【專題科普】現代科技專題四:激光技術——地球上最閃耀的科技之光

激光技術 | 2018-11-16 17:23

激光是本世紀最大的、也是最實用的發明。是與熱核技術、半導體、電子計算機和航天技術想媲美的一個舉世矚目的重大科技成就。從1960年5月人類獲得第一束激光到現在,40年過去了激光技術已逐漸滲透到科研、國防、工農業生產以及人們生活的各個方面。激光加工技術在材料加工領域,以其獨特的優越性,成為未來制造業的主要加工手段,被譽為“21世紀的加工技術”。

什么是激光

激光又名鐳射 ?(Laser),它的全名是“輻射的受激發射光放大” (Light Amplification by Stimulated Emission of ?Radiation)。激光是20世紀以來,繼原子能、計算機、半導體之后,人類的又一重大發明,被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”和“奇異的激光”。激光的原理早在1916年已被著名的美國物理學家愛因斯坦發現,但是直到1960年梅曼研制成功世界上第一臺可實際應用的紅寶石激光器。才標志著激光技術的誕生。

————激光的特點————

●亮度大:目前,功率極大的激光,其亮度可達到太陽亮度的100億倍以上。若用透鏡將起會聚,可得到每平方厘米1萬億瓦的功率密度。因此,它可在極小的局部范圍內產生幾百萬攝氏度的高溫,幾百萬個大氣壓的高溫和幾十億伏特每米的強電場。

●單色性好:單一頻率的光是理想的單色光。激光近乎單一頻率。例如氦氖激光器輸出激光的中心波長λ=632.8nm,激光譜線的線寬△v=10-4Hz;普通光源中單色性最好的氪燈,λ=605.7nm,而△v=104---106Hz。

●相干性好:激光的線譜寬度極窄,相應在空間的分布也不隨時間的變化,其相干長度可達到100km,而普通單色光的相干長度只有米的量級。激光橫向相干面積也很大,其光截面的各個部分都是相干波源。

激光的應用

01.?激光加工技術:激光的空間控制性和時間控制性很好,對加工對象的材質、形狀、尺寸和加工環境的自由度都很大

02.?激光快速成型:把要制造的模型編成程序,輸入計算機。激光束在計算機的指揮下作完掃描刻畫,將光敏聚合材料逐層固化,精確堆積成樣件,造成模型。

03.激光切割:激光切割技術廣泛應用于金屬和非金屬材料的加工中,可大大減少加工時間,降低加工成本,提高工件質量

04..?激光焊接:激光束照射在材料上,會把它加熱至融熔,使對接在一起的組件接合在一起,即是焊接

05.激光雕刻:是利用高能量密度的激光對工件進行局部照射,使表層材料氣化或者發生顏色變化的化學反應,從而留下永久性標志的一種雕刻方法。

06.?激光打孔:激光有很好的同調性,用光學系統可以把它聚焦成直徑很微小的光點(小于1微米),這相當于用來鉆孔的微型鉆頭。

07.激光手術:激光能產生高能量﹑聚焦精確的單色光﹐具有一定的穿透力﹐作用于人體組織時能在局部產生高熱量。激光手術就是利用激光的這一特點﹐去除或破壞目標組織﹐達到治療的目的。主要包括激光切割和激光換膚。

08.?激光武器:激光武器有它的獨特性,令它被廣泛應用于防空、反坦克、轟炸機自衛等軍事用途。激光之所以能成為威力強大的武器,是因為它有燒蝕效應、激波效應和輻射效應三個層次的破壞能力

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激光技術的發展前景

?生命和健康科學是一個非常強勁的市場,?因為那里會永遠不斷地出現新的應用,?其中很多是基于激光的應用,?并且醫藥也在不斷尋求改進。激光不再只局限為一種外科手術工具,?將會更加廣泛地應用于醫學診斷(如細胞影像)、藥檢、DNA排序、細胞分類以及蛋白質分析等方面。所涉及的科學研究和產品應用領域十分廣泛,?具有巨大的潛在應用價值和廣闊的市場前景。