激光原理復(fù)習(xí)知識點

1、一 名詞解釋損耗系數(shù)及振蕩條件: ,即。為包括放大器損耗和諧振腔損耗在內(nèi)的平均損耗系數(shù)。線型函數(shù)：引入譜線的線型函數(shù)，線型函數(shù)的單位是S，括號中的表示線型函數(shù)的中心頻率，且有，并在加減時下降至最大值的一半。按上式定義的稱為譜線寬度。多普勒加寬:多普勒加寬是由于做熱運動的發(fā)光原子所發(fā)出的輻射的多普勒頻移所引起的加寬。縱模競爭效應(yīng)：在均勻加寬激光器中，幾個滿足閾值條件的縱模在震蕩過程中互相競爭，結(jié)果總是靠近中心頻率的一個縱模得勝，形成穩(wěn)定振蕩，其他縱模都被抑制而熄滅的現(xiàn)象。諧振腔的Q值:無論是LC振蕩回路，還是光頻諧振腔，都采用品質(zhì)因數(shù)Q值來標(biāo)識腔的特性。定義。為儲存在腔內(nèi)的總能量，p為單位時間內(nèi)

2、損耗的總能量。為腔內(nèi)電磁場的振蕩頻率。蘭姆凹陷：單模輸出功率P與單模頻率的關(guān)系曲線，在單模頻率等于0的時候有一凹陷，稱作蘭姆凹陷。鎖模：一般非均勻加寬激光器如果不采取特殊的選模措施，總是得到多縱模輸出，并且由于空間燒孔效應(yīng)，均勻加寬激光器的輸出也往往具有多個縱模，但如果使各個振蕩的縱模模式的頻率間隔保持一定，并具有確定的相位關(guān)系，則激光器輸出的是一列時間間隔一定的超短脈沖。這種使激光器獲得更窄得脈沖技術(shù)稱為鎖模。光波模：在自由空間具有任意波矢K的單色平面波都可以存在，但在一個有邊界條件限制的空間V內(nèi)，只能存在一系列獨立的具有特定波矢k的平面單色駐波;這種能夠存在腔內(nèi)的駐波成為光波模。注入鎖定：

3、用一束弱的性能優(yōu)良的激光注入一自由運轉(zhuǎn)的激光器中，控制一個強(qiáng)激光器輸出光束的光譜特性及空間特性的鎖定現(xiàn)象。（分為連續(xù)激光器的注入鎖定和脈沖激光器的注入鎖定）。譜線加寬：實際中的譜線加寬由于各種情況的影響，自發(fā)輻射并不是單色的，而是分布在中心頻率附近一個很小的頻率范圍內(nèi)。這就叫譜線加寬。頻率牽引：在有源腔中，由于增益物質(zhì)的色散，使縱模頻率比無源腔縱模頻率更靠近中心頻率，這種現(xiàn)象叫頻率牽引。自發(fā)輻射：處于高能級的一個原子自發(fā)的向躍遷，并產(chǎn)生一個能量為的光子受及輻射：處于高能級的一個原子在頻率為的輻射場作用下，向躍遷，并產(chǎn)生一個能量為的光子激光器的組成部分：諧振器，工作物質(zhì)，泵浦源腔的模式：將光學(xué)諧

4、振腔內(nèi)肯能存在的電磁場的本征態(tài)稱為。光子簡并度：處于同一光子態(tài)的光子數(shù)。含義：同態(tài)光子數(shù)、同一模式內(nèi)的光子數(shù)、處于相干體積內(nèi)的光子數(shù)、處于同一相格內(nèi)的光子數(shù) 激光的特性：1.方向性好，最小發(fā)散角約等于衍射極限角2.單色性好3.亮度高4.相干性好粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：在外界激勵下，物質(zhì)處于非平衡狀態(tài)，使得n2n1增益系數(shù)：光通過單位長度激活物質(zhì)后光強(qiáng)增長的百分?jǐn)?shù)增益飽和：在抽運速率一定的條件下，當(dāng)入射光的光強(qiáng)很弱時，增益系數(shù)是一個常數(shù)；當(dāng)入射光的光強(qiáng)增大到一定程度后，增益系數(shù)隨光強(qiáng)的增大而減小。Q值：是評定激光器中光學(xué)諧振腔質(zhì)量好壞的指標(biāo)品質(zhì)因數(shù)?？v模：在腔的橫截面內(nèi)場分布是均勻的，而沿腔的軸線方向即縱向

5、形成駐波，駐波的波節(jié)數(shù)由q決定將這種由整數(shù)q所表征的腔內(nèi)縱向場分布稱為縱模橫模：腔內(nèi)垂直于光軸的橫截面內(nèi)的場分布稱為橫模菲涅爾數(shù)：N,即從一個鏡面中心看到另一個鏡面上可劃分的菲涅爾半波帶的數(shù)目。表征損耗的大小。衍射損耗與N成反比。自在現(xiàn)模：把開腔鏡面上經(jīng)一次往返能再現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)場分布稱為自在現(xiàn)?；驒M模。損耗系數(shù)：光通過單位距離后光強(qiáng)衰減的百分?jǐn)?shù) 自激振蕩：不管初始光強(qiáng)多微弱，只要放大器足夠長，就總能形成確定大小的光強(qiáng)Im，滿足振蕩條件。多普勒效應(yīng)：設(shè)一發(fā)光原子(光源)的中心頻率為n0，當(dāng)原子相對于接收器以速度vz運動時，接收器測得的光波頻率變?yōu)椋裕?；多普勒加寬：由于作熱運動的發(fā)光原子(分子)所發(fā)

6、出的輻射的多普勒頻移引起的加寬譜線加寬：由于各種因素的影響，自發(fā)輻射并不是單色的，而是分布在中心頻率附近一個很小的頻率范圍內(nèi)。譜線寬度：線型函數(shù)在n0時有最大值，下降至最大值的一半，對應(yīng)得寬度。線性函數(shù)：歸歸一化的自發(fā)輻射光功率，描述單色輻射功率隨頻率變化的規(guī)律，定義為分布在某一頻率附近單位頻率間隔內(nèi)的自發(fā)輻射功率與整個頻率范圍內(nèi)的自發(fā)輻射總功率之比。用于表示譜線的形狀。均勻加寬：引起加寬的物理因素對每個原子都是等同的，包括自然加寬、碰撞加寬及晶格振動加寬每個發(fā)光原子都以整個線型發(fā)射，不能把線型函數(shù)上的某一特定頻率和某些特定原子聯(lián)系起來，每一發(fā)光原子對光譜線內(nèi)任一頻率都有貢獻(xiàn)。非均勻加寬：原子

7、體系中每個原子只對譜線內(nèi)與它的表現(xiàn)中心頻率相應(yīng)的部分有貢獻(xiàn)，因而可以區(qū)分譜線上的某一頻率范圍是由哪一部分原子發(fā)射的，包括氣體工作物質(zhì)中的多普勒加寬和固體工作物質(zhì)中的晶格缺陷加寬。激光器振蕩閾值：工作物質(zhì)自發(fā)輻射在光腔內(nèi)因不斷獲得受激放大形成振蕩所需要的門限條件，可用反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度，閾值增益系數(shù)，閾值泵浦功率來表示。：不滿足閾值條件，但處于集居數(shù)反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì)對自發(fā)輻射光具有放大作用。增益的空間燒孔效應(yīng):在駐波腔激光器中，腔內(nèi)形成一個駐波場,波腹處增益最小，而波節(jié)處增益最大，沿光腔方向增益系數(shù)的這種非均勻分布稱為空間燒孔效應(yīng)自選模：設(shè)三個縱模v1，v2，v3同時起振，隨著振蕩的持續(xù)光強(qiáng)I1，I2

8、，I3逐漸增大，當(dāng)光強(qiáng)足夠大，（可與Is比擬時）由于增益飽和，導(dǎo)致增益曲線在各頻率處整體下降，結(jié)果各縱模由于增益系數(shù)小于閾值增益系數(shù),先后熄滅，最后僅剩下最接近中心頻率vo的一個縱模維持自激振蕩，這一現(xiàn)象稱。模式的空間競爭：由于空間燒孔效應(yīng)的存在，不同的縱模可利用空間內(nèi)不同的粒子反轉(zhuǎn)數(shù)獲得增益，從而實現(xiàn)多縱模振蕩。稱為。單模激光器的線寬極限：輸出激光是一個略有衰減的有限長波列，具有一定的譜線寬度。由自發(fā)輻射產(chǎn)生的無法排除譜線寬度稱為極限線寬。實際激光器中由于各種不穩(wěn)定因素，縱模頻率本身的漂移遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于極限線寬總量子效率：發(fā)射熒光的光子數(shù)/工作物質(zhì)從光泵吸收的光子數(shù)。物理意義：抽運到E3的例子，一

9、部分無輻射躍遷到E2，另一部分通過其他途徑返回基態(tài)。到達(dá)E2的粒子，一部分自發(fā)輻射躍遷至E1發(fā)射熒光，一部分無輻射躍遷至E1。弛豫時間：某種狀態(tài)的建立或消亡過程。 縱向弛豫時間T1：反轉(zhuǎn)粒子數(shù)的增長與衰減所需時間。橫向弛豫時間T2：宏觀感應(yīng)電極化的產(chǎn)生和消亡不是瞬時的。極化強(qiáng)度P(z, t)較E(z, t)落后的時間T2即是橫向弛豫時間。馳豫振蕩：固體脈沖激光器所輸出的并不是平滑的光脈沖，而是一群寬度只有微秒量級的短脈沖序列，即所謂尖峰”序列。激勵越強(qiáng)，則短脈沖之間的時間間隔越小。稱作。反蘭姆凹陷：在飽和吸收穩(wěn)頻中，把吸收管放在諧振腔內(nèi)，并且腔內(nèi)有一頻率為n1的模式振蕩，若n1 n0，購正向傳

10、播的行波及反向傳播的行坡分別在吸收曲線的形成兩個燒孔。若n1 n0 ，剛正反向傳播的行波共同在吸收曲線的中心頻率處燒一個孔。若作出光強(qiáng)一定時吸收系數(shù)和振蕩頻率的關(guān)系曲線，則曲線出現(xiàn)凹陷，激光器輸出功率出現(xiàn)一個尖銳的尖峰。二 簡答題譜線加寬的類型？什么是均勻加寬，非均勻加寬？他們各自的特點是什么？類型:均勻加寬（自然加寬，碰撞加寬，晶格振動加寬），非均勻加寬（多普勒加寬，晶格缺陷加寬），綜合加寬。均勻加寬及特點：引起加寬的物理因素對每個原子都是相同的。特點：每個發(fā)光原子都以整個線型發(fā)射，不能把線型函數(shù)上某一特定原子聯(lián)系起來。每個發(fā)光原子對光譜線內(nèi)任一頻率都有貢獻(xiàn)。非均勻加寬特點：原子體系中每一個

11、原子只對譜線內(nèi)與他的表觀中心頻率相應(yīng)的部分有貢獻(xiàn)，因而可以區(qū)分譜線中的某一頻率范圍是哪一部分原子發(fā)射的。什么是激光工作物質(zhì)的縱模和橫模燒孔效應(yīng)？他們對激光器工作模式的影響。在非均勻加寬工作物質(zhì)中，頻率為的強(qiáng)光只在附近寬度約為的范圍內(nèi)引起反轉(zhuǎn)集聚數(shù)飽和，對表觀中心頻率處在燒孔范圍外的反轉(zhuǎn)集聚數(shù)沒有影響。若有一頻率V的弱光同時入射，如果頻率V處在強(qiáng)光造成的燒孔范圍之內(nèi)，則由于集聚數(shù)反轉(zhuǎn)的減少，弱光增益系數(shù)將小于小信號增益系數(shù)。如果頻率V在燒孔范圍之外，則弱光增益系數(shù)不受強(qiáng)光的影響，、而仍等于小信號增益系數(shù)。所以在增益系數(shù)-頻率曲線上，頻率為處產(chǎn)生一個凹陷。此現(xiàn)象稱為增益曲線的燒孔效應(yīng)。燒孔效應(yīng)一般

12、使激光器工作于多縱模和多橫模的情況，不利于提高光的相干性但有利于增加光的能量或功率。鎖模的目的和意義及其方法。目的是為了得到更窄的脈沖。方法：主動鎖模（振幅調(diào)制鎖模和相位調(diào)制鎖模），被動鎖模。簡述速率方程所說明的問題及應(yīng)用情況。速率方程表征激光器腔內(nèi)光子數(shù)和工作物質(zhì)各有關(guān)能級上的原子數(shù)隨時間變化的微分方程組。它只能給出激光的強(qiáng)度特性，而不能揭示出色散(頻率牽引)效應(yīng)，也不能給出與激光場的量子起伏有關(guān)的特性。對于燒孔效應(yīng)、蘭姆凹陷、多模競爭等，則只能給出粗略的近似描述。簡述穩(wěn)定球面腔中橫模形成的過程及分布特點。設(shè)想一均勻平面波垂直入射到傳輸線的第一個孔闌上，第一個孔面波的強(qiáng)度分布應(yīng)該是均勻的。由

13、于衍射，再穿過該孔后波前將發(fā)生變化，并且波束將產(chǎn)生若干旁瓣，也就是說，已不再是均勻平面波了。當(dāng)它達(dá)到第二孔時，其邊緣部分將比中心部分小。而且第二個孔面將不再是等相位面了。通過第二個孔時，波束又將發(fā)生衍射然后經(jīng)過第三個孔每經(jīng)過一個孔波的振幅和相位將發(fā)生一次改變，通過若干個孔后，波的振幅和相位分布被改變成這樣的形狀，以至于他們不再受衍射的影響。當(dāng)通過足夠多的孔闌時，鏡面上的場的振幅和相位分布將不再發(fā)生變化，即形成橫模。鏡面中心附近的場振幅和相位分布可以用厄米特-高斯函數(shù)描述。橫模在鏡面上振幅分布的特點取決于厄米特多項式和高斯分布函數(shù)的乘積。厄米特多項式的零點決定場的節(jié)線，厄米特多項式的正負(fù)交替變化

14、與高斯函數(shù)隨X,Y的增大而單調(diào)下降的特性決定場分布的外形輪廓。由于m階厄米特多項式有m個零點，因此橫模在X方向有m條節(jié)線，沿y方向有n條節(jié)線。簡述Q調(diào)制技術(shù)原理。為了得到更高的峰值功率和窄的單個脈沖，采用Q調(diào)制技術(shù)。它是通過某種方法是諧振腔的損耗因子按照規(guī)定的程序變化，在泵浦激勵剛開始的時候，使光腔具有高損耗因子，激光器由于閾值高而不能產(chǎn)生激光振蕩，于是亞穩(wěn)態(tài)上的粒子數(shù)便可以積累到較高的水平。然后在適當(dāng)?shù)臅r刻，使腔的損耗因子突然降到，閾值也隨之突然降低，此時反轉(zhuǎn)集聚數(shù)大大超過閾值，手機(jī)輻射也迅速的增強(qiáng)。于是在極短的時間內(nèi)上能級儲存的大部分粒子的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榧す饽芰?，形成一個很強(qiáng)的激光巨脈沖輸出。

15、方法：電光調(diào)Q，聲光調(diào)Q，被動調(diào)Q。激光器的組成部分及作用。激光器應(yīng)該包括光放大器和光諧振腔兩部分，但對光腔的作用歸結(jié)為兩點：模式選擇。保證激光器的單模振蕩，從而提高激光器的相干性。提供軸向光波模的反饋。q參數(shù)的定義及應(yīng)用q參數(shù)可以用來分析高斯光束的傳輸問題；用于分析高斯光束的聚焦和準(zhǔn)直；分析高斯光束的自再現(xiàn)變換。9.電光調(diào)節(jié)q開關(guān)注意的問題要獲得一高峰值功率的窄脈沖，對同步電路的要求是： a 給出可靠的觸發(fā)信號去點燃氙燈。 b在點燃氙燈的同時，給出一脈沖信號經(jīng)過一段延遲時間后，退去晶體上的電壓，打開Q開關(guān)。延遲時間可靠、準(zhǔn)確、可調(diào)。c退電壓要快開關(guān)速度快。 d晶體上加四分之一波長電壓，要求穩(wěn)

16、定可調(diào)。 e保證Q開關(guān)關(guān)的及時。YAG 激光器開始工作時泵浦等上有高壓，調(diào)制是不要碰及,實驗中激光器輸出的光能量高、功率密度大，應(yīng)避免直射到眼睛。特別是532nm 綠光。避免用手接觸激光器的輸出鏡，晶體的鍍膜面，膜片應(yīng)防潮。10.簡述用掃描干涉儀確定激光器輸出光中縱橫模的原理掃描干涉儀接受的信號連接到示波器上，拍下示波器上的縱橫模分布圖。根據(jù)干涉序個數(shù)和頻譜的周期性，確定哪些模式屬于同一個干涉序。在同一個干涉序內(nèi)，根據(jù)縱模的定義，測出縱模頻率間隔確定示波器熒光屏上頻率增加的方向，一遍確定同一個縱模序數(shù)內(nèi)哪些模是基橫模，哪些是高階橫模。測出不同橫模的頻率間隔觀察激光器在遠(yuǎn)處屏上的光斑形狀，辨認(rèn)出

17、每個橫模的序數(shù)，即mn。11.簡述Nd：YAG激光器的結(jié)構(gòu)和輸出特性 Nd：YAG激光器以Nd:YAG晶體為工作物質(zhì)，它屬四能級系統(tǒng)，并具有量子效率高、受激輻射面大的優(yōu)點。其閾值非常小，而且釔鋁石榴石晶體還具有較高的熱導(dǎo)率，易于散熱，因此Nd：YAG激光器不僅可以單次脈沖運轉(zhuǎn)，出功率已超過1000W，每秒5000次重復(fù)頻率的輸出峰值功率已達(dá)千瓦以上，每秒幾十次還可以高重復(fù)率或者聯(lián)系運轉(zhuǎn)。目前，Nd：YAG激光器的最大輸重復(fù)頻率的調(diào)Q激光器的峰值功率可達(dá)幾百瓦.。Nd：YAG激光器的應(yīng)用非常廣泛，它主要用在加工方面，用于打孔、切割、劃片、焊接、阻值微調(diào)、打標(biāo)和表面改性等。12.Ne激光器的結(jié)構(gòu)和

18、輸出特性He-Ne激光器的基本結(jié)構(gòu)由激光管和電源兩部分組成,其中,激光管主要包括放電管、電極和諧振腔三部分,放電管是He-Ne激光器的核心。放電管通常由毛細(xì)管和儲氣室構(gòu)成。當(dāng)在電極上施加高壓后,毛細(xì)管中的氣體開始放電,使氖原子產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。按照諧振腔與放電管的放置方式不同,可分為內(nèi)腔式、外腔式和半內(nèi)腔式 特點： He-Ne激光器輸出連續(xù)光,主要工作波段在可見光到近紅外區(qū)域,其中,最常用的工作波長為632.8nm(紅光),其次是1.15m和3.39m以及1.52m、543.5nm等。He-Ne激光器輸出光束質(zhì)量很高,表現(xiàn)為單色性好(20Hz)和方向性好(Q1mrad)。由于增益低,輸出功率一般

19、為毫瓦量級(0.5100mW)。器件結(jié)構(gòu)簡單,造價低廉。應(yīng)用：He-Ne激光器廣泛應(yīng)用于準(zhǔn)直、精密計量、信息處理、醫(yī)療、照排印刷等領(lǐng)域13. co2激光器 CO2激光器的輸出特性有兩個顯著的特點:其一是輸出功率或能量相當(dāng)大,能量轉(zhuǎn)換效率高。 CO2 激光器連續(xù)輸出功率可達(dá)數(shù)十萬瓦,是所有激光器中連續(xù)輸出功率最高的器件;脈沖輸出能量可達(dá)數(shù)萬焦,脈寬可壓縮到納秒量級,脈沖功率密度可達(dá)太瓦量級。 其二是輸出波長分布在918m波段,已觀察到的激光譜線二百多條。 其中,911m紅外波段中最重要的輸出波長10.6m處于大氣傳輸?shù)拇翱?有利于激光測距、激光制導(dǎo)、大氣通信等方面的應(yīng)用,且該波長對人眼安全。 1

20、4.紅寶石激光器從應(yīng)用觀點看,紅寶石激光器輸出可見光極具吸引力,一是因為光電探測器件的響應(yīng)波長大多位于可見光區(qū),而大多數(shù)稀土元素四能級系統(tǒng)固體激光器工作波長則位于近紅外區(qū)域,二是對于全息照相等應(yīng)用,需要使用可見光作為光源。 缺點:能級結(jié)構(gòu)屬三能級系統(tǒng),器件閾值高;晶體性能隨溫度變化明顯,室溫下不適于做連續(xù)和高重頻器件。15.鈦寶石激光器激活離子為三價鈦離子(Ti3+)，激光波長在660nm1.1m叫范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，峰值波長在800nm附近，是目前調(diào)諧范圍最寬的激光器之一。鈦寶石激光器的激光上能級壽命較短，只有3.2s，用燈泵較困難，通常用氬離子激光、Nd:YAG倍頻激光泵浦。采用自鎖模技術(shù)，欽

21、寶石激光器可直接輸出脈寬短至6.5fs的激光脈沖，這是所有激光器中從諧振腔直接輸出的最窄激光脈沖。調(diào)諧范圍最寬和鎖模脈寬最窄兩大特點使得鈦寶石激光器成為目前最重要的激光器之一16.N2激光器氮分子激光器是一種重要的近紫外相干光源。它的輸出峰值功率高（Peak power_45 kW ），脈沖持續(xù)時間短（3.5 ns），而且結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，因此受到人們的廣泛重視。它可以作為有機(jī)染料激光器的泵浦光源，可以獲得從近紅外到近紫外的連續(xù)可調(diào)激光輸出，是激光喇曼光譜儀的一種理想光源。此外，氮激光器在激光分離同位素、熒光診斷、超高速攝影、污染檢測以及醫(yī)療衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)育種等方面也得到廣泛應(yīng)用。由于其短波長更

22、易聚焦得到小光斑，因此被用于加工亞微米量級的元件了，例如光掩模、復(fù)雜的集成電路、薄膜電阻的生產(chǎn)。17.影響模式的因素不同的激光器結(jié)構(gòu)輸出模式不同；自發(fā)輻射使得譜線加寬，燒孔效應(yīng)、模式競爭等會使得多縱模輸出；不穩(wěn)定因素的影響使得頻率漂移；振蕩線寬與縱模間隔之間的關(guān)系，縱模間隔大于振蕩線寬，可單模輸出.18.諧振腔與激光模式之間的關(guān)系，由諧振腔結(jié)構(gòu)確定激光模式的常用方法。腔的模式:光學(xué)諧振腔內(nèi)可能存在的電磁場的本征態(tài)稱。場的每一個本征態(tài)將具有一定的振蕩頻率和一定的空間分布。腔與模的關(guān)系： 腔內(nèi)電磁場的本征態(tài)應(yīng)由麥克斯韋方程組及腔的邊界條件決定。不同類型和結(jié)構(gòu)的諧振腔的模式各不相同。不管是開腔閉腔，

23、一旦給定了腔的具體結(jié)構(gòu)，則其中振蕩模的特征也隨之確定下來。模的基本特征：模在腔的橫截面內(nèi)的場分布，模的諧振頻率，模在腔內(nèi)往返的相對功率損耗；模的光束發(fā)散角。常用方法：方形鏡共焦腔：輸出光斑為軸對稱；圓形鏡共焦腔，輸出的是旋轉(zhuǎn)對稱的；環(huán)形腔，一般可以實現(xiàn)單縱模振蕩；均勻激光器一般為單縱模振蕩。非均勻激光器一般為多模振蕩。附錄資料：不需要的可以自行刪除 竹材重點知識1竹材及非木質(zhì)材料作為原料的應(yīng)用特點與局限A非木質(zhì)原料應(yīng)用中具有的優(yōu)點來源廣泛，價格低廉；原料單一，對穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量有利，生產(chǎn)工藝易于控制；備料工段設(shè)備簡單（竹材除外）；工業(yè)生產(chǎn)中動力消耗較木質(zhì)原料少（加工、干燥等）。B不利因素原料收獲季

24、節(jié)性強(qiáng)。為保證常年生產(chǎn)，工廠需儲備8-9個月的原料，而該類原料體積蓬松，占用地面與空間很大，造成儲存場地之困難；原料收購局限性強(qiáng)。非木質(zhì)原料質(zhì)地松散，造成收集與運輸上的不便，為降低成本，收集半徑一般不超過100公里；非木質(zhì)原料儲藏保管較難。非木質(zhì)原料所含糖類、淀粉及其它易分解的物質(zhì)較木質(zhì)材料高，易于蟲蛀或產(chǎn)生霉變與腐爛（采取的措施：高密度打包儲存，切段堆積儲存，干燥后儲存，噴灑藥劑儲存等，但增加了工序和成本）；非木質(zhì)原料含雜雜物多（蔗渣含20%以上的蔗髓，棉桿含殘花和泥沙，蘆葦有葦髓和葉鞘，稻殼含米坯等），對產(chǎn)品質(zhì)量有影響，生產(chǎn)前應(yīng)分離，增加了工序與成本；其它尚未解決的問題：棉桿皮韌性大，纏繞

25、設(shè)備造成堵塞、起火；原料易水解，濕法生產(chǎn)中造成的污染大；稻殼板硬度大，對刀具磨損十分嚴(yán)重等，目前尚無參考模式，有待進(jìn)一步研究克服。2.分布概況： 竹子是森林資源之一。中國竹類資源分為四個區(qū)：黃河-長江竹區(qū)、長江-南嶺竹區(qū)、華南竹區(qū)、西南高山竹區(qū)。3地下莖：竹類植物在土中橫向生長的莖部，有明顯的分節(jié)，節(jié)上生根，節(jié)側(cè)有芽，可萌發(fā)而為新的地下莖或發(fā)筍出土成竹，俗稱竹鞭，亦名鞭莖。因竹種不同，地下莖有下列三種類型：單軸型、合軸型、復(fù)軸型。4.竹稈：竹稈是竹子的主題部分，分為稈柄、稈基和稈莖三部分。1）稈柄：竹稈的最下部分，與竹鞭或母竹的稈基相連，細(xì)小、短縮、不生根，俗稱螺絲釘或龍眼雞頭，是竹子地上和地

26、下系統(tǒng)連接輸導(dǎo)的樞紐。2）稈基：竹稈的入土生根部分，由數(shù)節(jié)至10數(shù)節(jié)組成，節(jié)間短縮而粗大。稈基各節(jié)密集生根，稱為竹根，形成竹株獨立根系。稈基、稈柄和竹根合稱為竹蔸。3）稈莖：竹稈的地上部分，端正通直，一般形圓而中空有節(jié)，上部分枝著葉。每節(jié)有兩環(huán)，下環(huán)為籜環(huán)，又叫鞘環(huán)，是竹籜脫落后留下的環(huán)痕；上環(huán)為稈環(huán)，是居間分生組織停止生長后留下的環(huán)痕。兩環(huán)之間稱為節(jié)內(nèi)，兩節(jié)之間稱為節(jié)間。相鄰兩節(jié)間有一木質(zhì)橫隔，稱為節(jié)隔，著生于節(jié)內(nèi)。竹稈的節(jié)、節(jié)間形狀和節(jié)間長度因竹種而有變化。5.竹子各部位之間的關(guān)系 竹連鞭，鞭生芽，芽孕筍，筍長竹，竹又養(yǎng)鞭，循環(huán)增殖，互為因果，鞭竹息息相關(guān)的統(tǒng)一有機(jī)整體。6竹林的采伐竹林采

27、伐時必須做到“采育兼顧”，才能達(dá)到竹林永續(xù)利用、資源永不枯竭之目的。正確確定伐竹年齡、采伐強(qiáng)度、采伐季節(jié)、采伐方法四個技術(shù)環(huán)節(jié)是竹林采伐的關(guān)鍵所在。7.采伐竹齡：竹林為異齡林，一般只能采取齡級擇伐方式，根據(jù)竹類植物的生長發(fā)育規(guī)律，竹筍成竹后，稈形生長基本結(jié)束，體積不再有變化，但材質(zhì)生長仍在進(jìn)行，密度和力學(xué)強(qiáng)度仍在增長和變化，根據(jù)其變化情況可分為三個階段，即材質(zhì)增進(jìn)期，材質(zhì)穩(wěn)定期和材質(zhì)下降期。竹子的采伐年齡最好在竹材材質(zhì)穩(wěn)定期，遵循“存三（度）砍四（度）不留七（度）”的原則。8.伐竹季節(jié)：春栽夏劈秋冬伐。 一般竹林應(yīng)該在冬季采伐，應(yīng)在出筍當(dāng)年的晚秋或冬季（小年春前）。花年竹林，應(yīng)砍伐竹葉發(fā)黃、即

28、將換葉的小年竹，而不應(yīng)砍伐竹葉茂密正在孵筍的大年竹；叢生竹林，一般夏秋季節(jié)出筍，采伐季節(jié)選在晚秋或早春，使新竹能發(fā)枝展葉。 原因：a.該季節(jié)竹子處于休眠狀態(tài)，竹液流動慢，同化作用較弱； b.可溶性物質(zhì)變成復(fù)雜的有機(jī)物儲存，竹材力學(xué)性質(zhì)好，不易蟲蛀； c.冬季，林地中主要害蟲處于越冬狀態(tài)，不會對采伐后的竹林造成傷害； d.該季節(jié)新竹尚未發(fā)出，可避免采伐時造成損傷。9.竹材的儲藏與保管具體要求：1）按照不同質(zhì)量分類保管；2）按照規(guī)格大小，分別存放；3）先進(jìn)先出，推陳出新；4）防蟲防蛀，噴熏藥物。10.竹材的缺陷及其發(fā)生規(guī)律：1）蟲蛀和霉腐一般發(fā)生規(guī)律如下：a.竹黃較竹青嚴(yán)重；b.6-7年生竹材較輕

29、，3-5年生以下較重；c.冬季采伐的較輕，秋季次之，春季采伐的較重；e.山地生長的較平地生長的輕；f.通風(fēng)透光儲藏遭受損害的較少，陰暗不透風(fēng)的則多。11.竹壁：竹稈圓筒狀的外殼。一般根部最厚，至上部遞減，自內(nèi)向外分為竹青、竹肉和竹黃三個部分。 12.影響竹材密度的因素：竹種：與其地理分布有一定的關(guān)系，分布在氣溫較低、雨量較少的北部地區(qū)的竹材（如剛竹）密度較大，反之，則密度較小。竹齡：隨著年齡的增長，密度不斷的提高和變化（因竹材細(xì)胞壁和內(nèi)容物是隨竹齡的增加而逐漸充實和變化的），可根據(jù)其規(guī)律性作為確定竹材合理采伐年齡的理論依據(jù)之一。立地條件：氣候溫暖多濕，土壤深厚肥沃的條件下生長好，竹竿粗大，但組

30、織疏松，維管束密度小，從而密度小，反之密度大。竹稈部位：同一竹種，自基部至稍部，密度逐漸增大，同一高度上，竹壁外側(cè)高于內(nèi)側(cè)，有節(jié)部分大于無節(jié)部分。13竹材特性竹材與木材相比，具有強(qiáng)度高、韌性大，剛性好、易加工等特點，使竹材具有多種多樣的用途，但這些特性也在相當(dāng)程度上限制了其優(yōu)越性的發(fā)揮，竹材的基本特性如下：1）易加工，用途廣泛：剖篾、編織、彎曲成型、易染色漂白、原竹利用等；2）直徑小，壁薄中空，具有尖削度：強(qiáng)重比高，適于原竹利用，但不能像木材一樣直接進(jìn)行鋸切、刨切和旋切，經(jīng)過一定的措施可以獲得高得率的旋切竹單板和紋理美觀的刨切竹薄木；3）結(jié)構(gòu)不均勻：給加工利用帶來很多不利影響（如竹青、竹黃對膠

31、粘劑的濕潤、膠合性能幾乎為零，而竹肉則有良好的膠合性能；4）各向異性明顯：主要表現(xiàn)在縱向強(qiáng)度大，橫向強(qiáng)度小，容易產(chǎn)生劈裂5）易蟲蛀、腐朽和霉變：竹材比木材含有更多的營養(yǎng)物質(zhì)造成；6）運輸費用大，難以長期保存：壁薄中空，體積大，車輛實際裝載量小，不宜長距離運輸；易蟲蛀、腐朽和霉變，不宜長時間保存；砍伐季節(jié)性強(qiáng)，規(guī)?；a(chǎn)與原竹供應(yīng)之間矛盾較為突出。14. 竹材人造板的構(gòu)成原則：以克服竹材本身固有的某些缺陷，使竹材人造板具有幅面大且不變形、不開裂等特點為出發(fā)點的，主要遵循以下兩個原則：對稱原則：對稱中心平面兩側(cè)的對應(yīng)層，竹種、厚度、層數(shù)、纖維方向、含水率、制造方法相互對應(yīng)。奇數(shù)性原則：主要針對非定

32、向結(jié)構(gòu)的多層人造板15.竹材人造板的結(jié)構(gòu)特性：1）結(jié)構(gòu)的對稱性：盡可能的克服各向異性2）強(qiáng)度的均齊性：材料在各個方向強(qiáng)度大小的差異，以均齊系數(shù)表達(dá)（竹纖維板、碎料板趨于1）。 3）材質(zhì)的均勻性：能提高板材外觀質(zhì)量，也可減少應(yīng)力集中造成的破壞。(板材優(yōu)于竹材，結(jié)構(gòu)單元越小的板材均勻性越好).16.膠層厚度：不產(chǎn)生缺膠的情況下，越薄越好（2050微米）？1）薄膠層變形需要的應(yīng)力比厚膠層大2）隨著膠層厚度的增加，流動或蠕變的幾率增大3）膠層越厚，由膨脹差而引起界面的內(nèi)應(yīng)力與熱應(yīng)力大4）堅硬的膠粘劑，膠合界面在彎曲應(yīng)力的作用下，薄膠層斷裂強(qiáng)度高5）膠層越厚，氣泡或其他缺陷數(shù)量增加，早期破壞幾率增加17

33、. 竹材膠合板：是將竹材經(jīng)過高溫軟化展平成竹片毛坯，再以科學(xué)的、比較簡便的、連續(xù)化的加工方法和盡可能少改變竹材厚度和寬度的結(jié)合形式獲得最大厚度和寬度的竹片，減少生產(chǎn)過程中的勞動消耗和膠粘劑用量，從而生產(chǎn)出保持竹材特性的強(qiáng)度高、剛性好、耐磨損的工程結(jié)構(gòu)用竹材人造板。竹材的高溫軟化-展平是該項工藝的主要特征。A原竹截斷截斷：先去斜頭；由基至稍，分段截?。唤貜澊嬷?，提高等級；留足余量。B竹片軟化的目的：將半圓形的竹筒展平，則竹筒的外表面受壓應(yīng)力，內(nèi)表面受拉應(yīng)力，其應(yīng)力大小為：=ES/2r減小E值是減小竹材展平時反向應(yīng)力的有效手段，從而可以減少展平時竹材內(nèi)表面的裂縫的寬度和深度。減小竹材彈性模量的方法

34、和措施統(tǒng)稱為竹材軟化。C.軟化方法 ：在目前的技術(shù)條件下，提高竹筒含水率和溫度是提高竹材本身塑性、減小竹材彈性模量，從而達(dá)到減小展開過程中方向彎曲時拉伸應(yīng)力的有效措施。D.刨削加工目的：1）去青去黃，改善竹材表面性能，提高膠粘效果； 2）使竹片全長上具有同一厚度，以獲得較高膠粘性能和較小的厚度偏差。E.竹片干燥: 實踐證明，使用PF時，竹片的含水率應(yīng)低于8%，而使用UF時，應(yīng)小于12%，才能獲得理想的膠合強(qiáng)度。預(yù)干燥：目的為了提高竹片的干燥效率，主要設(shè)備是高效螺旋燃燒爐竹片干燥窯，干燥周期較長，一般10-12小時，終含水率由35-50%降至12-15%。定型干燥：因竹片是由圓弧狀經(jīng)水煮、高溫軟

35、化、展平而成平直狀，但在自然狀態(tài)中仍具有較大的彈性恢復(fù)力，故需采用加壓的干燥和設(shè)備。F組坯：將面、背板竹片和涂過膠的芯板竹片組合成板坯的過程成為組坯。1）板坯厚度的確定：s=100s合/（100-）式中：s為板坯厚度（各層竹片厚度之和，mm），s合為竹材膠合板厚度（mm），為板坯熱壓時的壓縮率（%）。板坯的壓縮率與熱壓時的溫度、壓力和竹材的產(chǎn)地、竹齡等多種因素有關(guān)。通常溫度為140-145，單位壓力為3.0-3.5Mpa時，板坯的壓縮率為13.0%-16.0%。2）組坯操作注意事項：a. 面、背板竹片應(yīng)預(yù)先區(qū)分好。b.組坯時芯板與面、背板竹片纖維方向應(yīng)互相垂直。面板與背板竹片組坯時，竹青面朝外

36、，竹黃面朝內(nèi)；芯板竹片組坯時，為防止竹材膠合板由于結(jié)構(gòu)不對稱而產(chǎn)生變形，應(yīng)將每張竹片的竹青、竹黃的朝向依次交替排列。c.竹片厚度較大，寬度較?。ㄆ骄?00毫米左右），涂膠量不大，因而其吸水膨脹值（絕對值）不大，故芯板組坯時不必留有吸水膨脹后的間隙，只需將竹片涂膠后緊靠排列即可。d.組坯時面、背板及芯板竹片組成的板坯要做到“一邊一角一頭”平齊，可為鋸邊工序提供縱邊和橫邊兩個基準(zhǔn)面。G熱壓膠合1)工藝過程：竹片涂膠以后組成板坯，經(jīng)過加溫加壓使膠粘劑固化，膠合成竹材膠合板的過程稱為熱壓膠合，這是一個十分復(fù)雜的物理和化學(xué)變化過程。可壓力變化情況可分為三個階段：A第一階段：從放第一張板坯進(jìn)入熱壓板至全部

37、熱壓板閉和并達(dá)到要求的單位壓力，稱為自由加熱期。B第二階段：從熱壓板內(nèi)的板坯達(dá)到要求的單位壓力至降壓開始，稱為壓力保持期；C第三階段：從熱壓板的板坯降壓開始到熱壓板全部張開，稱為降壓期。在降壓期，因壓力降低，板坯中的水蒸氣急劇向外溢散，同時呈過熱狀態(tài)的水也很快變?yōu)樗魵?，因此產(chǎn)生板坯內(nèi)外壓力不平衡的現(xiàn)象，降壓越快，壓力不平衡就越大，嚴(yán)重的可使膠層剝離，即“鼓泡”，層數(shù)越多，鼓泡現(xiàn)象越多。所以降壓時務(wù)必緩慢進(jìn)行，應(yīng)在板坯內(nèi)外的壓力基本保持平衡的狀態(tài)下進(jìn)行，為防止“鼓泡”現(xiàn)象的發(fā)生，通常要求實行三段降壓，即:由工作壓力降至“平衡壓力”（即與板坯內(nèi)部蒸汽壓力保持平衡的外部壓力，PF膠一般為0.3-0

38、.4Mpa，這一階段的降壓速度可以快一點，一般3層板掌握在10-15s內(nèi)完成）；由“平衡壓力”降至零，該階段易發(fā)生鼓泡或“脫膠”，降壓速度要緩慢，要求降壓速度與水蒸氣從板坯中排除的速度相適應(yīng)，一般3層板約在30-50s內(nèi)完成，多層板應(yīng)適當(dāng)延長；由零到熱壓板完全張開，該段可打開閥門，以最大速度卸載，使熱壓板張開。應(yīng)注意的是壓機(jī)最下面一個工作間隔中的板坯，在表顯示為零的時候，實際上還承受著所有熱壓板自重的壓力，因此壓板張開要適當(dāng)放慢速度，以防“鼓泡”。2）影響膠合質(zhì)量的因素：A.壓力的影響：壓力過大，重者壓潰被膠合的材料，破壞其自身的結(jié)構(gòu)，輕者加大了熱壓時的壓縮百分率，增大了材料的消耗，降低了竹材的利用率。適宜的單位壓力是保證膠合質(zhì)量和材料利用率的重要因素。目前生產(chǎn)中使用的單位壓力是3.0-3.5Mpa，板坯的壓縮率為13-16%，隨著竹片加工精度的提高，熱壓時的單位壓力可隨之下降。B.溫