仪、石材加工仪、饰面砖粘接强度检测仪，附着力检测仪等仪器。 该实验室主要承担我院《建筑装饰材料》、《室内装饰工程》、《建筑装饰设计基础》、《造型设计基础》、《家具与陈设艺术》和《建筑装饰构造》等课程的实践性教学任务，目前承担的课堂训练项目有20多项，综合实训项目1项，实习开出率为100%。 实验员：关炎芳