激光及其应用.docx

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1、激光及其应用姓名J班级1学号?摘要：经过30多年的发展，激光现在几乎是无处不在，它已经被用在生活、科研的方方面面，激光针灸、激光裁剪、激光切割、激光焊接、激光淬火、激光唱片、激光测距仪、激光陀螺仪、激光铅直仪、激光手术刀、激光炸弹、激光雷达、激光枪、激光炮，在不久的将来，激光肯定会有更广泛的应用。本文通过对激光技术的学习，大概阐述了激光产生原理，以及激光在各个方面的应用关键词：激光原理应用一、激光简介激光是在I960年正式问世的。激光的最初中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称1ASER的音译，是取自英文1ightAmp1ificationbyStimu1atedEmissionofRa

2、diation的各单词的头一个字母组成的缩写词。意思是“受激辐射的光放大”。什么叫做“受激辐射”？它基于伟大的科学家爱因斯坦在1916年提出了的一套全新的理论。这一理论是说在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级匕在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。激光主要有四大特性：激光高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。二、激光原理1.物质与光相互作用的规律光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子，

3、同时改变过程前过程后E1E1图9-2受激吸收过程前过程后%hV1E1自发辐射自身运动状况的表现。微观粒子都具有特定的套能级（通常这些能级是分立的）。任时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态（或者简单地表述为处在某一个能级上）。与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差AE,频率为二Eh（h为普朗克常量）。（1） .受激吸收（简称吸收）处于较低能级的粒子在受到外界的激发（即与其他的粒子发生了有能量交换的相互作用，如与光子发生非弹性碰撞），吸收了能量时，跃迁到与此能量相对应的较高能级。这种跃迁称为受激吸收。（2） .自发辐射粒子受到激发

4、而进入的高能态，不是粒子的稳定状态，如存在着可以接纳粒子的较低能级，既使没有外界作用，粒子也有一定的概率，自发地从高能级（E2）向低能级（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率=（E2-E1）ho这种辐射过程称为自发辐射。众多原子以自发辐射发出的光，不具有相位、偏振态、传播方向上的一致，是物理上所说的非相干光。过程前过程后2hVA-,EiE受激幅射（3） .受激辐射、激光1917年爱因斯坦从理论上指出：除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。他指出当频率为二（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1同时

5、辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，这个过程称为受激辐射。可以设想，如果大量原子处在高能级E2上，当有一个频率=（E2-E1）/h的光子入射，从而激励E2上的原子产生受激辐射，得到两个特征完全相同的光子，这两个光子再激励E2能级上原子，又使其产生受激辐射，可得到四个特征相同的光子，这意味着原来的光信号被放大了。这种在受激辐射过程中产生并被放大的光就是激光。三、激光的应用激光是神奇的，自发明以来，它的应用越来越广泛，虽然大多数人没有听说过激光，也很少接触到激光，但激光真真切切已经慢慢的渗入了我们的生活，下面从以下这些方面讲讲激光在各行各业的应用：一、激光打标激光打标是用

6、激光束在各种不同的物质表面打上永久的标记。打标的效应是通过表层物质的蒸发露出深层物质，或者是通过光能导致表层物质的化学物理变化而刻出痕迹，或者是通过光能烧掉部分物质，显出所需刻蚀的图案、文字。二、激光雕刻激光雕刻一般指的是在非金属材料上面进行雕刻或切割。激光雕刻按雕刻方式不同可分为点阵雕刻和矢量切割：点阵雕刻点阵雕刻酷似高清晰度的点阵打印。激光头左右摆动，每次雕刻出一条由一系列点组成的一条线，然后激光头同时上下移动雕刻出多条线，最后构成整版的图象或文字。扫描的图形，文字及矢量化图文都可使用点阵雕刻。矢量切割与点阵雕刻不同，矢量切割是在图文的外轮廓线上进行。三、激光切割激光切割这里指的是金属类产

7、品的切割。四、激光焊接激光焊接的原理:将高强度的激光辐射至金属表面,通过激光与金属的相互作用，使金属熔化形成焊接。由于其独特的优点，已成功地应用于微、小型零件的精密焊接中。高功率CO?及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域，获得了以小孔效应为理论基础的深熔焊接，在机械、汽车、钢铁等工业部门获得了日益广泛的应用。五、激光打孔由于激光具有高能量，高聚焦等特性，激光打孔加工技术广泛应用于众多工业加工工艺中，使得硬度大、熔点高的材料越来越多容易加工。例如，在高熔点金属铝板上加工微米量级孔径；在硬质碳化鸨上加工几十微米的小孔；在红、蓝宝石上加工几百微米的深孔以及金刚石拉丝模具、化学纤维的喷丝

8、头等。利用激光束在空间和时间上高度集中的特点，经而易举地可将光斑直径缩小到微米级，从而获得IO（T1OOOW/cm2的激光功率密度。如此高的功率密度几乎可以在任何材料实行激光打孔。通常激光打孔机由五大部分组成：固体激光器、电气系统、光学系统,投影系统和三坐标移动工作台。五个组成部分相互配合从而完成打孔任务。固体激光器主要负责产生激光光源，电气系统主要负责对激光器供给能量的电源和控制激光输出方式（脉冲式或连续式等），而光学系统的功能则是将激光束精确地聚焦到工件的加工部位上。为此，它至少含有激光聚焦装置和观察瞄准装置两个部分。投影系统用来显示工件背面情况。工作台则由人工控制或采用数控装置控制，在三

9、坐标方向移动，方便又准确地调整工件位置。工作台上加工区的台面一般用玻璃制成，因为不透光的金属台面会给检测带来不便，而且台面会在工件被打穿后遭受破坏。工作台上方的聚焦物镜下设有吸、吹气装置，以保持工作表面和聚焦物镜的清洁。六、激光打印激光打印机的工作原理：由激光器发射出的激光束，经反射镜射入声光偏转调制器，与此同时，由计算机送来的二进制图文点阵信息，从接口送至字形发生器，形成所需字形的二进制脉冲信息，由同步器产生的信号控制9个高频振荡器，再经频率合成器及功率放大器加至声光调制器上，对由反射镜射入的激光束进行调制。调制后的光束射入多面转镜，再经广角聚焦镜把光束聚焦后射至光导鼓（硒鼓）表面上，使角速

10、度扫描变成线速度扫描，完成整个扫描过程。硒鼓表面先由充电极充电，使其获得一定电位，之后经载有图文映像信息的激光束的曝光，便在硒鼓的表面形成静电潜像，经过磁刷显影器显影，潜像即转变成可见的墨粉像，在经过转印区时，在转印电极的电场作用下，墨粉便转印到普通纸上，最后经预热板及高温热滚定影，即在纸上熔凝出文字及图像。在打印图文信息前，清洁根把未转印走的墨粉清除，消电灯把鼓上残余电荷清除，再经清洁纸系统作彻底的清洁，即可进入新的一轮工作周期。激光打印机的优点：速度快，效果好，使用成本低。七、激光制版激光制版的原理：激光雕刻印版即把聚焦的激光束射向印版，把印版的指定范围熔化，然后去除不需要的部分，制出凸、

11、凹的图像，图像的形状、大小、尺寸等可由电子调制来控制。一般说来，当激光的功率密度达到IOTOW/cm时制版材料（包括陶瓷）都要熔化或者气化，而中等强度的激光束经透镜聚焦后，在焦点处得到的功率密度值远远大于上述数值，故激光比较适合雕刻印版。激光因其有单色性、高能、相干性好等特点，在雕刻制版方面表现出很强的优越性，尤其是现代的紫激光技术的发展和应用，使得印版的制作更趋完善。激光具有高强度，不仅对非金属材料（如成像胶片、感光树脂版和塑料版材等）熔化蚀刻，而且也能将金属材料（锲、铅、钢、络等版材D熔化。甚至能蚀刻耐火度很高的陶瓷馄，与其它方法相比，其蚀刻范围要广泛得多。激光制版速度快、质量好。一般刻一

12、个对开的时间为3min左右，若采用波长更短的紫激光技术，时间会更短一些，而且可以提高解像力，确保网点质量。因激光相干性好、能量集中，所以其雕刻效率高，总耗能少。激光制版并非十全十美，其中存在的问题在于激光直接雕刻金属的效果不佳。因激光蚀刻的着墨孔不光洁、有毛刺，同时金属表面对激光的反射作用大，只有使用大功率激光器才能雕刻。一般解决这个问题的办法是在金属滚筒外面套上树脂或塑料套筒，激光不直接在金属版上雕刻。八、激光防伪激光防伪又称激光全息图像防伪技术，它是通过激光制版，将影像制作在塑料薄膜上，产生五光十色的衍射效果。并使图片具有二维、三维空间感，在普通光线下，隐藏的图像、信息会重现。当光线在某一

13、特定角度照射时，又会呈现新的图像。这种模压全息图片可以像印刷一样大批量快速复制，成本较低，且可以与各类印刷技术相结合使用。随着全息技术的不断创新和发展，出现了许多以全息图为载体的新技术，如动态全息技术，2D/3D技术、点阵全息技术、缩微加密技术、合成加密技术、光化浮雕技术、机器识别信息技术等等。这使得全息防伪技术兼具一线防伪和二线防伪的特性,相信全息技术将会成为应用最为广泛，防伪力度最强的防伪技术之一,并以其独特的艺术效果和防伪性能，在印刷包装领域中得到大规模应用。九、激光扫描激光扫描条码识读器由于其独有的大景深区域、高扫描速度、宽扫描范围等突出优点得到了广泛的使用。另外，激光全角度扫描识读器

14、由于能够高速扫描识读任意方向通过的条码符号，被大量使用在各种自动化程度高、物流量大的领域。激光扫描条码识读器由激光源、光学扫描、光学接收、光电转换、信号放大、整形、量化和译码等部分组成。十、激光治疗利用激光治疗疾病的应用非常广泛，其中最主要的就是利用准分子激光治疗近视，但这门技术有些说好，有些说要慎重。也就是说激光治疗近视并不是对每一个人都适合。1、激光治疗近视：2、激光去除太田痣3、激光治疗座疮4、激光治疗前列腺增生5、激光祛斑6、激光治疗鼻炎十一、激光美容与激光整形十二、激光测量激光测量包括激光测量，激光测距，激光测速等。激光测距以激光器作为光源进行测距。根据激光工作的方式分为连续激光器和

15、脉冲激光器。氮窟、氮离子、氨镉等气体激光器工作于连续输出状态，用于相位式激光测距；双异质神化像半导体激光器，用于红外测距；红宝石、钛玻璃等固体激光器，用于脉冲式激光测距。激光测距仪由于激光的单色性好、方向性强等特点，加上电子线路半导体化集成化，与光电测距仪相比，不仅可以日夜作业、而且能提高测距精度，显著减少重量和功耗，使测量到人造地球卫星、月球等远目标的距离变成现实。3D激光测量：3D测量技术已经发展出更远的工作距离和更多的应用领域。I-SITE公司的3D激光扫描仪的工作距离已经达到了800米，适用于更大规模的现场监测，如露天煤矿等。3D激光测量也已经被应用到航空测量的领域，即激光雷达。传统的

16、遥测技术包括卫星遥感，航空摄影测量等。但是卫星遥感技术规模浩大，成本高，约束条件多，缺乏灵活性。而航空摄影测量成本昂贵，设备要求高。相比之下，3D激光扫描设备可以在低空100米到450米的范围内对地面目标进行准确的3D测量，其精度可以达到10厘米。其低成本和灵活性将航测技术拓展到更多更广的范围。激光雷达不仅在军事上有广泛的应用，在水利，电力，交通，防洪，滑坡监测，林业等领域都有着非常广泛的应用前景。3D激光测量对于软件处理有着很高的要求，需要使用专业的对测量信息进行处理，然后结合AUtOCAD软件建模并应用。其工作步骤包括：测量，表面处理，软件拚接，三维建模，应用数据等。与传统的方式相比，3D激光测量有着极高的工作效率，可以大大加速工程