第二講 激光的應(yīng)用.ppt

1、第二講 激光的應(yīng)用,一 激光的特性,方向性好 亮度高 單色性好 相干性好,方向性好,單色性好,高亮度,二 激光的應(yīng)用,由于激光具有方向性好、亮度高、單色性好、相干性好等特點(diǎn)而在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,激光的主要應(yīng)用,測(cè)距，生活中，農(nóng)業(yè)，加工， 醫(yī)療，通信，舞臺(tái)與唱片， 科學(xué)研究，軍事,激光測(cè)距,1969年7月，美國(guó)“阿波羅”飛船登月時(shí)，宇航員在月球上安放了一組反射器，然后從地球上向反射器發(fā)射激光脈沖，激光脈沖就會(huì)被反射器反射回來(lái)?？茖W(xué)家通過(guò)激光脈沖往返月地所用的時(shí)間，就計(jì)算出了地球到月球之間的平均距離：384401千米。,激光在軍事上最先得到實(shí)際應(yīng)用的是激光測(cè)距技術(shù)。20世紀(jì)60年代末，激光測(cè)距

2、儀開始裝備部隊(duì)。由于它能迅速準(zhǔn)確地測(cè)出目標(biāo)距離，廣泛用于偵察測(cè)量和武器火控系統(tǒng),激光在生活中的應(yīng)用,激光打印機(jī),激光教鞭,激光清洗,激光打印機(jī),無(wú)論是黑白激光打印機(jī)還是彩色激光打印機(jī)，其基本工作原理是相同的，它們都采用了類似復(fù)印機(jī)的靜電照相技術(shù)，將打印內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)楦泄夤纳系囊韵袼攸c(diǎn)為單位的點(diǎn)陣位圖圖像，再轉(zhuǎn)印到打印紙上形成打印內(nèi)容。與復(fù)印機(jī)惟一不同的是光源，復(fù)印機(jī)采用的是普通白色光源，而激光打印機(jī)則采用的是激光束。,激光清洗圣壇上的圣像 意大利的Albertino圣壇建于14世紀(jì)中葉，由于經(jīng)歷的時(shí)間很長(zhǎng)，圣壇上的圣像表面 覆蓋了一層幾毫米厚的碳黑和灰泥層，嚴(yán)重影響了文物的外觀。為了恢復(fù)圣像的古色

3、，必須采用清洗手段去除表面的硬殼層，文物單位最后確定由意大利和奧地利兩國(guó)專家采用激光清洗技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。他們采用的激光器的波長(zhǎng)為1064nm，激光光斑的直徑大 于2.5mm，能量為1200mJ，激光采用光纖傳輸，實(shí)現(xiàn)了圖像的遠(yuǎn)程大面積清洗，清洗效率達(dá) 到11.5m2天，清洗后恢復(fù)了圖像的古色舊貌。,激光在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用,用激光照射玉米種子能增產(chǎn) 俄羅斯科學(xué)院科學(xué)家利用紅色激光照射玉米種子，結(jié)果每株玉米的果穗比未照射激光的重100多克，因而提高了玉米的產(chǎn)量。專家們認(rèn)為，由于激光的顏色、照射時(shí)間、強(qiáng)度和方向都很容易調(diào)整控制，因此，這是一種很有發(fā)展前途的提高農(nóng)作物產(chǎn)量的育種方法。,用激光照射種子可防作物病

4、蟲害 哈薩克斯坦的農(nóng)業(yè)專家研究出一種預(yù)防農(nóng)作物病蟲害的新技術(shù)：在播種前12個(gè)星期，不用化學(xué)藥劑，而是利用激光對(duì)作物種子進(jìn)行照射，使種子消毒和滅菌，從而達(dá)到預(yù)防病蟲害的目的。這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)踐中取得了良好的效果。,日本水稻1年收5次 日本北海道農(nóng)業(yè)研究所采用激光和水培法相結(jié)合栽種水稻獲得好收成。這種方法是：先采用大功率半導(dǎo)體激光器在缽內(nèi)育苗，8天后移到營(yíng)養(yǎng)液中栽培生長(zhǎng)，同時(shí)在生長(zhǎng)期間伴以紅色波長(zhǎng)的激光和藍(lán)色的熒光燈燈光照射水稻，使其高效率地進(jìn)行光合作用，5668天內(nèi)全部成熟。按照這種栽培法的生長(zhǎng)期計(jì)算，1年至少可收獲5次。,激光在加工業(yè)上的應(yīng)用,鉆孔、切割、焊接以及淬火，是加工金屬材料時(shí)最常用的操作

5、。自從引進(jìn)了激光后，在加工的強(qiáng)度、質(zhì)量以及范圍等方面開創(chuàng)了全新的局面。除了金屬材料外，激光還能加工許多非金屬材料。,激光鉆孔的原理 利用激光束聚集使金屬表面焦點(diǎn)溫度迅速上升。當(dāng)熱量尚未發(fā)散之前，光束就燒熔金屬，直至汽化，留下一個(gè)個(gè)小孔。激光鉆孔不受加工材料的硬度和脆性的限制，而且鉆孔速度異常快。,如果需要在金屬薄板上鉆出幾百個(gè)連人眼都難以察覺(jué)出來(lái)的微孔，用電動(dòng)鉆孔機(jī)顯然是不能勝任的，但用激光鉆孔機(jī)卻能在12秒鐘內(nèi)全部完成。如果用放大鏡對(duì)這些微孔作一番細(xì)查的話，可發(fā)現(xiàn)微孔面十分整齊光潔。,激光鉆孔還可用來(lái)加工手表鉆石 它每秒鐘可鉆 2030個(gè)孔，比機(jī)械加工效率高幾百倍，而且質(zhì)量高。同時(shí)，激光鉆孔

6、與下面我們就要講到的激光切割一樣，加工過(guò)程是非接觸式的，即不像機(jī)械加工那樣靠鋼鉆頭逐漸鉆透金屬材料。因此，激光操作可以在自動(dòng)化連續(xù)加工，或者在超凈、真空的特殊環(huán)境中發(fā)揮作用。,激光切割機(jī) 切割金屬材料：只要移動(dòng)工件或者移動(dòng)激光束，使鉆出的孔洞連邊成線，就自然能將材料切割下來(lái)了。而且，不論是什么樣的材料，如鋼板、陶瓷、塑料、化纖、木材等，激光都如一柄削鐵如泥，削木如灰的光劍，而且，切割的邊緣非常光潔。,這是激光NOVA靶室，在靶室內(nèi)十束激光同 時(shí)聚向一個(gè)產(chǎn)生核聚變反應(yīng)的小燃料樣品上， 引發(fā)核聚變。,美國(guó)研制出世界最大功率激光器,科技日2008年02月21日?qǐng)?bào)訊美國(guó)密歇根大學(xué)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們近日研

7、制出一種激光束，其強(qiáng)度高于世界上其他現(xiàn)有激光兩個(gè)數(shù)量級(jí)，強(qiáng)烈的光束可廣泛應(yīng)用于放射治療癌癥領(lǐng)域。,科學(xué)家在“大力神”激光系統(tǒng)上添加放大器制成新型激光束?！按罅ι瘛笔且粋€(gè)摻鈦藍(lán)寶石激光器，體積龐大占據(jù)了實(shí)驗(yàn)室數(shù)間房，一旦光反饋進(jìn)入系統(tǒng)，就會(huì)在連續(xù)的反光鏡和光學(xué)元件間發(fā)射，這也正是能量聚焦的過(guò)程?！按罅ι瘛毕惹暗淖畲筝敵龉β蕿?0太瓦（1TW=109KW），添加了放大器后激光束的能量可達(dá)300太瓦，約是美國(guó)所有發(fā)電站輸出功率的300倍。,測(cè)量結(jié)果顯示激光的強(qiáng)度可達(dá)到每平方厘米21022瓦特，其瞬間能量相當(dāng)于用一面巨大的放大鏡將太陽(yáng)射向地球所有光束集中到一個(gè)沙礫上。激光的發(fā)射時(shí)間僅為30飛秒（1s=

8、1015fs），時(shí)間極短卻可以將能量集中到1.3微米(1m=106m )的一個(gè)點(diǎn)上，這個(gè)大小相當(dāng)于人類頭發(fā)直徑的百分之一。,高能激光（能產(chǎn)生約5500 oC的高溫） 把大塊硬質(zhì)材料焊接在一起,激光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用,應(yīng)用于眼科 激光主要是用來(lái)治療視網(wǎng)膜剝離。視網(wǎng)膜剝離是一種很棘手的疾病，患者的視網(wǎng)膜與眼球內(nèi)壁脫開，無(wú)法產(chǎn)生視覺(jué)。在激光沒(méi)有問(wèn)世之前，病人恐怕難免失明的苦難。 現(xiàn)在，醫(yī)生可以用激光器對(duì)準(zhǔn)病人眼底，使激光器發(fā)射出一束激光，通過(guò)加熱使視網(wǎng)膜重新與眼球內(nèi)壁合在一起。整個(gè)過(guò)程要不了幾分鐘，激光束就像焊槍一樣，將病人的視網(wǎng)膜焊接好了。,用脈沖的染料激光（波長(zhǎng)585nm）處理皮膚色素沉著,應(yīng)用于牙

9、科 激光可以代替牙鉆。用激光治牙，病人幾乎沒(méi)有不舒服的感覺(jué)，而且只要不發(fā)炎，一次治療就能解決問(wèn)題。牙科激光器是激光器中的小弟弟，它的功率很小，只有3瓦，相當(dāng)于一支節(jié)能燈，幾乎不產(chǎn)生熱量。它的發(fā)射端實(shí)際上是像頭發(fā)絲那么細(xì)的光導(dǎo)纖維。,激光是外科醫(yī)生的一把神奇的“手術(shù)刀”。,用激光刀給病人的心臟、肝臟、胃等重要內(nèi)臟動(dòng)手術(shù)(微創(chuàng)手術(shù))，要靠醫(yī)生手中的一件寶貝-激光纖維內(nèi)窺鏡。 它是醫(yī)生用來(lái)插到人體內(nèi)直接觀察器官的光學(xué)裝置，用光導(dǎo)纖維做成的內(nèi)窺鏡又軟、又細(xì)、又能彎曲，當(dāng)它插入病人胃里時(shí)，不會(huì)有痛苦。激光纖維內(nèi)窺鏡一方面可用來(lái)檢查病人的臟器是否有病變，還可以將激光能量輸入體內(nèi)臟器中，作切除手術(shù)，。而且，

10、用激光刀切割，傷口能自動(dòng)止血，不需要結(jié)扎出血點(diǎn)，大大縮短了手術(shù)時(shí)間，傷口愈合快。,激光通信,利用激光來(lái)有效地傳送信息，叫做激光通信。 激光通信是近期發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的現(xiàn)代通信技術(shù)，其特點(diǎn)是通信容量大，保密性好，抗干擾性強(qiáng)，通信質(zhì)量高。 激光通信的方式主要有兩種，一是“有線”的光纖通信，二是“無(wú)線”的大氣激光通信。這兩種通信方式都具有極高的保密性。,激光全息存儲(chǔ),激光光盤是一種先進(jìn)的錄像和記錄信息的產(chǎn)品。光盤記錄信息不但質(zhì)量高，而且容量非常大，光盤的一面就能夠存儲(chǔ)6.25億個(gè)漢字。如果一本書10萬(wàn)字（約180頁(yè)）的話，那么它就能存儲(chǔ)6250本書的信息量，一張光盤就相當(dāng)于一個(gè)小型圖書館。 廣東商學(xué)院圖書館館臧300萬(wàn)冊(cè)，約需240張光盤。,激光全息存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn),信息存儲(chǔ)容量大-可達(dá)1Tb/cm3 記錄速度快 記錄信息不易丟失-壽命可達(dá)數(shù)百年 便于長(zhǎng)期保存-每一碎片都包含完整信息 便于拷貝、復(fù)制,激光用于科學(xué)研究,美籍華人、美國(guó)能源部長(zhǎng)朱棣文與他的伙伴發(fā)明了用激光冷卻原子的方法，并因此獲得1997年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),激光在軍事上的應(yīng)用,