激光的应用与发展前景讲解

激光的应用与发展前景讲解激光的应用与发展前景摘要:激光是一种新的光源,已经在许多领域得到应用。随着激光技术的飞速发展和广泛应用,激光已成为工业生产,科学探测和现代军事战争中极为重要的工具。总结了激光技术在工业生产,军事,国防,医疗等行业中的应用,提出激光技术应用领域的发展趋势。关键词:工业,军事,激光应用,发展前景光学是物理学中一门重要的分支学科,具有源远的历史和丰富的积累,并正在迅速发展。人类对光的研究开始得很早,从原始时代起,人们就注意观察自然界中各种变幻无常的光学现象,并不断地总结蕴藏在其中的物理规律,随着生产力的发展和科学技术的进步,光学科学与技术也获得了相应的进展,人们创造出了许多巧妙的光学仪器和光学工具,扩大了自己的视野并实现了比较精确的定量计算,进而形成了量子光学、非线性光学、信息光学、导波光学、激光物理、红外物理等新的分支学科,使光学成为研究光的本性、光的产生、光的传播、光与物质的相互作用以及光在科学研究和生产技术中各种应用的一门独立的学科。激光,具有普通光源发出的光的所有光学特性,是上世纪六十年代所诞生和发展起来的新技术。但它又不是普通的光,其特性是任何光都无法比拟的。激光能量密度高,其亮度比太阳表面还高数百亿倍;[1]激光方向性强,其发散度仅为毫弧度量级,所以用途非常广泛。由于激光的优异特性,使激光在工业生产,科技探测,军事等方面得到了广泛应用,激光渗透到社会的各个行业,而且发展潜力还非常大,激光也成为了当代科学发展最快的科学领域之一。激光具有的宝贵特性决定了激光在加工领域存在的优势:①由于它是无接触加工,并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调,因此可以实现多种加工的目的。②它可以对多种金属、非金属加工,特别是可以加工高硬度、高脆性、及高熔点的材料。③激光加工过程中无“刀具”磨损,无“切削力”作用于工件。④激光加工过程中,激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,对非激光照射部位没有影响或影响极小。因此,其热影响区小,工件热变形小,后续加工量小。⑤它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。⑥由于激光束易于导向、聚集实现作各方向变换,极易与数控系统配合,对复杂工件进行加工,因此是一种极为灵活的加工方法。⑦使用激光加工,生产效率高,质量可靠,经济效益好。例如:1美国通用电器公司采用板条激光器加工航空发动机上的异形槽,不到4H即可高质量完成,而原来采用电火花加工则需要9H以上。仅此一项,每台发动机的造价可省5万美元。2激光切割钢件工效可提高8-20倍,材料可节省15-30%,大幅度降低了生产成本,并且加工精度高,产品质量稳定可靠。虽然激光加工拥有许多优点,但不足之处也是很明显的。激光在工业上的各种应用:1.1激光技术在焊机上的应用:激光能量密度高,方向性强,激光焊接就是应用激光发生器产生的光经过光学处理后照射在待焊接材料的部位上,并产生热量以形成永久性连接的工艺过程。[2]1.2激光焊接原理。激光焊机是激光技术在焊接领域的应用。激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束,如果焦点靠近工件,工仵就会在几毫秒内熔化和蒸发,这一效应可用于焊接工艺,高功率CO2是气体激光器,分子气体作工作介质,产生平均为10.6μm的红外激光,可以连续工作并输出很高的功率,标准激光功率在2~15kW之间。激光焊接的特点是被焊接工件变形极小,几乎没有连接间隙,焊接深度/宽度比高,因此②工件热变形小;③只须定位而不需夹紧、划线,工件无机械应力及表面损伤;④能切割脆性材料,和极软、极硬的材料,包括淬火钢;⑤切口平行度好、切边洁净,可直接用于焊接;⑥切割速度高(可达10mömin以上,无工具磨损;⑦易于实现数控或计算机控制,并可多工位操作等。现代激光切割技术已经发展成完备的激光切割系统,除功率大、模式好的激光器外还配有滚珠丝杠传动的高精度工作台,由计算机控制,通过多坐标联动可以实现各种复杂的平面或空间图形的切割,甚至还研制出加工精度更高、柔性更好的激光切割机器人。[7]在许多国外汽车制造公司中,激光切割技术的应用非常普遍。如在样车研制和小批量生产中,常使用三维以上的激光切割加工系统,切割各种板件。在生产线上,则采用激光切割机器人对已经冲压成型的部件进行在线立体切割。高效激光切割系统的应用,大幅度缩短了新车的研制时间和汽车的生产准备周期,使生产实现了自动化和柔性化。据报道,汽车制造中激光切割加工比传统机械加工方式的加工费用减少了50%左右,且生产效率也得到了大幅度的提高。[13]可以预见,随着消费者对汽车日趋个性化的追求,小批量、多品种必然成为汽车制造的潮流,且随着科技的发展,激光切割系统质量不断提高、价格逐渐下降,激光切割技术将在汽车工业中获得更加广泛的应用。[14]此外,汽车工业还使用到激光焊接,激光表面改性,激光检测,激光快速成型,激光毛化技术,激光熔覆技术等等各类激光技术。[15]6.激光在军事上的应用:6.1战舰用激光测距仪,是激光在海军最成功的也是最主要的应用,他主要和电视跟踪器、红外跟踪器和大型计算机组成光电火控系统。这个火控系统在小型战舰上可以作为主要火控，在大型战舰可以作为辅助的火控系统。[8]出来水面战舰用激光测距仪，潜艇潜望镜也用的激光测距仪，可见，这个测距技术也是激光在军事上运用比较成熟的一个例子。6.2不过激光在军事上运用最成熟的应该是激光制导武器，如激光制导导弹，激光制导炸弹，激光制导炮弹，激光制导鱼雷等等。激光制导导弹由三部分组成：导引头，战斗部、尾翼。激光制导导弹并不能发射激光，主要是接受激光。激光和导弹也不是安装在一块的，它的发射作用于两架飞机：一架叫激光照射机，一架是导弹携带机。激光照射机常在万米高空作业，它完全避开了地面火炮（导弹）的射程；激光照射机在对地面欲打击目标进行照射后，激光制导导弹的引导头立即接收到了回射的激光，经过滤光片由聚焦透镜聚焦到探测仪上，形成误差信号；误差信号再经计算机变成控制信号，再传送到另一飞机的执行系统最终操纵导弹飞向打击目标。还有反坦克和反舰两种。[9]所谓激光制导，就是以激光为信息载体，把导弹、炮弹或炸弹引向目标而实施精确打击的先进技术。精准，是激光制导武器的鲜明特点，由于激光的单色性好，光束的发散角小，敌方很难对制导系统实施有效干扰，因而使它具有了其他制导方式无法匹敌的优势。激光制导通常有“视线式”和“寻的式”。“视线式”的典型代表是激光驾束制导，“寻的式”的典型代表是激光半主动式寻的制导，也是目前最常用的激光制导方式。激光驾束制导简言之就是激光制导系统瞄准目标并连续发射激光，位于弹尾的激光接收器接收激光，控制弹体像“骑”着激光一样沿光束中心飞行。激光制导武器自问世以来，便在现代战争中大显身手，备受世人关注。目前，世界各军事强国都纷纷加强激光制导武器的研制。从激光制导技术的发展来看，其多样化的发展趋势十分明显：智能化—让激光主动寻的。远程化—增大作用距离。小型化—减小制导系统的体积和重量。复合化—着力发展复合制导。此外，激光制导武器还在向采用对人眼安全波段、新的激光编码方式、以及标准化和模块化方向发展。6现代激光技术在军事领域的广泛应用不仅可以提高现有常规武器的精确打击能力，还可为军队提供新型战术战略武器。激光技术在军事上除上述应用外还有许多其他应用，诸如激光拦截、激光防护、激光对抗、激光引信等等。它们的成功应用将大大提高军队在高技术战争中的对敌打击与自我防护能力。同时，激光技术的民用化也大大促进了民用科技的迅速发展,如激光测速、激光反伪、反偷拍等都将逐步替代这些领域原有的仪器或技术。[10]此外，激光技术在光纤通信，船舶维修，在作物育种，在材料加工领域等等方面的发展都是很可观的，未来发展的潜力也是非常巨大。激光，自从人们认识到它优异的特性以后，便把激光用于各个行业的工业生产，军事，科技探测。随着激光技术研究的逐渐深入，那些现在才刚刚技术起步的技术，如激光合金化与熔覆，激光毛化，激光纳米材料等，这些技术还有很大的发展空间，未来也会有推进我国工业生产技术革新，提高生产率。随着军用激光技术的不断成熟，不但可以使我们军事力量的提升，更加在战术，甚至在战略上对我国军事部署有重大意义。激光加工属于较为前沿的技术，但经过几十年的发展，已广泛应用于很多领域。由于其激光加工可实现零误差，在精密加工上有着无可替代的地位。在未来的某一天，激光加工定会融入到生活应用的各方各面。与国际上激光加工系统相比，我国的激光加工系统差距甚大，仅占全球销售额的4%左右。主要表现为：高档激光加工系统很少，甚至没有；主力激光器不过关；微细激光加工装备缺口较大；而这些领域我国的生产加工企业正在积蓄力量稳步进入，国内应用市场有很大发展空间。预测不久，我国激光加工销售额将会由2008年的35亿人民币上升翻一倍，也就是说会达到70亿元产值。国内各类制造业接受了激光加工技术，它可使他们的产品增加技术含量，加快产品更新换代，为适应21世纪高新技术的产业化、满足宏观与微观制造的需要，研究和开发高性能光源势在必行。目前正在积极研制超紫外、超短脉冲、超大功率、高光束质量等特征的激光，尤其是能适应微制造技术要求的激光光源更是倍受关注，并已形成国际性竞争。随着科技的发展，激光技术必将得到更加广泛的应用于我们世界的各个方面，使人类的科技不断进步。文献：7[1]孟献丰，陆春华，倪亚茹等、激光技术的应用与防护[J]、红外与激光工程，2005，34(2：136-141[2]任宗刚、激光技术在焊机中的应用[J]、本钢技术，2011，1：39-41[3]杨洪星，刘晓伟，陈亚楠等、激光技术在半导体行业中的应用[J]、趋势与展望，2010，181：10-13[4]荣烈润，激光技术在机床工业中的应用[J]、金属加工，2010，18：63-67[5]汤文杰，汤文波，激光技术在印刷中的最新应用[J]、印刷世界，2011，3：10-11[6]李春青，冯树强，汽车工业中激光技术的应用[J]、广西工学院学报，2001，12(2：64-66[7]孙轶林，激光技术在汽车工业中的应用[J]、工艺与装备，2010，9：64-66[8]蒋鸿旺，现代海军与激光技术应用[J]、军用光学仪器与技术，2001，7：30-33[9]郭纲，周伟，叶名兰、激光技术在导弹和空天对抗中的应用[J]、飞航导弹，2009，2：40-43[10]任国光，高能激光武器发展现状与未来[M]、强激光研究与发展,2007(4:14-28[11]RezaAsgari，3D、激光检测支持微凸点技术[J]、半导体科技，2009(4:33-34.[12]杨洪