現(xiàn)代科技概論第九課

現(xiàn)代科技概論第九課第一頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三1916年阿爾伯特·愛因斯坦用光量子學(xué)說提出了原子自發(fā)激射和受激輻射的理論，從而為激光科學(xué)的研究、發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。1954年美國(guó)科學(xué)家查爾斯·哈德·湯斯通過激發(fā)氨分子獲得了能量更為強(qiáng)大的微波束，制成了世界上第一臺(tái)微波激射器。前蘇聯(lián)科學(xué)家尼科萊·琴那列維奇·巴索夫和阿歷山大·米哈伊諾維奇·普羅霍羅夫也獨(dú)立研究制造了氨分子微波激射器。第二頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三1957年查爾斯·湯斯開始研究能夠產(chǎn)生紅外或可見光的激射器。日本科學(xué)家渡邊、西澤、蘇聯(lián)的巴索夫提出了半導(dǎo)體激光器的設(shè)想。1958年美國(guó)科學(xué)家查爾斯·湯斯、阿瑟·肖洛和蘇聯(lián)科學(xué)家巴索夫、普羅霍羅夫分別提出了激光原理，并預(yù)言了氣體激光器。湯斯、巴索夫、普羅霍羅夫因此而分享了1964年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。肖洛于1981年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1960年美國(guó)科學(xué)家西奧多·哈羅德·梅曼制造成功了世界上第一臺(tái)激光器——紅寶石激光器。May17,1960:TedMaiman’srubylaser第三頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三1961:蘇聯(lián)科學(xué)家巴索夫研制成功了通過P—N結(jié)激發(fā)的半導(dǎo)體激光器。1961年巴索夫研制出了通過電子束、光泵激發(fā)的半導(dǎo)體激光器，并提出用激光加熱等離子體。美國(guó)科學(xué)家加萬(wàn)、本內(nèi)特、赫里奧特制成了氦氖氣體激光器。醫(yī)生扎雷特成功地用激光對(duì)視網(wǎng)膜進(jìn)行了剝離手術(shù)。中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械研究所制成了中國(guó)第一臺(tái)紅寶石激光器第四頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三一，激光產(chǎn)生的原理1、普通光源的發(fā)光——受激吸收和自發(fā)輻射

普通常見光源的發(fā)光（如電燈、火焰、太陽(yáng)等地發(fā)光）是由于物質(zhì)在受到外來(lái)能量（如光能、電能、熱能等）作用時(shí)，原子中的電子就會(huì)吸收外來(lái)能量而從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，即原子被激發(fā)。激發(fā)的過程是一個(gè)“受激吸收”過程。處在高能級(jí)（E2)的電子壽命很短（一般為10－8～10－9秒），在沒有外界作用下會(huì)自發(fā)地向低能級(jí)（E1）躍遷，躍遷時(shí)將產(chǎn)生光（電磁波）輻射。輻射光子能量為

hυ=E2-E1

第五頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三這種輻射稱為自發(fā)輻射。原子的自發(fā)輻射過程完全是一種隨機(jī)過程，各發(fā)光原子的發(fā)光過程各自獨(dú)立，互不關(guān)聯(lián)，即所輻射的光在發(fā)射方向上是無(wú)規(guī)則的射向四面八方，另外未位相、偏振狀態(tài)也各不相同。第六頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三在通常熱平衡條件下，處于高能級(jí)E2上的原子數(shù)密度N2，遠(yuǎn)比處于低能級(jí)的原子數(shù)密度低，這是因?yàn)樘幱谀芗?jí)E的原子數(shù)密度N的大小時(shí)隨能級(jí)E的增加而指數(shù)減小，即N∝exp(-E/kT)，這是著名的波耳茲曼分布規(guī)律。于是在上、下兩個(gè)能級(jí)上的原子數(shù)密度比為

N2/N1∝exp{-(E2-E1)/kT第七頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三例如，已知?dú)湓踊鶓B(tài)能量為E1＝－13.6eV，第一激發(fā)態(tài)能量為E2=-3.4eV，在20℃時(shí)，kT≈0.025eV，則

N2/N1∝exp（－400）≈0

可見，在20℃時(shí)，全部氫原子幾乎都處于基態(tài)，要使原子發(fā)光，必須外界提供能量使原子到達(dá)激發(fā)態(tài)。第八頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三2、受激輻射和光的放大

在外加光的誘發(fā)和刺激下可以使其迅速躍遷到低能級(jí)，并放出光子。這種過程是被“激”出來(lái)的，故稱受激輻射。受激輻射的概念世愛因斯坦于1917年在推導(dǎo)普朗克的黑體輻射公式時(shí)，第一個(gè)提出來(lái)的。他從理論上預(yù)言了原子發(fā)生受激輻射的可能性，這是激光的基礎(chǔ)。

第九頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三受激輻射的過程大致如下：原子開始處于高能級(jí)E2，當(dāng)一個(gè)外來(lái)光子所帶的能量hυ正好為某一對(duì)能級(jí)之差E2-E1,則這原子可以在此外來(lái)光子的誘發(fā)下從高能級(jí)E2向低能級(jí)E1躍遷。這種受激輻射的光子有顯著的特點(diǎn)，就是原子可發(fā)出與誘發(fā)光子全同的光子，不僅頻率（能量）相同，而且發(fā)射方向、偏振方向以及光波的相位都完全一樣。于是，入射一個(gè)光子，就會(huì)出射兩個(gè)完全相同的光子。這意味著原來(lái)光信號(hào)被放大這種在受激過程中產(chǎn)生并被放大的光，就是激光。

第十頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三3、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)

一個(gè)誘發(fā)光子不僅能引起受激輻射，而且它也能引起受激吸收，所以只有當(dāng)處在高能級(jí)地原子數(shù)目比處在低能級(jí)的還多時(shí)，受激輻射躍遷才能超過受激吸收，而占優(yōu)勢(shì)。由此可見，為使光源發(fā)射激光，而不是發(fā)出普通光的關(guān)鍵是發(fā)光原子處在高能級(jí)的數(shù)目比低能級(jí)上的多，這種情況，稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。但在熱平衡條件下，原子幾乎都處于最低能級(jí)（基態(tài)）。因此，如何從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)則是產(chǎn)生激光的必要條件。

第十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、激光器的結(jié)構(gòu)

激光器一般包括三個(gè)部分。

1、激光工作介質(zhì)

激光的產(chǎn)生必須選擇合適的工作介質(zhì)，可以是氣體、液體、固體或半導(dǎo)體。在這種介質(zhì)中可以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，以制造獲得激光的必要條件。顯然亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的存在，對(duì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)世非常有利的?，F(xiàn)有工作介質(zhì)近千種，可產(chǎn)生的激光波長(zhǎng)包括從真空紫外道遠(yuǎn)紅外，非常廣泛。

第十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三2、激勵(lì)源

為了使工作介質(zhì)中出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須用一定的方法去激勵(lì)原子體系，使處于上能級(jí)的粒子數(shù)增加。一般可以用氣體放電的辦法來(lái)利用具有動(dòng)能的電子去激發(fā)介質(zhì)原子，稱為電激勵(lì)；也可用脈沖光源來(lái)照射工作介質(zhì)，稱為光激勵(lì)；還有熱激勵(lì)、化學(xué)激勵(lì)等。各種激勵(lì)方式被形象化地稱為泵浦或抽運(yùn)。為了不斷得到激光輸出，必須不斷地“泵浦”以維持處于上能級(jí)的粒子數(shù)比下能級(jí)多。

第十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三3、諧振腔

有了合適的工作物質(zhì)和激勵(lì)源后，可實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，但這樣產(chǎn)生的受激輻射強(qiáng)度很弱，無(wú)法實(shí)際應(yīng)用。于是人們就想到了用光學(xué)諧振腔進(jìn)行放大。所謂光學(xué)諧振腔，實(shí)際是在激光器兩端，面對(duì)面裝上兩塊反射率很高的鏡。一塊幾乎全反射，一塊光大部分反射、少量透射出去，以使激光可透過這塊鏡子而射出。被反射回到工作介質(zhì)的光，繼續(xù)誘發(fā)新的受激輻射，光被放大。因此，光在諧振腔中來(lái)回振蕩，造成連鎖反應(yīng)，雪崩似的獲得放大，產(chǎn)生強(qiáng)烈的激光，從部分反射鏡子一端輸出。

第十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三以紅寶石激光器為例來(lái)說明激光的形成。工作物質(zhì)是一根紅寶石棒。紅寶石是摻入少許3價(jià)鉻離子的三氧化二鋁晶體。實(shí)際是摻入質(zhì)量比約為0.05%的氧化鉻。由于鉻離子吸收白光中的綠光和藍(lán)光，所以寶石呈粉紅色。1960年梅曼發(fā)明的激光器所產(chǎn)用的紅寶石是一根直徑0.8cm、長(zhǎng)約8cm的圓棒。兩端面是一對(duì)平行平面鏡，一端鍍上全反射膜，一端有10%的透射率，可讓激光透出。

第十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三紅寶石激光器中，用高壓氙燈作“泵浦”，利用氙燈所發(fā)出的強(qiáng)光激發(fā)鉻離子到達(dá)激發(fā)態(tài)E3，被抽運(yùn)到E3上的電子很快（～10－8s）通過無(wú)輻射躍遷到E2。E2是亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)，E2到E1的自發(fā)輻射幾率很小，壽命長(zhǎng)達(dá)10-3s，即允許粒子停留較長(zhǎng)時(shí)間。于是，粒子就在E2上積聚起來(lái)，實(shí)現(xiàn)E2和E1兩能級(jí)上的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。從E2到E1受激發(fā)射的波長(zhǎng)是694.3nm的紅色激光。由脈沖氙燈得到的是脈沖激光，每一個(gè)光脈沖的持續(xù)時(shí)間不到1ms，每個(gè)光脈沖能量在10J以上；也就是說，每個(gè)脈沖激光的功率可超過10kW的數(shù)量級(jí)。注意到上述鉻離子從激發(fā)到發(fā)出激光的過程中涉及到三條能級(jí)，故稱為三能級(jí)系統(tǒng)。由于在三能級(jí)系統(tǒng)中，下能級(jí)E1是基態(tài)，通常情況下積聚大量原子，所以要達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，要有相當(dāng)強(qiáng)的激勵(lì)才行。第十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、激光器的種類

對(duì)激光器有不同的分類方法，一般按工作介質(zhì)的不同來(lái)分類，在可以分為固體激光器、氣體激光器、液體激光器和半導(dǎo)體激光器。另外，根據(jù)激光輸出方式的不同又可分為連續(xù)激光器和脈沖激光器，其中脈沖激光的峰值功率可以非常大，還可以按發(fā)光的頻率和發(fā)光功率大小分類。

第十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三1、固體激光器

一般講，固體激光器具有器件小、堅(jiān)固、使用方便、輸出功率大的特點(diǎn)。這種激光器的工作介質(zhì)是在作為基質(zhì)材料的晶體或玻璃中均勻摻入少量激活離子，除了前面介紹用紅寶石和玻璃外，常用的還有釔鋁石榴石（YAG）晶體中摻入三價(jià)釹離子的激光器，它發(fā)射1060nm的近紅外激光。固體激光器一般連續(xù)功率可達(dá)100W以上，脈沖峰值功率可達(dá)109W。

第十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三2、氣體激光器

氣體激光器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低；操作方便；工作介質(zhì)均勻，光束質(zhì)量好；以及能長(zhǎng)時(shí)間較穩(wěn)定地連續(xù)工作的有點(diǎn)。這也是目前品種最多、應(yīng)用廣泛的一類激光器，占有市場(chǎng)達(dá)60％左右。其中，氦－氖激光器是最常用的一種。

第十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三3、半導(dǎo)體激光器

半導(dǎo)體激光器是以半導(dǎo)體材料作為工作介質(zhì)的。目前較成熟的是砷化鎵激光器，發(fā)射840nm的激光。另有摻鋁的砷化鎵、硫化鉻硫化鋅等激光器。激勵(lì)方式有光泵浦、電激勵(lì)等。這種激光器體積小、質(zhì)量輕、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而堅(jiān)固，特別適于在飛機(jī)、車輛、宇宙飛船上用。在70年代末期，由于光纖通訊和光盤技術(shù)的發(fā)展大大推動(dòng)了半導(dǎo)體激光器的發(fā)展。第二十頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三4、液體激光器

常用的是染料激光器，采用有機(jī)染料最為工作介質(zhì)。大多數(shù)情況是把有機(jī)染料溶于溶劑中（乙醇、丙酮、水等）中使用，也有以蒸氣狀態(tài)工作的。利用不同染料可獲得不同波長(zhǎng)激光（在可見光范圍）。染料激光器一般使用激光作泵浦源，例如常用的有氬離子激光器等。液體激光器工作原理比較復(fù)雜。輸出波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)，且覆蓋面寬是它的優(yōu)點(diǎn)，使它也得到廣泛應(yīng)用。

第二十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三四，激光技術(shù)的應(yīng)用

1，激光熔覆亦稱激光包覆或激光熔敷，是一種新的表面改性技術(shù)。它通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基材表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層。

目前，激光熔覆常用的材料主要是熱噴焊或熱噴涂類材料，其類型包括自熔性合金材料、碳化物彌散或復(fù)合材料、陶瓷材料等。

第二十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三(1)自熔性合金粉末。

自熔性合金粉末可分為鎳基自熔合金、鈷基自熔合金、鐵基自熔合金，其主要特點(diǎn)是含有硼和硅，因而具有自我脫氧和造渣的性能，即所謂自熔性。

這類合金在重熔時(shí)，合金中的硼和硅被氧化，在覆層表面形成薄膜。這種薄膜既能防止合金中的元素被氧化，又能與這些元素的氧化物形成硼硅酸鹽熔渣，從而獲得氧化物含量低、氣孔率少的噴焊層。第二十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三(2)碳化物復(fù)合粉末

碳化物復(fù)合粉末系由碳化物硬質(zhì)相與金屬或合金作為粘結(jié)相所組成的粉末體系。這類粉末中的粘結(jié)相能在一定程度上使碳化物免受氧化和分解，特別是經(jīng)預(yù)合金化的碳化物復(fù)合粉末，能獲得具有硬質(zhì)合金性能的涂層。第二十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三（3）自粘結(jié)復(fù)合粉末。

自粘結(jié)復(fù)合粉末是指在熱噴涂過程中，由于粉末產(chǎn)生的放熱反應(yīng)能使涂層與基材表面形成良好結(jié)合的一類熱噴涂材料，其最大的特點(diǎn)是具有工作粉和打底粉的雙重功能。

第二十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三（4）氧化物陶瓷粉末。

氧化物陶瓷粉末具有優(yōu)良的抗高溫氧化能力，還有隔熱、耐磨、耐蝕等性能，是一類重要的熱噴涂材料，也是目前極受重視的激光熔覆材料。此類陶瓷粉末主要分為氧化鋁、氧化鋯兩個(gè)系列，其中氧化鋯系陶瓷粉末比氧化鋁系陶瓷粉末具有更低的熱導(dǎo)率和更好的抗熱震性能，因而主要被用作熱障層材料。

第二十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三激光熔覆的工藝流程：預(yù)置式激光熔覆的主要工藝流程為：基材熔覆表面預(yù)處理---預(yù)置熔覆材料---預(yù)熱---激光熔化---后熱處理。

同步式激光熔覆的主要工藝流程為：基材熔覆表面預(yù)處理---送料激光熔化---后熱處理。按工藝流程，與激光熔覆相關(guān)的工藝主要是基材表面預(yù)處理方法、熔覆材料的供料方法、預(yù)熱和后熱處理。第二十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三2，激光打孔應(yīng)用激光打孔是最早達(dá)到實(shí)用化的激光加工技術(shù)，也是激光加工的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。傳統(tǒng)的加工方法已不能滿足某些工藝需求。例如，在高熔點(diǎn)金屬鉬板上加工微米量級(jí)孔徑，在硬質(zhì)碳化鎢上加工幾十微米的小孔；在紅、藍(lán)寶石上加工幾十微米的深孔以及金剛石拉絲模具、化學(xué)纖維的噴絲頭等。這一類的加工任務(wù)用常規(guī)的機(jī)械加工方法很難，有時(shí)甚至是不可能的，而用激光打孔則不難實(shí)現(xiàn)。激光束在空間和時(shí)間上的高度集中，可以將光斑直徑縮小到微米級(jí)從而獲得很高的功率密度，幾乎可以對(duì)任何材料進(jìn)行激光打孔。

第二十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三激光打孔技術(shù)與機(jī)械鉆孔、電火花加工等?？状蚩资侄蜗啾?，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)：

（1）打孔速度快，效率高，經(jīng)濟(jì)效益好。

（2）可獲得大的深徑比。

（3）可在硬、脆、軟等各種材料上進(jìn)行。

（4）無(wú)工具損耗。

（5）適合于數(shù)量多、高密度的群孔加工。

（6）可在難以加工的材料傾斜面上加工小孔。

第二十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三激光打孔的分類。

1、復(fù)制法。

激光束以一定的形狀及精度重復(fù)照射到工件固定的一點(diǎn)上，在和輻射傳播方向垂直的方向上，沒有光束和工件的相對(duì)位移。第三十頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三2、輪廓迂回法。

加工表面形狀由激光束和被加工工件相對(duì)位移的軌跡決定。

用輪廓迂回法加工時(shí)，激光器既可以在脈沖狀態(tài)下也可以在連續(xù)狀態(tài)下工作。用脈沖方式時(shí)，由于孔以一定的位移量連續(xù)的彼此迭加，從而形成一個(gè)連續(xù)的輪廓。采用輪廓加工，可把孔擴(kuò)大成具有任意形狀的橫截面。

第三十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三3，激光切割應(yīng)用激光切割的主要特性。

1、激光切割的切縫窄，工件變形小。

2、激光切割是一種高能量、密度可控性好的無(wú)接觸加工。

3、激光切割具有廣泛的適應(yīng)性和靈活性。

第三十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三激光切割的主要工藝:

1、汽化切割。

在高功率密度激光束的加熱下，材料表面溫度升至沸點(diǎn)溫度的速度是如此之快，足以避免熱傳導(dǎo)造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣體流吹走。

第三十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三2、熔化切割。

當(dāng)入射的激光束功率密度超過某一值后，光束照射點(diǎn)處材料內(nèi)部開媽蒸發(fā)，形成孔洞。一旦這種小孔形成，它將作為黑體吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化金屬壁所包圍，然后，與光束同軸的輔助氣流把孔洞周圍的熔融材料帶走。第三十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三3、氧化熔化切割。

熔化切割一般使用惰性氣體，如果代之以氧氣或其它活性氣體，材料在激光束的照射下被點(diǎn)燃，與氧氣發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生另一熱源，稱為氧化熔化切割。

第三十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三4、控制斷裂切割。

對(duì)于容易受熱破壞的脆性材料，通過激光束加熱進(jìn)行高速、可控的切斷，稱為控制斷裂切割。這種切割過程主要內(nèi)容是：激光束加熱脆性材料小塊區(qū)域，引起該區(qū)域大的熱梯度和嚴(yán)重的機(jī)械變形，導(dǎo)致材料形成裂縫。只要保持均衡的加熱梯度，激光束可引導(dǎo)裂縫在任何需要的方向產(chǎn)生。

第三十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三4,激光技術(shù)用于各類檢測(cè)測(cè)量激光技術(shù)用于檢測(cè)工作主要是利用激光的優(yōu)異特性，將它作為光源，配以相應(yīng)的光電元件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它具有精度高、測(cè)量范圍大、檢測(cè)時(shí)間短、非接觸式等優(yōu)點(diǎn)，常用于測(cè)量長(zhǎng)度、位移、速度、振動(dòng)等參數(shù)。當(dāng)測(cè)定對(duì)象物受到激光照射時(shí)，激光的某些特性會(huì)發(fā)生變化，通過測(cè)定其響應(yīng)如強(qiáng)度、速度或種類等，就可以知道測(cè)定物的形狀、物理、化學(xué)特征，以及他們的變化量。第三十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三◆激光測(cè)距激光測(cè)距的基本原理是：將光速為C的激光射向被測(cè)目標(biāo)，測(cè)量它返回的時(shí)間，由此求得激光器與被測(cè)目標(biāo)間的距離d。即：d＝ct/2

式中t——激光發(fā)出與接收到返回信號(hào)之間的時(shí)間間隔。可見這種激光測(cè)距的精度取決于測(cè)時(shí)精度。由于它利用的是脈沖激光束，為了提高精度，要求激光脈沖寬度窄，光接收器響應(yīng)速度快。所以，遠(yuǎn)距離測(cè)量常用輸出功率較大的固體激光器與二氧化碳激光器作為激光源；近距離測(cè)量則用砷化鎵半導(dǎo)體激光器作為激光源。第三十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三◆激光測(cè)長(zhǎng)從光學(xué)原理可知，單色光的最大可測(cè)長(zhǎng)度L與光源波長(zhǎng)λ和譜線寬度Δλ的關(guān)系用普通單色光源測(cè)量，最大可測(cè)長(zhǎng)度78cm。若被測(cè)對(duì)象超過78cm，就須分段測(cè)量，這將降低測(cè)量精度。若用氦氖激光器作光源，則最大可測(cè)長(zhǎng)度可達(dá)幾十公里。通常測(cè)長(zhǎng)范圍不超過10m，其測(cè)量精度可保證在0.1μm以內(nèi)。第三十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三◆激光干涉測(cè)量激光干涉測(cè)量的原理是利用激光的特性－相干性，對(duì)相位變化的信息進(jìn)行處理。由于光是一種高頻電磁波，直接觀測(cè)其相位的變化比較困難，因此使用干涉技術(shù)將相位差變換為光強(qiáng)的變化，觀測(cè)起來(lái)就容易的多。通常利用基準(zhǔn)反射面的參照光和觀測(cè)物體反射的觀測(cè)光產(chǎn)生的干涉，或者是參照光和通過觀測(cè)物體后相位發(fā)生變化的光之間的干涉，就可以非接觸地測(cè)量被測(cè)物體的距離以及物體的大小，形狀等，其測(cè)量精度達(dá)到光的波長(zhǎng)量級(jí)。因?yàn)楣獾牟ㄩL(zhǎng)非常短，所以測(cè)量精度相當(dāng)高。第四十頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三◆激光雷達(dá)

激光雷達(dá)是用于向空中發(fā)射激光束，并對(duì)其散射信號(hào)光進(jìn)行分析與處理，以獲知空氣中的懸浮分子的種類和數(shù)量以及距離，利用短脈沖激光，可以按時(shí)間序列觀測(cè)每個(gè)脈沖所包含的信息，即可獲得對(duì)象物質(zhì)的三維空間分布及其移動(dòng)速度、方向等方面的信息。第四十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三3D激光測(cè)量即激光雷達(dá)。傳統(tǒng)的遙測(cè)技術(shù)包括衛(wèi)星遙感，航空攝影測(cè)量等。但是衛(wèi)星遙感技術(shù)規(guī)模浩大，成本高，約束條件多，缺乏靈活性。而航空攝影測(cè)量成本昂貴，設(shè)備要求高。相比之下，3D激光掃描設(shè)備可以在低空100米到450米的范圍內(nèi)對(duì)地面目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確的3D測(cè)量，其精度可以達(dá)到10厘米。其低成本和靈活性將航測(cè)技術(shù)拓展到更多更廣的范圍。第四十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三5,激光焊接應(yīng)用激光焊接的主要特性。

1、速度快、深度大、變形小。

2、能在室溫或特殊條件下進(jìn)行焊接，焊接設(shè)備裝置簡(jiǎn)單。例如，激光通過電磁場(chǎng)，光束不會(huì)偏移；激光在真空、空氣及某種氣體環(huán)境中均能施焊，并能通過玻璃或?qū)馐该鞯牟牧线M(jìn)行焊接。

3、可焊接難熔材料如鈦、石英等，并能對(duì)異性材料施焊，效果良好。

4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接時(shí)，深寬比可達(dá)5：1，最高可達(dá)10：1。

第四十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三5、可進(jìn)行微型焊接。激光束經(jīng)聚焦后可獲得很小的光斑，且能精確定位，可應(yīng)用于大批量自動(dòng)化生產(chǎn)的微、小型工件的組焊中。字串6

6、可焊接難以接近的部位，施行非接觸遠(yuǎn)距離焊接，具有很大的靈活性。尤其是近幾年來(lái)，在YAG激光加工技術(shù)中采用了光纖傳輸技術(shù)，使激光焊接技術(shù)獲得了更為廣泛的推廣和應(yīng)用。

7、激光束易實(shí)現(xiàn)光束按時(shí)間與空間分光，能進(jìn)行多光束同時(shí)加工及多工位加工，為更精密的焊接提供了條件。

第四十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三激光焊接工藝方法。

1、片與片間的焊接。

包括對(duì)焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等4種工藝方法。

2、絲與絲的焊接。

包括絲與絲對(duì)焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊等4種工藝方法。

第四十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三3、金屬絲與塊狀元件的焊接。

采用激光焊接可以成功的實(shí)現(xiàn)金屬絲與塊狀元件的連接，塊狀元件的尺寸可以任意。在焊接中應(yīng)注意絲狀元件的幾何尺寸。

4、不同金屬的焊接。

第四十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三鋼鐵材料的激光焊接。

1、碳鋼及普通合金鋼的激光焊接。

2、不銹鋼的激光焊接。

3、不同金屬之間的激光焊接。

第四十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三6,激光醫(yī)療器械的應(yīng)用及前景目前全國(guó)各大醫(yī)院均已建立了激光醫(yī)療中心，80%的中小型醫(yī)院成立了激光醫(yī)療科室，國(guó)內(nèi)醫(yī)療界對(duì)激光醫(yī)療設(shè)備的需求大大增加。激光器的應(yīng)用日漸普及：從眼科（如近視矯正、視網(wǎng)膜修補(bǔ)等）、外科（激光手術(shù)刀），到內(nèi)科、婦科、耳鼻喉科、心血管科、皮膚科等，均已成為激光醫(yī)療器械的適用領(lǐng)域。發(fā)達(dá)國(guó)家目前所做外科手術(shù)平均有10~15%使用了激光手術(shù)器械以取代傳統(tǒng)的手術(shù)刀或其它手術(shù)器械。

第四十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三

激光醫(yī)療器械在國(guó)外應(yīng)用廣泛

美國(guó)和日本在激光器生產(chǎn)技術(shù)及其實(shí)用化方面居世界領(lǐng)先地位。激光醫(yī)療設(shè)備不僅在美國(guó)獲得廣泛應(yīng)用，而且大量出口海外市場(chǎng)，僅CO2激光美容器械和準(zhǔn)分子激光視力矯正器2類產(chǎn)品即為美國(guó)每年帶來(lái)幾千萬(wàn)美元的銷售收入。

第四十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三醫(yī)用激光器的另一廣泛用途是激光美容，如在計(jì)算機(jī)配合下，用激光磨削掉面部皺紋（除皺）、去疤痕、消除難看的黃褐斑、蝴蝶斑、胎記、色素沉著，以及去除皮膚上的汗毛等等。在國(guó)外，幾乎所有美容院都在做激光美容業(yè)務(wù)。第五十頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三我國(guó)激光技術(shù)的發(fā)展經(jīng)過40年的艱苦努力，在技術(shù)與應(yīng)用上均取得了重大突破。激光已成為我國(guó)最活躍的工業(yè)技術(shù)研究領(lǐng)域之一。目前國(guó)內(nèi)已有5個(gè)國(guó)家級(jí)激光技術(shù)研究中心，十幾個(gè)產(chǎn)品研發(fā)機(jī)構(gòu)，至少有150~160家公司在生產(chǎn)和銷售激光器和激光配套產(chǎn)品。這些公司主要分布在武漢、上海、江蘇、北京、西安等省市。2005年全國(guó)激光器市場(chǎng)銷售額已超過300億元人民幣，其中醫(yī)用激光器銷售額約為7億~8億元。第五十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三7,激光制冷早在1985年，美國(guó)華裔物理學(xué)家朱棣文就成功地用激光冷凍了原子，從而榮獲1997年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。激光為什么能制冷呢？原來(lái)，物體的原子總是在不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，這實(shí)際上就是表示物體溫度高低的熱運(yùn)動(dòng)，即原子運(yùn)動(dòng)越激烈，物體溫度越高；反之，溫度就越低。所以，只要降低原子運(yùn)動(dòng)速度，就能降低物體溫度。激光制冷的原理就是利用大量的光子阻礙原子運(yùn)動(dòng)，使其減速，從而降低了物體溫度。

第五十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三物體原子運(yùn)動(dòng)的速度通常在約每秒500米左右。長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家一直在尋找使原子相對(duì)靜止的方法。朱棣文采用三束相互垂直的激光，從各個(gè)方面對(duì)原子進(jìn)行照射，使原子陷于光子海洋中，運(yùn)動(dòng)不斷受到阻礙而減速。激光的這種作用被形象地稱為“光學(xué)粘膠”。在試驗(yàn)中，被“粘”住的原子可以降到幾乎接近絕對(duì)零度的低溫。第五十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三8,激光制版激光制版及工藝要求激光制版是以電子系統(tǒng)的圖像信號(hào)控制激光直接在單張或套筒柔性版上進(jìn)行雕刻，形成柔性印版。

第五十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三制版過程全數(shù)字化，經(jīng)雕刻完成的印版只需用溫水清洗后，馬上就可以上機(jī)印刷，體現(xiàn)了高精度簡(jiǎn)便快速制版過程的優(yōu)勢(shì)。激光直接雕刻柔性版主要有：激光雕刻橡皮印版、無(wú)接縫橡皮印版滾筒和無(wú)接縫橡皮套筒印版。可以雕刻線條版也可以雕刻層次版。主要用于紙張、塑料、不干膠的柔性版印刷以及瓦楞紙預(yù)印和直接印刷等。國(guó)內(nèi)研究的專門用于激光雕刻的橡皮材料也獲得了成功，用它制成的印版，其耐印率均優(yōu)于普通柔性版材。第五十五