激光技术综述.doc

激光技术综述激光是20世纪60年代的新光源。由于激光具有方向性好、亮度高、单色性好等特点而得到广泛应用。激光技术是以原子理论，量子理论，光学技术和电子技术为基础的一门高新技术。目前激光技术已经被推广应用于农业、工业、医疗、科学研究、军用武器及航天技术等多个领域,带来了巨大的效益。一.激光技术定义与激光技术发展现状激光英文全名为Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER)。 于1960年面世，是一种因刺激产生辐射而强化的光。激光技术包括激光器技术与激光应用技术。自第一台激光器诞生后,激光器技术一直是激光技术的一个重要部分,至今已研制了上百种激光器。按工作物质可以将它们划分为：固体激光器、气体激光器、半导体激光器等。目前固体激光器领域最活跃的话题是二极管泵浦固体激光器,相应的半导体激光器中激光二极管成为了它的重要发展方向,气体激光器中以CO2激光器的研究最成熟也发展最快。自诞生之初至今，激光技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域，比如光电技术，激光医疗与光子生物学，激光加工技术，激光检测与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析技术，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子光学，激光雷达，激光制导，激光分离同位素，激光可控核聚变，激光武器等等。这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。二.激光技术的应用1.激光技术在工业上的应用由于具有适应性强，加工质量好，精度高，效率高，效益好，加工方法多，无污染等优点，激光技术被广泛用于工业领域。激光快速成形：用激光制造模型时用的材料是液态光敏树脂， 它在吸收了紫外波段的激光能量后便发生凝固， 变化成固体材料。把要制造的模型编成程序， 输入到计算机。激光器输出来的激光束由计算机控制光路系统，使它在模型材料上扫描刻划， 在激光束所到之处， 原先是液态的材料凝固起来。激光束在计算机的指挥下作完扫描刻划， 将光敏聚合材料逐层固化，精确堆积成样件，造出模型。所以， 用这个办法制造模型， 速度快， 造出来的模型又精致。该技术已在航空航天、电子、汽车等工业领域得到广泛应用。 激光切割：激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。脉冲激光适用于金属材料，连续激光适用于非金属材料，后者是激光切割技术的重要应用领域。但激光在工业领域中的应用是有局限和缺点的，比如用激光来切割食物和胶合板就不成功，食物被切开的同时也被灼烧了，而切割胶合板在经济上还远不合化算。 激光焊接：激光束照射在材料上， 会把它加热至融熔， 使对接在一起的组件接合在一起， 即是焊接。激光焊接，用比切割金属时功率较小的激光束，使材料熔化而不使其气化，在冷却后成为一块连续的固体结构。激光焊接技术具有溶池净化效应，能纯净焊缝金属，适用于相同和不同金属材料间的焊接。由于激光能量密度高，对高熔点、高反射率、高导热率和物理特性相差很大的金属焊接特别有利。因为用激光焊接是不需要任何焊料的，所以排除了焊接组件受污染的可能; 其次， 激光束可被光学系统聚成直径很细的光束， 换言之， 激光可以做成非常精细的焊枪， 做精密焊接工作;还有激光焊接与组件不会直接接触， 亦即这是非接触式的焊接， 因而材料质地脆弱也不打紧， 还可以对远离我们身边的组件作焊接， 也可以把放置在真空室内的组件焊接起来。因为激光焊接有这些特点， 所以它在微电子工业中尤其受欢迎。 激光雕刻: 用激光雕刻刀作雕刻， 比用普通雕刻刀更方便， 更迅速。用普通雕刻刀在坚硬的材料上， 比如在花冈岩、钢板上作雕刻， 或者是在一些比较柔软的材料， 比如皮革上作雕刻， 就比较吃力， 刻一幅图案要花比较长的时间。如果使用激光雕刻则不同， 因为它是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料气化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记的一种雕刻方法。它根本就没有和材料接触， 材料硬或者柔软， 并不妨碍雕刻的速度。所以激光雕刻技术是激光加工最大的应用领域之一。激光雕刻可以打出各种文字、符号和图案等，字符大小可以从毫米到微米量级，这对产品的防伪有特殊的意义。激光雕刻是近年已发展至可实现亚微米雕刻，已广泛用于微电子工业和生物工程。激光打孔：在组件上开个小孔是件很常见的事。但是， 如果要求在坚硬的材料上， 例如在硬质合金上打大量0.1毫米到几微米直径的小孔。用普通的机械加工工具恐怕是不容易办到， 即使能够做到， 加工成本也会很高。 激光有很好的同调性， 用光学系统可以把它聚焦成直径很微少的光点(小于一微米)， 这相当于用来钻孔的微型钻头。其次， 激光的亮度很高， 在聚焦的焦点上的激光能量密度(平均每平方米面积上的能量)会很高， 普通一台激光器输出的激光， 产生的能量就可以高达109 焦耳/厘米2， 足以让材料熔化并气化， 在材料上留下一个小孔， 就像是钻头钻出来的。但是，激光钻出的孔是圆锥形的，而不是机械钻孔的圆柱形，这在有些地方是很不方便的。激光蚀刻:激光蚀刻技术比传统的化学蚀刻技术工艺简单、可大幅度降低生产成本，可加工0.1251微米宽的线，非常适合于超大规模集成电路的制造。2.激光技术在医学上的应用医学是应用激光技术最早、最广泛和最活跃的一门边缘学科。1960年世界上第一台红宝石激光器研制成功，次年红宝石激光视网膜凝固机在眼科获得首次应用。到目前为止，临床上使用的激光医疗设备已有几十个品种，包含了自紫外至可见光和红外的各种波长，包含了连续、脉冲、巨脉冲、超脉冲等各种输出方式。从目前激光治疗设备在临床应用的角度可将其分为如下几大类：眼科激光治疗设备、外科激光手术设备、用于美容目的的皮肤病激光治疗设备、光动力疗法激光治疗设备、口腔激光设备和激光理疗仪器等等。3.激光技术在军事上的应用激光武器有它的独特性，令它被广泛应用于防空，反坦克，轰炸机自卫等军事用途.激光之所以能成为威力强大的武器，是因为它有三个层次的破坏能力1.烧蚀效应 跟激光热加工原理一样，当高能激光束射到目标时，激光的能量会被目标的材料吸收，转化为热能.这些热能足以令目标部分或完全穿孔，断裂，熔化，蒸发，甚至产生爆炸. 2.激波效应 如目标材料被气化，目标材料会在极短时间内产生反冲作用，形成压缩波使材料表面层裂碎开，碎片向外飞时造成进一步破坏. 3.辐射效应 目标材料气化的同时会形成等离子体云，能产生辐射紫外线及X光线，使目标内部的电子零件被破坏。激光武器的优点有：无需进行弹道计算；无后坐力；操作简便，机动灵活，使用范围广；无放射性污染，效费比高。激光测距仪是激光在军事上应用的起点，将其应用到火炮系统，大大提高了火炮射击精度。激光雷达相比于无线电雷达，由于激光发散角小，方向性好，因此其测量精度大幅度提高：由于同样的原因，激光雷达不存在盲区，因此尤其适宜于对导弹初始阶段的跟踪测量。此外还有精确的激光制导武器，激光致盲武器，它们在现代高技术战争中扮演着及其重要的角色。此外激光技术还被广泛应用于农业，通信，计算机，空间技术等领域。三.激光技术的应用前景目前全球业界公认的发展最快的、应用日趋广泛的最重要的高新技术就是光电技术，他必将成为21世纪的支柱产业。而在光电技术中，其基础技术之一就是激光技术。科学界预测，到2010年，以光电信息技术为主导的信息产业将形成5万亿美元的产业规模，到2010年至2015年，光电产业可能会取代传统电子产业。光电技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命和进步。激光技术与产业的发展将支撑并推进高速、宽带、海量的光通信以及网络通信，并将引发一场照明技术革命，小巧、可靠、寿命长、节能半导体(LED)将主导市场，此外将推出品种繁多的光电子消费类产品 (如VCD、D VD、数码相机、