激光傳感器原理與激光特性及其分類與應(yīng)用全解析

　　激光傳感器是利用激光技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的傳感器。它由激光器、激光檢測(cè)器和測(cè)量電路組成。激光傳感器是新型測(cè)量?jī)x表，它的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強(qiáng)等。

　　光和激光器激光是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的最重大的科學(xué)技術(shù)成就之一。它發(fā)展迅速已廣泛應(yīng)用于國(guó)防、生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)和非電測(cè)量等各方面。激光與普通光不同，需要用激光器產(chǎn)生。激光器的工作物質(zhì)，在正常狀態(tài)下，多數(shù)原子處于穩(wěn)定的低能級(jí)E1，在適當(dāng)頻率的外界光線的作用下，處于低能級(jí)的原子吸收光子能量受激發(fā)而躍遷到高能級(jí)E2。光子能量E=E2-E1=hv，式中h為普朗克常數(shù)，v為光子頻率。反之，在頻率為v的光的誘發(fā)下，處于能級(jí)E2的原子會(huì)躍遷到低能級(jí)釋放能量而發(fā)光，稱為受激輻射。激光器首先使工作物質(zhì)的原子反常地多數(shù)處于高能級(jí)（即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布），就能使受激輻射過(guò)程占優(yōu)勢(shì)，從而使頻率為v的誘發(fā)光得到增強(qiáng)，并可通過(guò)平行的反射鏡形成雪崩式的放大作用而產(chǎn)生強(qiáng)大的受激輻射光，簡(jiǎn)稱激光。

　　激光具有3個(gè)重要特性：

　?、俑叻较蛐裕锤叨ㄏ蛐?，光速發(fā)散角?。す馐趲坠锿獾臄U(kuò)展范圍不過(guò)幾厘米；

　　②高單色性，激光的頻率寬度比普通光小10倍以上；

　　③高亮度，利用激光束會(huì)聚最高可產(chǎn)生達(dá)幾百萬(wàn)度的溫度。

　　激光器按工作物質(zhì)可分為4種：

　?、俟腆w激光器：它的工作物質(zhì)是固體。常用的有紅寶石激光器、摻釹的釔鋁石榴石激光器（即YAG激光器）和釹玻璃激光器等。它們的結(jié)構(gòu)大致相同，特點(diǎn)是小而堅(jiān)固、功率高，釹玻璃激光器是目前脈沖輸出功率最高的器件，已達(dá)到數(shù)十兆瓦。

　?、跉怏w激光器：它的工作物質(zhì)為氣體。現(xiàn)已有各種氣體原子、離子、金屬蒸氣、氣體分子激光器。常用的有二氧化碳激光器、氦氖激光器和一氧化碳激光器，其形狀如普通放電管，特點(diǎn)是輸出穩(wěn)定，單色性好，壽命長(zhǎng)，但功率較小，轉(zhuǎn)換效率較低。

　?、垡后w激光器：它又可分為螯合物激光器、無(wú)機(jī)液體激光器和有機(jī)染料激光器，其中最重要的是有機(jī)染料激光器，它的最大特點(diǎn)是波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)。

　?、?a target='_blank' class='arckwlink_none'>半導(dǎo)體激光器：它是較年輕的一種激光器，其中較成熟的是砷化鎵激光器。特點(diǎn)是效率高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適宜于在飛機(jī)、軍艦、坦克上以及步兵隨身攜帶?？芍瞥蓽y(cè)距儀和瞄準(zhǔn)器。但輸出功率較小、定向性較差、受環(huán)境溫度影響較大。

　　激光傳感器應(yīng)用

　　利用激光的高方向性、高單色性和高亮度等特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量。激光傳感器常用于長(zhǎng)度、距離、振動(dòng)、速度、方位等物理量的測(cè)量，還可用于探傷和大氣污染物的監(jiān)測(cè)等。