【专题科普】现代科技专题四:激光技术——地球上最闪耀的科技之光

激光技术 | 2018-11-16 17:23

激光是本世纪最大的、也是最实用的发明。是与热核技术、半导体、电子计算机和航天技术想媲美的一个举世瞩目的重大科技成就。从1960年5月人类获得第一束激光到现在,40年过去了激光技术已逐渐渗透到科研、国防、工农业生产以及人们生活的各个方面。激光加工技术在材料加工领域,以其独特的优越性,成为未来制造业的主要加工手段,被誉为“21世纪的加工技术”。

什么是激光

激光又名镭射  (Laser),它的全名是“辐射的受激发射光放大” (Light Amplification by Stimulated Emission of  Radiation)。激光是20世纪以来,继原子能、计算机、半导体之后,人类的又一重大发明,被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。激光的原理早在1916年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现,但是直到1960年梅曼研制成功世界上第一台可实际应用的红宝石激光器。才标志着激光技术的诞生。

————激光的特点————

●亮度大:目前,功率极大的激光,其亮度可达到太阳亮度的100亿倍以上。若用透镜将起会聚,可得到每平方厘米1万亿瓦的功率密度。因此,它可在极小的局部范围内产生几百万摄氏度的高温,几百万个大气压的高温和几十亿伏特每米的强电场。

●单色性好:单一频率的光是理想的单色光。激光近乎单一频率。例如氦氖激光器输出激光的中心波长λ=632.8nm,激光谱线的线宽△v=10-4Hz;普通光源中单色性最好的氪灯,λ=605.7nm,而△v=104---106Hz。

●相干性好:激光的线谱宽度极窄,相应在空间的分布也不随时间的变化,其相干长度可达到100km,而普通单色光的相干长度只有米的量级。激光横向相干面积也很大,其光截面的各个部分都是相干波源。

激光的应用

01. 激光加工技术:激光的空间控制性和时间控制性很好,对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大

02. 激光快速成型:把要制造的模型编成程序,输入计算机。激光束在计算机的指挥下作完扫描刻画,将光敏聚合材料逐层固化,精确堆积成样件,造成模型。

03.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

04.. 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

05.激光雕刻:是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射,使表层材料气化或者发生颜色变化的化学反应,从而留下永久性标志的一种雕刻方法。

06. 激光打孔: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小的光点(小于1微米),这相当于用来钻孔的微型钻头。

07.激光手术:激光能产生高能量﹑聚焦精确的单色光﹐具有一定的穿透力﹐作用于人体组织时能在局部产生高热量。激光手术就是利用激光的这一特点﹐去除或破坏目标组织﹐达到治疗的目的。主要包括激光切割和激光换肤。

08. 激光武器: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,是因为它有烧蚀效应、激波效应和辐射效应三个层次的破坏能力

  “

激光技术的发展前景

 生命和健康科学是一个非常强劲的市场, 因为那里会永远不断地出现新的应用, 其中很多是基于激光的应用, 并且医药也在不断寻求改进。激光不再只局限为一种外科手术工具, 将会更加广泛地应用于医学诊断(如细胞影像)、药检、DNA排序、细胞分类以及蛋白质分析等方面。所涉及的科学研究和产品应用领域十分广泛, 具有巨大的潜在应用价值和广阔的市场前景。