第一篇：激光焊接機的主要特性及工作原理(精)

激光焊接機的主要特性及工作原理

激光焊接是激光材料加工技術應用的重要方面之一，又常稱為激光焊機、鐳射焊機，按其工作方式常可分為激光模具燒焊機（手動焊接機）、自動激光焊接機、激光點焊機、光纖傳輸激光焊接機，光焊接是利用高能量的激光脈沖對材料進行微小區(qū)域內的局部加熱，激光輻射的能量通過熱傳導向材料的內部擴散，將材料熔化后形成特定熔池以達到焊接的目的。

一、激光焊接機的主要特性

20世紀70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過程屬熱傳導型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導向內部擴散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其獨特的優(yōu)點，已成功應用于微、小型零件的精密焊接中。

高功率CO2及高功率YAG激光器的出現(xiàn)，開辟了激光焊接的新領域。獲得了以小孔效應為理論基礎的深熔焊接，在機械、汽車、鋼鐵等工業(yè)領域獲得了日益廣泛的應用。

激光焊接與其它焊接技術相比，激光焊接的主要優(yōu)點是：

1、速度快、深度大、變形小。

2、能在室溫或特殊條件下進行焊接，焊接設備裝置簡單。例如，激光通過電磁場，光束不會偏移；激光在真空、空氣及某種氣體環(huán)境中均能施焊，并能通過玻璃或對光束透明的材料進行焊接。

3、可焊接難熔材料如鈦、石英等，并能對異性材料施焊，效果良好。

4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接時，深寬比可達5：1，最高可達10：1。

5、可進行微型焊接。激光束經聚焦后可獲得很小的光斑，且能精確定位，可應用于大批量自動化生產的微、小型工件的組焊中。

6、可焊接難以接近的部位，施行非接觸遠距離焊接，具有很大的靈活性。尤其是近幾年來，在YAG激光加工技術中采用了光纖傳輸技術，使激光焊接技術獲得了更為廣泛的推廣和應用。

7、激光束易實現(xiàn)光束按時間與空間分光，能進行多光束同時加工及多工位加工，為更精密的焊接提供了條件

二、激光焊接機的種類

激光焊接機又常稱為激光焊機、雷射焊接機、鐳射焊機、激光冷焊機、激光氬焊機、激光焊接設備等。按其工作方式?？煞譃榧す饽＞邿笝C（手動激光焊接設備）、自動激光焊接機、激光點焊機、光纖傳輸激光焊接機、振鏡焊接機、手持式焊接機等，專用激光焊接設備有傳感器焊機、矽鋼片激光焊接設備、鍵盤激光焊接設備。

三、激光焊接機的工作原理

激光焊接是利用高能量的激光脈沖對材料進行微小區(qū)域內的局部加熱，激光輻射的能量通過熱傳導向材料的內部擴散，將材料熔化后形成特定熔池。它是一種新型的焊接方式，主要針對薄壁材料、精密零件的焊接，可實現(xiàn)點焊、對接焊、疊焊、密封焊等，深寬比高，焊縫寬度小，熱影響區(qū)小、變形小，焊接速度快，焊縫平整、美觀，焊后無需處理或只需簡單處理，焊縫質量高，無氣孔，可精確控制，聚焦光點小，定位精度高，易實現(xiàn)自動化。

第二篇：高頻焊接機工作原理

高頻焊接機工作原理。高頻焊接的概念高頻焊是指利用高頻能量，以兩個或兩個以上作品的塑料部件焊接在一起，通過高頻加熱和融合在一起的材料，如焊接方法的工件，堅固耐用的可靠性和強大的化合物本身同樣學位。為了達到預期的效果焊接，首先是一個銅模高頻焊接機固定在適當?shù)牡胤剑缓笏涝诰勐纫蚁┗衔锏膲毫ο驴刂茩C頭中的化合物，焊接工藝生產，除了融合不同大小或形態(tài)，不同需求的模具。當直接接觸自上而下的電極（無壓力的產品），將造成跳火，跳火可以結晶器振動滅火器和損壞，因此，程顥高頻率高的機器靈敏度高跳火保護裝置-星火電路保護，保護火花，或損害到最低限度，以避免價值。高頻焊接原則高頻焊接的原則，自激振蕩管高頻電磁場所產生的塑料加工件自上而下的電極在高頻電磁場的作用，其內在的分子極化和暴力運動產生熱量，死亡的壓力下，焊縫無 定形。高頻塑料焊接機使用雙面塑料包裝，聚氯乙烯焊接，壓花，充氣用品，玩具，文具，家具，雨具，禮品，包裝，藥品和醫(yī) 療用品，手袋，鞋，皮帶等制造業(yè)。地方特色。頻率穩(wěn)定度 利用國際工業(yè)波段27.12---40.68兆赫頻率，符合國際標準的使用各地區(qū) 輸出強勁，性能可靠使用高價值低-Q報表損失同軸電纜完成，并專為同一調諧器的輸出尤為強勁，可以縮短焊接時間和提高生產能力。高靈敏度火花保護裝置這架飛機裝備有電子保護火花（2 D21），以及相應的智能火花保護電路（有別于普通繼電保護）可以發(fā)現(xiàn)有過多的電流，時刻火花能自動切斷高頻電流，有效抑制火種，在模具和材料，以盡量減少損失。獨特的設計一個新的布局和設計，使用電子電路部的自動化控制和氣動元件來完成執(zhí)行行動過程中，和高度的反彈缸可通過相應的管理制度時間，壓力均勻，裝載穩(wěn)定，下降，焊接，無定形，通過時間參數(shù)默認情況下，電磁計數(shù)，調試，操作簡單方便。真實的成分 各組成部分的正式采購渠道，所有的真實材料，歐姆龍繼電器，亞德科氣動元件，變壓器使用的CD-型結構，磁，小損失。電子振蕩 原來使用的高品質7日T85RB（5KW）管，其實際輸出功率可達6萬千瓦，穩(wěn)定的性能，焊接迅速。先進的工作一些技術人員從該公司進行全面安裝高頻率，模式，全面改善。嚴格質量檢驗設備，以確保性能大大提高。

第三篇：鈉硫電池工作原理及特性

鈉硫電池工作原理及特性

就像江河中奔騰的流水，電流通過電網奔向千家萬戶時，也會不時掀起“波濤”，沖擊用電設備，甚至引起事故。最近，上?？茖W家成功組裝起了一套聰明的電能“蓄水池”，它能像水庫蓄洪一樣，將過多、過猛的電流儲存起來，當電網需要的時候，再帄穩(wěn)地釋放出來。

10月14日，中科院上海硅酸鹽研究所與上海電力公司宣布：經過多年攻關，他們成功完成了大容量城網儲能鈉硫電池的中試研發(fā)，并建成了一條2兆瓦的中試生產示范線和一套10千瓦的儲能系統(tǒng)示范裝置。明年5月，儲能電站將出現(xiàn)在世博會上。

在上硅所的嘉定中試園區(qū)，記者見到了這條示范線。一個個直徑9.4厘米、長53厘米的不銹鋼圓筒整齊地豎立在80厘米見方的不銹鋼箱子里——這就是用來為電網“蓄洪”的鈉硫電池。打開這些不銹鋼圓筒，特制的氧化鋁陶瓷薄膜將作為正極的硫與作為負極的鈉隔開——當電流通過時，鈉與硫就會通過化學反應，將電能儲存起來，當電網需要更多電能時，它又會將化學能轉化成電能，釋放出去。

項目技術負責人之

一、上硅所研究員劉孫告訴記者，鈉硫電池的“蓄洪”性能非常優(yōu)異，即使輸入的電流突然超過額定功率5-10倍，它也能泰然承受，再以穩(wěn)定的功率釋放到電網中——這對于大型城市電網的帄穩(wěn)運行尤其有用。

太陽能、風能等新能源雖然潔凈，但發(fā)電功率很不穩(wěn)定。這會給整個電網帶來不期而至的“洪峰”。儲能電站會將這些“綠電”先照單全收，再根據(jù)電網需求輸出。

其實，鈉硫電池儲能電站更大的作用在于為整個電網“削峰填谷”。眾所周知，電網必須按照滿足最大用電負荷來修建。2008年，上海最高用電負荷持續(xù)小時數(shù)只有104.5小時，而為滿足這短暫的高峰負荷，卻需要投資200億元。

劉孫為記者算了一筆賬：1千瓦功率的儲能電池可節(jié)省電網投資1.3萬元，通過“削峰填谷”，可使每噸標準煤所發(fā)的電多利用100度，可帶來經濟效益480元。預計到2015年，上海電網峰谷差可達16000兆瓦，即使只將20%的“谷電”存儲起來，用于高峰時段，其經濟效益就超過70億元——而建設儲能電站的投資，僅需20億元左右。

在研發(fā)大容量電力儲能系統(tǒng)的同時，科研人員還同步研發(fā)了生產線等關鍵設備100多臺，積累了多項專利。目前，他們已建成2兆瓦中試生產線，每月可生產鈉硫電池200-250個?！跋乱徊?，我們將聯(lián)合更多企業(yè)力量，探索更大規(guī)模生產的工藝。”上硅所所地合作處處長夏天然告訴記者，僅上海一地可預見的市場規(guī)模就可達400億元。

在文中關于電池放電機理的描述存在原則錯誤，不過我想這大概只是記者的失誤。由于自己當年曾經投入不少時間在鈉硫電池上，自然對此會有些想法。

當年放棄對鈉硫電池的研究，主要是因為投入資金的幾個協(xié)作單位，包括北京大學、北京玻璃研究所和北京電池廠都不愿意繼續(xù)下去了。但即使他們愿意繼續(xù)研究，其實也已經不太可能。這是因為雖然當時我們研究的電池功率密度已經比較高，甚至也開過一輛實驗車，但其再充電壽命只有30周左右，遠遠達不到實用要求。況且?guī)讉€單位的財力拮據(jù)，也根本不可能繼續(xù)支持研究，提供根本改變研究途徑的必要條件。

鈉硫充電電池的壽命主要取決于兩個因素，其一是正極與負極物質的反應導致電介質產生不可逆變化，從而在經過數(shù)十周的再充電以后容量和功率會逐漸減小；其二是由于電介質的變質或者其物質結構的破壞，最終在電池內部形成鈉和硫的短路而燒毀。

解決這兩個問題的中心問題是制造出長壽命的陶瓷固體電介質，比較可靠的方法是在高壓下壓鑄高密度β氧化鋁管坯，然后燒制成陶瓷。然而我們當時只能在常壓下用注漿方法制備。按照我那會的看法，這種常壓注漿會導致晶體的定向排列，對于所燒制的管件成品的強度、耐蝕性和導電性均有不利影響。但配備一臺大型超高壓制備系統(tǒng)談何容易？估計就是賣了整個電池廠也未必夠用。

從上面的文章和其他材料提供的信息看來，如今電池的再充電壽命問題大概是解決了。不過要想使鈉硫電池得到真正的推廣，還要解決幾個十分重要的問題，在目前網上提供的材料中。我還沒有看到足以說明問題答案： 安全問題：鈉硫電池僅只在達到320度左右的溫度，即僅當鈉和硫都是處于液態(tài)的高溫下才能運行。而如果陶瓷電介質一旦破損形成短路，高溫的液態(tài)鈉和硫就會直接接觸，發(fā)生劇烈的放熱反應。這種反應雖然不會產生氣體發(fā)生爆炸，但會產生高達2000度的高溫，相當危險。我在一次連接一組已經加熱到300度的鈉硫電池時，由于一個電池單體中電介質管破裂，高達2000度的硫化鈉燒熔了不銹鋼電池殼，火焰沖到3米之高。我因為剛好回頭去拿工具，躲過了這兩秒鐘，從而撿了一條命。

資料上說，鈉硫電池的安全問題也已經解決。但我想，除非能在任何情況下將鈉和硫完全隔絕，否則是談不上安全的。作為車用電池，出現(xiàn)這種事故更意味著車毀人亡。因為作為兩極的液態(tài)鈉硫之間只能有用來導電的陶瓷電介質，而不可能以任何其他惰性、絕緣的高強度物質將其完全隔絕，所以解決這個問題很不容易。當初美國福特公司采用了毛細電介質管來避免鈉硫的大面積接觸，但造價極高，商業(yè)推廣是不現(xiàn)實的。保溫與耗能問題：在高溫下運行的另一個問題是保溫耗能的問題。鈉硫電池在300度下才能啟動，用不著進行什么分析就可以想到，這對于將其用作車用電池是一個顛覆性的缺點。用外電源保溫當然十分不便，如用自身電力保溫，則將大大影響最大行車里程； 環(huán)境影響與庖電池處置問題：損壞的電池難于處置，這也是鈉硫電池的軟肋之一。無論在何種情況下?lián)p壞，不外需要處理下述幾種物質：

1）金屬鈉：在空氣中將立即自行燃燒，生成氧化鈉，隨后在空氣中吸收水分，形成高腐蝕性氫氧化鈉。如果遇到大量水，則還會立即引起爆炸。

2）混在導電纖維中的游離硫：如果在高溫下，則生成腐蝕性二氧化硫氣體，如果在低溫下，則需要設法將導電纖維和硫分離，加以回收；

3）硫化鈉：具有惡臭和腐蝕性的化合物，需要作為危險庖物處理和處置。如果打算作為資源回收，則需要經過十分復雜的化學工藝和設備；

如果上述問題沒有得到根本解決，恐怕鈉硫電池作為車用電池大規(guī)模上市和應用是不可能的。

但如果如前文所說作為固定的大型儲能電池來用，因為保溫比較容易、設施遠離工作人員，應用條件相對寬松，也許實用的可能性要大一些，不過如果一旦損壞，會危害電網運行、其環(huán)境影響，尤其是對大氣和人員健康的影響程度比車用也更要大得多，投放市場仍需萬分謹慎。

總之，我對于鈉硫電池的推廣和應用問題，如果還不是完全否定的話，也還是持比較悲觀的態(tài)度。由于始終沒有看到究竟現(xiàn)在鈉硫電池的再充電壽命究竟是多少，對于上述問題究竟是如何處理和解決的。我覺得以現(xiàn)在的水帄能不能稱之為“成功”，還有待商榷。最好是等等，看看國外推廣應用（如果有的話）的后果為好。千萬不可急功近利，一哄而上。儲能技術促鈉硫電池產業(yè)發(fā)展

智能電網是目前國家電網的重點建設方向，儲能技術是智能電網的核心技術之一。而鈉硫電池因其容量大、體積小、能量儲存和轉換效率高、壽命長、不受地域限制等優(yōu)點，非常適合電力儲能使用。

7月25日，上海市政府與國家電網公司在滬正式簽署《智能電網建設戰(zhàn)略合作協(xié)議》。上海電氣集團公司、上海市電力公司和中科院上海硅酸鹽研究所共同簽署了《關于推進鈉硫電池產業(yè)化的合作意向書》。中共中央政治局委員、上海市委書記俞正聲出席簽約儀式。上海市委副書記、市長韓正，國家電網公司黨組書記、總經理劉振亞，中國科學院副院長陰和俊分別致辭。

韓正在致辭時說，發(fā)展智能電網等戰(zhàn)略性新興產業(yè)，建設堅強智能電網，是加快轉變經濟發(fā)展方式的必然選擇，是實施國家能源戰(zhàn)略的重要舉措。上海將努力成為智能電網功能應用示范基地、關鍵技術研發(fā)基地和主要裝備制造基地。上海已將發(fā)展智能電網作為高新技術產業(yè)化的重要方面，對智能電網應用、研發(fā)和產業(yè)化給予全面支持。上海將全力配合國家電網公司開展的建設堅強智能電網各項工作，充分依托中國科學院的科技支撐作用，推動上海智能電網在關鍵技術研發(fā)和產業(yè)化方面實現(xiàn)突破。

陰和俊指出，中國科學院與上海市人民政府和國家電網公司有著長期的友好合作歷史，并已分別簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，開展了良好的合作。面對國家能源安全，中科院積極發(fā)揮科技國家隊的優(yōu)勢，在多個領域主動部署。在智能電網方面，針對技術和發(fā)展涉及領域廣泛，需要材料、器件、信息、通訊、控制和管理等多學科參與的特點，中科院發(fā)揮多學科的綜合優(yōu)勢，前瞻部署并在大容量儲能電池與系統(tǒng)、電動汽車、物聯(lián)網及傳感器、半導體照明等領域取得了一些重要成果。加強在智能電網關鍵技術方面的研發(fā)，共同推進我國智能電網建設與技術發(fā)展，對于推進我國產業(yè)結構調整、加快經濟發(fā)展方式轉變和培育戰(zhàn)略新興產業(yè)具有重要意義。

“采用電力儲能技術，可以提高電網經濟性、安全性和供電可靠性，支持新能源發(fā)展?！敝锌圃荷虾９杷猁}研究所所長羅宏杰教授告訴記者。

“采用大規(guī)模儲能裝置，可以減少和延緩用于發(fā)、輸、變、配電設備的投資，提高現(xiàn)有電力設備的利用率和供電可靠性，降低發(fā)電煤耗?！敝锌圃荷虾９杷猁}所能源材料研究中心主任、上海鈉硫電池研制基地技術總工程師溫兆銀研究員介紹說。據(jù)了解，中國科學院上海硅酸鹽研究所積極響應國家戰(zhàn)略，通過與國家電網上海市電力公司先期合作，在上海市科委等部門的支持下，在大容量鈉硫儲能電池研制方面獲得重要突破，成功研制出具有自主知識產權的容量為650Ah的鈉硫儲能單體電池，使我國成為繼日本之后世界上第二個掌握大容量鈉硫單體電池核心技術的國家。據(jù)悉，現(xiàn)已建成2兆瓦大容量鈉硫單體電池中試生產示范線，800千瓦時的鈉硫儲能示范電站已成功運行，標志著鈉硫儲能電池已基本具備產業(yè)化條件。在向產業(yè)應用的轉移階段，上海電氣（集團）總公司參與合作，從研發(fā)、生產到應用，三家單位強強聯(lián)合，集成社會優(yōu)質資源，創(chuàng)新管理模式，有力地推進了鈉硫儲能電池向產品化、實用化發(fā)展。

陰和俊表示，中科院上海硅酸鹽研究所提供技術源頭，國家電網上海市電力公司繼續(xù)發(fā)揮應用牽引，上海電氣具備強大的制造和生產管理能力，相信“通過三方合作，一定能切實發(fā)揮科技對產業(yè)的引領與支撐作用，為我國智能電網的發(fā)展作出重要貢獻”。

據(jù)悉，上海將重點發(fā)展新能源接入與控制、電力儲能、電力電子應用及核心器件、智能變電站系統(tǒng)及智能設備、智能配電網與智能用戶端、高溫超導、相關的IT通信及軟件信息服務業(yè)等方面產業(yè)和技術。到2012年，上海將力爭培育3～5家智能電網行業(yè)龍頭企業(yè)，形成有競爭力的智能電網產業(yè)集群，產業(yè)規(guī)模達到500億元左右。鈉硫電池是美國福特(Ford)公司于1967年首先發(fā)明公布的，其比能量高、可大電流、高功率放電。日本東京電力公司(TEPCO)和NGK公司合作開發(fā)鈉硫電池作為儲能電池，其應用目標瞄準電站負荷調帄、UPS應急電源及瞬間補償電源等，并于2002年開始進入商品化實施階段，截止2007統(tǒng)計，日本年產鈉硫電池電池量已超過100MW，同時開始向海外輸出。

1、基本原理

鈉硫電池以鈉和硫分別用作陽極和陰極〃Beta-氧化鋁陶瓷同時起隔膜和電解質的雙重作用。它的電池形式如下：

(一)Na(1)／beta一氧化鋁／Na2Sx(1)／C(+)基本的電池反應是：2N a + xS= Na2Sx

2、鈉硫電池特性

⑴ 鈉硫電池的理論比能量高達760Wh／kg，且沒有自放電現(xiàn)象。放電效率幾乎可達100％。

⑵ 鈉硫電池的基本單元為單體電池，用于儲能的單體電池最大容量達到650安時，功率120W 以上。將多個單體電池組合后形成模塊。模塊的功率通常為數(shù)十kW，可直接用于儲能。

⑶ 鈉硫電池在國外已是發(fā)展相對成熟的儲能電池。其壽命可以達到使用10～15年。

3、鈉硫電池的缺點

? 不能處理部分循環(huán)e.g.風能，SOC只能用帄均值計量，所以需要周期性的離線度量；

? 過度充電時很危險；

? 高溫350oC熔解硫和鈉，因此需要附加供熱設備來維持溫度。

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簡介及原理

鈉硫電池是美國福特(Ford)公司于1967年首先發(fā)明公布的，至今才40年左右的歷史。電池通常是由正極、負極、電解質、隔膜和外殼等幾部分組成。一般常規(guī)二次電池如鉛酸電池、鎘鎳電池等都是由固體電極和液體電解質構成，而鈉硫電池則與之相反，它是由熔融液態(tài)電極和固體電解質組成的，構成其負極的活性物質是熔融金屬鈉，正極的活性物質是硫和多硫化鈉熔鹽，由于硫是絕緣體，所以硫一般是填充在導電的多孔的炭或石墨氈里，固體電解質兼隔膜的是一種專門傳導鈉離子被稱為Al2O3的陶瓷材料，外殼則一般用不銹鋼等金屬材料。

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特點

鈉硫電池具有許多特色之處：一個是比能量(即電池單位質量或單位體積所具有的有效電能量)高。其理論比能量為760Wh/Kg，實際已大于100Wh/Kg，是鉛酸電池的3-4倍；另一個是可大電流、高功率放電。其放電電流密度一般可達200-300mA/cm2，并瞬時間可放出其3倍的固有能量；再一個是充放電效率高。由于采用固體電解質，所以沒有通常采用液體電解質二次電池的那種自放電及副反應，充放電電流效率幾乎100％。當然，事物總是一分為二的，鈉硫電池也有不足之處，其工作溫度在300-350℃，所以，電池工作時需要一定的加熱保溫。但采用高性能的真空絕熱保溫技術，可有效地解決這一問題。

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意義

鈉硫電池作為新型化學電源家族中的一個新成員出現(xiàn)后，已在世界上許多國家受到極大的重視和發(fā)展。由于鈉硫電池具有高能電池的一系列誘人特點，所以一開始不少國家就首先紛紛致力于發(fā)展其作為電動汽車用的動力電池，也曾取得了不少令人鼓舞的成果，但隨著時間的推移表明，鈉硫電池在移動場合下(如電動汽車)使用條件比較苛刻，無論從使用可提供的空間、電池本身的安全等方面均有一定的局限性。所以在80年代末和90年代初開始，國外重點發(fā)展鈉硫電池作為固定場合下(如電站儲能)應用，并越來越顯示其優(yōu)越性。如日本東京電力公司(TEPCO)和NGK公司合作開發(fā)鈉硫電池作為儲能電池，其應用目標瞄準電站負荷調帄(即起削峰帄谷作用，將夜晚多余的電存儲在電池里，到白天用電高峰時再從電池中釋放出來)、UPS應急電源及瞬間補償電源等，并于2002年開始進入商品化實施階段，已建成世界上最大規(guī)模(8MW)的儲能鈉硫電池裝置，截止2005年10月統(tǒng)計，年產鈉硫電池電池量已超過100MW，同時開始向海外輸出。請教馬蘭鳳老師：鈉硫電池充放電時鈉離子事怎樣通過β-NaAl11O17電解質實行傳遞的呢？鈉硫電池為什么不能過充和過放呢？

相對鋰離子電池，鈉硫電池的實際能量密度和功率密度也不是很大，而且其安全性差，且成本高，那么用鈉硫電池做儲能電站的優(yōu)勢在哪里呢？謝謝！

1、Na—S蓄電池作用原理 Na－S電池是當前開發(fā)的一種高能蓄電池，它所貯存的能量為常用鉛蓄電池的5倍(按相同質量計)，它具有運行無聲、無污染、價廉、安全、使用壽命長以及維修費低廉等優(yōu)點。常用的電池是由一個液體電解質將兩個固體電極隔開，而Na－S電池正相反，它是由固體電解質將兩個液體電極隔開：一個由Na－β－Al2O3固體電解質做成的中心管，將內室的熔融鈉(熔點98℃)和外室的熔融硫(熔點119℃)隔開，并允許Na＋離子通過。整個裝置密封于不銹鋼容器內，此容器又兼作硫電極的集流器。在電池內部，Na＋離子穿過固體電解質和硫反應從而傳遞電流。350℃時，Na－S電池的斷路電壓為2.08 V。已知硫的化學式為S8，在外電路中被還原成多硫離子。

鈉硫電池的理論比容量可達760 W?h/kg，實際已達到300 W?h/kg，且充電持續(xù)里程長，循環(huán)壽命長。

負極的反應物質是熔融的鈉在負極腔內，正極的反應物質是熔融的硫在正極腔內。正極和負極之間用α―Al2O3電絕緣體密封。正極腔和負極腔之間有β―NaAl11O17陶瓷管電解質。電解質只能自由傳導離子，而對電子是絕緣體。當外電路接通時，負極不斷產生鈉離子并放出電子，電子通過外電路移向正極，而鈉離子通過β―NaAl11O17電解質和正極的反應物質生成鈉的硫化物 電池過充將破壞正極結構而影響性能和壽命；同時過充電使電解質分解，內部壓力過高等問題；過放會導致活性物質的恢復困難

2、鈉硫電池作為電化學能源家族中的新成員，它的產生一方面彌補了因能源不足而引發(fā)的危機，另一方面，由于它不排放任何有害物質，使用或報庖后也不會對環(huán)境造成二次污染，是一種真正意義上的環(huán)保型新能源。鈉硫電池用于儲能具有獨到的優(yōu)勢,主要體現(xiàn)在原材料儲量大、能量和功率密度大、充放電效率高、不受場地限制、維護方便等特點。鈉硫電池在國外已經成功的用于削峰填谷、應急電源、風力發(fā)電等可再生能源的穩(wěn)定輸出以及提高電力質量等方面。涉及工業(yè)、商業(yè)、交通、電力等多個行業(yè)，是各種先進二次電池中最具有潛力的一種儲能電池。而在我國，鈉硫電池的開發(fā)和應用則基本上處于空白狀態(tài)。主要優(yōu)點鈉硫電池可以通過削峰填谷的方式解決日益突出的供電緊張現(xiàn)象；可以節(jié)省現(xiàn)有發(fā)電能源近乎50%。在未來的15年中，我國電力需求的年增長率預計達到每年5.8~7.2%，2005年電力消耗為2469TWh，到2010年預計達到3000TWh，2020年則將達到5000TWh。與此同時，電力消耗的晝夜峰谷差也在日益擴大，以上海市為例，2006年的最高用電負荷近2000萬千瓦，峰谷差高達40%。在低谷電力帄衡時，上海電網內的大型火電機組低谷出力大多要減至最低，小型機組更是需要視情況而日開夜停，為此需要付出巨大的代價。要解決這種電力使用嚴重不對稱而造成的電力緊張現(xiàn)象，利用鈉硫電池儲能是最有效的途徑，它在用電需求小于發(fā)電量時將多余的電能儲存起來，在需要大于供給時補充電能。而且利用分布式的儲能系統(tǒng)可以在關鍵時刻輔助供電或者傳輸電能，將對供電負荷需求從峰值時刻轉移到負荷低谷時刻或者在強制停電、供電中斷的情況下提供電能。根據(jù)美國相關機構統(tǒng)計，如果通過儲能手段進行削峰填谷，那么每年可以節(jié)省全球用于發(fā)電的能源近50%；也就是說鈉硫儲能電站相當于一個巨大的節(jié)能器，能夠使得現(xiàn)有發(fā)電站的資源消耗量減少一半，相應地這些有限的不可再生資源的使用年限可以增加一倍。這無論對于社會還是政府而言，都是一項具有重要意義的能源工程。鈉硫電池作為一種先進的儲能電池，可以從根本上解決風能太陽能輸出電力不穩(wěn)定的問題；是風能產業(yè)推廣的重要配套產品。大力發(fā)展可再生能源是全球未來電力生產的大方向。目前，我國的可再生能源僅占電力生產總量的0.25%，但到2010年預計將達到8.63%，2020年則將增長到15%~20%。風力發(fā)電和太陽能發(fā)電是近幾年發(fā)展和增長最快的兩種可再生能源，全球風電裝機容量已達25000MW以上；太陽能發(fā)電總量已達9100MW。我國近幾年風力發(fā)電和太陽能發(fā)電都增長很快，且發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｓ捎诳稍偕茉吹碾娏敵鲭S著風、光照等資源的強度同步變化和波動，因此無法直接向電網輸出或向用戶出售，需要經過穩(wěn)定后方可和電網安全對接輸出。而且，隨著社會的發(fā)展，對于用電質量的要求日益提高，這也使得儲能電池質量的高低直接決定了風能太陽能等可再生能源的應用前景。鈉硫電池的長壽命和快速充電等特性使得它成為與風能太陽能等發(fā)電方式配套的一種最理想的儲能電池。因此，隨著風能太陽能產業(yè)的不斷發(fā)展，鈉硫電池產業(yè)必將迎來一個嶄新的發(fā)展機遇。鈉硫電池的諸多遠勝于傳統(tǒng)電池的優(yōu)點使其完全可以取代傳統(tǒng)電池而成為潛艇、軍用武器等的儲能電源，對于國防有著重要的意義。鈉硫電池具有能量密度大、充電速度快、使用壽命長等特點，因此它便可以在潛艇、軍艦等領域取代現(xiàn)有的鋰離子電池和鉛酸電池，大大提高續(xù)航里程、降低維護成本。以U32潛艇為例：該艦現(xiàn)行配置動力電池為2000千瓦時鉛酸電池，重量約為160噸，由5萬小塊電池組成，且潛行時間短。驚人的電池重量占據(jù)著艇內的有限空間，潛艇自身負荷增大，不但影響速度、下潛時間，也局限了戰(zhàn)備、供給物質的容量。高性能的鈉硫動力電池在同等電容量的情況下，重量最多只有25噸，體積也只有它的1/5～1/6。Na/S電池的使用將大大減輕艇的自身載重量，提高體速度和機動性，同時節(jié)省出大量的空間，保證艇員的生活供給物品、武器、彈藥的儲存，大大提高潛艇的作戰(zhàn)能力。而其特有的瞬間大電流特點更可以應用到導彈、火箭、大炮等的發(fā)射裝置上，它能使彈頭出膛速度達到每秒3—50公里超高速運行，且性能穩(wěn)定，可控性好。這樣的發(fā)射裝置不但后坐力小，發(fā)射時無煙霧、不噴火及光，也無沖擊波和輻射，穩(wěn)定性好，隱蔽性好，對大氣空間也無污染，其成本只是化學燃料的1%—10%。同樣該項技術，也可用于航天領域，比如地對空的定向發(fā)射等。鈉硫電池項目在未來的儲能調峰、穩(wěn)定風能輸出、特種領域應用等方面有著極其重要的作用；以上海電網為例作簡單估算：截止2005年底，上海電網（含崇明島、長興島）總調裝機容量為13368.4MW，其中火力發(fā)電機組13344MW，風力發(fā)電機組24.4MW。上海年最高負荷19543MW，最低負荷～7799MW（2006年9月11日），但上海6，7，8三個月的月帄均負荷為～85%。那么剩余的功率為，13368.4MW×15%=2005.26MW=2005260KW，每月剩余的電能為：2005260KW×24h×30day=1443787200KWh=14.44億度。如果將這些電能用鈉/硫電池儲能系統(tǒng)儲存起來，考慮到AC-to-DC及DC-to-AC的轉化效率為0.8，上海居民峰谷電價0.3元/KWh，峰時電價1.7元/KWh，則差價為1.4元/KWh。故每月可利用的電能為14.44億度×0.8=11.552，節(jié)約的電費為11.552×1.4=16.17億元。如果考慮全年僅上海就可以節(jié)約40～50億度電?？上攵?，如果將該儲能系統(tǒng)應用到北京、應用到全國各主要電網，則每年節(jié)約的能源是個底大的數(shù)字。建立節(jié)約型社會是我國的一項基本國策，節(jié)約能源是我國走持續(xù)發(fā)展道路的必然選擇，而能量儲存是實施節(jié)約能源戰(zhàn)略的重要技術措施。大功率鈉硫動力電池具有高功率密度、長循環(huán)壽命、無自放電現(xiàn)象、100%的庫侖效率以及維護簡單等突出優(yōu)點，使得它在大規(guī)模能量儲存方面有難以匹敵的優(yōu)勢和廣闊的應用前景。此外，中小型的鈉/硫電池儲能系統(tǒng)可以與太陽能電池發(fā)電站、風能發(fā)電站匹配，解決我國老、少、邊、窮的不發(fā)達地區(qū)居民及邊防哨所供電質量和供電安全性。同時，中小型的鈉/硫電池儲能系統(tǒng)還可以用于城市居民小區(qū)的應急電源。國外大力（尤其是日本）發(fā)展鈉硫電池儲能除鈉硫電池本身的高性能特點外，一個主要的原因是從資源和環(huán)境考慮，鉛酸電池不僅比能量低，其制造過程和庖舊電池對環(huán)境都會造成嚴重污染，鋰離子電池中的Li和Co（目前其正極材料LiCoO2）的地球儲量都不豐富（尤其是Co），此外Co有毒性，其制造過程和庖舊電池對環(huán)境和人體都有傷害。與此相反，Na和S幾乎用之不竭。單質Na和S元素本身對人體是沒有毒性，而且庖舊電池中的Na和S幾乎可以100%的回收。因此，無論是從發(fā)展新型能源、節(jié)約能源、環(huán)境保護的角度看，還是從可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度去衡量和思考，我國發(fā)展鈉硫電池儲能系統(tǒng)是完全有必要的，使該項技術轉化為生產力已刻不容緩。

3、鈉硫電池用于儲能具有獨到的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在原材料和制備成本低、能量和功率密度大、效率高、不受場地限制、維護方便等方面。鈉硫電池已經成功的用于削峰填谷、應急電源、風力發(fā)電等可再生能源的穩(wěn)定輸出以及提高電力質量等方面。目前在國外已有100余座鈉硫電池儲能電站在運行中，涉及工業(yè)、商業(yè)、交通、電力等多個行業(yè)，是各種先進二次電池中最為成熟的一種，也是最具有潛力的一種先進儲能電池。

可參考：《鈉硫電池及其儲能應用》一文 作 者： 溫兆銀 Wen Zhaoyin

作者單位： 中國科學院上海硅酸鹽所 鈉硫電池

簡介

鈉硫電池作為化學能源家族中的新成員，它的產生一方面彌補了因能源不足而引發(fā)的危機，另一方面由于他不排放有害物質，使用獲報庖后也不會對環(huán)境造成二次污染，是一種真正意義上的環(huán)保型新能源。鈉硫電池用于儲能具有獨到的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在原材料儲量大、能量和功率密度大、充放電效率高、不受產地限制、維護方便等特點。鈉硫電池在國外已經成功的用于削峰填谷、應急電源、風力發(fā)電等可再生能源的穩(wěn)定輸出以及提高電力質量等方面。涉及工業(yè)、商業(yè)、交通電力等多個行業(yè)。是各種先進二次電池中最具有潛力的儲能電池。而在我國鈉硫電池的開發(fā)和應用則基本上處于空白狀態(tài)。

市場前景：

1鈉硫電池可以通過削峰填谷的方式解決日益突出的供電緊張現(xiàn)象；可以節(jié)省現(xiàn)有發(fā)電能源近乎50％.在未來的15年中,我國電力需求的年增長率預計達到每年5.8~7.2％，到2010年預計達到3000TW，2020年則將達到5000TW。與此同時，電力消耗的晝夜谷差也在日益擴大，以上海市為例，2006年的最高用電負荷近2000萬千瓦，峰谷差高達40％。在低谷電力帄衡時，上海電網內的大型火電機組低谷出力大多要減至最低，小型機組更是要視情況而日開業(yè)停，為止需要付出巨大的代價。

要解決這種電力使用嚴重不對稱而造成的電力緊張現(xiàn)象，利用鈉硫電池村儲能是最有效的途徑。它在用電需求小于發(fā)電量時將多余的電能儲存起來，在需要大于供給時補充電能。而且利用分布式的儲能系統(tǒng)可以在關鍵時刻輔助供電或者傳輸電能，將對供電負荷需求從峰值時刻轉移到負荷低谷時刻或者在強制停電，供電中斷的情況下提供電能。

根據(jù)美國相關機構統(tǒng)計，如果通過儲能手段進行削峰填谷，那么每年可以節(jié)省全球用于發(fā)電的能源近50％；也就是說鈉硫儲能電站相當于一個巨大的節(jié)能器，能夠使得現(xiàn)有發(fā)電站的資源消耗量減少一半，相應地這些有限的不可再生資源的使用年限可以增加一倍。這無論對于會還是府而言，都是一項具有重大意義的能源工程。

2，鈉硫電池作為一種先進的儲能電池，可以從根本上解決風能太陽能輸出電力不穩(wěn)定的問題；是風能產業(yè)推廣的重要配套產品。

大力發(fā)展可再生能源是全球未來電力生產的大方向。目前，我國的可再生能源僅占電力生產總量的0.25％，但到2010年預計將達到8.63％，2020年則將增長到15％~20％。風力和太陽能發(fā)電是近近幾年發(fā)展和增長最快的兩種可再生資源，全球風電裝機容量已達25000MW以上，我國近幾年風力發(fā)電發(fā)電都增長很快，且發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｓ捎诳稍偕茉吹碾娏敵鲭S著風、光照等資源的強度同步變化和波動，因此無法直接向電網輸出或向用戶出售，需要經過穩(wěn)定后方可和電網安全對接輸出。而且隨著會的發(fā)展對于電質量的要求日益提高，這也使得儲能電池質量的高低直接決定了風能等可再生能源的應用前景。

鈉硫電池的長壽命和快速充電等特性使得它成為與風能等發(fā)電方式配套的一種最理想的儲能電池。因此隨著風能產業(yè)的不斷發(fā)展，鈉硫電池產業(yè)必將迎來一個嶄新的發(fā)展機遇。

3、鈉硫電池的諸多遠勝于傳統(tǒng)電池的優(yōu)點使其完全可以取代傳統(tǒng)電池而成為潛艇、軍用武器等的儲能電源，對于國防有著重要的意義。

鈉硫電池具有能量密度大、充電速度快、使用壽命長等特點，因此它便可以在潛艇、軍艦等領域取代現(xiàn)有的鋰離子電池和鉛酸電池，大大提高續(xù)行里程、降低維護成本。

經濟效益

鈉硫電池項目在未來的儲能調峰、穩(wěn)定風能輸出、特種領域應用等方面有著極其重要的作用。以上海電網為例做簡單估算： 截止2005年底上海電網（含崇明島、長興島）總調裝機容量為13368.4MW，其中火力發(fā)電機組13344MW，風力發(fā)電機組24.4MW。上海年最高負荷19543MW，最低負荷7799MW，考慮峰谷差，每月剩余的電能為14.44億度。如果將這些電能用鈉硫電池儲能系統(tǒng)儲存起來，考慮到AC-to-DC及DC-to-AC的轉化效率為0.8，上海居民峰谷電價0.3元/KWh，峰時電價1.7元/KWh，則差價為1.4元/KWh。故每月可利用的電能為14.44億度×0.8=11.552，節(jié)約的電費為11.552×1.4=16.17億元。如果考慮全年僅上海就可以節(jié)約40~50億度電?？上攵?，如果將該儲能系統(tǒng)應用到北京、應用到全國各主要電網，則每年可節(jié)約的能源是個底大的數(shù)字。

建立節(jié)約型會是我國的一項基本國策，節(jié)約能源是我國走持續(xù)發(fā)展道路的必須選擇，而能量儲存是實施節(jié)約能源戰(zhàn)略的重要技術措施。大功率鈉硫動力電池具有高功率密度、長循環(huán)壽命、無自放電現(xiàn)象、100％的庫侖效率以及維護簡單等突出優(yōu)點，使得它在大規(guī)模能量儲存方面有難以匹敵的優(yōu)勢和廣闊的應用前景。

此外，中小型的鈉硫電池儲能系統(tǒng)可以與太陽能電池發(fā)電站、風能發(fā)電站匹配，解決我國老、少、邊、窮的不發(fā)達地區(qū)居民及邊防哨所供電質量和供電安全性。同時中小型的鈉硫電池儲能系統(tǒng)還可以用于城市居民小區(qū)的應急電源。

會效率

國外大力（尤其是日本）發(fā)展鈉硫電池儲能除鈉硫電池本身的高性能特點外，一個主要的原因是從資源和環(huán)境考慮，鉛酸電池不僅比能量低其制造過程和庖舊電池對環(huán)境都會造成嚴重污染，鋰離子電池中的Li何Co（目前其正極材料LiCoO2）的地球儲量都不豐富（尤其是Co），此外Co有毒性，其制造過程和庖舊電池對環(huán)境和人體都有傷害。于此相反，Na和S幾乎用之不竭，單質Na和S元素本身對人體是沒有毒性，而且庖舊電池中的Na和S幾乎可以100％的回收。因此，無論是從發(fā)展新型能源、節(jié)約能源、環(huán)境保護的角度看，還是從可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度去衡量和思考，我國發(fā)展鈉硫電池儲能系統(tǒng)是完全有必要的，使該項技術轉化為生產力已刻不容緩。

第四篇：激光原理答案

《激光原理》習題解答第一章習題解答

為了使氦氖激光器的相干長度達到1KM，它的單色性應為多少？

解答：設相干時間為，則相干長度為光速與相干時間的乘積，即

根據(jù)相干時間和譜線寬度的關系

又因為，由以上各關系及數(shù)據(jù)可以得到如下形式：

單色性===

解答完畢。

如果激光器和微波激射器分別在10μｍ、500nm和輸出1瓦連續(xù)功率，問每秒鐘從激光上能級向下能級躍遷的粒子數(shù)是多少。

解答：功率是單位時間內輸出的能量，因此，我們設在dt時間內輸出的能量為dE，則

功率=dE/dt

激光或微波激射器輸出的能量就是電磁波與普朗克常數(shù)的乘積，即

d，其中n為dt時間內輸出的光子數(shù)目，這些光子數(shù)就等于腔內處在高能級的激發(fā)粒子在dt時間輻射躍遷到低能級的數(shù)目（能級間的頻率為ν）。

由以上分析可以得到如下的形式：

每秒鐘發(fā)射的光子數(shù)目為：N=n/dt,帶入上式，得到：

根據(jù)題中給出的數(shù)據(jù)可知：

把三個數(shù)據(jù)帶入，得到如下結果：，3

設一對激光能級為E1和E2（f1=f2），相應的頻率為ν（波長為λ），能級上的粒子數(shù)密度分別為n2和n1，求

(a)當ν=3000兆赫茲，T=300K的時候，n2/n1=?

(b)當λ=1μm，T=300K的時候，n2/n1=?

(c)當λ=1μm，n2/n1=0.1時，溫度T=？

解答:在熱平衡下，能級的粒子數(shù)按波爾茲曼統(tǒng)計分布，即：

（統(tǒng)計權重）

其中為波爾茲曼常數(shù)，T為熱力學溫度。

(a)

(b)

(c)

在紅寶石調Q激光器中，有可能將幾乎全部離子激發(fā)到激光上能級并產生激光巨脈沖。設紅寶石棒直徑為1cm，長度為7.5cm，離子濃度為，巨脈沖寬度為10ns，求激光的最大能量輸出和脈沖功率。

解答：紅寶石調Q激光器在反轉能級間可產生兩個頻率的受激躍遷，這兩個躍遷幾率分別是47%和53%，其中幾率占53%的躍遷在競爭中可以形成694.3nm的激光，因此，我們可以把激發(fā)到高能級上的粒子數(shù)看成是整個激發(fā)到高能級的粒子數(shù)的一半（事實上紅寶石激光器只有一半的激發(fā)粒子對激光有貢獻）。

設紅寶石棒長為L，直徑為d，體積為V，總數(shù)為N，粒子的濃度為n，巨脈沖的時間寬度為，則離子總數(shù)為：

根據(jù)前面分析部分，只有N/2個粒子能發(fā)射激光，因此，整個發(fā)出的脈沖能量為：

脈沖功率是單位時間內輸出的能量，即

解答完畢。

試證明，由于自發(fā)輻射，原子在能級的平均壽命為。

證明如下：根據(jù)自發(fā)輻射的定義可以知道，高能級上單位時間粒子數(shù)減少的量，等于低能級在單位時間內粒子數(shù)的增加。即：

---------------①

（其中等式左邊表示單位時間內高能級上粒子數(shù)的變化，高能級粒子數(shù)隨時間減少。右邊的表示低能級上單位時間內接納的從高能級上自發(fā)輻射下來的粒子數(shù)。）

再根據(jù)自發(fā)輻射躍遷幾率公式：，把代入①式，得到：

對時間進行積分，得到：

（其中隨時間變化，為開始時候的高能級具有的粒子數(shù)。）

按照能級壽命的定義，當時，定義能量減少到這個程度的時間為能級壽命，用字母表示。

因此，即：

證明完畢

某一分子的能級E4到三個較低能級E1

E2

和E3的自發(fā)躍遷幾率分別為A43=5*107s-1,A42=1*107s-1,A41=3*107s-1，試求該分子E4能級的自發(fā)輻射壽命τ4。若τ1=5*10-7s，τ2=6*10-9s，τ3=1*10-8s，在對E4連續(xù)激發(fā)且達到穩(wěn)態(tài)時，試求相應能級上的粒子數(shù)比值n1/n4,n2/n4和n3/n4，并說明這時候在哪兩個能級間實現(xiàn)了集居數(shù)

解:

(1)由題意可知E4上的粒子向低能級自發(fā)躍遷幾率A4為:

則該分子E4能級的自發(fā)輻射壽命：

結論:如果能級u發(fā)生躍遷的下能級不止1條,能級u向其中第i條自發(fā)躍遷的幾率為Aui

則能級u的自發(fā)輻射壽命為:

(2)對E4連續(xù)激發(fā)并達到穩(wěn)態(tài),則有:，（上述三個等式的物理意義是：在只考慮高能級自發(fā)輻射和E1能級只與E4能級間有受激吸收過程，見圖）

宏觀上表現(xiàn)為各能級的粒子數(shù)沒有變化

由題意可得:,則

同理：，進一步可求得:，由以上可知:在E2和E4;E3和E4;E2和E3能級間發(fā)生了粒子數(shù)反轉.7

證明，當每個模式內的平均光子數(shù)（光子簡并度）大于1時，輻射光中受激輻射占優(yōu)勢。

證明如下：按照普朗克黑體輻射公式，在熱平衡條件下，能量平均分配到每一個可以存在的模上，即

（為頻率為γ的模式內的平均光子數(shù)）

由上式可以得到：

又根據(jù)黑體輻射公式：

根據(jù)愛因斯坦輻射系數(shù)之間的關系式和受激輻射躍遷幾率公式，則可以推導出以下公式：

如果模內的平均光子數(shù)（）大于1，即，則受激輻射躍遷幾率大于自發(fā)輻射躍遷幾率，即輻射光中受激輻射占優(yōu)勢。證明完畢

一質地均勻的材料對光的吸收系數(shù)為，光通過10cm長的該材料后，出射光強為入射光強的百分之幾？

如果一束光通過長度為1M地均勻激勵的工作物質，如果出射光強是入射光強的兩倍，試求該物質的增益系數(shù)。

解答：設進入材料前的光強為，經過距離后的光強為，根據(jù)損耗系數(shù)的定義，可以得到：

則出射光強與入射光強的百分比為：

根據(jù)小信號增益系數(shù)的概念：，在小信號增益的情況下，上式可通過積分得到

解答完畢。

《激光原理》習題解答第二章習題解答

試利用往返矩陣證明共焦腔為穩(wěn)定腔，即任意傍軸光線在其中可以往返無限次，而且兩次往返即自行閉合.證明如下：（共焦腔的定義——兩個反射鏡的焦點重合的共軸球面腔為共焦腔。共焦腔分為實共焦腔和虛共焦腔。公共焦點在腔內的共

焦腔是實共焦腔，反之是虛共焦腔。兩個反射鏡曲率相等的共焦腔稱為對稱共焦腔，可以證明，對稱共焦腔是實雙凹腔。）

根據(jù)以上一系列定義，我們取具對稱共焦腔為例來證明。

設兩個凹鏡的曲率半徑分別是和，腔長為，根據(jù)對稱共焦腔特點可知：

因此，一次往返轉換矩陣為

把條件帶入到轉換矩陣T，得到：

共軸球面腔的穩(wěn)定判別式子

如果或者，則諧振腔是臨界腔，是否是穩(wěn)定腔要根據(jù)情況來定。本題中，因此可以斷定是介穩(wěn)腔（臨界腔），下面證明對稱共焦腔在近軸光線條件下屬于穩(wěn)定腔。

經過兩個往返的轉換矩陣式，坐標轉換公式為：

其中等式左邊的坐標和角度為經過兩次往返后的坐標，通過上邊的式子可以看出，光線經過兩次往返后回到光線的出發(fā)點，即形成了封閉，因此得到近軸光線經過兩次往返形成閉合，對稱共焦腔是穩(wěn)定腔。

試求平凹、雙凹、凹凸共軸球面腔的穩(wěn)定條件。

解答如下：共軸球面腔的，如果滿足，則腔是穩(wěn)定腔，反之為非穩(wěn)腔,兩者之間存在臨界腔，臨界腔是否是穩(wěn)定腔，要具體分析。

下面我們就根據(jù)以上的內容來分別求穩(wěn)定條件。

對于平凹共軸球面腔，()

所以，如果，則是穩(wěn)定腔。因為和均大于零，所以不等式的后半部分一定成立，因此，只要滿足，就能滿足穩(wěn)定腔的條件，因此，就是平凹腔的穩(wěn)定條件。

類似的分析可以知道，凸凹腔的穩(wěn)定條件是：,且。

雙凹腔的穩(wěn)定條件是：，（第一種情況），且（第二種情況）

（對稱雙凹腔）

求解完畢。

激光腔的諧振腔由一曲率半徑為1M的凸和曲率半徑為2M的凹面鏡構成，工作物質長度為0.5M，其折射率為1.52，求腔長在什么范圍內諧振腔是穩(wěn)定的。

解答如下：設腔長為，腔的光學長度為，已知，，，根據(jù)，代入已知的凸凹鏡的曲率半徑，得到：

因為含有工作物質，已經不是無源腔，因此，這里L應該是光程的大?。ɑ蛘哒f是利用光線在均勻介質里傳播矩陣）。

即，代入上式，得到：

要達到穩(wěn)定腔的條件，必須是，按照這個條件，得到腔的幾何長度為：，單位是米。解答完畢。

有一方形孔徑共焦腔氦氖激光器，腔長L=30CM，方形孔徑邊長為d=2a=0.12CM，λ=632.8nm，鏡的反射率為r1=1，r2=0.96，其他損耗以每程0.003估計。此激光器能否做單模運轉？如果想在共焦鏡面附近加一個方形小孔光闌來選擇TEM00模，小孔的邊長應為多大？試根據(jù)圖2.5.5作一大略的估計。氦氖激光器增益由公式估算，其中的l是放電管長度。

分析：如果其他損耗包括了衍射損耗，則只考慮反射損耗及其他損耗的和是否小于激光器的增益系數(shù)，增益大于損耗，則可產生激光振蕩。

如果其他損耗不包括衍射損耗，并且菲涅爾數(shù)小于一，則還要考慮衍射損耗，衍射損耗的大小可以根據(jù)書中的公式δ00=10.9*10-4.94N來確定，其中的N是菲涅爾數(shù)。

解答：根據(jù)，可以知道單程增益g0L=ln(1+0.0003L/d)=0.0723

由于反射不完全引起的損耗可以用公式2.1.24或者2.1.25來衡量

根據(jù)2.1.24得到：

δr≈-0.5lnr1r2=0.0204

根據(jù)題意，總的損耗為反射損+其他損耗，因此單程總損耗系數(shù)為

δ=0.0204+0.0003

如果考慮到衍射損耗，則還要根據(jù)菲涅爾數(shù)來確定衍射損系數(shù)：

此方形共焦腔氦氖激光器的菲涅爾數(shù)為：N=a2/(Lλ)=7.6，菲涅爾數(shù)大于一很多倍，因此可以不考慮衍射損耗的影響。

通過以上分析可以斷定，此諧振腔可以產生激光振蕩。又根據(jù)氦氖激光器的多普勒展寬達到1.6GHZ，而縱模及橫模間隔根據(jù)計算可知很小，在一個大的展寬范圍內可以后很多具有不同模式的光波振蕩，因此不采取技術措施不可能得到基模振蕩。

為了得到基模振蕩，可以在腔內加入光闌，達到基模振蕩的作用。在腔鏡上，基模光斑半徑為：

因此，可以在鏡面上放置邊長為2ω0s的光闌。

解答完畢。

試求出方形鏡共焦腔面上模的節(jié)線位置，這些節(jié)線是等距分布嗎？

解答如下：

方形鏡共焦腔自再現(xiàn)模滿足的積分方程式為

經過博伊德—戈登變換，在通過厄密-高斯近似，可以用厄密-高斯函數(shù)表示鏡面上場的函數(shù)

使就可以求出節(jié)線的位置。由上式得到：，這些節(jié)線是等距的。解答完畢。

求圓形鏡共焦腔和模在鏡面上光斑的節(jié)線位置。

解答如下：圓形鏡共焦腔場函數(shù)在拉蓋爾—高斯近似下，可以寫成如下的形式

（這個場對應于，兩個三角函數(shù)因子可以任意選擇，但是當m為零時，只能選余弦，否則整個式子將為零）

對于：

并且，代入上式，得到，我們取余弦項，根據(jù)題中所要求的結果，我們取，就能求出鏡面上節(jié)線的位置。既

對于，可以做類似的分析。，代入上式并使光波場為零，得到

顯然，只要即滿足上式

最后鏡面上節(jié)線圓的半徑分別為：

解答完畢。

今有一球面腔，兩個曲率半徑分別是R1=1.5M，R2=-1M，L=80CM，試證明該腔是穩(wěn)定腔，求出它的等價共焦腔的參數(shù)，在圖中畫出等價共焦腔的具體位置。

解：共軸球面腔穩(wěn)定判別的公式是，這個公式具有普適性（教材36頁中間文字部分），對于簡單共軸球面腔，可以利用上邊式子的變換形式判斷穩(wěn)定性，其中。

題中，在穩(wěn)定腔的判別范圍內，所以是穩(wěn)定腔。

任意一個共焦腔與無窮多個穩(wěn)定球面腔等價，一個一般穩(wěn)定球面腔唯一對應一個共焦腔，他們的行波場是相同的。

等價共焦腔的參數(shù)包括：以等價共焦腔的腔中心為坐標原點，從坐標原點到一般穩(wěn)定球面兩個腔鏡面的坐標和，再加上它的共焦腔的鏡面焦距，這三個參數(shù)就能完全確定等價共焦腔。

根據(jù)公式（激光原理p66-2.8.4）得到：

因此

等價共焦腔示意圖略。

某二氧化碳激光器采用平-凹腔，L=50CM，R=2M，2a=1CM，波長λ=10.6μm，試計算鏡面上的光斑半徑、束腰半徑及兩個鏡面上的損耗。

解：此二氧化碳激光器是穩(wěn)定腔，其中平面鏡的曲率半徑可以看作是無窮大。

根據(jù)公式（激光原理p67-2.8.6或2.8.7）得到：

其中第一個腰斑半徑對應平面鏡。上式中是這個平凹腔的等價共焦腔鏡面上的腰斑半徑，并且根據(jù)一般穩(wěn)定球面腔與等價共焦腔的性質，他們具有同一個束腰。

根據(jù)共焦腔束腰光斑半徑與鏡面上光斑半徑的關系可知：

作為穩(wěn)定腔，損耗主要是衍射損，衍射損耗與鏡面上的菲涅爾數(shù)有關，在損耗不大的情況下，是倒數(shù)關系。

即：

根據(jù)公式（激光原理p69-2.8.18或2.8.19）分別求出兩個鏡面的菲涅爾數(shù)

根據(jù)衍射損耗定義，可以分別求出：，10

證明在所有菲涅爾數(shù)相同而曲率半徑R不同的對稱穩(wěn)定球面腔中，共焦腔的衍射損耗最低。這里L表示腔長，a是鏡面的半徑。

證明：

在對稱共焦腔中，11

今有一平面鏡和一個曲率半徑為R=1M的凹面鏡，問：應該如何構成一個平—凹穩(wěn)定腔以獲得最小的基模遠場發(fā)散角，畫出光束發(fā)散角與腔長的關系。

解答：

我們知道，遠場發(fā)散角不僅和模式（頻率）有關，還和腔的結構有關。根據(jù)公式2.6.14得到：，如果平面鏡和凹面鏡構成的諧振腔所對應的等價共焦腔焦距最大，則可以獲得最小的基模光束發(fā)散角。

代入發(fā)散角公式，就得到最小發(fā)散角為：

發(fā)散角與腔長的關系式：

某二氧化碳激光器材永平凹腔，凹面鏡的R=2M，腔長L=1M，試給出它所產生的高斯光束的束腰腰斑半徑的大小和位置，該高斯光束的焦參數(shù)和基模發(fā)散角。

解答：

某高斯光束束腰光斑半徑為1.14MM，波長λ=10.6μM。求與束腰相距30厘米、100厘米、1000米遠處的光斑半徑及相應的曲率半徑。

解答：根據(jù)公式（激光原理p71-2.9.4,2.9.6）

把不同距離的數(shù)據(jù)代入，得到：，曲率半徑

與不同距離對應的曲率半徑為：，15

若已知某高斯光束的束腰半徑為0.3毫米，波長為632.8納米。求束腰處的q參數(shù)值，與束腰距離30厘米處的q參數(shù)值，與束腰相距無限遠處的q值。

解答：

束腰處的q參數(shù)值實際上就是書中的公交參量（激光原理p73-2.9.12）：

根據(jù)公式（激光原理p75-2.10.8），可以得到30厘米和無窮遠處的q參數(shù)值分別為

無窮遠處的參數(shù)值為無窮大。

某高斯光束束腰半徑為1.2毫米，波長為10.6微米。現(xiàn)在用焦距F=2cm的鍺透鏡聚焦，當束腰與透鏡距離分別為10米，1米，10厘米和0時，求焦斑大小和位置，并分析結果。

解答：

根據(jù)公式（激光原理p78-2.10.17和2.10.18）

當束腰與透鏡距離10米時

同理可得到：

解答完畢

二氧化碳激光器輸出波長為10.6微米的激光，束腰半徑為3毫米，用一個焦距為2厘米的凸透鏡聚焦，求欲得到焦斑半徑為20微米及2.5微米時，透鏡應該放在什么位置。

解答：根據(jù)公式（激光原理p78-2.10.18）

上式中束腰到透鏡的距離l就是我們要求的參數(shù)，其他各個參數(shù)都為已知，代入題中給出的數(shù)據(jù)，并對上式進行變換，得到

當焦斑等于20微米時，（透鏡距束腰的距離）

當焦斑等于2.5微米時，此提要驗證

如圖2.2所示，入射光波廠為10.6微米，求及。

解答：經過第一個透鏡后的焦斑參數(shù)為：

經過第二個透鏡后的焦參數(shù)為：

解方程可以求出題中所求。

某高斯光束束腰腰斑半徑為1.2毫米，波長為10.6微米?，F(xiàn)在用一個望遠鏡將其準直。主鏡用曲率半徑為1米的鍍金反射鏡，口徑為20厘米；副鏡為一個焦距為2.5厘米，口徑為1.5厘米的鍺透鏡；高斯光束束腰與透鏡相距1米，如圖所示。求該望遠鏡系統(tǒng)對高斯光束的準直倍率。

解答：

根據(jù)公式（激光原理p84-2.11.19），其中，為望遠鏡主鏡與副鏡的焦距比。題中的反射鏡，相當于透鏡，且曲率半徑的一半就是透鏡的焦距。

已知：，，，（經過驗證，光斑在第一個透鏡表面形成的光斑半徑小于透鏡鏡面尺寸，衍射效應很小，因此可以用準直倍率公式）

代入準直倍率公式得到：

解答完畢。

激光器的諧振腔有兩個相同的凹面鏡組成，它出射波長為λ的基模高斯光束，今給定功率計，卷尺以及半徑為a的小孔光闌，試敘述測量該高斯光束焦參數(shù)f的實驗原理及步驟。

設計如下：

首先明確焦參數(shù)的構成元素為腰斑半徑，波長λ及參數(shù)，根據(jù)提供的數(shù)據(jù)，激光器的波長為已知，我們不可能直接測量腔內的腰斑半徑（因為是對稱腔，束腰在腔內），只能通過技術手段測量發(fā)射出來的光波場的腰斑半徑，然后利用這里的z是由激光器腔中心到光功率計的距離，用卷尺可以測量。光功率計放置在緊貼小孔光闌的后面，沿著光場橫向移動，測量出。把測量的和z代入公式，可以求出焦參數(shù)。

設計完畢（以上只是在理論上的分析，實際中的測量要復雜得多，實驗室測量中會用透鏡擴束及平面鏡反射出射光，增加距離進而增加測量精度）

二氧化碳激光諧振腔由兩個凹面鏡構成，兩個鏡面的曲率半徑分別是1米和兩米，光腔長度為0.5米。

問：如何選擇高斯光束腰斑的大小和位置，才能使它構成該諧振腔的自再現(xiàn)光束。

解答：

高斯光束的自再現(xiàn)條件是（激光原理p84-2.12.1及2.12.2）：

根據(jù)公式（激光原理p78-2.10.17及2.10.18）

經過曲率半徑為1米的反射鏡后，為了保證自再現(xiàn)條件成立，腔內的束腰半徑應該與經過反射鏡的高斯光束的束腰相同，因此得到：

同理，經過第二個反射鏡面也可以得到：

根據(jù)以上三個式子可以求出，，解答完畢。

（1）用焦距為F的薄透鏡對波長為λ、束腰半徑為的高斯光束進行變換，并使變換后的高斯光束的束腰半徑（此稱為高斯光束的聚焦），在和兩種情況下，如何選擇薄透鏡到該高斯光束束腰的距離？（2）在聚焦過程中，如果薄透鏡到高斯光束束腰的距離不變，如何選擇透鏡的焦距F？

解答：

（1）

根據(jù)可知，即

通過運算可得到：

或者（舍去）

（2）

參考《激光原理》p81-2.一定時，隨焦距變化的情況。

試用自變換公式的定義式（激光原理p84-2.12.2），利用q參數(shù)來推導出自變換條件式

證明：

設高斯光束腰斑的q參數(shù)為，腰斑到透鏡的距離為，透鏡前表面和后表面的q參數(shù)分別為、，經過透鏡后的焦斑處q參數(shù)用表示，焦斑到透鏡的距離是=，透鏡的焦距為F。

根據(jù)q參數(shù)變換，可以求出前表面、后表面、及焦斑處的q參數(shù)，分別是：

透鏡前表面：

透鏡后表面：

焦斑的位置：

把經過變換的代入到焦斑位置的q參數(shù)公式，并根據(jù)自再現(xiàn)的條件，得到：

由此可以推導出

證明完畢。

試證明在一般穩(wěn)定腔中，其高斯模在腔鏡面處的兩個等相位面的曲率半徑必分別等于各鏡面的曲率半徑。

證明

設一般穩(wěn)定腔的曲率半徑分別是、，腔長為，坐標取在這個穩(wěn)定腔的等價共焦腔中心上，并且坐標原點到鏡面的距離分別是和，等價共焦腔的焦距為。

根據(jù)

試從式和導出，其中的，并證明對雙凸腔

解答：略

試計算，，的虛共焦腔的和.若想保持不變并從凹面鏡端單端輸出，應如何選擇？反之，若想保持不變并從凸面鏡輸出，如何選擇？在這兩種情況下，和各為多大？

解答：

虛共焦腔的特點：激光原理p91,96

激光原理p97-2.1511,2.15.12

根據(jù)，同理：

單端輸出：如果要從虛共焦非穩(wěn)定腔的凸面鏡單端輸出平面波，并使腔內振蕩光束全部通過激活物質，則凹面鏡和凸透鏡的選區(qū)要滿足：，其中的a分別代表（按角標順序）工作物質的半徑、凹面鏡半徑、凸面鏡半徑

實施意義上的單面輸出（從凸面鏡端輸出）：按照圖（激光原理p96-圖2.15.2a）為了保證從凸面鏡到凹面鏡不發(fā)生能量損失，則根據(jù)圖要滿足：

因為凸面鏡的尺寸不變，所以在曲率半徑給定的條件下，凹面鏡的半徑應該為：

從凹面鏡端輸出，只要保證有虛焦點發(fā)出的光到達凹面鏡后的反射光（平行光）正好在凸面鏡的限度范圍內，則可保證從凹面鏡單端輸出。

因此，此時只要滿足即可，因此

這兩種情況下的單程和往返損耗略。

解答完畢。

第三章習題

1．試由式（3.3.5）導出式（3.3.7）,說明波導模的傳輸損耗與哪些因素有關。在其他條件不變時，若波導半徑增大一倍，損耗將如何變化？若減小到原來的，損耗又將如何變化？在什么條件下才能獲得低的傳輸損耗？

解：由及可得：

波導模的傳輸損耗與波導橫向尺寸,波長，波導材料的折射率實部以及不同波導模對應得不同值有關。

（a）波導半徑增大一倍，損耗減為原來的。

（b）波長減小到原來的一半，損耗減為原來的。

獲得低的傳輸損耗應增大波導橫向尺寸，選擇折射率實部小的介質材料和小的波導模。

2.試證明，當為實數(shù)時，若，最低損耗模為模，而當時，為模，并證明模的損耗永遠比模低。

證明：

(3.3.8)

對于以上三種不同模，參看書中表3.1，對于同一種模式，越小，損耗越小，因此以下考慮，模之間誰最?。ㄖ凶钚。╊}中設為實數(shù)，顯然，所以,只需考慮與:

當時，小

當時，小

3.在波長時，試求在內徑為的波導管中模和模的損耗和，分別以，以及來表示損耗的大小。當通過長的這種波導時，模的振幅和強度各衰減了多少（以百分數(shù)表示）？

解：由。

當時，4.試計算用于波長的矩形波導的值，以及表示，波導由制成，，計算由制成的同樣的波導的值，計算中取。

解：

:

:。

5.某二氧化碳激光器用作波導管，管內徑，取，管長10cm,兩端對稱地各放一面平面鏡作腔鏡。試問：為了模能產生振蕩，反射鏡與波導口距離最大不得超過多少？計算中激活介質增益系數(shù)。

解：，時，而平面反射鏡所產生的耦合損耗為：，其中。

為使模能產生振蕩則要求，得：，即反射鏡與波導口距離不得超過1.66cm.第四章

靜止氖原子的譜線中心波長為632.8納米，設氖原子分別以0.1C、O.4C、O.8C的速度向著觀察者運動，問其表觀中心波長分別變?yōu)槎嗌伲?/p>

解答：

根據(jù)公式（激光原理P136）

由以上兩個式子聯(lián)立可得：

代入不同速度，分別得到表觀中心波長為：，解答完畢（驗證過）

設有一臺麥克爾遜干涉儀，其光源波長為，試用多普勒原理證明，當可動反射鏡移動距離L時，接收屏上的干涉光強周期性的變化次。

證明：

對于邁氏干涉儀的兩個臂對應兩個光路，其中一個光路上的鏡是不變的，因此在這個光路中不存在多普勒效應，另一個光路的鏡是以速度移動，存在多普勒效應。在經過兩個光路返回到半透鏡后，這兩路光分別保持本來頻率和多普勒效應后的頻率被觀察者觀察到（從半透境到觀察者兩個頻率都不變），觀察者感受的是光強的變化，光強和振幅有關。以上是分析內容，具體解答如下：

無多普勒效應的光場：

產生多普勒效應光場：

在產生多普勒效應的光路中，光從半透經到動鏡產生一次多普勒效應，從動鏡回到半透鏡又產生一次多普勒效應（是在第一次多普勒效應的基礎上）

第一次多普勒效應：

第二次多普勒效應：

在觀察者處：

觀察者感受到的光強：

顯然，光強是以頻率為頻率周期變化的。

因此，在移動的范圍內，光強變化的次數(shù)為：

證明完畢。（驗證過）

在激光出現(xiàn)以前，Kr86低氣壓放電燈是最好的單色光源。如果忽略自然加寬和碰撞加寬，試估計在77K溫度下它的605.7納米譜線的相干長度是多少？并與一個單色性Δλ/λ=10-8的He-Ne激光器比較。

解：根據(jù)相干長度的定義可知。其中分母中的是譜線加寬項。從氣體物質的加寬類型看，因為忽略自然和碰撞加寬，所以加寬因素只剩下多普勒加寬的影響。

根據(jù)P138頁的公式4.3.26可知，多普勒加寬：

因此，相干長度為：

根據(jù)題中給出的氦氖激光器單色性及氦氖激光器的波長632.8納米，可根據(jù)下述公式得到氦氖激光器的相干長度：

可見，即使以前最好的單色光源，與現(xiàn)在的激光光源相比，相干長度相差2個數(shù)量級。說明激光的相干性很好。

估算CO2氣體在300K下的多普勒線寬ΔνD，若碰撞線寬系數(shù)α=49MHZ/Pa，討論在什么氣壓范圍內從非均勻加寬過渡到均勻加寬。

解：根據(jù)P138頁的公式4.3.26可知，多普勒加寬：

因為均勻加寬過渡到非均勻加寬，就是的過程，據(jù)此得到：，得出

結論：氣壓P為1.08×103Pa時,是非均勻加寬與均勻加寬的過渡閾值，.當氣壓遠遠大于1.08×103Pa的情況下,加寬主要表現(xiàn)為均勻加寬。

（驗證過）

氦氖激光器有下列三種躍遷，即3S2-2P4的632.8納米，2S2-2P4的1.1523微米和3S2-3P4的3.39微米的躍遷。求400K時他們的多普勒線寬，并對結果進行分析。

解：根據(jù)P138頁的公式4.3.26，可分別求出不同躍遷的譜線加寬情況。

3S2-2P4的632.8納米的多普勒加寬：

2S2-2P4的1.1523微米的多普勒加寬：

3S2-3P4的3.39微米的多普勒加寬：

由以上各個躍遷的多普勒線寬可見，按照結題結果順序，線寬是順次減少，由于題中線寬是用頻率進行描述，因此頻率線寬越大，則單色性越好。

（驗證過）

考慮二能級工作系統(tǒng)，若E2能級的自發(fā)輻射壽命為τS，無輻射躍遷壽命為τnr。假設t=0時激光上能級E2的粒子數(shù)密度為n2(0)，工作物質的體積為V，發(fā)射頻率為ν，求：

（1）自發(fā)輻射功率隨時間的變化規(guī)律。（2）E2能級的原子在其衰減過程中發(fā)出的自發(fā)輻射光子數(shù)。（3）自發(fā)輻射光子數(shù)與初始時刻E2能級上的粒子數(shù)之比η2。

解：

（1）根據(jù)P11相關內容，考慮到E2的能級壽命不僅僅是自發(fā)輻射壽命，還包括無輻射躍遷壽命，因此，E2能級的粒子數(shù)變化規(guī)律修正為：，其中的τ與τS、τnr的關系為，為E2能級的壽命。

在時刻t，E2能級由于自發(fā)和無輻射躍遷而到達下能級的總粒子數(shù)為：

由于自發(fā)輻射躍遷而躍遷到激光下能級的粒子數(shù)為，因此由于自發(fā)輻射而發(fā)射的功率隨時間的變化規(guī)律可以寫成如下形式：

（2）由上式可知，在t-t+dt時間內，E2能級自發(fā)輻射的光子數(shù)為：

則在0-∞的時間內，E2能級自發(fā)輻射的光子總數(shù)為：

（3）自發(fā)輻射光子數(shù)與初始時刻能級上的粒子數(shù)之比為:

此題有待確認

根據(jù)激光原理4.4節(jié)所列紅寶石的躍遷幾率數(shù)據(jù)，估算抽運幾率等于多少時紅寶石對波長694.3納米的光透是明的（對紅寶石，激光上、下能級的統(tǒng)計權重為，且計算中可不考慮光的各種損耗）

解答：已知紅寶石的，，分析如下：增益介質對某一頻率的光透明，說明介質對外界光場的吸收和增益相等，或者吸收極其微弱，以至于對進入的光場強度不會產生損耗。對于本題中的紅寶石激光器，透明的含義應該屬于前者。

根據(jù)公式：

（激光原理P146-4.4.22）

由上邊的第二項和第四項，可以得到：

--------------------------------------1

又因為小信號下（粒子數(shù)翻轉剛剛達到閾值），因此，且

由此，方程組的第一個式子可以轉變?yōu)椋海?式，得到：

既然對入射光場是透明的，所以上式中激光能級發(fā)射和吸收相抵，即激光上能級的粒子數(shù)密度變化應該與光場無關，并且小信號時激光上能級的粒子數(shù)密度變化率為零，得到

最后得到：

解答完畢。（驗證過）

短波長（真空紫外、軟X射線）譜線的主要加寬是自然加寬。試證明峰值吸收截面為。

證明：根據(jù)P144頁吸收截面公式4.4.14可知，在兩個能級的統(tǒng)計權重f1=f2的條件下，在自然加寬的情況下，中心頻率ν0處吸收截面可表示為：

-------------------------------------------------1

上式（P133頁公式4.3.9）

又因為，把A21和ΔνN的表達式代入1式，得到：

證畢。（驗證過）

已知紅寶石的密度為3.98g/cm3，其中Cr2O3所占比例為0.05%（質量比），在波長為694.3nm附近的峰值吸收系數(shù)為0.4cm-1，試求其峰值吸收截面（T=300K）。

解：

分析：紅寶石激光器的Cr3+是工作物質，因此，所求峰值吸收截面就是求Cr3+的吸收截面。

根據(jù)題中所給資料可知：

Cr2O3的質量密度為3.98g/cm3×0.05%=1.99×10-3g/cm3,摩爾質量為52×2+16×3=152g/mol

設Cr3+的粒子數(shù)密度為n，則n=2×（1.99×10-3

/152）×6.02×1023=1.576×1019/cm3

根據(jù)可知，根據(jù)n≈n1+n2，Δn=n1-n2,且，其中，可知E2能級粒子數(shù)密度接近于零，可求出Δn=n1=1.756×1019/cm3，代入到，可求出：

解答完畢。

略

在均勻加寬工作物質中，頻率為ν1、強度為Iν1的強光增益系數(shù)為gH(ν1,Iν1),gH(ν1,Iν1)---

ν1關系曲線稱為大信號增益曲線，試求大信號增益曲線的寬度ΔνH。

解：

大信號增益系數(shù)表達式為P153-4.5.17：

根據(jù)譜線寬度的定義：增益下降到增益最大值的一半時，所對應的頻率寬度，叫做大信號增益線寬。

根據(jù)大信號增益曲線表達式可知，其中心頻率處具有最大增益，即ν1=ν0時。在此條件下，增益最大值為：

根據(jù)，可求出當時滿足增益線寬條件，因此，線寬位：

解答完畢。

有頻率為ν1、ν2的兩強光入射，試求在均勻加寬情況下：

(1)

頻率為ν的弱光的增益系數(shù)。

(2)

頻率為ν1的強光增益系數(shù)表達式。

(設頻率為ν1和ν2的光在介質里的平均光強為Iν1、Iν2)

解：在腔內多模振蕩條件下，P151-4.5.7應修正為：

根據(jù)P150-4.5.5可知，增益系數(shù)與反轉粒子數(shù)成正比，即：

把修正后的反轉粒子數(shù)表達式代入上式，得到：

因此，所求第一問“頻率為ν的弱光的增益系數(shù)”為：

第二問“頻率為ν1的強光增益系數(shù)表達式”為：

解答完畢。

激光上下能級的粒子數(shù)密度速率方程表達式為P147-4.4.28所示。

(1)

試證明在穩(wěn)態(tài)情況下，在具有洛倫茲線型的均勻加寬介質中，反轉粒子數(shù)表達式具有如下形式：，其中，Δn0是小信號反轉粒子數(shù)密度。

(2)

寫出中心頻率處飽和光強Is的表達式。

(3)

證明時，Δn和Is可由P152-4.5.13及P151-4.5.11表示。

解：1

穩(wěn)態(tài)工作時,由激光上、下能級的粒子數(shù)密度速率方程

(4.4.28)可得:

----------------------------------------------

---------------------------------------------2

------------------------------------------------------------------3

其中，由(3)式和(2)式可得:

整理得:

將(4)代入(1)式:

整理得：

其中，Δn0是小信號反轉粒子數(shù)密度。

(2)

當ν1=ν0時，(3)

高功率的激光系統(tǒng)中

當時，Δn和Is可由P152-4.5.13及P151-4.5.11表示

設有兩束頻率分別為和，光強為和的強光沿相同方向或者相反方向通過中心頻率為的非均勻加寬增益介質。試分別劃出兩種情況下反轉粒子數(shù)按速度分布曲線，并標出燒孔位置。

分析:

非均勻加寬的特點是增益曲線按頻率分布，當有外界入射光以一定速度入射時，增益曲線對入射光頻率敏感，且產生飽和效應的地方恰好是外界光場頻率對應處，而其他地方則不會產生增益飽和現(xiàn)象。當然，產生增益飽和的頻率兩邊一定頻譜范圍內也會產生飽和現(xiàn)象，但是與外界光場對應的頻率出飽和現(xiàn)象最大最明顯。

設外界光場以速度入射，作為增益介質，感受到的表觀頻率為：，當增益介質的固有頻率時，產生激光（發(fā)生粒子數(shù)反轉）

而發(fā)生粒子數(shù)翻轉所對應的速度為：

正方向：

負方向：

一、當都是正方向入射時，兩束光對應的速度分別為：

也就是說在反轉粒子數(shù)按速度分布圖上，在速度等于和處形成反轉粒子數(shù)飽和效應。

根據(jù)公式（激光原理p156-4.6.7）

對于，孔的深度為：

對于，孔的深度為：

又因為線型函數(shù)以為對稱形式，且兩個入射光產生燒孔的位置也以為中心對稱分布，因此，產生燒孔的兩個對稱位置處的小信號反轉粒子數(shù)相等，即，因此，兩個燒孔的深度相比，因為，所以兩個孔的深度入射光強大的反轉粒子數(shù)深度大。

即：

兩孔深度比：

二、兩束光相對進入增益介質

類似上面的分析可得到：，可見燒孔位置重合，燒一個孔

因為兩個光強不同的外場同時作用于某一品率處而產生增益飽和（反轉粒子數(shù)飽和），因此，次品率處的光強是兩個光強的和，因此，燒孔深度為

解答完畢。

第五章

激光振蕩特性

2．長度為10cm的紅寶石棒置于長度為20cm的光諧振腔中，紅寶石694.3nm譜線的自發(fā)輻射壽命，均勻加寬線寬為。光腔單程損耗。求

(1)閾值反轉粒子數(shù)；

(2)當光泵激勵產生反轉粒子數(shù)時，有多少個縱?？梢哉袷帲?紅寶石折射率為1.76)

解：(1)

閾值反轉粒子數(shù)為：

(2)

按照題意，若振蕩帶寬為，則應該有

由上式可以得到

相鄰縱模頻率間隔為

所以

所以有164~165個縱?？梢云鹫?。

3．在一理想的三能級系統(tǒng)如紅寶石中，令泵浦激勵幾率在t=0瞬間達到一定值，[為長脈沖激勵時的閾值泵浦激勵幾率]。經時間后系統(tǒng)達到反轉狀態(tài)并產生振蕩。試求的函數(shù)關系，并畫出歸一化的示意關系曲線(令)。

解：根據(jù)速率方程(忽略受激躍遷)，可以知道在達到閾值之前，在t時刻上能級的粒子數(shù)密度與時間t的關系為

當時，即

由(1)可知，當時間t足夠長的時候

由上式可知

由(2)式可得

所以

所以歸一化的示意關系曲線為

4．脈沖摻釹釔屢石榴石激光器的兩個反射鏡透過率、分別為0和0.5。工作物質直徑d=0.8cm，折射率=1.836，總量子效率為1，熒光線寬，自發(fā)輻射壽命。假設光泵吸收帶的平均波長。試估算此激光器所需吸收的閾值泵浦能量。

解：

5．測出半導體激光器的一個解理端面不鍍膜與鍍全反射膜時的閾值電流分分別為J1與J2。試由此計算激光器的分布損耗系數(shù)(解理面的反射率)。

解：不鍍膜的時候，激光器端面的反射率即為r，鍍了全發(fā)射膜之后的反射率為R=1，設激光器的長度為l，則有

由這兩式可以解得

即得到了激光器的分布損耗系數(shù)。

7．如圖5.1所示環(huán)形激光器中順時針模式及逆時針模的頻率為，輸出光強為及。

(1)如果環(huán)形激光器中充以單一氖同位素氣體，其中心頻率為，試畫出及時的增益曲線及反轉粒子數(shù)密度的軸向速度分布曲線。

(2)當時激光器可輸出兩束穩(wěn)定的光，而當時出現(xiàn)一束光變強，另一束光熄滅的現(xiàn)象，試解釋其原因。

(3)環(huán)形激光器中充以適當比例的及的混合氣體，當時，并無上述一束光變強，另一束光變弱的現(xiàn)象，試說明其原因(圖5.2為、及混合氣體的增益曲線)，、及分別為、及混合氣體增益曲線的中心頻率。

圖5.1

圖5.2

(4)為了使混合氣體的增益曲線對稱，兩種氖同位素中哪一種應多一些。

解：(1)

時

時

(2)

時，及分別使用不同速度的反轉原子，使用速度為的高能級原子，使用速度為的高能級原子，這樣和不會彼此的爭奪高能級原子，所以激光器可以輸出兩束穩(wěn)定的激光。的時候，和均使用速度為0的高能級原子，兩個模式劇烈競爭，競爭的結果是一束光變強，另一束光熄滅。

(3)

使用的原子以及的原子。使用的原子以及的原子，因此兩個模式使用不同高能級原子，沒有了模式競爭效應，因此兩個模式均可以穩(wěn)定的存在，沒有了上面所說的一束光變強，另一束光熄滅的現(xiàn)象。

(4)

要是混合氣體的增益曲線對稱，必須使得和的增益曲線高度相等，即要滿足：

而

欲使得，應使

因此，應該多一些。

8．考慮氦氖激光器的632.8nm躍遷，其上能級3S2的壽命，下能級2P4的壽命，設管內氣壓p=266Pa：

(1)計算T=300K時的多普勒線寬；

(2)計算均勻線寬及；

(3)當腔內光強為(1)接近0；(2)10W/cm2時諧振腔需多長才能使燒孔重疊。

(計算所需參數(shù)可查閱附錄一)

解：(1)

T=300K時的多普勒線寬為

(2)

均勻線寬包括自然線寬和碰撞線寬兩部分，其中

所以

(3)

設腔內光強為I，則激光器燒孔重疊的條件為

取進行計算。

當腔內光強接近0的時候

當腔內光強為的時候

9．某單模632.8nm氦氖激光器，腔長10cm，而反射鏡的反射率分別為100%及98%，腔內損耗可忽略不計，穩(wěn)態(tài)功率輸出是0.5mW，輸出光束直徑為0.5mm(粗略地將輸出光束看成橫向均勻分布的)。試求腔內光子數(shù)，并假設反轉原子數(shù)在t0時刻突然從0增加到閾值的1.1倍，試粗略估算腔內光子數(shù)自1噪聲光子/腔模增至計算所得之穩(wěn)態(tài)腔內光子數(shù)須經多長時間。

解：穩(wěn)態(tài)時的功率輸出可以表示為

穩(wěn)態(tài)時的光子數(shù)為

下面來計算所需要的時間：

根據(jù)題意有，則

所以

因為，所以，所以有

10．腔內均勻加寬增益介質具有最佳增益系數(shù)gm及飽和光強ISG，同時腔內存在一均勻加寬吸收介質，其最大吸收系數(shù)為，飽和光腔為。假設二介質中心頻率均為，，試問：

(1)此激光能否起振？

(2)如果瞬時輸入一足夠強的頻率為的光信號，此激光能否起振？寫出其起振條件；討論在何種情況下能獲得穩(wěn)態(tài)振蕩，并寫出穩(wěn)態(tài)振蕩時腔內光強。

解：(1)

若增益介質和吸收介質的線寬分別為和，若，則在任何頻率下，均小于，因此不能起振。如果（如下圖所示），則當時不能振蕩，當或者才能振蕩。

(2)

若入射光強為，則增益介質的增益系數(shù)為

吸收介質的吸收系數(shù)為

假設增益介質的長度跟吸收介質的長度相等，則當滿足的時候激光器起振，所以激光器起振的條件為

即

當兩個介質的參量滿足(2)式，入射光強滿足(1)式的時候，激光器就可以起振，腔內光強不斷增加，當腔內光強增加到

時去掉入射信號，此時可得穩(wěn)定光強

11．低增益均勻加寬單模激光器中，輸出鏡最佳透射率Tm及閾值透射率Tt可由實驗測出，試求往返凈損耗及中心頻率小信號增益系數(shù)(假設振蕩頻率)。

解：輸出光強

閾值時有：

時，由(1)、(2)式可得：

12．有一氪燈激勵的連續(xù)摻釹釔鋁石榴石激光器(如圖5.3所示)。由實驗測出氪燈輸入電功率的閾值為2.2kW，斜效率(P為激光器輸出功率，為氪燈輸入電功率)。摻釹釔鋁石榴石棒內損耗系數(shù)。試求：

(1)

為10kW時激光器的輸出功率；

圖5.3

(2)

反射鏡1換成平面鏡時的斜效率(更換反射鏡引起的衍射損耗變化忽略不計；假設激光器振蕩于TEM00模)；

(3)

圖5.3所示激光器中換成0.1時的斜效率和=10kW時的輸出功率。

解：均勻加寬連續(xù)激光器輸出功率可以表示為

(1)為10kW時激光器的輸出功率為：

(2)

圖5.3所示的激光器

反射鏡1換成平面鏡之后

斜效率應為

(3)

圖5.3所示激光器的單程損耗為

反射鏡1的透過率改成之后，單程損耗變?yōu)?/p>

閾值泵浦功率為

當時，輸出功率為

第五篇：氣動馬達特性及工作原理

氣動馬達特性及工作原理

氣動馬達特性：

1、使用壓縮空氣為動力，安全防爆，不產生靜電、火花。

2、可以無級調速，馬達的轉速通過供氣的壓力，流量調節(jié)。

3、無超載危險，馬達負載過大，不會對馬達本身產生損毀，本體溫度也不會上升。

4、可以長時間滿載連續(xù)工作。

5、雙向旋轉，可實現(xiàn)正逆轉功能

6、操作方便，維護檢修簡單 工作流體：壓縮空氣

使用壓力： 6 kg /cm2(85 PSI)

最大使用壓力： 8 kg /cm2(115 PSI)

環(huán)境適溫度：-10 ~ +120C

國內品牌有德斯威

氣動馬達是一種作連續(xù)旋轉運動的氣動執(zhí)行元件，是一種把壓縮空氣的壓力能轉換成回轉機械能的能量轉換裝置，其作用相當于電動機或液壓馬達，它輸出轉矩，驅動執(zhí)行機構作旋轉運動。在氣壓傳動中使用廣泛的是葉片式、活塞式和齒輪式氣動馬達?？蓮V泛應用于小型攪拌輸料系統(tǒng)，200L以內非常合適?！钊綒鈩玉R達的工作原理

主要由：馬達殼體、連桿、曲軸、活塞、氣缸、配氣閥等組成。壓縮空氣進入配氣閥芯使其轉動，同時借配氣閥芯轉動，將壓縮空氣依次分別送入周圍各氣缸中，由于氣缸內壓縮空氣的膨脹，從而推動活塞連桿和曲軸轉動，當活塞被推至“下死點”時，配氣閥芯同進也轉至第一排氣位置。經膨脹后的氣體即自行從氣缸經過閥的排氣孔道直接排出。同時活塞缸內的剩余氣體全部自配氣閥芯分配閥的排氣孔道排出，經過這樣往復循環(huán)作用，就能使曲軸不斷旋轉。其功主要來自于氣體膨脹功。

Piston pneumatic motor principle of work Mainly consists of: motor shell, connecting rod, crankshaft, piston and cylinder, valve, etc.Compressed air into the air with its core, with rotation by air, will be the core of compressed air into the surrounding air cylinder respectively, due to the expansion of compressed air in cylinder, so as to promote the piston and crankshaft connecting, when the piston is pushed down dead spots ", with the core with air exhaust to first place.The expansion of the gas automatically from the exhaust duct cylinder valve directly after discharge.While the residual gas piston cylinder valve core with all the vent duct, corundum, through such reciprocating cycle can make the crankshaft constantly rotating.Its function mainly comes from the gas expanding power.※葉片式氣動馬達的工作原理

如圖所示是雙向葉片式氣動馬達的工作原理。壓縮空氣由A孔輸入，小部分經定子兩端的密封蓋的槽進入葉片底部(圖中未表示)，將葉片推出，使葉片貼緊在定子內壁上，大部分壓縮空氣進入相應的密封空間而作用在兩個葉片上。由于兩葉片伸出長度不等，因此，就產生了轉矩差，使葉片與轉子按逆時針方向旋轉，作功后的氣體由定子上的孔B排出。

若改變壓縮空氣的輸入方向（即壓縮空氣由B孔進入，從孔A孔排出）則可改變轉子的轉向。

圖-1雙向旋轉的葉片式馬達

(a)結構；(b)職能符號

Vane pneumatic motor principle of work

As shown is two-way vane pneumatic motor principle of work.Compressed air from A small hole, the input of the stator slots on both ends of the hermetic seal(FIG leaf base into not), will adhere to leaf blade on the wall of the stator, compressed air into the corresponding seal space and function in two blades.Because the two blades, therefore, stretch produced the torque, according to the rotor blades and reactive counter-clockwise after gas holes in the stator by B.If the change of compressed air input direction(i.e.by compressed air into the hole hole, B)is A hole can be changed from the rotor turning.※葉片式氣動馬達的工作原理

氣動馬達是以壓縮空氣為工作介質的原動機，它是采用壓縮氣體的膨脹作用，把壓力能轉換為機械能的動力裝置。

各類型式的氣馬達盡管結構不同，工作原理有區(qū)別，但大多數(shù)氣馬達具有以下特點：

1.可以無級調速。只要控制進氣閥或排氣閥的開度，即控制壓縮空氣的流量，就能調節(jié)馬達的輸出功率和轉速。便可達到調節(jié)轉速和功率的目的。

2.能夠正轉也能反轉。大多數(shù)氣馬達只要簡單地用操縱閥來改變馬達進、排氣方向，即能實現(xiàn)氣馬達輸出軸的正轉和反轉，并且可以瞬時換向。在正反向轉換時，沖擊很小。氣馬達換向工作的一個主要優(yōu)點是它具有幾乎在瞬時可升到全速的能力。葉片式氣馬達可在一轉半的時間內升至全速；活塞式氣馬達可以在不到一秒的時間內升至全速。利用操縱閥改變進氣方向，便可實現(xiàn)正反轉。實現(xiàn)正反轉的時間短，速度快，沖擊性小，而且不需卸負荷。

3.工作安全，不受振動、高溫、電磁、輻射等影響，適用于惡劣的工作環(huán)境，在易燃、易爆、高溫、振動、潮濕、粉塵等不利條件下均能正常工作。

4.有過載保護作用，不會因過載而發(fā)生故障。過載時，馬達只是轉速降低或停止，當過載解除，立即可以重新正常運轉，并不產生機件損壞等故障?？梢蚤L時間滿載連續(xù)運轉，溫升較小。

5.具有較高的起動力矩，可以直接帶載荷起動。起動、停止均迅速?？梢詭ж摵蓡?。啟動、停止迅速。

6.功率范圍及轉速范圍較寬。功率小至幾百瓦，大至幾萬瓦；轉速可從零一直到每分鐘萬轉。

7.操縱方便，維護檢修較容易 氣馬達具有結構簡單，體積小，重量輕，馬力大，操縱容易，維修方便。

8.使用空氣作為介質，無供應上的困難，用過的空氣不需處理，放到大氣中無污染 壓縮空氣可以集中供應，遠距離輸送

由于氣馬達具有以上諸多特點，故它可在潮濕、高溫、高粉塵等惡劣的環(huán)境下工作。除被用于礦山機械中的鑿巖、鉆采、裝載等設備中作動力外，船舶、冶金、化工、造紙等行業(yè)也廣泛地采用。

氣動馬達air motor是防爆電機的最佳代替品除了標準型號, 我們還有配備減速機的氣動減速馬達型號, 減速比從10:1至60:1。

特點包括:

1)可變轉速;

2)防爆選型指導

功率-P, 扭矩-M, 轉速-n，P-M-n三者的近似關系：

扭矩-轉速曲線:負直線(系數(shù)近似恒定)；功率-轉速曲線:拋物線(開口向下)；略...選擇歐博氣壓馬達的一般方法：

1、近似選擇接近要求參數(shù)的歐博馬達系列、型號；

2、查看所選氣壓馬達的特征圖(曲線圖)，進一步核對所選馬達型號是否合適，選擇最優(yōu)工作點；

3、考慮假如調節(jié)氣源，所選馬達是否能輸出需求的參數(shù)；

4、核對馬達尺寸，選擇安裝形式，輸出軸形式；

5、核算輸出軸的受力是否合適；

6、考慮其他方面(根據(jù)具體情況個別考慮)：...。

對于工作過程扭矩、轉速基本穩(wěn)定的應用: 略...對于工作過程負載(扭力)或轉速發(fā)生較大變化的應用： ●

氣動馬達選型參考：

選擇氣馬達的主要參數(shù)是：功率-P 扭矩-M 轉速-n 實際工作狀態(tài)下：P(瓦)= M(牛米)X n(轉/分鐘)X 0.105

選擇TSA氣壓馬達的一般方法是：(適用于：工作過程扭矩、轉速基本穩(wěn)定的應用)對于工作過程負載(扭力)或轉速發(fā)生較大變化的應用(比如，擰緊機用馬達)，按以下方法選擇： 解釋：

P-M-n三者的近似關系：

扭矩-轉速曲線：負直線(系數(shù)近似恒定)，功率-轉速曲線: 拋物線(開口向下)；

轉速n = 0 時(開始啟動)，功率P急劇上升，扭矩

M = 啟動扭矩(約等于最大扭矩的80%)；

轉速n = 大約是最大轉速一半時(最大功率轉速)，功率P = 最大值(最大功率)，扭矩M下降到 = 最大扭矩的50%-70% = 最大功率扭矩；

轉速n = 若轉速繼續(xù)升高(負載比較小，接近空載)，扭力下降，到最大轉速(此時是空載轉速)，功率P很小，扭力M很??；

若負載扭矩比較大，則馬達轉速下降，當負載扭力大于或等于馬達的停轉扭力(即最大扭力)，馬達失速停轉。

氣動馬達分為單向及雙向兩種形式。對于單向氣動馬達只需開閉進氣口即可控制馬達的轉動和停止。

雙向氣動馬達有兩個進氣口，一個主排氣口。馬達工作時從一個進氣口進氣，則另一進氣口為副排氣口，若需馬達旋轉方向改變時，只需將進氣口與副排氣口交換位置即可，所以選用的控制閥必須具備上述功能才能使馬達正常工作。建議選用三位四通閥或三位五通閥。在進行管道布置時，氣源與氣馬達之間的管道通徑（包括管道附件、控制閥、油霧器等）均不得小于與馬達相適應的最小內徑，且管道不得有嚴重的節(jié)流現(xiàn)象。管道接頭處應牢固、密封、不得有泄漏現(xiàn)象，否則氣動馬達達不到應有的工作性能。

如圖所示為葉片式氣動馬達結構原理圖。主要由定子、轉子、、葉片及殼體構成。在定子上有進一排氣用的配氣槽孔。轉子上銑有長槽。槽內裝有葉片。定子兩端蓋有密封蓋。轉子與定子偏心安裝。這樣，沿徑向滑動的葉片與殼體內腔構成氣動馬達工作腔室。

氣動馬達工作原理同液壓馬達相似。壓縮空氣從輸人口A進入。作用在工作室兩側的葉片上。由于轉子偏心安裝，氣壓作用在兩側葉片上產生的轉矩差，使轉子按逆時針方向旋轉。當偏心轉子轉動時，工作室容積發(fā)生變化，在相鄰工作室的葉片上產生壓力差，利用該壓力差推動轉子轉動。作功后的氣體從輸出口排出。若改變壓縮空氣輸入方向，即可改變轉子的轉向。

圖a所示葉片式氣動馬達采用了不使壓縮空氣膨脹的結構形式，即非膨脹式，工作原理如上所述。圖b所示葉片式氣動馬達采用了保持壓縮空氣膨脹行程的結構形式。當轉子轉到排氣口C位置時，工作室內的壓縮空氣進行一次排氣，隨后其余壓縮空氣繼續(xù)膨脹直至轉子轉到輸出口B位置進行二次排氣。氣動馬達采用這種結構能有效地利用部分壓縮空氣膨脹時的能量，提高輸出功率。非膨脹式氣動馬達與膨脹式氣馬達相比，其耗氣量大，效率低；單位容積的輸出功率大，體積小，重量輕。

葉片式氣動馬達一般在中、小容量及高速回轉的范圍使用，其耗氣量比活塞式大，體積小，重量輕，結構簡單。其輸出功率為0.1—20kW，轉速為500～25000r／min。另外，葉片式氣馬達啟動及低速運轉時的特性不好，在轉速500r／min以下場合使用，必需要配用減速機構。葉片式氣動馬達主要用于礦山機械和氣動工具中。

※氣動馬達的應用

目前，氣動馬達主要應用于礦山機械、專業(yè)性的機械制造業(yè)、油田、化工、造紙、煉鋼、船舶、航空、工程機械等行業(yè)，許多氣動工具如風鉆、風扳手、風砂輪等均裝有氣動馬達。隨著氣壓傳動的發(fā)展，氣動馬達的應用將更趨廣泛。如圖所示為氣動馬達的幾個應用實例.氣動馬達的工作適應性較強，可用于無級調速、啟動頻繁、經常換向、高溫潮濕、易燃易爆、負載啟動、不便人工操縱及有過載可能的場合。GASTON產品被廣泛應用到：礦山機械，動力傳動、提升氣動絞車、食品飲料機械、汽車零部件擰緊裝配、擰蓋（旋蓋）機、灌裝機、各種氣動工具的動力、多功能機床、管道疏通機、高壓清洗機、石油機械、造紙機械、船舶機械、印刷類機械、攪拌類機械、包裝機械、汽車配件廠、金屬加工、鉆孔攻絲、化工機械、木工機械、卷揚機、煉鋼、噴涂設備機械、坡口機、氣動式管道內對口機、氣動鏈鋸、氣動打包機、易燃易爆、粉塵、重載、潮濕等工作場所。