激光技術(shù)及其應(yīng)用課件

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)用激光技術(shù)的應(yīng)用激光技術(shù)概述現(xiàn)代激光技術(shù)的發(fā)展前沿激光技術(shù)、計算機技術(shù)、原子能技術(shù)、生物技術(shù)，并列為二十世紀最重要的四大發(fā)現(xiàn)。是人類探索自然和改造自然的強有力工具。40多年來，激光技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展迅猛，已與多個學(xué)科相結(jié)合形成多個應(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)，激光檢測與計量技術(shù)，激光全息技術(shù)，激光雷達，激光制導(dǎo)，激光可控聚變，激光武器等等。激光技術(shù)概述激光技術(shù)概述激光技術(shù)是20世紀產(chǎn)生的最重大、最實用的科技成就之一。也是21世紀最活躍的高新技術(shù)之一。激光技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)、計算機技術(shù)、建筑裝潢技術(shù)、機械加工技術(shù)、生物技術(shù)、醫(yī)療技術(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)的應(yīng)用性領(lǐng)域，帶動了科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的新突破。什么是激光

激光是利用光能、熱能、電能、化學(xué)能或核能等外部能量來激勵物質(zhì)，使其發(fā)生受激輻射而產(chǎn)生的一種特殊的光。（《中國大百科全書》軍事卷Ｐ608）激光（laser---LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation）是指受激輻射產(chǎn)生的光放大，是一種高質(zhì)量的光源激光的產(chǎn)生自然界存在兩種不同的發(fā)光方式發(fā)光方式自發(fā)輻射受激輻射產(chǎn)生產(chǎn)生并加以放大激光普通光激光的產(chǎn)生原子：原子核、核外電子；電子在不同的軌道；不同軌道上電子能量不同，穩(wěn)定性不同粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)激光的產(chǎn)生E1E2E3E4激光的特性單色性好相干性好亮度高方向性好激光燈——舞臺演出、歌劇院、迪廳、酒吧、廣告等場所

香港維多利亞港灣燈光匯演相干性好——

激光全息技術(shù)高亮度、高能量密度

高亮度激光束經(jīng)聚焦后，可產(chǎn)生幾百萬個單位的高溫高壓。千分之一秒內(nèi)使任何金屬汽化。

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，可大大減少加工時間，降低加工成本，提高工件質(zhì)量?，F(xiàn)代的激光成了人們所幻想追求的“削鐵如泥”的“寶劍”。

方向性好---發(fā)散角小激光器LaserD=1.6km(1km時光斑直徑10m)38萬公里看似平行的探照燈激光焊接激光雕刻激光刻字激光打標納米牛迄今為止世界上最小的牛。大小相當于紅血球，它體長只有10微米，高7微米，精度為120納米科學(xué)家希望，這只牛能拉著裝有藥物的車在血管中運動激光內(nèi)雕刻激光技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

激光在工業(yè)上的應(yīng)用

激光在醫(yī)學(xué)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

激光在通信中的應(yīng)用

激光在科研中的應(yīng)用24激光在工業(yè)上的應(yīng)用26用激光焊接汽車激光在工業(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)用激光熔覆航空發(fā)動機葉片28激光在軍事上的應(yīng)用激光測距激光雷達激光對潛通信激光模擬武器軍用光纖陀螺激光照明與激光夜視30激光雷達測距儀31激光在軍事上的應(yīng)用激光雷達32激光在軍事上的應(yīng)用機載激光武器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，用來摧毀助推階段的敵方導(dǎo)彈。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)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。對此，美國國防部也已經(jīng)進行了大量的試驗以驗證低能激光武器的作戰(zhàn)效能。35測距、敵我識別、通信與制導(dǎo)36激光核聚變37激光核聚變的四個階段激光駕束制導(dǎo)38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）”是一項越來越受到歡迎的技術(shù)，可以用來制備精細結(jié)構(gòu)以形成微米或是納米機器。

激光雕刻全球激光技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的

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)是二十世紀與原子能、半導(dǎo)體及計算機齊名的四大發(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領(lǐng)域，對國民經(jīng)濟及社會發(fā)展已經(jīng)做出了重要貢獻，今后在國際競爭中的戰(zhàn)略地位還將會進一步提升。

發(fā)達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，贏得主動權(quán)，紛紛加緊實施激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展計劃，如美國的“激光核聚變計劃”，德國的“激光2001行動計劃”，英國實施

“阿維爾計劃”，日本啟動“激光研究五年計劃”等。這些項目的實施，有效推動了全球激光產(chǎn)業(yè)進入高速發(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

全球激光市場的萎縮對中國激光市場雖然帶來了一定的影響，而整個中國的激光市場還是處于一個穩(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)

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)備生產(chǎn)市場主要分布在廣東、湖北、北京、江蘇、上海這幾個省市。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)出強勁的發(fā)展勢頭。北京、上海以其特殊的地理位置，也推動了激光技術(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45中國科學(xué)院院士許祖彥漫談激光(實錄)

國家“十一五”計劃當中，列出四項高科技項目作為國家重點扶持，其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方向：一個方向就是高功率，高亮度。就是提高激光輸出的功率。第二個發(fā)展方向，激光波長是可調(diào)控的。第三個重大發(fā)展方向，就是激光產(chǎn)業(yè)化。

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一個方向就是高功率，高亮度

固體激光做到萬瓦了。同時可能會有一個基礎(chǔ)問題：隨著激光功率的提高，光束質(zhì)量不會跟著提高，甚至于激光功率提高到一定程度的時候，光束質(zhì)量是下降的，這樣就不能保持激光的高亮度，這就是一個基本的問題。在這個方面也開展了很多研究，就是怎樣高功率和高光束質(zhì)量同時達到。這個問題發(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，就把這個激光器對準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，提高了一個量級。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

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)在長波研究的熱點是亞毫米波與遠紅外之間那一段，叫太赫茲波。如果作為安檢，一個人身上帶著槍，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。這是第二個發(fā)展方向，就是說波長可以調(diào)。48激光產(chǎn)業(yè)化第三個重大發(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%。第二個是它可以提高亮度。第三個是產(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“十一五”

規(guī)劃和2020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5～15年以下15個領(lǐng)域發(fā)展的重點技術(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)展前沿實現(xiàn)大規(guī)模輕核聚變反應(yīng)的一個重要條件，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、緩慢地實現(xiàn)輕核的聚變反應(yīng)，這就是受控熱核反應(yīng)的設(shè)想，實現(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，同時釋放出巨大的能量。一、激光核聚變的研究現(xiàn)代激光技術(shù)的發(fā)展前沿國家點火裝置（簡稱NIF）

國家點火裝置是美國科學(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懾力。2.科學(xué)家可模擬超新星、黑洞邊界、恒星和巨大行星內(nèi)核的環(huán)境，將為科學(xué)界提供大量之前無法獲取的數(shù)據(jù)。3.借助NIF制造類似太陽內(nèi)部的可控氫核聚變反應(yīng)，最終用來生產(chǎn)可持續(xù)的清潔能源現(xiàn)代激光技術(shù)的發(fā)展前沿美國國家點火裝置（簡稱NIF）現(xiàn)代激光技術(shù)的發(fā)展前沿二、激光化學(xué)技術(shù)的發(fā)展激光化學(xué)技術(shù)是用激光來指揮化學(xué)反應(yīng)。因為激光攜帶高度集中而均勻的能量，可精確地打在分子的鍵上，比如用不同波長的紫外激光，打在硫化氫等分子上，改變兩激光束的相位差，則控制了該分子的斷裂過程，也可利用改變激光脈沖波形的方法，十分精確和有效的把能量打在分子上，觸發(fā)某種預(yù)期的反應(yīng)。激光化學(xué)雖然尚處于起步階段，但前景十分光明?，F(xiàn)代激光技術(shù)的發(fā)展前沿三、激光醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展激光醫(yī)療近期的研究重點包括：1、研究激光與生物