激光水平仪出光原理

激光是二十世纪六十年代出现的一种新型光源——激光器发出的光。激光一词的本意是受激辐射放大的光。1960年美国休斯研究实验室的梅曼制成了第一台红宝石激光器，1961年9月中国科学院长春光学精密机械研究所制成了我国第一台激光器。此后，在激光器的研制、激光技术的应用以及激光理论方面都取得了巨大进展，并带动了一些新型学科的发展，如全息光学、傅立叶光学、非线性光学、光化学等，激光还与当今的重点产业——信息产业密切相关。与激光有关的诺贝尔物理学奖获得者有：1964年，美国汤斯、原苏联巴索夫和普洛霍罗夫因在激光理论上的贡献而获奖。1981年美国肖洛因发展激光光谱学及对激光应用作出的贡献、美国布隆伯根因开拓与激光密切相关的非线性光学共同获奖。1997年美国朱棣文、科恩和飞利浦因首创用激光束将原子冷却到极低温度的方法共同获奖。 激光原理一．物质与光相互作用的规律光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子，同时改变自身运动状况的表现。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/11/200611202115_32995_1634962_3.gif[/img]微观粒子都具有特定的一套能级（通常这些能级是分立的）。任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态（或者简单地表述为处在某一个能级上）。与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E，频率为=△E/h（h为普朗克常量）。1. 受激吸收（简称吸收）处于较低能级的粒子在受到外界的激发（即与其他的粒子发生了有能量交换的相互作用，如与光子发生非弹性碰撞），吸收了能量时，跃迁到与此能量相对应的较高能级。这种跃迁称为受激吸收。2. 自发辐射粒子受到激发而进入的高能态，不是粒子的稳定状态，如存在着可以接纳粒子的较低能级，既使没有外界作用，粒子也有一定的概率，自发地从高能级（E2）向低能级（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率 =（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。众多原子以自发辐射发出的光，不具有相位、偏振态、传播方向上的一致，是物理上所说的非相干光。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/11/200611202116_32996_1634962_3.gif[/img]3. 受激辐射、激光1917年爱因斯坦从理论上指出：除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。他指出当频率为=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，这个过程称为受激辐射。可以设想，如果大量原子处在高能级E2上，当有一个频率 =（E2-E1）/h的光子入射，从而激励E2上的原子产生受激辐射，得到两个特征完全相同的光子，这两个光子再激励E2能级上原子，又使其产生受激辐射，可得到四个特征相同的光子，这意味着原来的光信号被放大了。这种在受激辐射过程中产生并被放大的光就是激光。二．粒子数反转爱因斯坦1917提出受激辐射，激光器却在1960年问世，相隔43年，为什么？主要原因是，普通光源中粒子产生受激辐射的概率极小。当频率一定的光射入工作物质时，受激辐射和受激吸收两过程同时存在，受激辐射使光子数增加，受激吸收却使光子数减小。物质处于热平衡态时，粒子在各能级上的分布，遵循平衡态下粒子的统计分布律。按统计分布规律，处在较低能级E1的粒子数必大于处在较高能级E2的粒子数。这样光穿过工作物质时，光的能量只会减弱不会加强。要想使受激辐射占优势，必须使处在高能级E2的粒子数大于处在低能级E1的粒子数。这种分布正好与平衡态时的粒子分布相反，称为粒子数反转分布，简称粒子数反转。如何从技术上实现粒子数反转是产生激光的必要条件。理论研究表明，任何工作物质，在适当的激励条件下，可在粒子体系的特定高低能级间实现粒子数反转。

1.利用红外线测距或激光测距的原理是什么？ 测距原理基本可以归结为测量光往返目标所需要时间，然后通过光速c = 299792458m/s 和大气折射系数 n 计算出距离D。由于直接测量时间比较困难，通常是测定连续波的相位，称为测相式测距仪。当然，也有脉冲式测距仪，典型的是WILD的DI-3000需要注意，测相并不是测量红外或者激光的相位，而是测量调制在红外或者激光上面的信号相位。建筑行业有一种手持式的测距仪，用于房屋测量，其工作原理与此相同。2.被测物体平面必须与光线垂直么？ 通常精密测距需要全反射棱镜配合，而房屋量测用的测距仪，直接以光滑的墙面反射测量，主要是因为距离比较近，光反射回来的信号强度够大。与此可以知道，一定要垂直，否则返回信号过于微弱将无法得到精确距离。3.若被测物体平面为漫反射是否可以？ 通常也是可以的，实际工程中会采用薄塑料板作为反射面以解决漫反射严重的问题。4.超声波测距精度比较低，现在很少使用。

作者：swordmean 导师：金庸 专业：光电子 摘要：六脉神剑具有广阔的应用前景，本文从激光原理出发，论证了生物激光的可行性及实现的办法，在人类进化事业中，具有十分重大的意义。 背景：与传统的武功，如降龙十八掌，九阳真经等相比，六脉神剑是一种威力极强的武功，具有操作简单，响应时间快，杀伤力大（功率密度大），效率高， 使用范围远等优点，因此为广大的武学名家所觊觎，但是由于大理段氏将这门武 功列为绝密档案，而且存在修炼困难等问题，六脉神剑的产生原理，始终是武林 中的一个谜，作者从事激光器理论研究多年，终于凭借两条基本假设，解决了生 物激光产生中的若干困难问题。并提出了一种快速修炼六脉神剑的方法，本文的 发表，具有划时代的意义。 从激光原理看六脉神剑的产生机制 公理1：真气是一种类似于等离子体的物质形态 公理2：真气和激光都可以在经脉中传输 六脉神剑其实是一种小功率的生物激光武器，这从六脉神剑的效果上可以看出来，但是，这种生物激光，还存在很多亟待解决的问题，如传输损耗过大，非基模激射等缺点，这大大影响六脉神剑的威力。从激光原理看，激光的激射需要两个条件：粒子数反转和谐振腔的形成。我们先研究六脉神剑产生粒子数反转的原理，因为在丹田中，存在大量的真气，一般来说，这些真气以等离子体的形式存在，但是对于武学名家，可以通过修炼，将这些等离子体，积累并释放出来，一般来说，释放的速度越快，能量越高，则武功的威力也越大，降龙十八掌就是通过长时间的积累，将这些真气积累至顶峰时释放出来，因此产生出巨大的功率密度。而九阳神功，则是指导如何提高这种等离子态的真气的容量和衰减时间的方法。 如果在丹田内产生某种势场，导致大量的等离子的原子结构发生变化，就可能使这些基态的等离子体转化为激发态，再通过跃迁释放出光能，因此，从原理上说，六脉神剑与其他的武功是截然不同的。导致基态原子激发的势场，是由等离子体分布不同而产生的磁场，导致等离子体激发的这种势场，在激光原理中，这被称为泵浦。一般的武功，恰好忽略了这种非均匀势场的作用。通过泵浦，我们就实现了粒子数反转，在大量的粒子数反转的条件下，就可能产生激光。 下面我们再看谐振腔的形成，这与真气的运行路线有密切的关系，鉴于以上讨论的粒子数反转条件只能在丹田内完成，这种生物激光器的谐振腔也在丹田内， 同样可以通过控制周围势场的形状来限制跃迁产生的光在丹田中的分布，而光场 的分布，影响了激光的质量，决定了激光器是单模激射和多模激射，有经验的精 通六脉神剑的天龙寺长老，能够同时控制多个激射波长，但是由于多模激射的势 场太过于复杂，难于控制，大部分人，如枯容大师，段正明等，只能单波长激射，由于传输问题，这种单模激光很容易发散，若以这种发散的激光输出，就只能练成一指。段誉能够练成六脉神剑的主要原因，完全是因为北冥神功这种奇异的武功的出现，首先，通过北冥神功积累了大量的真气，因此，为粒子数反转提供了强大的泵浦，大大提高了粒子反转数密度。其次，北冥神功本来就是吸取别人的内力，因此，它的势场分布，与一般的武功完全不同，恰好符合谐振腔的谐振条件，不需要像其他人那样通过外力来强行控制真气场的形状，因此，段誉可以轻而易举的练成六脉神剑，但是，这种北冥神功的真气场 ，和真正的谐振腔条件，还是具有一定的差别，因此，段誉的这种激光激射，并不是时时都能够产生，需要一定的矫正，可惜的是，能够同时知道北冥神功和六脉神剑的，世间上唯有段誉一人，而段誉是看图学成的，又对二者的关系完全不明白，因此，段誉的六脉神剑具有很大的限制性，这一点，就算是帮助段誉研究过的萧峰，也不明白，因为他不知道六脉神剑真正的输出是激光而不是真气。 从以上分析可以看出，谐振腔的形成和粒子数反转，也是六脉神剑这种生物激光的基本原理，从这个原理来看，除了北冥神功外，吸星大法和明玉神功，也有类似的作用。 下面再讨论激光在人体中的传输和激射过程。从一般的武功来看，真气传输的通道是经脉，六脉神剑的光传输也是这样的，提供真气运行通道的经脉，同时也是激光传输的光波导，否则，以北冥神功这种强大的泵浦产生的激光，早就对人体产生了伤害。在这里，我们假设经络实际上是一个类似于光纤的波导。从后面的论证中可以看出，这个假设是正确的。由于光波导的截至频率为0，因此，也适合于一般真气的传输，而在传输中一般真气没有发生泄漏，是因为外层波导的禁带宽度大，对传输中的真气构成了势垒，因此，除了少量的真气通过隧穿逸出外，大量的真气都可以达到终点。 由于经络既是真气传输的通道，又是光波导，从这个意义上，这一段波导不仅仅是光传输的通道，而且是一段光纤放大器，光在经络中传输的同时。还能获得增益，这就大大提高了输出光功率，我们可以把这一段光波导近似成EDFA，由 理论计算可知，若增益越大，EDFA的长度越长，所获得的增益就越大。 也许会有人怀疑六脉神剑是生物激光的真实性，因为真正的单模激光器的光传输距离是很长的，而六脉神剑就要差一点，这一点前面实际上已经提到过。六脉神剑其实是一种小功率的生物激光武器，这从六脉神剑的效果上可以看出来，但是，这种生物激光，还存在很多亟待解决的问题，如传输损耗过大，非基模激射等缺点，这大大影响六脉神剑的威力。由于一般的泵浦是依靠改变磁场分布来形成的，因此难于获得较大的泵浦，就算是北冥神功，因为势场分布和谐振腔条件的微小差异，也会导致输出功率的大大下降，但是我们有理由相信，通过理论计算，我们可以使北冥神功的真气场完全符合谐振腔条件，这时的六脉神剑， 威力将以数倍的提高。 其次，从大理段氏的六脉神剑来看，都是从手指上发出，他们对激光原理的了解还不是很深入，因此输出的激光，都不是基模激射，从激光原理可知，高阶模的激光光斑面积大，但是功率密度，强度等，都要比基模激光要差，因此，六脉神剑还有改进的余地。 再次：空气对激光的损耗是十分大的，由于散射，吸收等作用，空气对激光的损耗非常大，而且从实验结果来看，六脉神剑的输出激光波长，极有可能在紫外光波段，并不是在空气的损耗系数最小的范围内，再加上非基模激射，因此段誉的六脉神剑，威力远远比理论值要低。 针对以上的分析，我提出的快速修炼六脉神剑的方法有两种： 1.先修北冥神功，吸星大法或明玉功，推荐北冥神功。 2.首先通过理论计算和实验分析，通过ansys模拟出丹田中的真气场分布，在再加以修炼另外，六脉神剑还有许多需要改进的地方，如选择合适的波长，实现纯基模输出，降低输出损耗和阈值真气密度等，有兴趣的读者可以自行分析。 总结：六脉神剑其实是一种人体内的一种生物激光器，随着对真气性能的深入研究，我们相信，我们最终会在广大的中国人民身上普及，将来的战争，将不 再是以科技取胜，决定战争胜负的最重要的因素，将会是参战的人数，我们有理 由相信，中国将会是世界上最强大的国家。最后，希望这种生物激光器，能够最 快的应用到 PLA中去，这将对台湾当局产生强大的威慑力，为和平解决台湾问题 带来新的希望。 参考文献： 天龙八部－－三联出版社（盗版） 激光原理－－清华大学电子工程系 集成光电子和生物电子学导论－－清华大学电子工程系