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激光的应用主要 释义1：人类利用激光器发出的激光进行的一切有益的活动。应用激光,归根结蒂,是利用它的相干性、准直性和单色性好的特点。但是,不同激光器发出的激光,其波长、功率、能量密度和发散度不同,因而按其性质有不同的应用。 一套完整的激光应用设备,应包括激光主机、激光传输系统和外围设备。激光主机,根据不同需要,可以由激光器、计算机控制系统、电源系统和冷却系统等不同部分组成。激光传输系统,可以由光导纤维或导光臂以及激光探头组成。外围设备,则有数控机床、跟踪瞄准系统、防护装置以及其他一些相关设备。 激光的应用,按照激光探头是否与激光作用的物质接触,分为接触式和非接触式两种工作模式。激光应用的领域,主要有工业、医疗、商业、科研、信息和军事六个领域。工业应用中,主要有材料加工和测量控制; 医疗应用,有治疗和诊断; 商业应用,有印刷、制版、条码判读、激光唱盘视盘读写、激光全息和娱乐等; 科研应用,有光谱学应用和基础应用 (如激光核聚变研究); 信息应用,有计算机光盘读写和光纤通信等; 军事应用,则有遥感、模拟、制导、测距、瞄准、激光致盲和激光武器等。 目前世界上销售量最大的半导体激光器,由于它小巧,耐用,效率高,广泛地应用于光存储,既用于激光唱盘、视盘和计算机光盘的读写,也正在被越来越多地应用于其他方面。在非半导体激光器中,氦氖激光器的销售量最大,主要用于条码判读、检测控制和印刷业; 其次是小功率离子激光器,主要用于印刷业和医疗诊断; 占第三位和第四位的分别是固体激光器和二氧化碳激光器,前者主要用于医疗、工业和科研,后者主要用于材料加工、其余用得较多的依次为氦镉激光器、准分子激光器、染料激光器和金属蒸气激光器。随着半导体激光器和半导体抽运的固体激光器的发展,氦氖激光器的销量已开始下降。 随着激光技术的发展,自由电子激光器 (FEl)、化学激光器和X射线激光器异军突起,越来越显示出它们的应用潜力。自由电子激光的波长连续可调,在医疗、生物和材料学等领域大有应用前景;化学激光由于可实现大功率输出,在工业和军事领域有很大的应用价值; X射线激光,因波长短,可用于活细胞照相和等离子体诊断等方面。 对激光应用的研究,同一个国家整体的工业和科研水平紧密相关。目前,美国、欧洲和日本,对激光应用的范围较广,应用水平也较高。我国从20世纪60年代开始激光应用的研究,已在材料加工、医疗和科研等领域取得一些应用成果。功能强、成本低、操作简便,是大规模应用激光的基础; 自动化(计算机控制)、小型化、工作稳定可靠,是对激光实用性提出的要求。由于不同波光的激光与物质有不同的相互作用效应,多波长激光或者波长连续可调的激光将会受到欢迎。在实际应用中,由于对激光能量密度的要求不同,有的时候需要连续输出,有的时候则需要脉冲输出,因此,发展有多种输出方式的激光是今后研究的方向。除了激光主机,对激光传输系统的改进,也推动着激光的应用。来源：现代科学技术名词选编 释义2：(1)用脉冲激光焊能够焊接铜、镍、铁、锆、钽、铝、钛、铌等金属及其合金。用连续激光焊,除铜、铝合金难焊外,其他金属与合金都能焊接。连续激光焊的应用见表12-1。 表12-1 连续激光焊的主要应用应用领域材 料激光焊接 的性能应用理由优点实 例钢铁生产低碳钢、 中碳钢、不 锈钢、硅钢低变形, 深熔焊无后热处 理,替代MIG、 电阻焊、等离 子焊A B C钢卷带、 钢管机器生产 (汽车、 机械)镀锌钢、 低碳钢、中 碳钢、低合 金钢低变形, 高焊接速度替代电阻缝 焊,简单部件 装配焊接A C D油箱、变 速箱齿轮, 传动齿轮, 发动机部件精密设备 (飞机测 试设备)铜合金、 不锈钢精密焊 接,低变形精加工后焊 接部件E B C轮子、油 压部件、飞 机部件、测 试部件大型结构 (重型机 械、电机)不锈钢、 低碳钢深熔焊, 低热输入焊后无需消 除应力B A C压力容 器、真空 室、机械部 件注 A改善操作性,B提高生产率,C改善可靠性,D减小或减轻部件,E提高精度。 (2)用脉冲激光焊可把金属丝或薄板焊接在一起。 (3)主要应用于电子工业领域,如微电器件外壳及精密传感器外壳的封焊、精密热电偶的焊接、波导元件的定位焊等。 (4)也可用来焊接石英、玻璃、陶瓷、塑料等非金属材料。 来源：焊工便携手册 释义3：该刊编辑部编 V.1,no.1(1981,10)-v.8,no.6(1989,12)=总1-44 双月刊 天津 该刊出版 后改名为光电子激光 应用激光技术刊物。旨为积极推广激光应用科研成果,促进激光工业的发展,开拓激光应用研究新领域,提高我国激光工业的技术水平和生产水平,壮大激光技术队伍。主要刊登激光应用、激光器件工艺研究、激光技术新动向为方面的文章,适用于工业、农业、国防、科研、教育、医疗等方面要求的实用且新而巧的技术为其特点。主要栏目:应用综述、元器件工艺、应用技术(包括在工业、农业、生物、医学、化学、国防)、评介、激光技术有关标准等栏目。来源：中文期刊大词典下 释义4：中国科学技术情报研究所重庆分所编,科学技术文献出版社重庆分社1977年出版。16开。 第一集 激光在工业和测量上的应用 125页。取材于苏联“文摘杂志单卷本”,主要内容有激光在工业上的应用,测量应用,防护与安全等。 第二集 激光在医学上的应用 79页。取材于美国“医学索引”(19651974)、“当代激光文摘杂志”(19671973)以及国内有关专题索引。主要内容有基础医学、临床医学、内科学、外科学、肿瘤学、神经学、皮肤、五官、口腔等科。来源：中国工具书大辞典 释义5：激光又称莱塞(laser)。其特点是: 发射角小、方向性好,光谱纯,能量密度高。激光应用于医学主要利用其生物学效应。目前认为,激光的生物学效应主要有: 热效应,由激光能量密度高的特点而产生。压力效应,亦称冲击波效应,由于高度的能量可产生很大的辐射压力。光效应,激光辐射于生物组织可引起吸收、反射和传热。电磁场效应,激光是一种电磁波,其强度有时可达几十万伏,此亦可使焦点处生物组织离解。以上四种生物效应何种是主要的,应视激光器的类型和功率大小而定。一般二氧化碳、氩离子、氦氖激光,热效应是主要的; 而巨脉冲、高功率激光,则主要为压力和电磁场效应。此外,据实验观察,大功率激光主要对生物组织起破坏作用; 小功率激光则为刺激作用,临床应用时应加以选择。实验证明,激光治疗后还可能有免疫作用,但迄今尚无肯定的结论。 目前临床医学上用得较多的有红宝石激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、二氧化碳激光器、氦氖激光器、氩离子激光器。前二者为固体激光器;后三者属气体激光器。在口腔科,激光可作为手术工具光刀,也可作为治疗手段,用以治疗各种疾病。作为光刀,临床主要是用二氧化碳激光作为能源。激光刀的最大优点是能减少术中出血。第二个优点是不但能切割软组织,而且可以切割骨组织。第三个优点是利用其对血管和淋巴管的封闭效能,用于恶性肿瘤手术时,从理论上来说,有预防转移的可能。光刀的不足之一是:由于其基本作用是热、压力等效应,故切缘往往产生较明显的凝固性坏死,在一定程度上可影响创口愈合。由于聚焦的要求及器械设备的特点,用光刀进行手术时要进行特别训练,才能掌握,否则容易误伤正常组织,或由于聚焦不好,使组织损伤加重。 激光用于口腔疾病的治疗,目前较成熟的是用于治疗口腔颌面部管型瘤,特别是血管瘤。用掺钕钇铝石榴石激光治疗5cm直径以内的浅表血管瘤,有较好的近期疗效。由于激光聚焦后光斑细小,对一些细微结构,如唇峰、眼结膜等处的病损,可根据病灶形态移动光束,致损伤正常组织很少,治疗后外形保存较好; 对某些手术有困难,深部腔穴的病灶,如软腭部、咽壁的表浅病损,激光治疗也有其独特的优点。然而,对于大型的管型瘤,特别是波及深层组织的病损,激光治疗仍存在很多困难和限制,疗效较差。对于口腔颌面部癌瘤,目前临床也在试用激光,治疗恶性肿瘤,以二氧化碳激光为主; 也可应用掺钕钇铝石榴石激光。在治疗方法上均以大功率照射、气化为主。目前主要应用于早期、表浅和复发的病例。近期观察有一定的疗效; 远期效果尚待进一步观察。应用氦氖激光治疗慢性溃疡、口腔粘膜病也在临床试用之中,其疗效尚无肯定结论。此外,关于激光应用于预防龋病,癌瘤的早期诊断,口腔矫形的焊接金属修复体,以及激光牙钻的临床应用等问题,还处于试验研究阶段。 无论用激光进行手术或进行治疗时,均需注意手术区(治疗区)正常组织的防护: 术者应戴用防护眼镜; 病人也应戴防护眼镜或以湿纱布遮盖。手术时或治疗区内的金属器械最好用湿纱布包裹,以防激光折射,造成误伤。全麻手术时,禁用易燃烧的麻醉剂或塑料插管。来源：中国医学百科全书六十一 口腔医学 释义6：激光又称莱塞 (laser),系英文 “light amplificationby stimulated emission of radiation”字头的缩写,意为辐射激发的强光。它是1960年才诞生的一门新技术,为一种与普通光源发光机理完全不同的新型光源红宝石激光器所产生。 激光有亮度高、单色性纯和相干性好等独特的优点,所以就被用来进行医学和生物学的研究和应用。当前医学、生物学中所用的激光器大体可分为固体和气体激光两大类。由于耳鼻咽喉科的解剖特点,对激光器的要求要小而精巧。虽然早在1965年即开始研究,但进展比其他学科为慢,至1971年才开始应用于临床,主要是治疗软组织病变。目前激光在耳鼻咽喉科的应用,大体可分三类:激光手术、肿瘤气化和照射治疗。 激光手术 利用连续波二氧化碳激光的高温、光化、压力和电磁场的作用,破坏细胞的结合力,使组织产生局限的气化,以达到切开皮肤、肌肉和骨质的目的。因此,要有足够的功率,一般功率在104W/cm2作用于生物组织即可使之切开。为了使切口细,要求激光的光点越细越好,同时术者能正确掌握激光的最佳焦距亦为重要条件。 医学和生物学常用激光器类型工作物质波 长()光束类型能量(功率)光发散度(毫弧度)用途固体激光红宝石(ruby)6943脉冲500焦耳115低能量:可作显微镜眼科治疗中能量:神经科皮肤科高能量:治疗小范围肿瘤钕玻璃(Nd,Neo-dymium)10600脉冲1100瓦15高能量:治疗小范围肿瘤掺钕钇铝石榴石(YAG:Nd3+)10600脉冲或连续波1100瓦15连续波可作光刀,配合导光纤维可作腔内手术气体激光氩离子(Ar+,Argon)48805145连续波110瓦2同上氦-氖(He-Ne,HeliumNeon)6328连续波50100毫瓦1促进损伤组织愈合作光针二氧化碳(CO2,Carbondioxide)106000连续波300瓦110可作光刀气化肿瘤及各种组织氮分子(N2,Nitrogenmolecular)3371脉冲毫焦耳110消炎、提高机体免疫力生物学研究氦镉(He-Cd,HeliumCadmium)32504416连续波1050毫瓦生物学研究全息诊断及癌肿诊断健康组织的保护: 激光的切割作用主要是高热,所以在切缘的两侧应采取有效的保护措施。通常采用的方法,是在切口处注射液体改变局部的导热性,减少组织灼伤,对脱水的部分尤为重要。其次,用白色纱布或棉片浸生理盐水后紧贴在切口两侧,或根据不同切口的要求将纱布剪成不同形状予以盖贴,如在气化圆形黑色素痣时可剪圆孔,可使皮肤切缘免受灼伤。另外要注意纱布浸湿的程度,以将纱布提出水面不继续滴水为度,不要将水挤干,因为纱布挤的太干,中间有孔隙不能紧贴皮肤,不能起到白色对激光的反射作用和水分改变导热的目的。 麻醉方法一般以局部麻醉为佳,在局部切口处分层浸润。鼻腔手术时可用粘膜表面麻醉加局部浸润。禁用开放式乙醚麻醉,以免高温引起爆炸意外。 耳郭病变切除术 用激光切除耳郭部病变组织很有效,切除速度快,创面不出血,切缘愈合时间短。由于激光高温有灭菌作用,又使组织的切缘形成薄凝固层,可避免常规手术易发生的软骨膜炎等并发症。 手术适应证较广,凡须作耳郭病变组织切除者均可应用,如耳郭恶性肿瘤、坏死性软骨膜炎、副耳畸形等。手术时不论病变组织或周围的组织有无感染存在,皆可进行手术。 常用耳根周围浸润麻醉,耳郭切口的正面和背面皮肤亦用浸润麻醉。当行耳郭全层部分切除时,多从耳郭的正面开始,为防止耳郭切穿后激光束伤及耳后乳突部的正常组织,须在耳后乳突部用湿纱布覆盖妥为保护。切缘皮肤一般缝合有困难,可不予缝合,约经10日即能自行愈合。但切忌作切缘皮肤松解缝合,因易引起并发症。如在耳根部作耳郭全切除,此部皮肤较松,应尽量缝合,以提早切缘的愈合时间,约1周即能愈合。 耳郭用激光切除的病例,切缘均能按期顺利愈合,经5年以上随访观察,未发现不良影响,亦未发现有并发症。 上颌窦凿开术 凡常规上颌窦凿开术的病种,均是激光手术的适应证。手术程序亦与常规手术相同,只是用激光刀代替了常规的切割器械。先用激光刀切开唇龈沟粘膜,暴露上颌窦前骨壁,根据手术的需要用激光刀将骨壁切除。进入窦腔后,不用刮匙清除残留病变组织,而是将激光离焦后照射使组织凝固。将患者头部稍转向对侧,用激光刀光束切除窦内侧壁相当于造窗口处的粘膜、骨壁和鼻腔外侧壁粘膜; 但要注意预先在下鼻道置放1%麻黄素棉片,防止损伤下鼻甲。不作粘膜瓣,完成引流孔。因激光切除的组织切缘已形成很薄的组织凝固层,不易出血,窦腔内可不必放填塞物。最后按常规缝合切口,一周后拆线。 手术的优点是出血少,简化手术程序,缩短手术时间,减轻患者痛苦,提高手术疗效。从50例术后5年随访,均未发生引流孔封闭,亦未发生术后并发症。 但是,对手术中产生的废气,即激光气化组织产生的废气,要及时妥善排除。切开上颌窦前壁骨质有时会碰到较大骨内血管,须按常规止血,因二氧化碳激光刀尚未能达到对较大血管止血的目的。 鼻侧切开术 用激光刀行鼻侧切开术的目的,主要为了切除鼻腔内的肿瘤。在鼻腔恶性肿瘤中,大多数患者都进行过放射治疗,鼻腔周围的组织也受到放射线不同程度的损伤,故在使用激光刀时,可出现两种结果: 放射治疗后的组织色素加深,其组织的病理性改变易受到激光高温的破坏,所以鼻侧切缘两旁的组织损伤较大,术后的愈合时间较正常组织相应延长,拆除缝线的时间应在10日以后。可以提高激光治癌的疗效。据此,仍沿用常规手术刀作切口,以免对皮肤的烫伤,复用激光刀切除肿瘤病理组织,这样更可提高治疗肿瘤的效果。 手术适应证与常规方法相同。手术步骤亦按常规法进行,但切除肿瘤组织时,要根据病变部位作相应处理。切除鼻中隔肿瘤时,除同侧鼻孔用盐水棉片将保留的组织覆盖外,对侧全鼻腔亦须用盐水棉片填塞,防止在切除中隔过程中,激光穿透而伤及对侧鼻腔的组织。如肿瘤近后鼻孔,要用同样方法覆盖保护正常组织,特别要注意后鼻孔的填塞,防止激光在切除肿瘤后缘时射入鼻咽部引起灼伤。由于鼻腔的解剖关系,有时病变难以全部切除,对可疑病变部位,术者可用稍离焦的激光束予以气化。扁桃体切除术 如属慢性病灶性扁桃体炎,可用二氧化碳激光切除之。 手术时用表面麻醉或浸润麻醉,但不加用肾上腺素。用张口器,并在操作过程中用压舌板压舌。用扁桃体挤切刀将扁桃体挤压于刀环内,收紧固定,如挤切刀柄上有固定装置者则扭紧之。再用组织钳夹持扁桃体向咽中线牵拉,并以小湿棉球将扁桃体推移让出刀环,暴露刀环夹持的扁桃体包囊组织。此时,用二氧化碳激光光点气化刀环间的“线状”组织,使扁桃体脱落而夹出口腔。功率用5070瓦即够。一侧术毕,再同法行他侧。术后伤口有轻度水肿反应,一般在术后714日,白膜脱落干净。术时,如刀环夹持的组织线未全部气化,则切断之,不可强行拉脱扁桃体,以免出血。 单纯性下鼻甲肥大的凝固治疗 选择单纯性下鼻甲肥大以1%麻黄素收缩较好的病例,可用激光凝固治疗。先收缩下鼻甲并排除鼻腔分泌物,以1%的卡因棉片表面麻醉后,再用1%麻黄素棉片,将需凝固的下鼻甲部分暴露,其余全部覆盖作保护。将激光束根据下鼻甲肥大程度依次进行表面凝固。不宜作点状凝固,因点状凝固较深,可引起术后出血。 激光凝固气化治疗耳鼻咽喉科和面部病变 激光凝固气化的治疗范围,包括耳鼻喉及面部的黑痣、乳头状瘤、疣和局限性血管瘤及喉淀粉样变等。 在病变周围和基底部作浸润麻醉,注射量宜比常规手术稍多一点,使病变组织稍许膨出。按病变大小于其四周用白棉花片或纱布剪成同样面的孔,浸湿后覆盖仅使病变组织显露,然后用激光束照射,直到病变组织完全凝固气化为止。所留创面,一般不植皮,涂龙胆紫即可自行愈合。对带蒂血管瘤,则先凝固气化基底部后,也可行切除气化,能缩短时间减少出血,切除标本仍可送病理活检。 恶性肿瘤的气化治疗 此乃利用激光高热,使肿瘤组织化为气体,以达到消除肿瘤的目的。激光气化与激光刀切除的基本区别,在于激光气化时所需的功率更大(104瓦/cm2),光斑要粗(一般要超过0.5cm)。对不同体积的肿瘤均可气化治疗,主要用于肿瘤体积较大、面积较广的病例。 目前所使用的气化装置,是连续波二氧化碳激光,波长10.6(106,000), 峰值功率340瓦,稳定功率260瓦,光斑0.6cm。 局部浸润麻醉同良性肿瘤,但恶性肿瘤气化后的创面一般都较大,皮肤或粘膜无法缝合,若不能自行愈合,以后可考虑植皮。对早期喉癌、反复复发的多发性喉乳头状瘤及喉淀粉样变等喉部肿瘤,亦可在局部麻醉下经悬吊喉镜或喉裂开术进行气化,术前应先作气管切开术。据短期疗效看来,不仅效果较好,且对喉癌患者在气化后还可保留较好的发音功能。 激光照射治疗 激光照射治疗急性扁桃体炎,可用氦氖激光或氮激光。用小剂量的氦氖激光,能刺激各种酶的活性,并使局部血液中的吞噬细胞、红细胞的数目和血红蛋白的含量增加,起到消炎、止痛的作用。目前临床上有用1.3毫瓦、2.6毫瓦、3.0毫瓦、8.0毫瓦和1.5毫瓦/cm2功率密度的氦氖激光器,用来照射两侧扁桃体,每侧照射35分钟;功率小者,照射时间相应延长。每日一次,35次作为一疗程。照射时,用压舌板压舌,以便尽量暴露扁桃体于照射野之内。治疗过程中,咽痛消失、体温恢复正常、血象和粘膜颜色亦恢复正常,即谓痊愈。有的报告说,照射后,可使局部溶血性链球菌培养转阴性。如照后未见好转,宜酌情加用其他疗法。氮激光照射治疗急性扁桃体炎,亦每日一次,局部照射510分钟,5次为一疗程。一般35次,即可使炎症治愈。 来源：中国医学百科全书六十 耳鼻咽喉科学 释义7：激光为二十世纪以来重大发明之一。激光有严格的方向性,发射角小,光谱纯,相干性大以及能量密度高等特点,能通过它的热、压力、光、电磁场等效应对生物体产生各种作用。激光器由工作物质,谐振腔,激发源三个部分所组成。在医学上应用的激光器,还需配备一些特殊的激光引导装置。 1960年美国Maiman制成第一台红宝石激光器。至今,激光器的种类繁多,可供医学,生物学应用的激光器就有10余种,用途极为广泛。 激光在脑外科的应用主要是利用其热效应治疗脑瘤。早期是用激光照射破坏肿瘤组织,1966年Rosomoff用红宝石激光器照射成胶质细胞瘤取得一定的效果。1970年以后,大多采用具有高能量的激光刀切除脑瘤,更有与显微外科技术相配合下作微脑瘤的切除。现有的激光刀有: 二氧化碳(CO2)激光刀,氩(Ar)激光刀,钕:钇铝石榴石 (Nd:YAG) 激光刀等。以二氧化碳激光刀最有实用价值,其输出功率为60W,也有高达300W。二氧化碳激光为连续波激光,波长10.6属中红外线,可被水分完全吸引而转变为热能,经锌硒透镜可以聚焦。焦点处的温度可高达10001500,能致组织瞬间气化,如按一定速度移动焦点则可切割组织,称为光刀作用:如用不聚焦的光束照射,则可凝结组织,称为光凝作用,激光刀不仅可以凝结、气化和切割脑瘤,而且能用激光进一步清除侵及颅底、颅骨、静脉窦和大脑镰的肿瘤组织,使手术较为彻底,还可减少出血量,缩短手术时间,因此,激光刀最适用于切除巨大的、富有血管的脑膜瘤,转移性脑瘤,胶质瘤等,也有人用不聚焦的激光凝结,切除脑动静脉畸形。 由于激光能量集中,对肿瘤周围正常组织影响少,根据动物试验: 距激光焦点1mm以外,脑组织就不会发生任何病变,因而,激光刀也将可用于重要结构区域的手术和显微外科手术。 使用激光刀,要有严密的安全措施,术中要将肿瘤四周的正常脑组织用湿棉片覆盖,一般先用不聚焦激光凝结脑瘤组织,再用聚焦的激光进行气化、切割。遇有直径大于1mm的血管,需用电凝或夹闭止血。目前使用的二氧化碳激光刀较为笨重,操作不灵活,功率不稳定,经导光系统能量损失较大,造价也很昂贵,这就限制了激光刀的推广。今后除了对二氧化碳激光刀进一步改进外,还要寻找新的激光刀。最近报道的钕:钇铝石榴石激光刀是很有前途的,它的波长为1.06,属近红外线,凝结止血能力比二氧化碳激光刀强,并已采用导光纤维做为导光系统,适于激光器的小型化,但其切割能力较弱,如果与二氧化碳激光刀联合应用,则可取长补短,更能满足神经外科手术的需要。激光是一门新学科,还处在发展阶段,要对激光刀切除脑瘤的前途做出全面而正确的估价,还需深入研究激光切除脑瘤后,脑组织所发生的生物效应以及机体免疫反应等。来源：中国医学百科全书五十一 神经外科学 释义8：以聚焦的高能量密度的激光作为热源对金属进行熔化形成焊接接头的一种焊接方法(见电焊)。激光焊可用于焊接碳钢、低合金钢、不锈钢、高温合金、铝、镁、钛、镍等有色金属和合金。另外,还可用于某些异种金属,如钨与镍,不锈钢与钽等,以及某些非金属材料,如陶瓷、石英、玻璃塑料等的焊接。 激光(见激光加热)是利用辐射激光放大原理产生的一种单色、方向性强、光亮度大的光束,经透射或反射镜聚焦后功率密度可达1013 W/m2。按照激光束横断面上功率密度的分布情况,激光又有单模、多模之分。激光的几种低阶模的光斑花样如图1所示。模式与光束的聚焦特性密切相关,模式越低,聚焦后的光点越小,功率密度愈大。焊接一般要求激光器输出单模。多模适合于堆焊、合金化和热处理。 激光焊接设备主要由激光器、光学偏转聚焦系统、光束检测仪、工作台(或专用焊机)和控制系统组成,如图2所示。用于焊接的激光器主要分为固体激光器和气体激光器两类。固体激光器有红宝石激光器、钕玻璃激光器和YAG激光器(钇铝石榴激光器)。气体激光器主要是CO2气体激光器。 图1 激光模式图2 激光焊接设备构成筒图1激光器; 2光束检测仪; 3偏转聚焦系统;4工作台; 5控制系统特点 激光焊的主要特点是:聚焦后的激光具有很高的功率密度(1013 W/m2),焊接以深熔方式进行;激光可通过光导纤维棱镜等光学方法弯曲、偏转、聚焦,特别适合于微型零件及可达性很差部位的焊接;激光在空间传输过程中能量衰减很小,可以穿过玻璃等透明体,适合于在玻璃制作的密封容器里焊接铍合金等剧毒材料;激光不受电磁场影响,不产生X射线,不需要真空保护;激光加热范围小,热影响区小,焊接残余应力和变形小,适合于某些对热输入敏感材料的焊接;可以焊接一般焊接方法难以焊接的材料,如高熔点金属等,甚至可用于焊接非金属材料,如陶瓷、有机玻璃等;一台激光器可供多个工作台进行不同的工作,既可以用于焊接,又可以用于切割、合金化和热处理。 分类 激光焊分为脉冲激光焊和连续激光焊(包括高频脉冲连续激光焊)两类。脉冲激光焊类似于点焊,每个激光脉冲在焊件上形成一个圆形焊点。连续激光焊在焊接过程中形成一条连续的焊缝。 根据聚焦后光斑上功率密度的不同,激光焊又可分为热导焊和深熔焊两种。 脉冲激光焊 通常采用固体激光器。适合用于0.5mm以下金属丝与丝、丝与板或薄膜之间的点焊,特别是微米细丝的点焊,最细可焊0.020.2 m细丝。主要应用于集成电路内引线(硅片上1.8 m厚铝镀膜和50 m厚、100 m宽铝箔焊接)、微型薄膜电路元件中导线(镀在微晶玻璃或普通玻璃衬底上厚0.31m的铜、铝金属膜和3080m铜、镍丝焊接)及航天微型仪表、传感器等元件的制造。 连续激光焊 通常采用CO2激光器。主要用于钢铁、汽车、机械、飞机测试设备和一些压力容器、真空容器等的焊接,可焊接的材料有低碳钢、中碳钢、低合金钢、不锈钢、铜合金、钛合金等。 热导焊 在激光光斑上的功率密度不高(109W/m2)的情况下,金属材料表面在加热时不会超过沸点,所吸收的激光能转化为热能后通过热传导将工件熔化,其熔深轮廓近似半球形。它的传热熔化焊接过程类似于非熔化极氩弧焊。 深熔焊 在激光光斑上的功率密度足够大时(1010W/m2),金属在激光的照射下被迅速加热,其表面温度在极短的时间内升高到沸点,金属发生气化。金属蒸气以一定的速度离开熔化表面,产生一个附加压力作用于熔化的金属,在激光光斑下产生一个小凹坑。激光可直接射入坑底形成一个细小的“小孔”。当金属蒸气的反冲压力与液体表面张力和重力平衡后,小孔不再继续深入。光斑功率密度很大时,小孔可贯穿整个板厚,形成穿透性焊缝(或焊点)。 历史和发展 激光技术于1959年获得开发,20世纪60年代开始在焊接领域得到应用。激光焊技术的发展与激光器件的开发水平密切相关。以千瓦级高功率CO2激光器的诞生为标志,可以将激光焊技术的发展分为两阶段,即70年代以前的脉冲激光焊和连续热导焊的发展时期与70年代以后的高功率深熔焊技术发展时期。80年代初,激光焊接设备被成功应用在连续生产线中。80年代末,激光技术在功率输出与光束波型的稳定性方面取得了飞跃性的发展。45 kW级的CO2激光焊接设备(可以100 cm/min的速度对35 mm厚的钢板进行高速焊接)与4kW级的YAG激光加工设备相继开发,并投入使用。由于机电一体化技术与电子技术的迅猛发展,千瓦级的CO2激光焊接机器人和YAG激光加工机器人已研制成功,并投入工业应用。尽管激光焊接的应用历史不长,但在航空、航天、船舶、汽车制造等工业应用领域却占有举足轻重的位置。汽车工业是激光焊接应用较为广泛的部门,世界上著名的汽车制造公司都相继在车身制造中采用了CO2激光焊接技术。丰田公司1985年开始应用激光拼焊板胚,把不同厚度的板材用激光拼焊成板胚,经冲压成为车身侧围,以节约大量的厚板材,省去许多机械加工工序。奥迪5000型轿车底板和奔驰300SEL轿车顶盖也同样采用了激光拼焊技术。武汉钢铁公司采用激光焊进行汽车超宽钢板的拼焊。 长春第一汽车制造厂与北京产业科学研究中心共同研制了红旗新型轿车的激光接长拼焊技术。上海雷欧激光设备厂成功进行了五十铃汽车变速器齿轮的激光焊加工。北京航空工艺研究所利用国产5kW CO2激光器进行了飞机特殊夹层结构的激光焊研究。航天部第三设计研究院和哈尔滨工业大学合作进行了导弹部件激光焊研究。食品罐身焊接、传感器焊接、电机定转子焊接等领域,激光焊接技术都得到了应用。激光焊应用领域随着更大功率激光器的开发将不断扩大。 来源：中国电力百科全书用电卷 释义9：利用激光能量对物料进行的电加热。激光加热的优点是:功率密度高,可达108109 W/cm2,几乎可加热所有材料(包括各种高熔点和高硬度材料);加热速度快、效率高,加热局限在很小范围,热影响小,工件变形小;根据需要可在大气、真空和各种气氛中加热,或透过透明材料加热;可方便地把激光从一个工位向另一个工位输送,可把单束光分成几束功率较小的光使用;光束调制方便,易于实现计算机数字控制和自动化操作,实现精密加工;用于加工,无工具磨损,无机械接触。它的缺点是:设备昂贵,电-光能量转换效率低(一般只约1%,大功率二氧化碳气体激光器只到10%15%);激光会伤害人的眼睛、皮肤,大功率激光会损坏仪器设备,甚至引起火灾,须加防范。 激光 英文原名laser,是light of amplification bystimulated emission of radiation的缩写,意思是“光的受激辐射放大”,中文也译为“镭射”、“莱塞”等。物质中的原子、离子和分子等粒子都处于一系列不同的、非连续的能量状态,叫能级。通常,粒子处于能量最低的能级。当粒子受到外部能量(光能、电能、热能等)的激励时,可以吸收一定量的能量而跃迁到较高能级,这个过程叫受激吸收。粒子总是力图使自己处于能量最低的稳定状态。处于高能级的粒子会自发跃迁回最低能级,同时放出一定量的能量。粒子所处能级的变化必然伴随着粒子与外界 (其他粒子、外界光场、电场等)发生作用并交换能量。就粒子与外界光场的关系而言,当粒子自发地从高能级跃迁回低能级时,在一定条件下会以光子的形式释放多余的能量, 光子的能量就等于两能级间的能量差。这种没有外界作用的光发射叫自发辐射。普通光源,如白炽灯、荧光灯都是靠这种自发辐射发光的。由于各个粒子都各自独立而无规则地进行自发辐射,所产生的光在方向、频率、相位和偏振态上都不相同。与自发辐射相反,当粒子受到其能量等于粒子高低能级能量差的外来光子的激励时, 外来光子并不消失,而粒子会在从高能级跃迁回低能级时,产生另一个与入射光子在方向、频率、相位和偏振态上都相同的光子, 这样的光发射叫受激辐射。 激光是由激光器(见图)产生的,激光器中有一种激光工作物质。其特殊性能是:当它在一定条件下受到外界能量的激励时, 它的大多数粒子会从某一个低能级E1跃迁到相邻的较高能级E2。激光器的一端有一块全反射镜,另一端有一块部分反射镜,两者与激光工作物质构成一个谐振腔,处于E2能级的一些粒子会因自发辐射跃迁回E1能级,同时放出能量等于E2E1的光子。这些光子入射到其他粒子上又可因受激辐射引发出其他的光子。这些光子中,凡其方向不与激光器轴线垂直的, 很快都逸出激光器; 与激光器轴线平行的光子, 则由于两端反射镜的反射而在激光工作物质内部来回运动,并在入射到处于E2能级的粒子时又会产生新的同样的(包括方向相同的)光子。愈来愈多的粒子从能态E2跃迁回E1,所产生的同样的光子也愈来愈多(这个过程叫光放大),光束不断增强,最后有一部分从部分反射镜一端输出, 这就是激光。 激光的特点有:单色性好(比以往单色性最好的氪灯高1万倍);相干性好(即方向、频率、振幅、偏振态、相位的相同程度高); 发散角小 (小到0.1mrad);强度 (亮度)高 (比太阳表面亮度高200亿倍)。因此,激光在许多技术领域中得到应用,如激光测量、激光通信、激光瞄准、激光照排、激光信息存储、激光全息摄影等。激光加热主要利用其后两个特点。 激光加热设备 激光加热设备通常由激光发生器(包括电源和真空系统)、导光和聚焦系统、机械运动系统、计算机数控系统和必要的配套系统(如供气系统、观察系统、测量系统等)组成。用于激光加热的激光器主要有二氧化碳气体激光器和固体激光器(见图)。几种常用激光器的性能示于表。 激光加热常用激光器示意图(a) 二氧化碳气体激光器; (b) 固体激光器激光加热常用激光器性能激 光 器 类 型激光波长(m)工作方式功率输出(W)脉冲频率(Hz)脉冲宽度(m)二氧化碳气体激光器 (CO2)10.6连续或重复脉冲50104 (平均)107 (峰值)1000.10.01固体激光器钇铝石榴石激光器 (Nd:YAG)1.06连续或重复脉冲10103 (平均)104 (峰值)20025000以上210-410钕玻璃激光器 (Nd:Glass)1.06普通脉冲105 (峰值)单脉冲0.510红宝石激光器 (Ruty)0.6943普通脉冲105 (峰值)单脉冲0.25激光加热应用 激光加热的主要应用有:激光焊、激光热处理、激光钻孔、切割和刻蚀以及激光治疗等。 激光焊接 见激光焊。 激光热处理 功率密度为103104W/cm2、束径约2 mm的激光在金属表面以一定速度 (一般高于2mm/s)扫描时,由金属的快速加热和随后的快速自行冷却可在表面上获得厚0.3mm的淬硬层带。提高功率密度并降低扫描速度,可使金属表面熔化,自行冷却凝固后,可获得极细的硬化层组织,显著改善表面的耐磨性。如在金属表面涂敷硬质合金粉末,则可实现表面合金化。激光表面热处理已成功地用于汽油、柴油发动机的气缸和液压缸等。通常用二氧化碳气体连续激光器进行激光热处理。 激光钻孔、切割和刻蚀 利用功率密度为105106 W/cm2的激光照射工件表面, 可使材料迅速气化,实现对工件的钻孔、切割和刻蚀。 激光钻孔主要用于钻直径小于1 mm的孔 (最小可到1m),已用于金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、化学纤维硬质合金喷丝板、火箭发动机和柴油机的燃烧喷嘴、涡轮叶片等。可用连续和脉冲激光器,以后者较好。 激光切割可用于任何材料,与其他热切削(气割、电弧切割、等离子切割)比,优点是切口窄(0.10.5mm)、尺寸精确、切口光洁,早期主要用于12 mm以下不锈钢板和钛合金的切割、难熔金属和贵重金属的精密切割、半导体材料(如硅片)的划片等,20世纪末在机械、造船、轻工等工业部门也得到应用,如在造船和汽车制造业中用来切割壳体钢板,在木材加工业中用来切割胶合板,在服装行业中用来大量裁剪衣料等,一般用102104W级二氧化碳连续激光器。工作时,通常沿激光束向切割点喷射气体,以提高切割效率,改善切口质量。 激光刻蚀用于在工件上划线、刻标记、去除多余的材料等。后者用于诸如电阻器、电容器等电子元件电参数的微调,乐器簧片调谐,旋转体(涡轮机叶轮、陀螺仪、微电机和钟摆等)的动平衡校正等。用激光制造大规模集成电路,不用抗蚀剂,工序简单,能刻蚀0.5m以下的高精度图案,可大大提高集成度。 激光治疗 激光在医疗中用于切除、修补或烧除病变组织,如切除癌肿、面部血管瘤,修复脱落的视网膜等。用激光进行手术的优点是:手术精确度高、操作方便、时间短;出血少;能使病变组织细胞(如癌细胞)顷刻凝固、坏死,甚至炭化、气化,并能迅速封闭病变组织内及其边缘的血管和淋巴管,从而防止病变转移;可借助光导纤维在体内进行手术;无器械接触,可减少医源性感染;对正常组织损伤轻微,对病人的全身功能和免疫功能影响很少等。所用激光器除二氧化碳气体激光器和掺钕钇铝石榴石激光器外,氩激光器(波长0.488、0.515 m)用于眼底凝固设备已得到普及。 历史和发展 早在1917年A.爱因斯坦(AlbertEinstein)在研究黑体辐射定律时就提出受激辐射的假设。1960年美国的T.H.梅曼(Theodore HaroldMaiman)制成第一台红宝石激光器,同年美国A.贾万(A.Javan)制成了波长为1.15m的氦氖激光器。1961年首次把红宝石激光器用于钻孔。1964年范尤特制成钇铝石榴石激光器,C.K.N.佩特(C.K.NPatel)制成二氧化碳气体激光器。同年,激光焊得到实际应用。二氧化碳气体激光器的输出功率,1966年达1000 W,1968年达60 kW,使激光加热的应用迅速扩大。80年代,连续输出达10 kW的CO2激光器和连续输出2kW级的YAG激光器(钇铝石榴石激光器)已商品化。90年代以来,随着电子、汽车、造船、航天、原子能等工业与高新技术产业的迅猛发展,激光加热技术与设备的发展取得了惊人的进步。CO2激光器和YAG激光器在功率输出与光束状态的稳定化方面实现了大的飞跃,能够24 h连续工作的激光加工设备投入工业应用。25、45 kW级的大功率输出CO2激光器和2、4 kW级的YAG激光器获得开发并投放市场。千瓦级的CO2激光加工机械手、激光车床和使用光导纤维的YAG激光加工机械手装置相继问世,并进入工业应用领域。中国从70年代开始应用激光加热。1991年研制成功万瓦级CO2气体激光器。 激光的特性和应用是现代物理学和高技术研究活跃的前沿。激光加热技术的应用方兴未艾,预期将在工业、农业、医疗等部门中得到更大发展和推广。 来源：中国电力百科全书用电卷 释义10：由于受激辐射而得到加强的光。一般读物中译名为“莱塞”或“雷射”。这个名词是英文“辐射的受激发射的光放大”的缩写,能够产生激光的元件叫激光器。 早在1917年,爱因斯坦在他的辐射理论中,就预见有受激发射存在,以后近年,有关受激辐射的研究几乎没有多大进展。19511954年间,汤斯和他的同事们制成第1个微波量子放大器; 以后又把它的原理推广到光频中去。1960年梅曼成功地做出了第1台红宝石激光器。此后,激光的发展突飞猛进,在激光理论、激光技术、激光应用等方面,都取得了巨大进展。而且目前还带动着一些新兴的学科,如全息光学、非线性光学、傅里叶光学、激光光谱学、光化学等的迅速发展,为光学发展开辟了一个新纪元。 激光的产生可归纳为两点: (1)使工作物质处于粒子数布居反转状态。组成物质的原子存在着一系列离散的能级,其中有基态能级E1 (下能级) 和激发态能级E2 (上能级)。在常温下处于E2能级的原子数很少,绝大部分原子处于E1能级。当光与物质相互作用时,有3种主要过程: 1) 吸收。开始处于基态能级E1的原子,吸收一个光子的能量,跃迁到激发态能级E2。2) 自发辐射。处于激发态E2的原子是不稳定的,寿命一般都非常短,大约10-8s左右。在不受外界影响时,它们将自发地返回到基态E1,同时辐射出一个光子。这种过程与外界作用无关,各个原子的辐射都是自发地、独立地进行,因而各个原子辐射出的光子在频率、初相位、偏振方向及发射方向上都不是相同的,因而也是不相干的。除激光光源以外的普通光源的发光多属自发辐射,发出的光属自然光。3) 受激辐射。处于激发态E2的原子,在入射光子 (即外来电磁场) 的影响下,引起原子从激发态E2向低能态E1跃迁,并把E2-E1的能量以辐射光子的形式发射出去,这种辐射叫受激辐射。原子发生受激辐射时,发射出的光子的频率、初相位、偏振方向及发射方向等都跟入射光子完全一样,即受激辐射的光子与外来光子没有任何区别。由一个入射光子引起受激辐射就得到两个同样的光子。这两个光子在介质中传播,再引起其他原子发生受激辐射,造成雪崩式的连锁反应产生越来越多的相同光子,使入射光得到放大,因而产生激光。然而,实际上产生激光并不容易。这是因为,能量hv=E2-E1的光子从介质中通过时,既能引起处于激发态的原子发生受激辐射,实现光放大,也能被处于低能级E1的原子吸收使原子由基态E1跃迁至激发态E2,从而使光能衰减。而在通常情况下,处于低能级E1的原子数远远超过处于高能级E2的原子数。因此,光吸收过程远远胜过光放大过程,所以得不到激光。如果能创造一种条件,使处于高能级E2的原子数大大超过处于低能级E1的原子数,即原子处在粒子数布居反转的状态。这样,当有能量hv=E2-E1的光子从原子附近通过时,使受激辐射的概率大大超过吸收的概率,从而实现光放大过程大大超过光吸收过程,得到较强的激光。根据量子力学理论,某些原子有一些特殊的激发态能级,原子处于这些激发态能级上时寿命较长 (10-3s),比处在其他激发态的寿命 (10-8s) 长出约10万倍,因而不易发生自发辐射,这种激发态称为亚稳态。如果原子高能级E2是亚稳态,设法把处于基态的原子大量地激发到亚稳态E2上去,从而实现粒子数布居反转,为产生激光创造必要条件。(2)建立一个光学谐振腔。要产生激光,还需克服受激辐射与自发辐射的矛盾。一般情况下,处于高能级E2的原子,通过自发辐射或受激辐射返回低能级E1,在这两个过程中,自发辐射往往是主要的。若能创设一种装置,使外来光子使工作物质处于粒子数布居反转状态。组成物质的原子存在着一系列离散的能级,其中有基态能级E1 (下能级) 和激发态能级E2 (上能级)。在常温下处于E2能级的原子数很少,绝大部分原子处于E1能级。