光電子技術(shù)——激光

1、光子學(xué)在創(chuàng)造科學(xué)技術(shù)的最新記錄激光技術(shù)激光技術(shù)1. 激光的基本原理激光的基本原理2. 激光技術(shù)應(yīng)用簡(jiǎn)介激光技術(shù)應(yīng)用簡(jiǎn)介3. 激光技術(shù)的前景激光技術(shù)的前景 激光技術(shù)是人類探索自然和改造自然的強(qiáng)有力工激光技術(shù)是人類探索自然和改造自然的強(qiáng)有力工具。具。 與電子電力技術(shù)、自動(dòng)化測(cè)控技術(shù)的完美結(jié)合，與電子電力技術(shù)、自動(dòng)化測(cè)控技術(shù)的完美結(jié)合，激光技術(shù)能夠更好的為人類創(chuàng)造美好生活。激光技術(shù)能夠更好的為人類創(chuàng)造美好生活。（light amplification by stimulated emission of radiation）的縮寫。）的縮寫。 1960年，美國(guó)物理學(xué)家梅曼（年，美國(guó)物理學(xué)家梅曼（mai

2、man）在實(shí)驗(yàn)）在實(shí)驗(yàn)室中做成了第一臺(tái)紅寶石室中做成了第一臺(tái)紅寶石(al2o3:cr)激光器。我國(guó)于激光器。我國(guó)于1961年研制出第一臺(tái)激光器，從此以后，激光技術(shù)年研制出第一臺(tái)激光器，從此以后，激光技術(shù)得到了迅速發(fā)展，引起了科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的巨大變化。得到了迅速發(fā)展，引起了科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的巨大變化。 “激光激光” （laser）一詞是受激輻射光放大）一詞是受激輻射光放大 40多年來(lái)，激光技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展迅猛，已與多多年來(lái)，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)，激光醫(yī)療與光子生物學(xué)，激光加工技術(shù)，激光術(shù)，激光醫(yī)療與光子生

3、物學(xué)，激光加工技術(shù)，激光檢測(cè)與計(jì)量技術(shù)，激光全息技術(shù)，激光光譜分析技檢測(cè)與計(jì)量技術(shù)，激光全息技術(shù)，激光光譜分析技術(shù)，非線性光學(xué)，超快激光學(xué)，激光化學(xué)，量子光術(shù)，非線性光學(xué)，超快激光學(xué)，激光化學(xué)，量子光學(xué)，激光雷達(dá)，激光制導(dǎo)，激光分離同位素，激光學(xué)，激光雷達(dá)，激光制導(dǎo)，激光分離同位素，激光可控核聚變，激光武器等等。這些交叉技術(shù)與新的可控核聚變，激光武器等等。這些交叉技術(shù)與新的學(xué)科的出現(xiàn)，大大地推動(dòng)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)的學(xué)科的出現(xiàn)，大大地推動(dòng)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。發(fā)展。 1. 激光的基本原理激光的基本原理 按量子力學(xué)原理，原子只能穩(wěn)定地存在于一系列能按量子力學(xué)原理，原子只能穩(wěn)定地存在于一系列

4、能量不連續(xù)的定態(tài)中，原子能量的任何變化（吸收或輻射）量不連續(xù)的定態(tài)中，原子能量的任何變化（吸收或輻射）都只能在某兩個(gè)定態(tài)之間進(jìn)行。我們把原子的這種能量都只能在某兩個(gè)定態(tài)之間進(jìn)行。我們把原子的這種能量的變化過(guò)程稱之為躍遷。光子與物質(zhì)原子相互作用過(guò)程的變化過(guò)程稱之為躍遷。光子與物質(zhì)原子相互作用過(guò)程中，存在三種類型的躍遷。即：中，存在三種類型的躍遷。即：吸收、自發(fā)輻射和受激吸收、自發(fā)輻射和受激輻射。輻射。e1e3e2 受激輻射受激輻射 處于激發(fā)態(tài)的原子，在處于激發(fā)態(tài)的原子，在其發(fā)生自發(fā)輻射前，若受到其發(fā)生自發(fā)輻射前，若受到某一外來(lái)光子的作用，而且某一外來(lái)光子的作用，而且外來(lái)光子的能量恰好滿外來(lái)光子的

5、能量恰好滿足足 ，原，原子就有可能從激發(fā)態(tài)子就有可能從激發(fā)態(tài)e e2 2躍遷躍遷至低能態(tài)至低能態(tài)e e1 1，同時(shí)放出一個(gè)，同時(shí)放出一個(gè)與外來(lái)光子具有完全相同狀與外來(lái)光子具有完全相同狀態(tài)的光子。如圖所示。這一態(tài)的光子。如圖所示。這一過(guò)程被稱為受激輻射。過(guò)程被稱為受激輻射。12eehvlight or laser無(wú)輻射躍遷e1e2hve1e2hvhv 受激輻射示意圖 這種過(guò)程是在外界光子的刺激作用下發(fā)生的，而且受激輻射出的光子，與入射光子具有相同的頻率，相同的初相，相同的傳播方向，相同的偏振態(tài)等。即與外來(lái)光子具有完全相同的狀態(tài)。在受激輻射過(guò)程中，輸入一個(gè)光子，可以得到兩個(gè)狀態(tài)完全相同光子的輸出。

6、并且這兩個(gè)光子可再作用于其他原子上，產(chǎn)生受激輻射，而獲得大量特征完全相同的光子。這便是受激輻射的光放大。下圖就是受激輻射光放大的示意圖。受激輻射的特點(diǎn)是：受激輻射的特點(diǎn)是：hvhvhvhvhvhvhv輸入輸出 光放大示意圖 產(chǎn)生激光的必要條件產(chǎn)生激光的必要條件 （1 1）選擇具有適當(dāng)能級(jí)結(jié)構(gòu)的工作物質(zhì)，在工作物）選擇具有適當(dāng)能級(jí)結(jié)構(gòu)的工作物質(zhì)，在工作物質(zhì)中能形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，為受激輻射的發(fā)生創(chuàng)造條件；質(zhì)中能形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，為受激輻射的發(fā)生創(chuàng)造條件； （2 2）選擇一個(gè)適當(dāng)結(jié)構(gòu)的光學(xué)諧振腔。對(duì)所產(chǎn)生受）選擇一個(gè)適當(dāng)結(jié)構(gòu)的光學(xué)諧振腔。對(duì)所產(chǎn)生受激輻射光束的方向、頻率等加以選擇，從而產(chǎn)生單向性、激輻射

7、光束的方向、頻率等加以選擇，從而產(chǎn)生單向性、單色性、強(qiáng)度等極高的激光束；單色性、強(qiáng)度等極高的激光束； （3 3）外部的工作環(huán)境必須滿足一定的閾值條件，以）外部的工作環(huán)境必須滿足一定的閾值條件，以促成激光的產(chǎn)生。促成激光的產(chǎn)生。這些閾值條件大體包括：減少損耗，這些閾值條件大體包括：減少損耗，加快抽運(yùn)速度，加快抽運(yùn)速度，促進(jìn)（粒子數(shù)）反轉(zhuǎn)促進(jìn)（粒子數(shù)）反轉(zhuǎn)等。像工作物質(zhì)的等。像工作物質(zhì)的混合比、氣壓、激發(fā)條件、激發(fā)電壓等等?；旌媳取鈮?、激發(fā)條件、激發(fā)電壓等等。light or laser無(wú)輻射躍遷激光器簡(jiǎn)介激光器簡(jiǎn)介目前激光器的種類很多。按工作物質(zhì)的性質(zhì)分類，目前激光器的種類很多。按工作物質(zhì)的性

8、質(zhì)分類，大體可以分為大體可以分為氣體激光器、固體激光器、液體激光器氣體激光器、固體激光器、液體激光器；按工作方式區(qū)分，又可分為按工作方式區(qū)分，又可分為連續(xù)型連續(xù)型和和脈沖型脈沖型等。其中每等。其中每一類激光器又包含了許多不同類型的激光器。按激光器一類激光器又包含了許多不同類型的激光器。按激光器的能量輸出又可以分為的能量輸出又可以分為大功率激光器大功率激光器和小和小功率激光器功率激光器。大功率激光器的輸出功率可達(dá)到兆瓦量級(jí)，而小功率激大功率激光器的輸出功率可達(dá)到兆瓦量級(jí)，而小功率激光器的輸出功率僅有幾個(gè)毫瓦。如前所述的光器的輸出功率僅有幾個(gè)毫瓦。如前所述的he-ne激光激光器屬于小功率、連續(xù)型、

9、原子氣體激光器。紅寶石激光器屬于小功率、連續(xù)型、原子氣體激光器。紅寶石激光器屬于大功率脈沖型固體材料激光器。器屬于大功率脈沖型固體材料激光器。 激光的特性激光的特性 1.1.單向性極好：?jiǎn)蜗蛐詷O好：普通光源向四面八方發(fā)射能量，普通光源向四面八方發(fā)射能量，其能量分布在全空間其能量分布在全空間4 4 立體角內(nèi)。而激光則是沿一立體角內(nèi)。而激光則是沿一條直線傳播，能量集中在其傳播方向上。其發(fā)散角條直線傳播，能量集中在其傳播方向上。其發(fā)散角很小，一般為很小，一般為1010-5-51010-8-8球面度。若將激光束射向幾球面度。若將激光束射向幾千米以外，光束直徑僅擴(kuò)展為幾個(gè)厘米，而普通探千米以外，光束直徑

10、僅擴(kuò)展為幾個(gè)厘米，而普通探照燈光束直徑則已經(jīng)擴(kuò)展為幾十米。激光的單向性照燈光束直徑則已經(jīng)擴(kuò)展為幾十米。激光的單向性是由受激輻射原理和諧振腔的方向選擇作用所決定是由受激輻射原理和諧振腔的方向選擇作用所決定的。激光這種良好的單向性可用于定位、測(cè)距、導(dǎo)的。激光這種良好的單向性可用于定位、測(cè)距、導(dǎo)航等。航等。 2. 2.單色性極強(qiáng)單色性極強(qiáng)： 從普通光源（如鈉燈、汞燈、氪燈等）得到的單色從普通光源（如鈉燈、汞燈、氪燈等）得到的單色光的譜線寬度約為光的譜線寬度約為1010-2-2納米，單色性最好的氪燈（納米，單色性最好的氪燈（8686krkr）的譜線寬度為的譜線寬度為4.74.71010-3-3納米。而

11、氦氖激光器發(fā)射的納米。而氦氖激光器發(fā)射的632.8632.8納米激光的譜線寬度只有納米激光的譜線寬度只有1010-9-9納米。若從多模激光納米。若從多模激光束中提取單模激光，再采取穩(wěn)頻技術(shù)措施，還可以進(jìn)一束中提取單模激光，再采取穩(wěn)頻技術(shù)措施，還可以進(jìn)一步提高激光的單色性。利用激光良好的單色特性，可以步提高激光的單色性。利用激光良好的單色特性，可以作為計(jì)量工作的基準(zhǔn)光源。例如，用單色、穩(wěn)頻激光器作為計(jì)量工作的基準(zhǔn)光源。例如，用單色、穩(wěn)頻激光器作為光頻計(jì)時(shí)基準(zhǔn)，它在一年內(nèi)的計(jì)時(shí)誤差不超過(guò)作為光頻計(jì)時(shí)基準(zhǔn)，它在一年內(nèi)的計(jì)時(shí)誤差不超過(guò)1 1微微秒，大大超過(guò)原子鐘的計(jì)時(shí)精度。秒，大大超過(guò)原子鐘的計(jì)時(shí)精度

12、。600800400nm熒光光譜熒光光譜 圖圖 普通光源熒光光譜普通光源熒光光譜， 譜線寬度約為：150 nm 3.3.高亮度高亮度： 光源亮度是指光源單位發(fā)光表面在單位時(shí)間光源亮度是指光源單位發(fā)光表面在單位時(shí)間內(nèi)沿單位立體角所發(fā)射的能量，普通光源的亮度內(nèi)沿單位立體角所發(fā)射的能量，普通光源的亮度相當(dāng)?shù)?，例如，太?yáng)表面的亮度比蠟燭大相當(dāng)?shù)?，例如，太?yáng)表面的亮度比蠟燭大3030萬(wàn)倍，萬(wàn)倍，比白熾燈大幾百倍。而一臺(tái)普通的激光器的輸出比白熾燈大幾百倍。而一臺(tái)普通的激光器的輸出亮度，比太陽(yáng)表面的亮度大亮度，比太陽(yáng)表面的亮度大1010億倍。激光器的輸億倍。激光器的輸出功率并不一定很高，但由于光束很細(xì)，光脈

13、沖出功率并不一定很高，但由于光束很細(xì)，光脈沖窄，光功率密度卻非常大。窄，光功率密度卻非常大。 理想鎖?？色@得窄脈沖激光 由于激光光源使光能量在時(shí)間和空間上高由于激光光源使光能量在時(shí)間和空間上高度集中，因此，能在直徑極小的區(qū)域內(nèi)（度集中，因此，能在直徑極小的區(qū)域內(nèi)（1010-3-3毫米）產(chǎn)生幾百萬(wàn)度的高溫。從一個(gè)功率為毫米）產(chǎn)生幾百萬(wàn)度的高溫。從一個(gè)功率為1kw1kw的的coco2 2激光器發(fā)出的激光束經(jīng)過(guò)聚焦以后，激光器發(fā)出的激光束經(jīng)過(guò)聚焦以后，在幾秒鐘內(nèi)就可以將在幾秒鐘內(nèi)就可以將5cm5cm厚的鋼板燒穿。工業(yè)厚的鋼板燒穿。工業(yè)上利用激光高亮度的特性，在金屬鉆孔、焊接、上利用激光高亮度的特性，

14、在金屬鉆孔、焊接、切割、表面熱處理、表面氧化等方面的應(yīng)用近切割、表面熱處理、表面氧化等方面的應(yīng)用近年來(lái)有很大的發(fā)展。年來(lái)有很大的發(fā)展。 4.相干性好：相干性好：普通光源（如鈉燈、汞燈等）其相干普通光源（如鈉燈、汞燈等）其相干長(zhǎng)度只有幾個(gè)厘米，而激光的相干長(zhǎng)度則可以達(dá)到幾十長(zhǎng)度只有幾個(gè)厘米，而激光的相干長(zhǎng)度則可以達(dá)到幾十公里，比普通光源大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。因此也可以說(shuō)激光具公里，比普通光源大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。因此也可以說(shuō)激光具有非常好的相干性。用激光做光源進(jìn)行光的干涉、衍射有非常好的相干性。用激光做光源進(jìn)行光的干涉、衍射實(shí)驗(yàn)，可以得到非常好的效果。另外，激光問(wèn)世以來(lái)，實(shí)驗(yàn)，可以得到非常好的效果。另外，激光問(wèn)

15、世以來(lái)，推動(dòng)了全息光學(xué)技術(shù)、激光光譜技術(shù)的發(fā)展。推動(dòng)了全息光學(xué)技術(shù)、激光光譜技術(shù)的發(fā)展。 由于激光具有上述這些良好的特性，從而突破了傳由于激光具有上述這些良好的特性，從而突破了傳統(tǒng)光源的種種局限性，引起了現(xiàn)代光學(xué)應(yīng)用技術(shù)的革命統(tǒng)光源的種種局限性，引起了現(xiàn)代光學(xué)應(yīng)用技術(shù)的革命性發(fā)展。同時(shí)促進(jìn)了包括化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、工業(yè)加性發(fā)展。同時(shí)促進(jìn)了包括化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、工業(yè)加工與檢測(cè)技術(shù)、軍事等科學(xué)的迅速發(fā)展。工與檢測(cè)技術(shù)、軍事等科學(xué)的迅速發(fā)展。 激光技術(shù)的應(yīng)用涉及到光、機(jī)、電、材料及檢測(cè)等多門學(xué)科，主要分為以下幾類：1.1.激光加工系統(tǒng)激光加工系統(tǒng)。包括激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、加工機(jī)床、控制系統(tǒng)及檢測(cè)系統(tǒng)

16、。2.2.激光加工工藝激光加工工藝。包括切割、焊接、表面處理、打孔、打標(biāo)、劃線、微調(diào)等各種加工工藝。 2. 激光技術(shù)應(yīng)用簡(jiǎn)介激光技術(shù)應(yīng)用簡(jiǎn)介 2.1 激光焊接激光焊接：汽車車身厚薄板、汽車零件、鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等密封器件以及各種不允許焊接污染和變形的器件。目前使用的激光器有yag (釔鋁石榴石)激光器，co2激光器和半導(dǎo)體泵浦激光器。2.2 激光切割激光切割：汽車行業(yè)、計(jì)算機(jī)、電氣機(jī)殼、木刀模業(yè)、各種金屬零件和特殊材料的切割、圓形鋸片、壓克力、彈簧墊片、2mm以下的電子機(jī)件用銅板、一些金屬網(wǎng)板、鋼管、鍍錫鐵板、鍍亞鉛鋼板、磷青銅、電木板、薄鋁合金、石英玻璃、硅橡膠、1mm以下氧化

17、鋁陶瓷片、航天工業(yè)使用的鈦合金等等。使用激光器有yag激光器和co2激光器。 2.3 2.3 激光打標(biāo)激光打標(biāo)：在各種材料和幾乎所有行業(yè)均得到廣泛應(yīng)用，目前使用的激光器有yag激光器、co2激光器和半導(dǎo)體泵浦激光器。2.4 2.4 激光打孔激光打孔：激光打孔主要應(yīng)用在航空航天、汽車制造、電子儀表、化工等行業(yè)。激光打孔的迅速發(fā)展，主要體現(xiàn)在打孔用yag激光器的平均輸出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。國(guó)內(nèi)目前比較成熟的激光打孔的應(yīng)用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產(chǎn)及鐘表和儀表的寶石軸承、飛機(jī)葉片、多層印刷線路板等行業(yè)的生產(chǎn)中。目前使用的激光器多以yag激光器、co2激光

18、器為主，也有一些準(zhǔn)分子激光器、同位素激光器和半導(dǎo)體泵浦激光器。 3.3.激光熱處理激光熱處理：在汽車工業(yè)中應(yīng)用廣泛，如缸套、曲軸、活塞環(huán)、換向器、齒輪等零部件的熱處理，同時(shí)在航空航天、機(jī)床行業(yè)和其它機(jī)械行業(yè)也應(yīng)用廣泛。我國(guó)的激光熱處理應(yīng)用遠(yuǎn)比國(guó)外廣泛得多。目前使用的激光器多以yag激光器，co2激光器為主。4.4.激光快速成型激光快速成型：將激光加工技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)及柔性制造技術(shù)相結(jié)合而形成。多用于模具和模型行業(yè)。目前使用的激光器多以yag激光器、co2激光器為主。5.5.激光涂敷激光涂敷：在航空航天、模具及機(jī)電行業(yè)應(yīng)用廣泛。目前使用的激光器多以大功率yag激光器、co2激光器為主。 6.

19、6.激光化學(xué)：激光化學(xué)：傳統(tǒng)的化學(xué)過(guò)程，一般是把反應(yīng)物混合傳統(tǒng)的化學(xué)過(guò)程，一般是把反應(yīng)物混合在一起，然后往往需要加熱在一起，然后往往需要加熱 (或者還要加壓或者還要加壓)。加熱的缺點(diǎn)，。加熱的缺點(diǎn)，在于分子因增加能量而產(chǎn)生不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)破壞原有在于分子因增加能量而產(chǎn)生不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)破壞原有的化學(xué)鍵，結(jié)合成新的鍵，而這些不規(guī)則運(yùn)動(dòng)破壞或產(chǎn)生的的化學(xué)鍵，結(jié)合成新的鍵，而這些不規(guī)則運(yùn)動(dòng)破壞或產(chǎn)生的鍵，有時(shí)會(huì)阻礙預(yù)期的化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。鍵，有時(shí)會(huì)阻礙預(yù)期的化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。但是如果用激光來(lái)指揮化學(xué)反應(yīng)，不僅能克服上述不規(guī)但是如果用激光來(lái)指揮化學(xué)反應(yīng)，不僅能克服上述不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，而且還能獲得更大的

20、好處。這是因?yàn)榧す鈹y帶著高則運(yùn)動(dòng)，而且還能獲得更大的好處。這是因?yàn)榧す鈹y帶著高度集中而均勻的能量，可精確地打在分子的鍵上，比如利用度集中而均勻的能量，可精確地打在分子的鍵上，比如利用不同波長(zhǎng)的紫外激光，打在硫化氫等分子上，改變兩激光束不同波長(zhǎng)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(guò)程。也可利用改變激光的相位差，則控制了該分子的斷裂過(guò)程。也可利用改變激光脈沖波形的方法，十分精確和有效地把能量打在分子身上，脈沖波形的方法，十分精確和有效地把能量打在分子身上， 觸發(fā)某種預(yù)期的反應(yīng)。觸發(fā)某種預(yù)期的反應(yīng)。 激光化學(xué)的應(yīng)用非常廣泛。制藥工業(yè)是第一個(gè)得益的領(lǐng)域。應(yīng)用激光化

21、學(xué)技術(shù)，不僅能加速藥物的合成，而又可把不需要的副產(chǎn)品剔在一旁，使得某些藥物變得更安全可靠，價(jià)格也可降低一些。又如，利用激光控制半導(dǎo)體，就可改進(jìn)新的光學(xué)開(kāi)關(guān)，從而改進(jìn)電腦和通信系統(tǒng)。激光化學(xué)雖然尚處于起步階段，但其前景十分光明。 7.7.激光醫(yī)療：激光醫(yī)療：激光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用分為兩大類：激光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用分為兩大類：激光診斷與激光治療，前者是以激光作為信息載體，后激光診斷與激光治療，前者是以激光作為信息載體，后者則以激光作為能量載體。多年來(lái)，激光技術(shù)已成為臨者則以激光作為能量載體。多年來(lái)，激光技術(shù)已成為臨床治療的有效手段，也成為發(fā)展醫(yī)學(xué)診斷的關(guān)鍵技術(shù)。床治療的有效手段，也成為發(fā)展醫(yī)學(xué)診斷的關(guān)鍵技

22、術(shù)。它解決了醫(yī)學(xué)中的許多難題，為醫(yī)學(xué)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。它解決了醫(yī)學(xué)中的許多難題，為醫(yī)學(xué)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)?，F(xiàn)在，在基礎(chǔ)研究、新技術(shù)開(kāi)發(fā)以及新設(shè)備研制和生產(chǎn)現(xiàn)在，在基礎(chǔ)研究、新技術(shù)開(kāi)發(fā)以及新設(shè)備研制和生產(chǎn)等諸多方面都保持持續(xù)的、強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。等諸多方面都保持持續(xù)的、強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。 當(dāng)前激光醫(yī)學(xué)的出色應(yīng)用研究主要表現(xiàn)在當(dāng)前激光醫(yī)學(xué)的出色應(yīng)用研究主要表現(xiàn)在以下方面：光動(dòng)力療法治癌；激光治療心血管以下方面：光動(dòng)力療法治癌；激光治療心血管疾病；準(zhǔn)分子激光角膜成形術(shù)；激光治療前列疾?。粶?zhǔn)分子激光角膜成形術(shù)；激光治療前列腺良性增生；激光美容術(shù)；激光纖維內(nèi)窺鏡手腺良性增生；激光美容術(shù)；激光纖維內(nèi)窺鏡手術(shù)；激

23、光腹腔鏡手術(shù)；激光胸腔鏡手術(shù)；激光術(shù)；激光腹腔鏡手術(shù)；激光胸腔鏡手術(shù)；激光關(guān)節(jié)鏡手術(shù)；激光碎石術(shù)；激光外科手術(shù)；激關(guān)節(jié)鏡手術(shù)；激光碎石術(shù)；激光外科手術(shù)；激光在吻合術(shù)上的應(yīng)用；激光在口腔、頜面外科光在吻合術(shù)上的應(yīng)用；激光在口腔、頜面外科及牙科方面的應(yīng)用；弱激光療法等。及牙科方面的應(yīng)用；弱激光療法等。激光醫(yī)療近期研究重點(diǎn)包括：激光醫(yī)療近期研究重點(diǎn)包括：(1)(1)研究激光與生物組織間的作用關(guān)系，特研究激光與生物組織間的作用關(guān)系，特別是在諸多有效療法中已獲得重要應(yīng)用的激光別是在諸多有效療法中已獲得重要應(yīng)用的激光與生物組織間的作用關(guān)系；研究不同激光參數(shù)與生物組織間的作用關(guān)系；研究不同激光參數(shù)( ( 包

24、括波長(zhǎng)、功率密度、能量密度與運(yùn)轉(zhuǎn)方式包括波長(zhǎng)、功率密度、能量密度與運(yùn)轉(zhuǎn)方式等等) )對(duì)不同生物組織、人體器官組織及病變組織對(duì)不同生物組織、人體器官組織及病變組織的作用關(guān)系，取得系統(tǒng)的數(shù)據(jù)；的作用關(guān)系，取得系統(tǒng)的數(shù)據(jù)； (2) (2)研究弱激光的細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)及其作用研究弱激光的細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)及其作用機(jī)制，包括；弱激光與細(xì)胞生物學(xué)現(xiàn)象機(jī)制，包括；弱激光與細(xì)胞生物學(xué)現(xiàn)象( (基因調(diào)基因調(diào)控和細(xì)胞凋亡控和細(xì)胞凋亡) ) 的關(guān)系、弱激光鎮(zhèn)痛的分子生的關(guān)系、弱激光鎮(zhèn)痛的分子生物學(xué)機(jī)制以及弱激光與細(xì)胞免疫物學(xué)機(jī)制以及弱激光與細(xì)胞免疫( (抗菌、抗毒素、抗菌、抗毒素、抗病毒等抗病毒等) )的關(guān)系及其機(jī)制；的

25、關(guān)系及其機(jī)制； (3)(3)深入開(kāi)展有關(guān)光動(dòng)力療法機(jī)制、激光介深入開(kāi)展有關(guān)光動(dòng)力療法機(jī)制、激光介入治療、激光心血管成形術(shù)與心肌血管重建機(jī)入治療、激光心血管成形術(shù)與心肌血管重建機(jī)制的研究，積極開(kāi)拓其他新的激光醫(yī)療技術(shù)。制的研究，積極開(kāi)拓其他新的激光醫(yī)療技術(shù)。(4)對(duì)醫(yī)學(xué)光子技術(shù)中重要的、新穎的對(duì)醫(yī)學(xué)光子技術(shù)中重要的、新穎的光子器件和儀器設(shè)置進(jìn)行開(kāi)發(fā)性研究，例如：光子器件和儀器設(shè)置進(jìn)行開(kāi)發(fā)性研究，例如：研制醫(yī)用半導(dǎo)體激光系統(tǒng)、角膜成形與血管研制醫(yī)用半導(dǎo)體激光系統(tǒng)、角膜成形與血管成形用準(zhǔn)分子激光設(shè)備、激光美容成形用準(zhǔn)分子激光設(shè)備、激光美容(換皮去換皮去皺、植發(fā)皺、植發(fā))設(shè)備或其他新激光設(shè)備，開(kāi)拓新設(shè)

26、備或其他新激光設(shè)備，開(kāi)拓新工作波段的醫(yī)用激光系統(tǒng)以及開(kāi)發(fā)工作波段的醫(yī)用激光系統(tǒng)以及開(kāi)發(fā)ho：yag及及er：yag激光手術(shù)刀等。激光手術(shù)刀等。 8.超快超強(qiáng)激光：超快超強(qiáng)激光：超快超強(qiáng)激光主要以飛秒激光的研究與應(yīng)用為主，作為一種獨(dú)特的科學(xué)研究的工具和手段，飛秒激光的主要應(yīng)用可以概括為三個(gè)方面，即飛秒激光在超快領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用、在超強(qiáng)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用和在超微細(xì)加工中的應(yīng)用。 飛秒激光在超快現(xiàn)象研究領(lǐng)域超快現(xiàn)象研究領(lǐng)域中所起到的是一種快速過(guò)程診斷的作用。飛秒激光尤如一個(gè)極為精細(xì)的時(shí)鐘和一架超高速的“相機(jī)”可以將自然界中特別是原子、分子水平上的一些快速過(guò)程分析、記錄下來(lái)。 飛秒激光在飛秒激光在超強(qiáng)領(lǐng)域超強(qiáng)領(lǐng)

27、域中的應(yīng)用中的應(yīng)用(又稱為強(qiáng)場(chǎng)又稱為強(qiáng)場(chǎng)物理物理)歸因于具有一定能量的飛秒脈沖的峰值功歸因于具有一定能量的飛秒脈沖的峰值功率和光強(qiáng)可以非常之高。這樣的強(qiáng)光所對(duì)應(yīng)的率和光強(qiáng)可以非常之高。這樣的強(qiáng)光所對(duì)應(yīng)的電磁場(chǎng)會(huì)遠(yuǎn)大于原子中的庫(kù)侖場(chǎng)，從而很容易電磁場(chǎng)會(huì)遠(yuǎn)大于原子中的庫(kù)侖場(chǎng)，從而很容易地將原子中的電子統(tǒng)統(tǒng)剝落出去。因此，飛秒地將原子中的電子統(tǒng)統(tǒng)剝落出去。因此，飛秒激光是研究原子，分子體系高階非線性、多光激光是研究原子，分子體系高階非線性、多光子過(guò)程的重要工具。與飛秒激光相應(yīng)的能量密子過(guò)程的重要工具。與飛秒激光相應(yīng)的能量密度只有在核爆炸中才可能存在。飛秒強(qiáng)光可以度只有在核爆炸中才可能存在。飛秒強(qiáng)光可

28、以用來(lái)產(chǎn)生相干用來(lái)產(chǎn)生相干x射線和其它極短波長(zhǎng)的光，可以射線和其它極短波長(zhǎng)的光，可以用于受控核聚變的研究。用于受控核聚變的研究。 飛秒激光用于飛秒激光用于超微細(xì)加工超微細(xì)加工是飛秒激光用于超是飛秒激光用于超快現(xiàn)象研究和超強(qiáng)現(xiàn)象研究之外的又一個(gè)飛秒激快現(xiàn)象研究和超強(qiáng)現(xiàn)象研究之外的又一個(gè)飛秒激光技術(shù)的重要的應(yīng)用研究領(lǐng)域。這一應(yīng)用是近幾光技術(shù)的重要的應(yīng)用研究領(lǐng)域。這一應(yīng)用是近幾年才開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的，目前已有了不少重要的進(jìn)年才開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的，目前已有了不少重要的進(jìn)展。與飛秒超快和飛秒超強(qiáng)研究有所不同的是飛展。與飛秒超快和飛秒超強(qiáng)研究有所不同的是飛秒激光超微細(xì)加工與先進(jìn)的制造技術(shù)緊密相關(guān)，秒激光超微細(xì)加工

29、與先進(jìn)的制造技術(shù)緊密相關(guān)，對(duì)某些關(guān)鍵工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展可以起到更直接對(duì)某些關(guān)鍵工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展可以起到更直接的推動(dòng)作用。飛秒激光超微細(xì)加工是當(dāng)今世界激的推動(dòng)作用。飛秒激光超微細(xì)加工是當(dāng)今世界激光、光電子行業(yè)中的一個(gè)極為引人注目的前沿研光、光電子行業(yè)中的一個(gè)極為引人注目的前沿研究方向。究方向。 9.激光武器：激光武器：激光測(cè)距儀是激光在軍事上應(yīng)激光測(cè)距儀是激光在軍事上應(yīng)用的起點(diǎn)，將其應(yīng)用到火炮系統(tǒng)，大大提高了火用的起點(diǎn)，將其應(yīng)用到火炮系統(tǒng)，大大提高了火炮射擊精度。激光雷達(dá)相比于無(wú)線電雷達(dá)，由于炮射擊精度。激光雷達(dá)相比于無(wú)線電雷達(dá)，由于激光發(fā)散角小，方向性好，因此其測(cè)量精度大幅激光發(fā)散角小，方向

30、性好，因此其測(cè)量精度大幅度提高。由于同樣的原因，激光雷達(dá)不存在度提高。由于同樣的原因，激光雷達(dá)不存在“盲盲區(qū)區(qū)”，因此尤其適宜于對(duì)導(dǎo)彈初始階段的跟蹤測(cè)，因此尤其適宜于對(duì)導(dǎo)彈初始階段的跟蹤測(cè)量。但由于大氣的影響，激光雷達(dá)并不適宜在大量。但由于大氣的影響，激光雷達(dá)并不適宜在大范圍內(nèi)搜索，還只能作為無(wú)線電雷達(dá)的有力補(bǔ)充。范圍內(nèi)搜索，還只能作為無(wú)線電雷達(dá)的有力補(bǔ)充。還有精確的激光制導(dǎo)導(dǎo)彈，以及模擬戰(zhàn)場(chǎng)上使用還有精確的激光制導(dǎo)導(dǎo)彈，以及模擬戰(zhàn)場(chǎng)上使用的激光武器技術(shù)運(yùn)用。的激光武器技術(shù)運(yùn)用。機(jī)載激光武器機(jī)載激光武器(abl)(abl)，ablabl的目標(biāo)是研制裝的目標(biāo)是研制裝在經(jīng)過(guò)改造的波音在經(jīng)過(guò)改造的波

31、音747747飛機(jī)上安裝激光飛機(jī)上安裝激光武器，用于從高空攻武器，用于從高空攻擊敵方的戰(zhàn)區(qū)彈道導(dǎo)擊敵方的戰(zhàn)區(qū)彈道導(dǎo)彈。彈。 美軍移動(dòng)型戰(zhàn)術(shù)高能激光系統(tǒng)（美軍移動(dòng)型戰(zhàn)術(shù)高能激光系統(tǒng)（thel）的激光發(fā)射部分）的激光發(fā)射部分 激光武器的優(yōu)點(diǎn)；無(wú)需進(jìn)行彈道計(jì)算；無(wú)后坐力；激光武器的優(yōu)點(diǎn)；無(wú)需進(jìn)行彈道計(jì)算；無(wú)后坐力；操作簡(jiǎn)便，機(jī)動(dòng)靈活，使用范圍廣；無(wú)放射性污染。操作簡(jiǎn)便，機(jī)動(dòng)靈活，使用范圍廣；無(wú)放射性污染。激光武器的分類：不同功率密度，不同輸出波形，激光武器的分類：不同功率密度，不同輸出波形，不同波長(zhǎng)的激光，在與不同目標(biāo)材料相互作用時(shí)，會(huì)不同波長(zhǎng)的激光，在與不同目標(biāo)材料相互作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的殺傷破壞

32、效應(yīng)。激光器的種類繁多，名稱產(chǎn)生不同的殺傷破壞效應(yīng)。激光器的種類繁多，名稱各異。按工作介質(zhì)區(qū)分，目前有固體激光器、液體激各異。按工作介質(zhì)區(qū)分，目前有固體激光器、液體激光器和分子型、離子型、準(zhǔn)分子型的氣體激光器等。光器和分子型、離子型、準(zhǔn)分子型的氣體激光器等。按其發(fā)射位置可分為天基、陸基、艦載、車載和機(jī)載按其發(fā)射位置可分為天基、陸基、艦載、車載和機(jī)載等類型，按其用途還可分為戰(zhàn)術(shù)型和戰(zhàn)略型兩類，即等類型，按其用途還可分為戰(zhàn)術(shù)型和戰(zhàn)略型兩類，即戰(zhàn)術(shù)激光武器和戰(zhàn)略激光武器。戰(zhàn)術(shù)激光武器和戰(zhàn)略激光武器。 10.10.激光全息技術(shù)激光全息技術(shù)： 全息術(shù)的發(fā)明與發(fā)展全息術(shù)的發(fā)明與發(fā)展 ：全息術(shù)即全息照相全息

33、術(shù)即全息照相術(shù)，是記錄波動(dòng)（包括機(jī)械波、電磁波和光波）術(shù)，是記錄波動(dòng)（包括機(jī)械波、電磁波和光波）干擾的振幅和位相分布，以及使之再現(xiàn)的專門干擾的振幅和位相分布，以及使之再現(xiàn)的專門技術(shù)。它廣泛地用作三維光學(xué)的成像，也可用技術(shù)。它廣泛地用作三維光學(xué)的成像，也可用于聲波（聲全息）和射頻波。于聲波（聲全息）和射頻波。“全息全息”意思是意思是全部的信息，即不僅是振幅信息，還包含位相全部的信息，即不僅是振幅信息，還包含位相信息在內(nèi)信息在內(nèi). . 1948 1948年英藉匈牙利物理學(xué)家丹尼斯年英藉匈牙利物理學(xué)家丹尼斯蓋伯為蓋伯為了提高電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)提出了全息術(shù)的最了提高電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)提出了全息術(shù)的

34、最初設(shè)想。隨后，他采用汞燈作光源，首次拍攝了初設(shè)想。隨后，他采用汞燈作光源，首次拍攝了第一張全息照片（即全息圖），并獲得了相應(yīng)的第一張全息照片（即全息圖），并獲得了相應(yīng)的再現(xiàn)像，從而創(chuàng)立了全息術(shù)（為此，他于再現(xiàn)像，從而創(chuàng)立了全息術(shù)（為此，他于19711971年年得到了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）。但是由于當(dāng)時(shí)缺乏明得到了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）。但是由于當(dāng)時(shí)缺乏明亮的相干光源（激光器），全息圖的成像質(zhì)量很亮的相干光源（激光器），全息圖的成像質(zhì)量很差。在上個(gè)世紀(jì)差。在上個(gè)世紀(jì)5050年代里，這方面的工作進(jìn)展相年代里，這方面的工作進(jìn)展相當(dāng)緩慢。直到當(dāng)緩慢。直到6060年代出現(xiàn)激光這一相干強(qiáng)光源之年代出現(xiàn)激光這一相干強(qiáng)

35、光源之后，全息術(shù)才得以迅速發(fā)展，成為現(xiàn)代光學(xué)中十后，全息術(shù)才得以迅速發(fā)展，成為現(xiàn)代光學(xué)中十分活躍的分支分活躍的分支. . 1962 1962年隨著激光器的問(wèn)世，利思和烏帕特尼年隨著激光器的問(wèn)世，利思和烏帕特尼克斯（克斯（leith and upatnieksleith and upatnieks）在蓋伯全息術(shù)的）在蓋伯全息術(shù)的基礎(chǔ)上引入載頻的概念，發(fā)明了離軸全息術(shù)，有基礎(chǔ)上引入載頻的概念，發(fā)明了離軸全息術(shù)，有效地克服了當(dāng)時(shí)全息圖成像質(zhì)量差的主要問(wèn)題效地克服了當(dāng)時(shí)全息圖成像質(zhì)量差的主要問(wèn)題孿生像，三維物體顯示成為當(dāng)時(shí)全息術(shù)研究的孿生像，三維物體顯示成為當(dāng)時(shí)全息術(shù)研究的熱點(diǎn)，但這種成像科學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)

36、了當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)的發(fā)熱點(diǎn)，但這種成像科學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，制作和觀察這種全息圖的代價(jià)是很昂貴的，展，制作和觀察這種全息圖的代價(jià)是很昂貴的，全息術(shù)基本只是一個(gè)需要高昂經(jīng)費(fèi)來(lái)維持的實(shí)驗(yàn)全息術(shù)基本只是一個(gè)需要高昂經(jīng)費(fèi)來(lái)維持的實(shí)驗(yàn). . 1969 1969年本頓（年本頓（bentonbenton）發(fā)明了彩虹全息術(shù)，掀）發(fā)明了彩虹全息術(shù)，掀起以白光顯示為特征的全息三維顯示新高潮。彩虹起以白光顯示為特征的全息三維顯示新高潮。彩虹全息圖是一種能實(shí)現(xiàn)白光顯示的平面全息圖，與丹全息圖是一種能實(shí)現(xiàn)白光顯示的平面全息圖，與丹尼蘇克（尼蘇克（denisyukdenisyuk）的反射全息圖相比，除了能在）的反射全息圖

37、相比，除了能在普通白熾燈下觀察到明亮的立體像外，還具有全息普通白熾燈下觀察到明亮的立體像外，還具有全息圖處理工藝簡(jiǎn)單、易于復(fù)制等優(yōu)點(diǎn)。把彩虹全息術(shù)圖處理工藝簡(jiǎn)單、易于復(fù)制等優(yōu)點(diǎn)。把彩虹全息術(shù)與當(dāng)時(shí)發(fā)展日趨成熟的全息圖模壓復(fù)制技術(shù)結(jié)合起與當(dāng)時(shí)發(fā)展日趨成熟的全息圖模壓復(fù)制技術(shù)結(jié)合起來(lái)便形成了目前風(fēng)靡世界的全息印刷產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)生了來(lái)便形成了目前風(fēng)靡世界的全息印刷產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)生了全息信用卡、全息商標(biāo)、全息鈔票、全息卡通、全全息信用卡、全息商標(biāo)、全息鈔票、全息卡通、全息裝飾材料、甚至全息服裝等保安防偽及裝璜裝飾息裝飾材料、甚至全息服裝等保安防偽及裝璜裝飾的全息圖新應(yīng)用。的全息圖新應(yīng)用。拍攝全息照片的基本拍攝全息

38、照片的基本光路大致如圖。光路大致如圖。一激光光源（波長(zhǎng)為一激光光源（波長(zhǎng)為 ）的光分成兩部分：）的光分成兩部分：直接照射到底片上的直接照射到底片上的叫參考光；另一部分叫參考光；另一部分經(jīng)物體表面散射的光經(jīng)物體表面散射的光也照射到照相底片，也照射到照相底片，稱為物光。參考光和稱為物光。參考光和物光在底片上各處相物光在底片上各處相遇時(shí)將發(fā)生干涉，底遇時(shí)將發(fā)生干涉，底片記錄的即是各干涉片記錄的即是各干涉條紋疊加后的圖像。條紋疊加后的圖像。全息照相的拍攝原理全息照相的拍攝原理11.光通信光通信 激光是一種頻率更高的電磁波，它具有很好相干性激光是一種頻率更高的電磁波，它具有很好相干性，因而象以往電磁波（收音機(jī)、電視等）一樣可以用來(lái)，因而象以往電磁波（收音機(jī)、電視等）一樣可以用來(lái)作為傳遞信息的載波。作為傳遞信息的載波。 由激光由激光“攜帶攜帶”的信息的信息(包括語(yǔ)言、文字、圖像、包括語(yǔ)言、文字、圖像、符號(hào)等符號(hào)等)通過(guò)一定的傳輸通道通過(guò)一定的傳輸通道(大氣、光纖等大氣、光纖等)送到接收器送到接收器，再由光接收器鑒別并還原成原來(lái)的信息