初二物理知识点

第一部分 声现象及物态变化

（一） 声现象

1. 声音的发生：一切正在发声的物体都在振动，振动停止，发声也就停止。声音是由物体的振动产生的，但并不是所有的振动都会发出声音。

2. 声音的传播：声音的传播需要介质，真空不能传声

（1）声音要靠一切气体，液体、固体作媒介传播出去，这些作为传播媒介的物质称为介质。登上月球的宇航员即使面对面交谈，也需要靠无线电，那就是因为月球上没有空气，真空不能传声

（2）声间在不同介质中传播速度不同

3. 回声：声音在传播过程中，遇到障碍物被反射回来人再次听到的声音叫回声

（1） 区别回声与原声的条件：回声到达人的耳朵比原声晚0.1秒以上。

（2） 低于0.1秒时，则反射回来的声间只能使原声加强。

（3） 利用回声可测海深或发声体距障碍物有多运

4. 音调：声音的高低叫音调，它是由发声体振动频率决定的，频率越大，音调越高。

5. 响度：声音的大小叫响度，响度跟发声体振动的振幅大小有关，还跟声源到人耳的距离远近有关

6. 音色：不同发声体所发出的声音的品质叫音色

7. 噪声及来源

从物理角度看，噪声是指发声体做无规则地杂乱无章振动时发出的声音。从环保角度看，凡是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音都属于噪声。

8. 声音等级的划分

人们用分贝来划分声音的等级，30dB—40dB是较理想的安静环境，超过50dB就会影响睡眠，70dB以上会干扰谈话，影响工作效率，长期生活在90dB以上的噪声环境中，会影响听力。

9. 噪声减弱的途径：可以在声源处、传播过程中和人耳处减弱

（二）物态变化

1 温度：物体的冷热程度叫温度

2摄氏温度：把冰水混合物的温度规定为0度，把1标准大气压下沸水的温度规定为100度。

3温度计

（1） 原理：液体的热胀冷缩的性质制成的

（2） 构造：玻璃壳、毛细管、玻璃泡、刻度及液体

（3） 使用：使用温度计以前，要注意观察量程和认清分度值

4.使用温度计做到以下三点

① 温度计与待测物体充分接触

② 待示数稳定后再读数

③ 读数时，视线要与液面上表面相平，温度计仍与待测物体紧密接触

5.体温计，实验温度计，寒暑表的主要区别

构 造 量程 分度值 用 法

体温计 玻璃泡上方有缩口 35—42℃ 0.1℃ ① 离开人体读数

② 用前需甩

实验温度计 无 —20—100℃ 1℃ 不能离开被测物读数，也不能甩

寒暑表 无 —30 —50℃ 1℃ 同上

6.熔化和凝固

物质从固态变成液态叫熔化，熔化要吸热

物质从液态变成固态叫凝固，凝固要放热

7.熔点和凝固点

（1） 固体分晶体和非晶体两类

（2） 熔点：晶体都有一定的熔化温度，叫熔点

（3） 凝固点：晶体者有一定的凝固温度，叫凝固点

同一种物质的凝固点跟它的熔点相同

8.物质从液态变为气态叫汽化，汽化有两种不同的方式：蒸发和沸腾，这两种方式都要吸热

9.蒸发现象

（1） 定义：蒸发是液体在任何温度下都能发生的，并且只在液体表面发生的汽化现象

（2） 影响蒸发快慢的因素：液体温度高低，液体表面积大小，液体表面空气流动的快慢

10. 沸腾现象

（1） 定义：沸腾是在液体内部和表面同时进行的剧烈的汽化现象

（2） 液体沸腾的条件：①温度达到沸点②继续吸收热量

11. 升华和凝华现象

（1） 物质从固态直接变成气态叫升华，从气态直接变成固态叫凝华

（2） 日常生活中的升华和凝华现象（冰冻的湿衣服变干，冬天看到霜）

12. 升华吸热，凝华放热

第二部分 光现象及透镜应用

（一）光的反射

1、光源：能够发光的物体叫光源

2、光在均匀介质中是沿直线传播的。大气层是不均匀的，当光从大气层外射到地面时，光线发了了弯折

3、光速：光在不同物质中传播的速度一般不同，真空中最快，

光在真空中的传播速度：C = 3×108 m/s，在空气中的速度接近于这个速度，水中的速度为3/4C，玻璃中为2/3C

4、光直线传播的应用

可解释许多光学现象：激光准直，影子的形成，月食、日食的形成、小孔成像

5、光线：表示光传播方向的直线，即沿光的传播路线画一直线，并在直线上画上箭头表示光的传播方向（光线是假想的，实际并不存在）

6、光的反射：光从一种介质射向另一种介质的交界面时，一部分光返回原来介质中，使光的传播方向发生了改变，这种现象称为光的反射

7、 光的反射定律：反射光线与入射光线、法线在同一平面上；反射光线和入射光线分居在法线的两侧；反射角等于入射角

可归纳为：“三线共面，法线居中，两角相等”

8、 理解：

（1） 由入射光线决定反射光线

（2） 发生反射的条件：两种介质的交界处；发生处：入射点；结果：返回原介质中

（3） 反射角随入射角的增大而增大，减小而减小，当入射角为零时，反射角也变为零度

9、两种反射现象

（1） 镜面反射：平行光线经界面反射后沿某一方向平行射出，只能在某一方向接收到反射光线

（2） 漫反射：平行光经界面反射后向各个不同的方向反射出去，即在各个不同的方向都能接收到反射光线

注意：无论是镜面反射，还是漫反射都遵循光的反射定律

10、 在光的反射中光路可逆

11、 平面镜对光的作用

（1）成像 （2）改变光的传播方向

12、 平面镜成像的特点

（1）成的像是正立的虚像 （2）像和物的大小 （3）像和物的连线与镜面垂直，像和物到镜的距离相等

理解：平面镜所成的像与物是以镜面为轴的对称图形

13、 实像与虚像的区别

实像是实际光线会聚而成的，可以用屏接到，当然也能用眼看到。虚像不是由实际光线会聚成的，而是实际光线反向延长线相交而成的，只能用眼看到，不能用屏接收。

14、 平面镜的应用

（1）水中的倒影（2）平面镜成像 （3）潜望镜

（二）光的折射

1、光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向一般会发生变化，这种现象叫光的折射

理解：光的折射与光的反射一样都是发生在两种介质的交界处，只是反射光返回原介质中，而折射光则进入到另一种介质中，由于光在在两种不同的物质里传播速度不同，故在两种介质的交界处传播方向发生变化，这就是光的折射。

注意：在两种介质的交界处，既发生折射，同时也发生反射

2、光的折射规律：光从空气斜射入水或其他介抽中时，折射光线与入射光线、法线在同一平面上，折射光线和入射光线分居法线两侧；折射角小于入射角；入射角增大时，折射角也随着增大；当光线垂直射向介质表面时，传播方向不变，在折射中光路可逆。

理解：折射规律分三点：（1）三线一面 （2）两线分居（3）两角关系分三种情况：①入射光线垂直界面入射时，折射角等于入射角等于0°；②光从空气斜射入水等介质中时，折射角小于入射角；③光从水等介质斜射入空气中时，折射角大于入射角

3、 在光的折射中光路是可逆的

4、 透镜及分类

透镜：透明物质制成（一般是玻璃），至少有一个表面是球面的一部分，且透镜厚度远比其球面半径小的多。

分类：凸透镜：边缘薄，中央厚

凹透镜：边缘厚，中央薄

5、 主光轴，光心、焦点、焦距

主光轴：通过两个球心的直线

光心：主光轴上有个特殊的点，通过它的光线传播方向不变。（透镜中心可认为是光心）

焦点：凸透镜能使跟主轴平行的光线会聚在主光轴上的一点，这点叫透镜的焦点，用“F”表示

虚焦点：跟主光轴平行的光线经凹透镜后变得发散，发散光线的反向延长线相交在主光轴上一点，这一点不是实际光线的会聚点，所以叫虚焦点。

焦距：焦点到光心的距离叫焦距，用“f”表示。

每个透镜都有两个焦点、焦距和一个光心。

6、 透镜对光的作用

凸透镜：对光起会聚作用（如图）

凹透镜：对光起发散作用（如图）

7、 凸透镜成像规律

物 距成像大小

（u）

像的虚实 应 用

像物位置像 距

( v )

u >2f 缩小 实像 透镜两侧f <v <2f照相机

u = 2f 等大 实像 透镜两侧v = 2f

f <u <2f 放大 实像 透镜两侧 v >2f 幻灯机

u = f 不成 像

u <f 放大 虚像 透镜同侧v >u 放大镜

凸透镜成像规律：虚像物体同侧；实像物体异侧；物远实像小而近，物近实像大而远。

8、 为了使幕上的像“正立”（朝上），幻灯片要倒着插。

9、 照相机的镜头相当于一个凸透镜，暗箱中的胶片相当于光屏，我们调节调焦环，并非调焦距，而是调镜头到胶片的距离，物离镜头越远，胶片就应靠近镜头。

第三部分 电路与电流

【知识结构】

一、 电路的组成：

1.定义：把电源、用电器、开关、导线连接起来组成的电流的路径。

2．各部分元件的作用：（1）电源：提供电能的装置；（2）用电器：工作的设备；（3）开关：控制用电器或用来接通或断开电路；（4）导线：连接作用，形成让电荷移动的通路

二、电路的状态：通路、开路、短路

1．定义：（1）通路：处处接通的电路；（2）开路：断开的电路；（3）短路：将导线直接连接在用电器或电源两端的电路。

2．正确理解通路、开路和短路

三、电路的基本连接方式：串联电路、并联电路

四、电路图（统一符号、横平竖直、简洁美观）

五、电工材料：导体、绝缘体

1． 导体

（1） 定义：容易导电的物体；（2）导体导电的原因：导体中有自由移动的电荷；

2． 绝缘体

（1）定义：不容易导电的物体；（2）原因：缺少自由移动的电荷

六、电流的形成

1．电流是电荷定向移动形成的；

2．形成电流的电荷有：正电荷、负电荷。酸碱盐的水溶液中是正负离子，金属导体中是自由电子。

七.电流的方向

1．规定：正电荷定向移动的方向为电流的方向；

2．电流的方向跟负电荷定向移动的方向相反；

3．在电源外部，电流的方向是从电源的正极流向负极。

八、电流的效应：热效应、化学效应、磁效应

九、电流的大小：I=Q/t

十、电流的测量

1．单位及其换算：主单位安（A），常用单位毫安（mA）、微安（μA）

2．测量工具及其使用方法：（1）电流表；（2）量程；（3）读数方法（4）电流表的使

用规则。

十一、电流的规律：（1）串联电路：I=I1+I2(2)并联电路：I=I1+I2

【方法提示】

1．电流表的使用可总结为（一查两确认，两要两不要）

（1）一查：检查指针是否指在零刻度线上；

（2）两确认：①确认所选量程。②确认每个大格和每个小格表示的电流值。两要：一

要让电流表串联在被测电路中；二要让电流从“＋”接线柱流入，从“－”接线柱流出；③两不要：一不要让电流超过所选量程，二不要不经过用电器直接接在电源上。

在事先不知道电流的大小时，可以用试触法选择合适的量程。

2．根据串并联电路的特点求解有关问题的电路

（1）分析电路结构，识别各电路元件间的串联或并联；

（2）判断电流表测量的是哪段电路中的电流；

（3）根据串并联电路中的电流特点，按照题目给定的条件，求出待求的电流。

第四部分 欧姆定律

一、电压

1、电源的作用是给电路两端提供电压；电压是电路中产生电流的原因。电路中有电流，就一定有电压；电路中有电压，却不一定有电流，因为还要看电路是否是通路。

2、电压用字母U表示，单位是伏特，简称伏，符号是V。常用单位有千伏（KV，1KV = 103V）和毫伏（mV，1mV = 10-3V）。家庭照明电路的电压是220V；一节干池的电压是1.5V；对人体安全的电压不高于36V。

3、电压表的使用：A、电压表应该与被测电路并联；当电压表直接与电源并联时，因为电压表内阻无穷大，所以电路不会短路，所测电压就是电源电压。B、电压表的正接线柱接电源正级，负接线柱接电源负极度。C、根据被测电路的不同，可以选择“0 ~ 3V”和“0 ~ 15V”两个量程。

4、电压表的读数方法：A、看接线柱确定量程。B、看分度值（每一小格代表多少伏）。C、看指针偏转了多少格，即有多少伏。

5、电池串联，总电压为各电池的电压之和；相同电池关联，总电压等于其中一支电池的电压。

二、探究串联电路中电压的规律

1、实验步骤：A、提出问题；B、猜想或假设；C、设计实验；D、进行实验；D、分析和论证、E、评估；F、交流（大体内容相同即可，有些步骤可省略）

2、在串联电路中，总电压等于各用电器的电压之和。

三、电阻

1、容易导电的物体叫导体，如铅笔芯、金属、人体、大地等；不容易导电的物体叫绝缘体，如橡胶、塑料、陶瓷等。导电能力介于两者之间的叫半导体，如硅金属等。

2、导体对电流的阻碍作用叫电阻，用R表示，单位是欧姆，简称欧，符号是Ω。常用单位有千欧（KΩ，1KΩ = 103Ω）和兆欧（MΩ，1MΩ = 106Ω），它在电路图中的符号为 。

3、影响电阻大小的因素有：A、材料；B、长度；C、横截面积；D、温度。一般情况下，某一导体被制造出来以后，其电阻除了随温度的变化有一点改变之外，我们就近似地认为其电阻不变了，它也不会随着电压、电流的变化而变化。

4、某些导体在温度下降到某一温度时，就会出现其电阻为0的情况，这就是超导现象，这时这种导体就叫超导体。

5、滑动变阻器的工作原理是：电阻部分由涂有绝缘层的电阻丝绕在绝缘管上，通过滑片在上面滑动从而改变接入电路的电阻大小。所以滑动变阻器的正确接法是：一上一下的接。它在电路图中的符号是

它应该与被测电路串联。

四、欧姆定律

1、欧姆定律是由德国物理学家欧姆在1826年通过大量的实验归纳出来的。

2、欧姆定律：导体中的电流，跟导体两端的电压成正比，跟导体两端的电阻成反比。公式为：I = U / R ，变形公式有：U = I R ， R = U / I

3、欧姆定律使用注意：A、单位必须统一，电流用A，电压用V，电阻用Ω；B、不能把这个公式理解为：电阻与电压成正比，与电流成反比，因为电阻常规情况下是不变的。

4、用电器正常工作时的电压叫额定电压；正常工作时的电流叫额定电流；但是生活中往往达不到这个标准，所以用电器实际工作时的电压叫实际电压，实际工作时的电流叫实际电流。

5、当电路出现短路现象（电路中电源不经过用电器而直接被接通的情况）时，根据I = U / R可知，因为电阻R很小，所以电流会很大，从而会导致火灾。

五、测量小灯泡的电阻

1、根据欧姆定律公式 I = U / R 的变形 R = U / I 可知，求出了小灯泡的电压和电流，就可以计算出小灯泡的电阻，这种方法叫做伏安法。

2、电路图：

3、测量时注意：A、闭合开关前，滑动变阻器应该滑到电阻最大端；B、测量电阻时，应该先观察小灯泡的额定电压，然后测量时使用的电压应该按照从额定电压依次降低测量。C、可以将几次测量的结果求平均值，以减小误差。

4、测量过程中，电压越低，小灯泡越暗，温度越低，因此电阻会略小一点。

六、欧姆定律和安全用电

1、对人体安全的电压应该不高于36V，因为根椐欧姆定律 I = U / R 可知，在电阻不变的情况下，电压越高，通过人体电流就会越大，所以高压电对人体来说是非常危险的。

2、我们不能用潮湿的手去触摸电器，因为人的皮肤潮湿时，电阻会变小，从而会增大触电的可能性。一般情况下，不要靠近高近带电体，不要接触低压带电体。

3、雷电是自然界一种剧烈的放电现象，对人来说是非常危险的，所以在有雷电现象时，不要站在大树或其它较高的导电物体下，也不能站到高处。

4、为了防止雷电对人们的危害，美国物理学家富兰克林发明了避雷针，让雷电通过金属导体进入大地，从而保证人或建筑物的安全。

第五部分 电功率

一、电能

1、电能可能同其它形式的能量转化而来，也可以转化为其它形式的能量。

2、电能用W表示，常用单位是千瓦时（KWh），在物理学中能量的通用单位是焦耳（J），简称焦。1KWh = 3.6 106J。

3、电能表是测量一段时间内消耗的电能多少的仪器。A、“220V”是指这个电能表应该在220V的电路中使用；B、“10（20）A”指这个电能表的额定电流为10安，在短时间内最大电流不超过20安；C、“50Hz”指这个电能表在50赫兹的交流电路中使用；D、“600revs/KWh”指这个电能表的每消耗一千瓦时的电能，转盘转过600转。

4、电能转化为其他形式能的过程是做功的过程，有多少电能发生了转化，就说电流做了多少功。实质上，电功就是电能，也用W表示，通用单位也是焦耳，常用单位是千瓦时。

二、电功率

1、电功率是表示消耗电能的快慢的物理量，用P表示，单位是瓦特，简称瓦，符号是W。常用单位有千瓦（KW）。1KW = 103W 1马力 = 735瓦。电功率的定义也可以理解为：用电器在1秒内消耗的电能。

2、电功率与电能、时间的关系： P = W / t 在使用时，单位要统一，单位有两种可用：（1）、电功率用瓦（W），电能用焦耳（J），时间用秒（S）；（2）、电功率用千瓦（KW），电能用千瓦时（KWh，度），时间用小时（h）。

3、1千瓦时是功率为1KW的用电器使用1h所消耗的电能。

4、电功率与电压、电流的关系公式： P = I U 单位：电功率用瓦（W），电流用安（A），电压用伏（V）。

5、用电器在额定电压下工作时的电功率（或者说用电器正常工作时的电功率），叫做额定功率。

三、测量小灯泡的电功率

1、测量小灯泡电功率的电路图与测电阻的电路图一样。

2、进行测量时，一般要分别测量小灯泡过暗、正常发光、过亮时三次的电功率，但不能用求平均值的方法计算电功率，只能用小灯泡正常发光时的电功率。

四、电和热

1、电流通过导体时电能要转化成热，这个现象叫电流的热效应。

2、根据电功率公式和欧姆定律，可以得到： P = I2 R 这个公式表示：在电流相同的条件下，电能转化成热时的功率跟导体的电阻成正比。

3、当发电厂电功率一定，送电电压与送电电流成反比，输电时电压越高，电流就越小。此时因为输电线路上有电阻，根据P = I2 R 可知，电流越小时，在电线上消耗的电能就会越少。所以电厂在输电时提高送电电压，减少电能在输电线路上的损失。

4、电流的热效应对人们有有利的一面（如电炉、电热水器、电热毯等），也有不利的一面（如电视机、电脑、电动机在工作时产生的热量）。我们要利用有利电热，减少或防止不利电热（如电视机的散热窗，电脑中的散热风扇，电动机的外壳铁片等）。

五、电功率和安全用电

根据公式 I = P / U 可知，家庭电路电压一定时，电功率越大，电流I也就越大。所以在家庭电路中：A、不要同时使用很多大功率用电器；B、不要在同一插座上接入太多的大功率用电器；C、不要用铜丝、铁丝代替保险丝，而且保险丝应该在可用范围内尽量使用细一些的。

五、熟记电学中基本量的规律和特点，进行电功、电功率和电热的计算

物理量 公 式 单位 测量仪器 串联电路特点 并联电路特点

（符号） （ 符号）

电功（W） W=UIt焦耳（J） 电能表 W=W1+W2 W=W1+W2

W1: W2= R1: R2 W1: W2= : R2 : R1

电功率（P） P = W /t 瓦特（W） 电流表 P＝P1+P2 P＝P1+P2

P＝UI电压表滑动变阻器 P1: P2= R1: R2P1: P2= R2 : R1

（伏安法）

电热Q=I2Rt 焦耳（J） Q=Q1+Q2 Q=Q1+Q2

（Q） Q1: Q2=R1: R2

第六部分 电与磁

一、磁场

1、物体具有吸引铁、钴、镍等物体的性质，该物体就具有了磁性。具有磁性的物体叫做磁体。

2、磁体两端磁性最强的部分叫磁极，磁体中间磁性最弱。当悬挂静止时，指向南方的叫南极（S），指向北方的叫北极（N）。

3、同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。

4、磁体周围存在一种物质，能使磁针偏转，叫做磁场。磁场对放入它里面的磁体会产生力的作用。

5、在物理学中，为了研究磁场方便，我们引入了磁感线的概念。磁感线总是从磁体的北极出来，回到南极。

6、地球也是一个磁体，所以小磁针静止时会由于同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引的原理指向南北，由此可知，地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近。

7、地磁南极与地理北极、地磁北极与地理南极并不完全重合，中间有一个夹角，叫做磁偏角，是由我国宋代学者沈括首先发现的。

8、一些物体在磁体或电流的作用下会获得磁性，这种现象叫做磁化。有些物体在磁化后磁性能长期保存，叫永磁体（如钢）；有些物体在磁化后磁性在短时间内就会消失，叫软磁体（如软铁）。

二、电生磁

1、通电导线的周围有磁场，磁场的方向跟电流的方向有关，这种现象叫做电流的磁效应。这一现象是由丹麦物理学家奥斯特在1820年发现的。

2、把导线绕在圆筒上，做成螺线管，也叫线圈，在通电情况下会产生磁场。通电螺线管的磁场相当于条形磁体的磁场。

3、通电螺线管的磁场方向与电流方向以及螺线管的绕线方向有关。磁场的强弱与电流强弱、线圈匝数、有无铁芯有关。

4、在通电螺线管里面加上一根铁芯，就成了一个电磁铁。可以制成电磁起重机、排水阀门等。

5、判断通电螺线管的磁场方向可以使用右手定则：将右手的四指顺着电流方向抓住螺线管，姆指所指的方向就是该螺线管的北极。

三、电磁继电器 扬声器

1、继电器是利用低电压、弱电流电路的通断，来间接地控制高电压、强电流电路的装置。实质上它就是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。

2、电磁继电器由电磁铁、衔铁、簧片、触点组成；其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分组成。

3、扬声器是把电信号转换成声信号的一种装置。它主要由固定的永久磁体、线圈和锥形纸盆构成。

4、示意图。

四、电动机

1、通电导体在磁声中会受到力的作用。它的受力方向跟电流方向、磁感线方向有关。

2、电动机由两部分组成：能够转动的部分叫转子；固定不动的部分叫定子。

3、当直流电动机的线圈转动到平衡位置时，线圈就不再转动，只有改变线圈中的电流方向，线圈才能继续转动下去。这一功能是由换向器实现的。换向器是由一对半圆形铁片构成的，它通过与电刷的接触，在平衡位置时改变电流的方向。实际生活中电动机的电刷有很多对，而且会用电磁场来产生强磁场。

五、磁生电

1、在1831年由英国物理学家法拉第首先发现了利用磁场产生电流的条件和规律。当闭合电路的一部分在磁场中做切割磁感线运动时，电路中就会产生电流。这个现象叫电磁感应现象，产生的电流叫感应电流。

2、没有使用换向器的发电机，产生的电流，它的方向会周期性改变方向，这种电流叫交变电流，简称交流电。它每秒钟电流方向改变的次数叫频率，单位是赫兹，简称赫，符号为Hz。我国的交流电频率是50Hz。

3、使用了换向器的发电机，产生的电流，它的方向不变，这种电流叫直流电。（实质上和直流电动机的构造完全一样，只是直流发电机是磁生电，而直流电动机是电生磁）

4、实际生活中的大型发电机由于电压很高，电流很强，一般都采用线圈不动，磁极旋转的方式来发电，而且磁场是用电磁铁代替的。发电机发电的过程，实际上就是其它形式的能量转化为电能的过程。

激光炮击毁目标的方式与一般火炮不同。它主要借助于激光具有的强烧蚀性能、辐射和强激波烧毁目标或破坏目标上的仪器等，使其失灵或失效。据美国军界透露，美国曾有三颗人造侦察卫星，在飞越前苏联上空时，上面的一切仪表突然失灵，他们猜测是被激光炮之类的武器“射击”后损坏的。由于激光的传播速度极快，所以激光炮在射击飞机、导d、坦克等活动目标时，根本不需要考虑提前量问题，指哪儿打哪儿，光到目标毁，敌人根本无法逃脱。另外，激光炮也没有一般火炮射击时那样大的后坐力，更不会发生令炮手生畏的“膛炸”或早炸，并能及时变换方向去射击其他目标。为了使激光炮的能量集中，通常都用直径很大（几米到几十米）的反射镜将激光聚成很细的光束。但激光炮也有缺陷，例如：在大气中传输能量损耗较大，光束易变粗或产生抖动，从而使威力降低；并且激光束易受云、雾、雨等的影响。

激光是近代科学技术中的重大发明之一。随着半导体激光二极管技术的重大突破，固体激光器得到强劲的发展，其应用领域不断地扩展。其中最为重要的是用半导体激光器和半导体列阵激光器泵浦固体激光器技术的发展，这是一种高效率、长寿命、光束质量高、稳定性好、结构紧凑小型化的第二代新型固体激光器，目前在空间通讯，光纤通信，大气研究，环境科学，医疗器械，光学图象处理，激光打印机等高科技领域有着独具特色的应用前景。

激光二极管泵浦固体激光器（Diode Pumped Solid state Laser－DPSSL）的种类很多，可以是连续的、脉冲的、调Q的，以及加倍频混频等非线性转换的。工作物质的形状有圆柱和板条状的。而泵浦的耦合方式可分为端面泵浦和侧面泵浦，其中端面泵浦又可分为直接端面泵浦和光纤耦合端面泵浦两种结构。

相对于侧面泵浦方式，端面泵浦的效率较高。这是因为,在泵浦激光模式不太差的情况下，泵浦光都能由会聚光学系统耦合到工作物质中，耦合损失较少；另一方面，泵浦光也有一定的模式，而产生的振荡光的模式与泵浦光模式有密切关系，匹配的效果好，因此，工作物质对泵浦光的利用率也相对高一些。

正是由于端面泵浦方式效率高、模式匹配好、波长匹配的优点近年来在国际上发展极为迅速，已成为激光学科的重点发展方向之一。它在激光打标、激光微加工、激光印刷、激光显示技术、激光医学和科研等领域都有广泛的用途，具有很大的市场潜力。

2.端面泵浦固体激光器的泵浦耦合方式

2.1 直接端面泵浦

如图 1 所示的直接端面泵浦的结构示意图。它包括三个部分: 激光二极管泵浦源(由激光二极管阵列、驱动源和致冷器组成) ,光学耦合系统和激光棒和谐振腔。泵浦所用的激光二极管阵列出射的泵浦光，经由会聚光学系统将泵浦光耦合到晶体棒上，在晶体棒左端面镀有多层介质膜,对泵浦光的相应波长为高透、而对产生的激光束的相应波长为高反,腔的输出镜为镀有多层介质膜的凹面镜。

直接端面泵浦

然而，直接端面泵浦的激光器虽然结构型式紧凑,转换效率高,基模光强分布较好，但固体激光的输出功率受端面限制，因为端面较小时只能采用单元的激光二极管，最多只能相对两只激光二极管泵浦。这就限制了泵浦光的最大功率。如果采用功率较大的激光二极管阵列作泵浦源，则由于阵列型二极管输出的泵浦光模式不好，因而不易将泵浦光有效地耦合到工作物质中，实际上降低了效率。另一方面由于泵浦光的模式较为复杂，泵浦后输出的激光光束质量也不易保证。而且这种结构散热效果差,故一般只适合低功率激光器情况工作。

2.2 光纤耦合端面泵浦

针对直接端面泵浦方式的弱点，人们又进一步发展了光纤耦合的端面泵浦。端面泵浦激光器由激光二极管、两个聚焦系统、耦合光纤、工作物质和输出反射镜组成，如图 2 所示。与直接端面泵浦不同，这种结构首先把激光二极管发射的光束质量很差的激光耦合到光纤中，经过一段光纤传输后，从光纤中出射的光束变成发散角较小的、圆对称的、中间部分光强最大的泵浦光束。用这一输出的泵浦光去泵浦工作物质，由于它和振荡激光在空间上匹配得很好，因此泵浦效率很高。由于激光二极管或二极管阵列与光纤间的耦合较与工作物质的耦合容易，从而降低了对器件调整的要求。而且最重要的是这种耦合方式能使固体激光器输出模式好、效率高的激光束。

图2 光纤耦合端面泵浦

3.高功率端面泵浦固体激光器

3.1 高功率端面泵浦固体激光器存在的问题

在高功率端面泵浦固体激光器中，激光晶体吸收泵浦光而产生的热效应，对于激光器的稳定性、输出功率及效率、光束质量等有着直接影响，这使得端面泵浦设计存在高功率扩展问题。

但是热效应所产生的直接后果--热透镜效应和退偏，在很大程度上可通过优化腔设计加以消除。近年来就发展了很多用于提高输出功率的技术，如两路耦合，高功率泵浦源，多个泵浦源光纤捆匝，多个增益介质的多端面泵浦等等。这些技术相结合促进了端面泵浦固体激光器的发展。

3.2 几种高功率端面泵浦固体激光器的介绍

3.2.1 目前国内的高功率端面泵浦固体激光器

双端泵浦双 Nd∶YVO4 激光器：

在适于激光二极管泵浦的众多激光晶体中, Nd∶YVO4 晶体因在 1064nm 处的受激发射截面大,在 808nm处的吸收系数高,以及吸收谱线宽等参数均优于其它现有的晶体材料,而倍受人们的关注[1]。

为了提高固体激光器的输出功率可以利用多个激光晶体串接的方式。多棒串接实际上是光束相干合成的一种技术方案,其优点是输出功率可与棒数成比例的增加[2], 获得更大的模体积[3,4]和高的光－光转换效率。研究也同时表明,采用平行平面腔结构,整个系统可以得到与棒数成比例的激光输出,且不会降低光束质量,将两根或多根 Nd:YAG 晶体串接起来使用,增加了工作物质的长度,获得了更大的模体积,从而得到了高功率的输出[5]。

双Nd∶YVO4 晶体激光器,将晶体的端面镀膜作为谐振腔的端面镜,构成了平行平面谐振腔。对平行平面谐振腔等效腔进行理论分析后得出激光晶体吸收泵浦光产生的热透镜效应对保持腔的稳定性起到了重要的作用，使得等效腔迅速达到其几何的稳定腔[6]，在发展输出功率为数百瓦至数千瓦量级的高功率固体激光器中,常采用多棒串接的技术方案。

在国内首次进行了双端泵浦双 Nd∶YVO4 激光器的实验研究,在抽运功率为 20.74W 时获得了 11W 的 1064nm TEM00 模激光输出,其光-光转化效率约为 53% 。图 3 为双端泵浦双棒串接 Nd∶YVO4 实验装置图[7]。

图3 双端泵浦双 Nd∶YVO4 激光器

二极管端面泵浦混合腔Nd:YVO4 板条激光器：

近年来关于端面泵浦固体激光器的研究热点之一，是如何有效地对激光晶体进行冷却，降低热效应的影响，从而在得到高功率的激光输出的同时，又保证好的光束质量。在众多的研究工作中，采用了板条或者薄片状的激光晶体，由于对其进行大面积的冷却的方法，取得了令人瞩目的成就。

新型的混合腔板条激光器不但具备板条激光器高效冷却的优点，更具有传统板条激光器所不具备的优势。它利用薄的片状晶体（1mm）来做激光器的增益介质，片状晶体的两个表面都被紧贴在热沉上，结合混合腔，使其输出光束的远场近似为高斯分布，具备很好的光束质量[8]。

目前采用这种新型的板条激光器结构，在国内实现了此类激光器的连续运转，得到了波长为

1064nm 稳定的连续激光输出，当泵浦功率为 60.5W 时，输出功率达到 16.2W 。

该激光器的装置原理图如图 4 所示[9]。

板条激光器谐振腔由一个凹面镜和一个柱面镜组成，其中凹面镜为后腔镜，曲率半径 250mm ，镀有 808nm 的增透膜和 1064nm 的全反膜；柱面镜为前腔镜，并耦合输出激光，曲率半径 150mm ，镀有 1064nm的全反膜，两腔镜如图 4b 所示，放于共焦位置，腔长为 50mm 。[9]

3.2.2 近年来国外的高功率端面泵浦固体激光器

端面泵浦高功率运转固体激光器：

图5 所示的美国加州大学端面泵浦高功率运转固体激光器[10]是美国加州大学和美国Lawrence Livermore国家实验室合作，在1999年，进一步提高光束质量之后，采用 LD 端泵Yb:YAG棒获得 200W 连续波和重复频率 5kHz、195W 调 Q 输出，在光束质量 M2=2.4 时获得183W 调 Q 输出。同时增加了谐振腔设计的灵活性，运用腔内双折射补偿得到偏振光输出，提高了效率，得到光束质量 M2=3.2的112W连续波偏振光输出。[11]

图5 美国加州大学端面泵浦高功率运转固体激光器

二极管列阵端面泵浦Yb:TAG固体激光器：

图6 二极管列阵端面泵浦 Yb:TAG 的实验装置图

图 6 是 LLNL 实验室用二极管列阵端面泵浦 Yb:TAG 的示意图[12]。实验中的泵浦源是由36个带微柱透镜的LD bars构成，每个bar的长度为15mm，采用硅基质的微沟道制冷。泵浦模块分为上下两部分，激光由中间的一个直径为6mm的圆孔通过。半导体列阵发出的泵浦光通过一个耦合透镜，进入晶体。耦合透镜是由熔融石英制成的柱面透镜与中间掏空的锲形铝光传导管组成。在石英透镜的中间开有一个小孔，允许激光顺利通过。铝管内表面呈四棱台状，且镀有薄薄的一层银用来反射泵浦光。该耦合透镜可以将两束 50×15mm2 的泵浦光会聚成 4.6×2.6mm2 的长形光斑，压缩比为63。为了减少装置设计带来的损耗，该实验中的晶体为复合棒结构，即在晶体棒的两端有两个长为 15mm 端帽，端帽中没有掺杂激活离子，端帽的一端为与泵浦光的形状相匹配的矩形，一端为与晶体棒相粘接的圆形。此外，晶体四周被抛光，且晶体棒中心处的直径为2mm ，长为50mm，由中心向两端，直径逐渐增加，与两个端帽衔接处的直径为2.2mm。此设计可以有效地减少由于抛光所引起的放大的自发辐射损耗以及寄生振荡损耗。当采用了可以进行热致双折射补偿的双棒泵浦腔结构之后，便获得了1080W 的基频输出,光光效率为27.5% ，电光效率为 12.3%。

4.国内外高功率端面泵浦固体激光器的应用

在应用上，端面泵浦固体激光器以材料加工为主，包括了常规的激光加工：主要是材料加工，如激光标记、激光焊接、激光切割和打孔等。结构紧凑、性能良好、工作可靠的端面泵浦固体激光打标机产品系列已经在国内得到了规模应用，激光微加工、激光精密加工也都有广泛推广的趋势。在国外，千瓦级的二极管端面泵浦固体激光器已有产品，目前主要受限于成本和市场需求的限制。

除材料加工外，大功率二极管端面泵浦固体激光器还可以用于激光核聚变、科学研究、医疗、检测、分析、通讯、投影显示以及军事国防等领域，因而具有极其重要的应用价值。

5.结束语

我国在低功率端面泵浦固体激光器(<200mw)技术比较成熟，产业化(光通讯应用较多)也蓬勃发展。但是目前国外端面泵浦固体激光器市场化水平已经达到数百瓦，实验室水平已经达到千瓦级。而国内的大功率端面泵浦固体激光器发展一直具有局限性，应该积极进行这方面的研究,如果能实现产业化的发展,则必将带来巨大的经济效益和社会效益。

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