《激光的應(yīng)用》導(dǎo)學(xué)案1

1、激光的應(yīng)用一、 什么是激光技術(shù)激光技術(shù)是經(jīng)國家科學(xué)技術(shù)部 （原國家科委）批準向國內(nèi)外公開發(fā)行的學(xué)術(shù)性刊物，是我國無線電電子學(xué)、 電信技術(shù)類及物理類中文核心期刊，屬國家級科學(xué)技術(shù)刊物。本刊緊密跟蹤國內(nèi)外高技術(shù)的進展和開拓性新領(lǐng)域的動態(tài)，主要報道國內(nèi)外與激光有關(guān)的光學(xué)、電子學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)不同發(fā)展時期的新材料、新工藝、新技術(shù)、新元件、新的工程應(yīng)用中有創(chuàng)新的學(xué)術(shù)論文和有創(chuàng)見的綜述性文章。二、 激光在生活中應(yīng)用（一）、激光特性1 1、 方向性極好的強光束 -準直、測距、切削、醫(yī)學(xué)、武器、核聚變研究等。2 2、相干性極好的光束 精密測厚、測角，全息攝影等。3 3、 單色性極好且頻率可調(diào)的光束 -高分辨激光光譜

2、，研究原子、分子結(jié)構(gòu)4 4、超強、超快的激光脈沖- -時間分辨、超快過程激光光譜學(xué) . .（二）、在生活中的應(yīng)用實例1 1、激光打印機激光打印機是由激光器、聲光調(diào)制器、高頻驅(qū)動、掃描器、同步器及光偏轉(zhuǎn)器等組成， 其作用是把接口電路送來的二進制點陣信息調(diào)制在激光束上，之后掃描到感光體上。 感光體與照相機構(gòu)組成電子照相轉(zhuǎn)印系統(tǒng)，把射到感光鼓上的圖文映像轉(zhuǎn)到打印紙上。2 2、激光切割激光切割是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽 化、燒蝕或達到燃點，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實現(xiàn)將工件割開。激光切割的應(yīng)用（1 1）、大多數(shù)激光切割機都由數(shù)控程序進行控制

3、操作或做成切割機器人；（2 2）、在汽車制造領(lǐng)域，小汽車頂窗等空間曲線的切割技術(shù)都已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用；（3 3）、激光切割成形技術(shù)在非金屬材料領(lǐng)域也有著較為廣泛的應(yīng)用。3 3、舞臺燈光舞臺燈光也叫“舞臺照明”，簡稱“燈光”。舞臺美術(shù)造型手段之一。運用舞臺燈光設(shè) 備（如照明燈具、幻燈、控制系統(tǒng)等）和技術(shù)手段，隨著劇情的發(fā)展，以光色及其變化顯示 環(huán)境、渲染氣氛、突出中心人物，創(chuàng)造舞臺空間感、時間感，塑造舞臺演出的外部形象，并 提供必要的燈光效果（如風(fēng)、雨、云、水、閃電）等。4 4、激光打標激光打標是利用高能量密度的激光對工件進行局部照射，使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的化學(xué)反應(yīng)，從而留下永久性標記的一

4、種打標方法。激光打標可以打出各種文字、符號和圖案等，字符大小可以從毫米到微米量級，這對產(chǎn)品的防偽有特殊的意義。激光打標的基本原理是由激光發(fā)生器生成高能量的連續(xù)激光光束，當激光作用于承印材料時，處于基態(tài)的原子躍遷到較高能量狀態(tài)；處于較高能量狀態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，會很快回到基態(tài)，當原子返回基態(tài)時， 會以光子或量子的形式釋放出額外的能量，并由光能轉(zhuǎn)換為熱能，使表面材料瞬間熔融，甚至氣化，從而形成圖文標記。5 5、激光鼠標激光鼠標，又稱鐳射鼠標。也可以說是一種特殊的光電鼠標，其核心部件同樣是4 4部分。最大的不同就是把原來的紅光 LEDLED 換成激光鐳射大家知道激光與普通光最大的不同 就在于激光發(fā)光

5、的集中性，他發(fā)出的一束光而不是像普通光學(xué)LEDLED 那樣發(fā)出的光向四周散射出去。由于激光的集中性， 相應(yīng)發(fā)出的光當然遠遠比普通光強烈，在碰到界面時發(fā)出的一束光會完全的折射回來反映到鼠標的sensen sorsor 上。三、激光在醫(yī)療上的應(yīng)用（一）、激光在醫(yī)療上的應(yīng)用主要分類：激光美容、激光治病、激光打孔、激光換膚、激光切割（二八激光應(yīng)用的措施：1 1、激光美容：激光能產(chǎn)生高能量、聚焦精確的單色光，具有一定的穿透力，作用于人 體組織時能在局部產(chǎn)生高熱量。激光美容就是利用激光的這一特點，去除或破壞目標組織， 各種不同波長的脈沖激光可治療各種血管性皮膚病及色素沉著，達到美容治療的目的。激光美容手術(shù)

6、有傳統(tǒng)手術(shù)無法比擬的優(yōu)越性。激光能夠徹底治療各種皮膚癥狀，全面修復(fù)肌膚質(zhì)地，可以達到一舉兩得的目的。首先激光手術(shù)不需要住院治療，手術(shù)切口小，術(shù)中不出血，創(chuàng)傷輕，無斑痕；其次，激光手術(shù)恢復(fù)周期快，不影響日常生活，并且不會出現(xiàn)反復(fù)的 情況。2 2、激光治?。褐尾〉脑硎遣煌伾慕M織對不同波長的激光吸收率不同，當用這些特定波長的激光對病變部位進行照射時，病變部位受激光破壞最重， 而周圍的正常組織受損傷輕微，當遭受破壞的病變組織逐漸被身體吸收，疾病或皮膚內(nèi)的色素便得到治愈。近年來，出現(xiàn)酒糟鼻等淺表血管性疾病的治療，雀斑、淺表的先天性色素痣等先天性色素疾病，以及老年斑、部分后天性色素沉著的治療，以及體

7、毛過多、人工紋身或淺表的外傷性紋身的消除，激光在上述領(lǐng)域都已經(jīng)成為當之無愧的首選方法，這是一場造?；颊吲c醫(yī)生雙方的革命，對于未來激光技術(shù)在醫(yī)療上的應(yīng)用值得我們?nèi)祟惞餐诖? 3、激光打孔：打孔主要用于醫(yī)療上的穿耳孔和接骨打孔，用于此可以減少疼痛，也方便恢復(fù)。4 4、激光切割：激光切割的最大優(yōu)點是切口出血少，手術(shù)視野清晰。目前使用的超脈沖激光，將激光器發(fā)出的能量聚集， 并通過特殊開關(guān)使能量在瞬間釋放，強大的能量將組織迅速氣化，不僅切割快捷，同時也使切口周圍的熱傳導(dǎo)減少到最小，對切口周圍組織的損傷程度極小。用于重瞼術(shù)、眼袋整形、面部除皺等方面，取得了良好的效果。（三）、對人體的危害：對眼睛的危

8、害：在激光對人體的傷害中， 以對眼睛的傷害最為嚴重。強度高的可見或近紅外光進入眼睛時可以透過人眼屈光介質(zhì)，聚積光于視網(wǎng)膜上，致視網(wǎng)膜的感光細胞層溫度迅速升高，以至使感光細胞凝固變性壞死而失去感光的作用。一旦損傷以后就會造成眼睛的永久失明。對皮膚的危害：激光損害皮膚的嚴重程度是由皮膚對激光吸收率決定的，皮膚對激光的吸收率由激光的波長所決定。紅外激光對皮膚主要作用是熱燒傷，此類激光照射皮膚，功率比較小時而致毛細血管擴張，皮膚發(fā)紅發(fā)熱。隨著激光功率密度增大，熱損傷程度也隨著增 大。相反的是，紫外激光對皮膚的作用主要是光作用。在紫外激光照射皮膚時可以引起皮膚紅斑、老化，過量時嚴重的致癌變。四、激光在軍

9、事上的應(yīng)用（一） 、激光武器的定義激光武器主要指高功率強激光武器，它是一種利用激光束摧毀飛機、導(dǎo)彈、衛(wèi)星等目標或使之失效的定向能武器。按搭載的載體不同，激光武器可分為：艦載式、車載式、機載式、地基式、星載式（天基）激光武器系統(tǒng)。（二） 、激光武器的原理原理就是把別的能量轉(zhuǎn)換成高能量高功率的激光束，由于激光方向性非常高， 遠距離傳輸很遠距離仍然很集中，另外光速很高，不用考慮瞄準時候的提前量，這些特點使得激光也 被用在軍事領(lǐng)域。具體說就是激光介質(zhì)能吸收泵浦能量后發(fā)生能級躍遷，這樣就有光釋放出來， 光在特定的振蕩腔內(nèi)來回發(fā)射， 只有方向頻率高度一致的激光被釋放出來。這束激光如果在途中進入增益介質(zhì)，增

10、益介質(zhì)將所吸收的泵浦能量的一部分轉(zhuǎn)換成激光能量，這樣激光擁有了更多的能量，光變得更強了。（三）、激光武器的特點高速度，激光以光速進行傳輸， 從激光器出口到目標的時間可以不計，爭取了作戰(zhàn)時間。殺傷力可控，可通過調(diào)整和控制激光武器發(fā)射激光束的時間或功率以及射擊距離來對不同目標分別實現(xiàn)非殺傷性警告，功能性損失，結(jié)構(gòu)性破壞抗電子干擾能力強， 激光武器射出的是激光束， 現(xiàn)有的電子干擾手段對其不起作用?；谶@眾多優(yōu)勢，激光武器將在反導(dǎo)，反衛(wèi)星和破壞敵方信息系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。命中精度高，激光武器是將能量匯聚成很細的光束準確的對準某一方向射出。反應(yīng)靈敏，激光器射出的光束質(zhì)量近于零，可在短時間內(nèi)對不同方向的來

11、襲目標進行打擊。激光武器的缺點是不能全天候作戰(zhàn)，受限于大霧、大雪、大雨，且激光發(fā)射系統(tǒng)屬精密光學(xué)系統(tǒng)，在戰(zhàn)場上的生存能力有待考驗。（四）、激光武器分類1 1、按工作介質(zhì)區(qū)分為化學(xué)激光器、氣體激光器、固體激光器等化學(xué)激光器是利用工作物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量激勵工作物質(zhì)產(chǎn)生激光?？捎米骷す馕淦鞯幕瘜W(xué)激光器有：氟化氘激光器、氟化氫激光器和氧- -碘激光器等?；瘜W(xué)激光器具有激光武器所需要的許多特性：比能量高（可達5001000J/g5001000J/g）；易制成高功率激光器（能制成數(shù)百萬瓦或千萬瓦功率的激光器）；光束質(zhì)量好；不需要外電源等。特別是氟化氘激光器， 輸出波長為 3.83.8 卩 m m,

12、大氣傳輸特性好?；瘜W(xué)激光器的主要缺點是要排放有害氣體。氣體激光器主要有氣動 C02C02 激光器和電激勵 C02C02 激光器。C02C02 激光器的發(fā)射功率可達 兆瓦級以上，波長位于大氣窗口（10.610.6 卩 m m）,光束穿透性好。氣動 C02C02 激光器是利用氣體動力學(xué)原理，通過燃燒壓縮的C02C02 和 0202 產(chǎn)生高壓 C02C02 氣體，使其絕熱膨脹而產(chǎn)生激光。氣動 C02C02 激光器的輸出功率高，但體積大，能量轉(zhuǎn)換效率低，光束質(zhì)量不高。另一種C02C02氣體激光器是電激勵 C02C02 激光器，它是對由 C02C02、N2N2、HeHe、XeXe 和 H20H20 等構(gòu)

13、成的混合氣體 進行放電激勵輸出激光。電激勵 C02C02 激光器具有輸出功率高、能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡單、工藝成熟等優(yōu)點。缺點是電源技術(shù)不完善，光束質(zhì)量不高。固體激光器制成的激光武器適用于作軟殺傷武器，目前可實現(xiàn)的平均輸出功率在千瓦級 或萬瓦級，可在 10km10km 內(nèi)損壞光電探測設(shè)備、目標指示設(shè)備以及使人眼暫時致盲或永久致盲。 固體激光器體積小、重量輕、性能穩(wěn)定，適用于制成便攜式、車載和機載等輕型戰(zhàn)術(shù)激光武 器。目前，采用板條狀的 Nd:YAGNd:YAG 激光器可實施 8km8km 內(nèi)的設(shè)備和人員的軟殺傷。2 2、按其發(fā)射位置可分為天基、陸基、艦載。天基激光武器的主要目的是在全球范圍內(nèi)對

14、付由攜帶化學(xué)和生物彈頭的彈道導(dǎo)彈襲擊所造成的不 斷增長的威脅，它還可用于防御巡航導(dǎo)彈和遠程戰(zhàn)略轟炸機。陸基激光武器是在反衛(wèi)星的軍事需求下發(fā)展起來的。在天氣好的情況下，數(shù)百瓦激光照射就可使 400km400km 高空衛(wèi)星的傳感器飽和，但要使其永久性破壞，需提高激光器的功率。艦載激光武器是希望用高能激光武器和高功率微波武器防御反艦導(dǎo)彈。戰(zhàn)略激光武器可攻擊數(shù)千公里之外的洲際導(dǎo)彈；可攻擊太空中的偵察衛(wèi)星和通信衛(wèi)星等。例如，19751975 年 1111 月，美國的兩顆監(jiān)視導(dǎo)彈發(fā)射井的偵察衛(wèi)星在飛抵西伯利亞上空時，被前蘇聯(lián)的“反衛(wèi)星”陸基激光武器擊中，并變成“瞎子”。3 3、按其用途還可分為戰(zhàn)術(shù)型和戰(zhàn)略型兩類。戰(zhàn)術(shù)激光武撂是利用激光作為能量，是像常規(guī)武器那樣直接殺傷敵方人員、擊毀坦克、飛機等，打擊