激光技術(shù)及其應(yīng)用

1、現(xiàn)代高新技術(shù)之 激光技術(shù)及其應(yīng)用激光技術(shù)及其應(yīng)用 激光激光技術(shù)、技術(shù)、計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)技術(shù)、技術(shù)、原子能原子能技術(shù)、技術(shù)、生物生物技術(shù)，技術(shù)，并列為二十世紀(jì)最重要的四大發(fā)現(xiàn)。是人類探索自然并列為二十世紀(jì)最重要的四大發(fā)現(xiàn)。是人類探索自然和改造自然的強(qiáng)有力工具。和改造自然的強(qiáng)有力工具。 40 40多年來，激光技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展迅猛，已與多個(gè)學(xué)多年來，激光技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展迅猛，已與多個(gè)學(xué)科相結(jié)合形成多個(gè)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，比如光電技術(shù)，激科相結(jié)合形成多個(gè)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，比如光電技術(shù)，激光醫(yī)療與光子生物學(xué)，激光加工技術(shù)，激光檢測與計(jì)光醫(yī)療與光子生物學(xué)，激光加工技術(shù)，激光檢測與計(jì)量技術(shù)，激光全息技術(shù)，激光雷達(dá)，激光制導(dǎo)，

2、激光量技術(shù)，激光全息技術(shù)，激光雷達(dá)，激光制導(dǎo)，激光可控聚變，激光武器等等?？煽鼐圩?，激光武器等等。激光技術(shù)概述激光技術(shù)概述 1917 1917 年，愛因斯坦提出了受激輻射理論年，愛因斯坦提出了受激輻射理論, ,強(qiáng)強(qiáng)調(diào)光的物質(zhì)性；用量子觀點(diǎn)預(yù)言調(diào)光的物質(zhì)性；用量子觀點(diǎn)預(yù)言受激輻射受激輻射的的存在和存在和光放大光放大的可能性。的可能性。 自從自從19601960年美國人梅曼制造出第一臺(tái)激光器年美國人梅曼制造出第一臺(tái)激光器以后，到今天人們對(duì)激光并不陌生，如激光以后，到今天人們對(duì)激光并不陌生，如激光開刀可自動(dòng)止血；全息激光照片可以假亂真；開刀可自動(dòng)止血；全息激光照片可以假亂真；還有激光燈、激光打印機(jī)、

3、激光治療近視眼、還有激光燈、激光打印機(jī)、激光治療近視眼、激光美容等激光美容等.。激光在軍事上也有廣泛的應(yīng)。激光在軍事上也有廣泛的應(yīng)用用。激光技術(shù)概述 激光技術(shù)是激光技術(shù)是2020世紀(jì)產(chǎn)生的最重大、最實(shí)用的科技世紀(jì)產(chǎn)生的最重大、最實(shí)用的科技成就之一。也是成就之一。也是2121世紀(jì)最活躍的高新技術(shù)之一。世紀(jì)最活躍的高新技術(shù)之一。 激光技術(shù)與激光技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、建筑裝現(xiàn)代通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、建筑裝潢技術(shù)、機(jī)械加工技術(shù)、生物技術(shù)、醫(yī)療技術(shù)、潢技術(shù)、機(jī)械加工技術(shù)、生物技術(shù)、醫(yī)療技術(shù)、農(nóng)業(yè)技術(shù)農(nóng)業(yè)技術(shù)等相互結(jié)合，不斷開發(fā)出現(xiàn)代激光技術(shù)等相互結(jié)合，不斷開發(fā)出現(xiàn)代激光技術(shù)的應(yīng)用性領(lǐng)域，帶動(dòng)了

4、科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的新突破。的應(yīng)用性領(lǐng)域，帶動(dòng)了科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的新突破。什么是激光 激光是激光是利用光能、熱能、電能、化學(xué)能或核能利用光能、熱能、電能、化學(xué)能或核能等外部能量來激勵(lì)物質(zhì)，使其發(fā)生受激輻射而等外部能量來激勵(lì)物質(zhì)，使其發(fā)生受激輻射而產(chǎn)生的一種特殊的光產(chǎn)生的一種特殊的光。（。（中國大百科全書中國大百科全書軍事卷軍事卷608608）激光激光（laser-Light Amplification by laser-Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Stimulated Emission of Radiation ）是指受

5、）是指受激輻射產(chǎn)生的光放大，是一種高質(zhì)量的光源激輻射產(chǎn)生的光放大，是一種高質(zhì)量的光源自然界存在兩種不同的發(fā)光方式自然界存在兩種不同的發(fā)光方式發(fā)光方式發(fā)光方式自發(fā)輻射自發(fā)輻射受激輻射受激輻射產(chǎn)產(chǎn) 生生產(chǎn)生并加以放大產(chǎn)生并加以放大激光激光普通光普通光原子：原子：原子核、核外電子；原子核、核外電子；電子在不同的軌道；電子在不同的軌道；不同軌道上電子能量不同軌道上電子能量不同，穩(wěn)定性不同不同，穩(wěn)定性不同粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)E1E2E3E4E1E2粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)E1E2E3E4激光器的結(jié)構(gòu) 激光器由三部分組成：激光器由三部分組成： 工作物質(zhì)、激勵(lì)源、諧振腔工作物質(zhì)、激勵(lì)源、諧振腔激

6、光的特性單色性好、顏色極純太陽光：波長太陽光：波長0.760.76微米微米-0.4-0.4微米微米. .對(duì)應(yīng)的顏色共對(duì)應(yīng)的顏色共7 7種種. .所所以太陽光談不上單色性以太陽光談不上單色性. .激光燈激光燈舞臺(tái)演出、歌劇院、迪廳、酒吧、舞臺(tái)演出、歌劇院、迪廳、酒吧、廣告等場所廣告等場所香港維多利亞港灣燈光匯演香港維多利亞港灣燈光匯演高亮度、高能量密度 高亮度激光束經(jīng)聚焦后，可產(chǎn)生幾百萬高亮度激光束經(jīng)聚焦后，可產(chǎn)生幾百萬個(gè)單位的高溫高壓。千分之一秒內(nèi)使任何金個(gè)單位的高溫高壓。千分之一秒內(nèi)使任何金屬汽化。屬汽化。 激光切割技術(shù)廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材激光切割技術(shù)廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材料的加工中，

7、可大大減少加工時(shí)間，降低加料的加工中，可大大減少加工時(shí)間，降低加工成本，提高工件質(zhì)量。現(xiàn)代的激光成了人工成本，提高工件質(zhì)量。現(xiàn)代的激光成了人們所幻想追求的們所幻想追求的“削鐵如泥削鐵如泥”的的“寶劍寶劍”。 方向性好方向性好-發(fā)散角小發(fā)散角小激光器激光器LaserD=1.6kmrl(1km時(shí)光斑直徑時(shí)光斑直徑10m)38萬公里萬公里看似平行的探照燈看似平行的探照燈小型激光打標(biāo)機(jī)納米牛納米牛迄今為止世界上最小的牛。大小相當(dāng)于紅血球，迄今為止世界上最小的牛。大小相當(dāng)于紅血球，它體長只有它體長只有10 微米，高微米，高7 微米，精度為微米，精度為120 納米納米科學(xué)家希望，這只牛能拉著裝有藥物的車在

8、血管科學(xué)家希望，這只牛能拉著裝有藥物的車在血管中運(yùn)動(dòng)中運(yùn)動(dòng)激光內(nèi)雕刻激光內(nèi)雕刻激光技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀激光技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀 激光在工業(yè)上的應(yīng)用激光在工業(yè)上的應(yīng)用 激光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用激光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 激光在軍事上的應(yīng)用激光在軍事上的應(yīng)用 激光在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用激光在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用 激光在通信中的應(yīng)用激光在通信中的應(yīng)用 激光在科研中的應(yīng)用激光在科研中的應(yīng)用24激光在工業(yè)上的應(yīng)用激光在工業(yè)上的應(yīng)用 激光已經(jīng)廣泛應(yīng)用于焊接、切割、打標(biāo)、激光已經(jīng)廣泛應(yīng)用于焊接、切割、打標(biāo)、熱處理、快速成型、涂敷和化學(xué)工業(yè)中。熱處理、快速成型、涂敷和化學(xué)工業(yè)中。25激光打標(biāo)激光打標(biāo)激光在工業(yè)上的應(yīng)用激光在工業(yè)上的應(yīng)用26用激光焊接汽

9、車用激光焊接汽車激光在工業(yè)上的應(yīng)用激光在工業(yè)上的應(yīng)用 激光切割飛行員頭盔27激光在工業(yè)上的應(yīng)用激光在工業(yè)上的應(yīng)用激光熔覆航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片激光熔覆航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片28激光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用激光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用現(xiàn)在已經(jīng)用于手術(shù)治療、肌肉組織焊接、牙科治療、光鎮(zhèn)痛和光針灸等?，F(xiàn)在已經(jīng)用于手術(shù)治療、肌肉組織焊接、牙科治療、光鎮(zhèn)痛和光針灸等。29激光在軍事上的應(yīng)用激光在軍事上的應(yīng)用 激光測距激光測距 激光雷達(dá)激光雷達(dá) 激光對(duì)潛通信激光對(duì)潛通信 激光模擬武器激光模擬武器 軍用光纖陀螺軍用光纖陀螺 激光照明與激光夜視激光照明與激光夜視30激光雷達(dá)測距儀31激光在軍事上的應(yīng)用激光在軍事上的應(yīng)用激光雷達(dá)32激光在軍事上的

10、應(yīng)用激光在軍事上的應(yīng)用機(jī)載激光武器機(jī)載激光武器33美國小布什政府將激光武器用于其國家導(dǎo)彈防御系統(tǒng)中，用來摧美國小布什政府將激光武器用于其國家導(dǎo)彈防御系統(tǒng)中，用來摧毀助推階段的敵方導(dǎo)彈。毀助推階段的敵方導(dǎo)彈。美研發(fā)的新型低能激光武器美研發(fā)的新型低能激光武器34在過去的十年中，美國軍方一直習(xí)慣性的認(rèn)為美軍需要的是能夠立即融化在過去的十年中，美國軍方一直習(xí)慣性的認(rèn)為美軍需要的是能夠立即融化導(dǎo)彈外殼的高能量激光武器，但是美國陸軍和空軍通過研究發(fā)現(xiàn)低能量激導(dǎo)彈外殼的高能量激光武器，但是美國陸軍和空軍通過研究發(fā)現(xiàn)低能量激光武器也是一種非常有效的野戰(zhàn)武器。在近些年的研究中，美國軍方發(fā)現(xiàn)光武器也是一種非常有效

11、的野戰(zhàn)武器。在近些年的研究中，美國軍方發(fā)現(xiàn)低能量激光武器能夠有效的引爆來襲導(dǎo)彈的戰(zhàn)斗部和安放在路邊的炸彈。低能量激光武器能夠有效的引爆來襲導(dǎo)彈的戰(zhàn)斗部和安放在路邊的炸彈。對(duì)此，美國國防部也已經(jīng)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)以驗(yàn)證低能激光武器的作戰(zhàn)效對(duì)此，美國國防部也已經(jīng)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)以驗(yàn)證低能激光武器的作戰(zhàn)效能。能。 35測距、敵我識(shí)別、通信與制導(dǎo)36激光核聚變37激光核聚變的四個(gè)階段激光駕束制導(dǎo)激光駕束制導(dǎo)38激光在光纖通信中的應(yīng)用激光在光纖通信中的應(yīng)用39像用鑿子鑿石頭一樣用激光把原子從材料的表面鑿出或者更確切地說“熔化（Ablate）” 是一項(xiàng)越來越受到歡迎的技術(shù)，可以用來制備精細(xì)結(jié)構(gòu)以形成微米或是

12、納米機(jī)器。 全球激光技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的全球激光技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢41激光技術(shù)全球發(fā)展現(xiàn)狀激光技術(shù)全球發(fā)展現(xiàn)狀 激光技術(shù)是二十世紀(jì)與原子能、半導(dǎo)體及計(jì)算機(jī)齊名的四大發(fā)明之一。四十多年來，以激光器為基礎(chǔ)的激光工業(yè)在全球發(fā)展勢頭迅猛，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、通訊、信息處理、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事、文化教育以及科研等各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展已經(jīng)做出了重要貢獻(xiàn)，今后在國際競爭中的戰(zhàn)略地位還將會(huì)進(jìn)一步提升。 發(fā)達(dá)國家為了在全球競爭環(huán)境中占據(jù)世界信息技術(shù)的制高點(diǎn)，贏得主動(dòng)權(quán)，紛紛加緊實(shí)施激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃，如美國的“激光核聚變計(jì)劃”，德國的“激光2001行動(dòng)計(jì)劃”，英國實(shí)施 “阿維爾計(jì)劃”

13、，日本啟動(dòng)“激光研究五年計(jì)劃”等。這些項(xiàng)目的實(shí)施，有效推動(dòng)了全球激光產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展階段。 由于受美國光通信泡沫的影響，自2001年開始，全球激光產(chǎn)業(yè)的形勢比較嚴(yán)峻，特別是電訊和半導(dǎo)體業(yè)的低迷傷及到了激光、光器件、光纖、成像和顯示等行業(yè)的發(fā)展。2001年，全球激光產(chǎn)業(yè)的銷售收入為56億美元，而在2002年2005年中，激光產(chǎn)業(yè)的銷售收入僅分別為：43億、49億、54億美元。在2002年2006年全球激光產(chǎn)業(yè)銷售收入呈現(xiàn)出迅猛增長的態(tài)勢，銷售收入依次為43億、49億、54億、55.8億、59.8億美元，2007年全球激光產(chǎn)業(yè)銷售收入進(jìn)一步增加到62億美元。 42我國激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀我國激光產(chǎn)業(yè)

14、的發(fā)展現(xiàn)狀 全球激光市場的萎縮對(duì)中國激光市場雖然帶來了一定的影響，而整個(gè)中國的激光市場還是處于一個(gè)穩(wěn)定增長的局面。自1999年2003年，中國激光產(chǎn)品市場銷售情況分別為：14.13億、19.11億、32.4億、28.62億、36.89億人民幣。在整個(gè)中國的激光產(chǎn)業(yè)中，激光材料加工近幾年的發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，且有很大的空間，激光加工在中國激光產(chǎn)業(yè)中占的比例也是日益重大。 43激光產(chǎn)業(yè)主要聚集區(qū)激光產(chǎn)業(yè)主要聚集區(qū) 目前，全國激光市場銷售主要為光通信器件、激光加工設(shè)備、激光器、激光醫(yī)療設(shè)備等。當(dāng)前，武漢、廣州、深圳、長春等地都建立起了光電子產(chǎn)業(yè)群,這無疑將給我國激光產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造更大的發(fā)展空間。 國內(nèi)激光器及設(shè)

15、備生產(chǎn)市場主要分布在廣東、湖北、北京、江蘇、上海這幾個(gè)省市。以光通訊、激光等產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的“武漢.中國光谷”，擁有光電子信息企業(yè)300多家，顯現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭。北京、上海以其特殊的地理位置，也推動(dòng)了激光技術(shù)的發(fā)展。而廣東作為改革開放的城市，近幾年，設(shè)備需求的大幅度提高也使得其激光企業(yè)增長飛速，深圳有大族激光這類的上市企業(yè)。另外，陜西西安、四川成都，憑借科研院所技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，也有不少的激光企業(yè)紜紜而生。44我國激光技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向我國激光技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向45中國科學(xué)院院士許祖彥漫談激光中國科學(xué)院院士許祖彥漫談激光(實(shí)錄實(shí)錄) 國家“十一五”計(jì)劃當(dāng)中，列出四項(xiàng)高科技項(xiàng)目作為國家重點(diǎn)扶持，其

16、中之一就是激光技術(shù)。 激光技術(shù)發(fā)展本身來說大體有這樣三個(gè)方向： 一個(gè)方向就是高功率，高亮度。就是提高激光輸出的功率。 第二個(gè)發(fā)展方向，激光波長是可調(diào)控的。 第三個(gè)重大發(fā)展方向，就是激光產(chǎn)業(yè)化。 46 一個(gè)方向就是高功率，高亮度一個(gè)方向就是高功率，高亮度 固體激光做到萬瓦了。同時(shí)可能會(huì)有一個(gè)基礎(chǔ)問題：隨著激光功率的提高，光束質(zhì)量不會(huì)跟著提高，甚至于激光功率提高到一定程度的時(shí)候，光束質(zhì)量是下降的，這樣就不能保持激光的高亮度，這就是一個(gè)基本的問題。在這個(gè)方面也開展了很多研究，就是怎樣高功率和高光束質(zhì)量同時(shí)達(dá)到。這個(gè)問題發(fā)展出了一些新的激光技術(shù)。 過去固體激光是用閃光燈泵浦，泵浦光是寬帶白色光源，激光

17、介質(zhì)只吸收里面的一部分光，其他大部分光都去加熱激光介質(zhì)了。半導(dǎo)體激光效率很高但光束質(zhì)量差，后來隨著它的發(fā)展，就把這個(gè)激光器對(duì)準(zhǔn)固體激光器吸收帶作泵浦，固體激光一下子就從千瓦提高到了萬瓦，提高了一個(gè)量級(jí)。即便是這樣，激光的散熱面積還是有限，于是就發(fā)明了光纖激光，光纖激光幾米長，幾十米長，幾個(gè)微米那么大的孔徑，這樣散熱面積就很大，光束質(zhì)量也很好。 這也是激光技術(shù)最主要的發(fā)展方向，即為了解決光束質(zhì)量變壞、不能保持激光高亮度的矛盾而發(fā)明新技術(shù)。 47 激光波長是可調(diào)控激光波長是可調(diào)控 其一是變頻激光，其二是朝寬頻段發(fā)展。長波，現(xiàn)在已經(jīng)做到了中紅外波段，像亞毫米波，甚至于毫米波?，F(xiàn)在是朝兩極方向發(fā)展?，F(xiàn)

18、在長波研究的熱點(diǎn)是亞毫米波與遠(yuǎn)紅外之間那一段，叫太赫茲波。如果作為安檢，一個(gè)人身上帶著槍，你看不見，通過激光一照就可以馬上發(fā)現(xiàn)，而且對(duì)人也沒有傷害。它還有很多很多的用途，也有很多的發(fā)展。這是第二個(gè)發(fā)展方向，就是說波長可以調(diào)。 48激光產(chǎn)業(yè)化激光產(chǎn)業(yè)化 第三個(gè)重大發(fā)展方向，就是把已有的激光，為了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，為了更大地發(fā)揮支撐作用，向產(chǎn)業(yè)化方向去發(fā)展，降低價(jià)格，批量生產(chǎn)，提高性能。 值得指出的是大功率半導(dǎo)體激光器，它可以提高效率，從50%提高到80%。第二個(gè)是它可以提高亮度。第三個(gè)是產(chǎn)業(yè)化，就是一致性，成批量的產(chǎn)業(yè)化。 49信息產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展“十一五十一五” 規(guī)劃規(guī)劃 和和20202

19、020年中長期規(guī)劃綱要年中長期規(guī)劃綱要 根據(jù)信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢、戰(zhàn)略需求和發(fā)展思路，提出未來515年以下15個(gè)領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)技術(shù)。其中與激光技術(shù)相關(guān)的領(lǐng)域有以下一些。 50現(xiàn)代激光技術(shù)的發(fā)展前沿 實(shí)現(xiàn)大規(guī)模輕核聚變反應(yīng)的一個(gè)重要條件，是要求有足夠高的溫度。 要利用核聚變解決能源問題，就要設(shè)法持續(xù)地、緩慢地實(shí)現(xiàn)輕核的聚變反應(yīng)，這就是受控?zé)岷朔磻?yīng)的設(shè)想，實(shí)現(xiàn)熱核爆炸“爆炸”而釋放能量，可能的加熱方式有多種，其中一種就是激光核聚變，即將高功率的激光束聚焦后照射在由氘、氚或氘-氚制成的靶丸上產(chǎn)生高溫高壓，使氘、氚核發(fā)生聚合，同時(shí)釋放出巨大的能量?，F(xiàn)代激光技術(shù)的發(fā)展前沿國家點(diǎn)火裝置（簡稱NIF）國家點(diǎn)火裝置是美國科學(xué)家研制的、世界最大的激光核聚變裝置。這個(gè)被稱為“人造太陽”的裝置能產(chǎn)生類似恒星內(nèi)核溫度和壓力，使美國在無需核試的情況下保持核威懾力。不僅如此，該裝置還能幫助研制不受全面禁止核試驗(yàn)條約限制的新型氫彈。NIF三大任務(wù) 1.科學(xué)家可以用它模擬核爆，保證美國在無需核試的情況下保持核威