激光物理与激光应用以及其发展历史(原创)

激光冷水机
激光 激光淬火
激光打标机
激光点焊机
激光在不同领域的应用
• 1.激光加工技术 • 2.激光医疗保健 • 3.激光在工业上的应用 • 4.激光的军事应用价值 • 5.激光核聚变和能源问题的解决 • 6.神光系统
激光加工技术
• 是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括 金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、 微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术， 传统应用最大的领域为激光加工技术。激光技术
激光原理与应用
班级：光科0802班 制作者： 徐为
绪论部分内容摘要
• 1 .激光与其他光源相比的特点 • 2 .激光理论是何时有哪些科学家提出 • 3 .激光在各个领域的应用
激光相比普通光源的优越性
• 1. 方向性好 （平面发散角～10 -3弧度） • 发散角小： • 传播相同距离时，光斑直径小
发原子，产生一束相干光束，之后人们为其申请了专利，相关法律纠纷维持了近３０年。
•
1960年：美国加州Hughes 实验室的Theodore Maiman实现了第一束激光
•
1961年: 激光首次在外科手术中用于杀灭视网膜肿瘤。
•
1962年: 发明半导体二极管激光器，这是今天小型商用激光器的支柱。
•
1969年：激光用于遥感勘测，激光被射向阿波罗１１号放在月球表面的反射器，测得的地月距
军事用途
• 激光武器是一种利用定向发射的激光束直 接毁伤目标或使之失效的定向能武器。根 据作战用途的不同，激光武器可分为战术 激光武器和战略激光武器两大类。
百度文库
• 战术激光武器是利用激光作为能量，是像常规武器那样直 接杀伤敌方人员、击毁坦克、飞机等，打击距离一般可达 20公里。这种武器的主要代表有激光枪和激光炮，它们能 够发出很强的激光束来打击敌人。1978年3月，世界上的 第一支激光枪在美国诞生。激光枪的样式与普通步枪没有 太大区别，主要由四大部分组成：激光器、激励器、击发 器和枪托。目前，国外已有一种红宝石袖珍式激光枪，外 形和大小与美国的派克钢笔相当。但它能在距人几米之外 烧毁衣服、烧穿皮肉，且无声响，在不知不觉中致人死命， 并可在一定的距离内，使火药爆炸，使夜视仪、红外或激 光测距仪等光电设备失效。还有7种稍大重量与机枪相仿 的小巧激光枪，能击穿铜盔，在1500米的距离上烧伤皮肉、 致瞎眼睛等。
密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。目前使用的激光器有YAG激光器，
CO2激光器和半导体泵浦激光器。
•
激光切割：汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材
料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网
板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、
成。多用于模具和模型行业。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主。
•
激光涂敷：在航空航天、模具及机电行业应用广泛。目前使用的激光器多以大功
率YAG激光器、CO2激光器为主。
激光加工，打孔
激光焊接
激光划片机
医学保健应用
• 激光在医学上的应用主要分三类：激光生 命科学研究、激光诊断、激光治疗，其中 激光治疗又分为：激光手术治疗、弱激光 生物刺激作用的非手术治疗和激光的光动 力治疗。
•
1917年：爱因斯坦提出“受激发射”理论，一个光子使得受激原子发出一个相同的光子。
•
1953年：美国物理学家Charles Townes用微波实现了激光器的前身：微波受激发射放大（英
文首字母缩写maser）
•
1957年：Townes的博士生Gordon Gould创造了“laser”这个单词，从理论上指出可以用光激
美制GBU-12-B“宝石路”系 列激光制导弹
国产“雷霆”-2 500公斤级激光制导
激光核聚变
• 激光核聚变就是利用激光照射核燃料使之发生核聚变反应。它是模 拟核爆炸物理效应的有力手段。 由于激光核聚变与氢弹的爆炸在许多方面非常相似，所以，20世 纪60年代，当激光器问世以后，科学家就开始致力于利用高功率激光 使聚变燃料发生聚变反应，来研究核武器的某些重要物理问题。 我们知道，氘、氚等较轻元素的原子核相遇时，聚合为较重的原 子核，并释放出巨大能量的过程称为核聚变。人工控制的持续聚变反 应可分为磁约束核聚变和惯性约束核聚变两大类。后者又可分为激光 核聚变、粒子束核聚变和电流脉冲核聚变3类。 激光核聚变主要有3种用途：一是可为人类找到一种用不完的清 洁能源，二是可以研制真正的“干净”核武器，三是可以部分代替核 试验。因此，激光核聚变在民用和军事上都具有十分重大的意义。
1916年，爱因斯坦提出了“受激辐射”的概念，奠定了激光 的理论基础。
1954年汤斯和他的助手高顿（J. Cordon）、蔡格(H. Zeiger)发明了氨分子束微波激射器并使其正常运行。这 为以后激光器的诞生奠定了基础。
1958年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经典 论文，奠定了激光发展的基础。
1960年，美国人梅曼(T. H. Maiman)发明了世界上第一台红 宝石激光器。
1962年，He－Ne气体激光器在美国贝尔实验室研制成功。
最后的两次发明开创了传统的固体激器和气体激光器时 代，自此，激光走上了高速发展的道路。此后，半导体激 光器、染料激光器、自由电子激光器都在相应学科的支持 下出现。特别是八十年代，随着光电子学和半导体技术的 发展，光纤激光器和孤子激光器相继出现，将激光引入以 光电子和微电子为主的信息时代。
• 激光（LASER）是上世纪60年代发明的一种光源。 LASER是英文的“受激放射光放大”的首字母缩 写。激光器有很多种，尺寸大至几个足球场，小 至一粒稻谷或盐粒。气体激光器有氦－氖激光器 和氩激光器；固体激光器有红宝石激光器；半导 体激光器有激光二极管，像CD机、DVD机和CDROM里的那些。每一种激光器都有自己独特的产 生激光的方法。
子激光器、同位素激光器和半导体泵浦激光器。
•
激光热处理：在汽车工业中应用广泛，如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿
轮等零部件的热处理，同时在航空航天、机床行业和其它机械行业也应用广泛。我国
的激光热处理应用远比国外广泛得多。目前使用的激光器多以YAG激光器，CO2激光
器为主。
•
激光快速成型：将激光加工技术和计算机数控技术及柔性制造技术相结合而形
• 2.极高的光亮度—— 脉冲瞬时功率大（可达～10 14瓦） 激光的颜色非常单纯，而且只向着一个方向发光，亮
度极高 太阳表面的亮度比白炽灯大几百倍。普通的激光器的
输出亮度，比太阳表面的亮度大10亿倍。激光是当今世界 上最高亮度的光源。
3.相干性好
时间相干性好（～10 - 8埃），相干长度可达几十公里。
•
1982年: 第一台紧凑碟片（ＣＤ）播放机出现，第一部CD盘是美国歌手Billy Joel在1978年的
专辑52nd Street。
•
1983年: 里根总统发表了“星球大战”的演讲，描绘了基于太空的激光武器
•
1988年: 北美和欧洲间架设了第一根光纤，用光脉冲来传输数据。
•
1990年：激光用于制造业，包括集成电路和汽车制造
• 目前，反战略导弹激光武器的研制种类有化学激 光器、准分子激光器、自由电子激光器和调射线 激光器。例如：自由电子激光器具有输出功率大、 光束质量好、转换效率高、可调范围宽等优点。 但是，自由电子激光器体积庞大，只适宜安装在 地面上，供陆基激光武器使用。作战时，强激光 束首先射到处于空间高轨道上的中断反射镜。中 断反射镜将激光束反射到处于低轨道的作战反射 镜，作战反射镜再使激光束瞄准目标，实施攻击。
•
1991年: 第一次用激光治疗近视，海湾战争中第一次用激光制导导弹。
•
1996年: 东芝推出数字多用途光盘（DVD）播放器
•
2008年: 法国神经外科学家使用广导纤维激光和微创手术技术治疗了脑瘤
•
2010年: 美国国家核安全管理局(NNSA)表示，通过使用192束激光来束缚核聚变的反应原料、
氢的同位素氘（质量数２）和氚（质量数３），解决了核聚变的一个关键困难。
激光的应用
• 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
激光50年发展时间表
是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的 一门综合技术，从传统上看，它的研究范围一般 可分为：
•
1.激光加工系统。包括激光器、导光系统、
加工机床、控制系统及检测系统。
•
2.激光加工工艺。包括切割、焊接、表面处
理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。
•
激光焊接：汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、心脏起搏器、密封继电器等
激光打孔的迅速发展，主要体现在打孔用YAG激光器的平均输出功率已由5年前的
400w提高到了800w至1000w。国内目前比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石
和天然金刚石拉丝模的生产及钟表和仪表的宝石轴承、飞机叶片、多层印刷线路板等
行业的生产中。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主，也有一些准分
空间相干性好，有的激光波面上各个点几乎都是相干光源。
4. 单色性好
激光的 单色性比普通光高 1010 倍.
总的来说，激光这种光的受激辐射，与自发 辐射的普通光源不同，具有极好的方向性， 极高的光亮度和相干性。
汤斯
肖洛
受激辐射图解
名称由来
• 激光的最初的中文名叫做“镭射”、“莱 塞”，是它的英文名称LASER的音译，是 取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单 词头一个字母组成的缩写词。意思是"通过 受激发射光扩大"。激光的英文全名已经完 全表达了制造激光的主要过程。1964年按 照我国著名科学家钱学森建议将“光受激 发射”改称“激光”。
1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。使用激光器有YAG激光器和
CO2激光器。
•
激光治疗：可以用于手术开刀，减轻痛苦，减少感染。
•
激光打标：在各种材料和几乎所有行业均得到广泛应用，目前使用的激光器有
YAG激光器、CO2激光器和半导体泵浦激光器。
•
激光打孔：激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。
离误差在几米范围内。
•
1971年: 激光进入艺术世界，用于舞台光影效果，以及激光全息摄像。英国籍匈牙利裔物理学
家Dennis Gabor凭借对全息摄像的研究获得诺贝尔奖。
•
1974年: 第一个超市条形码扫描器出现
•
1975年: IBM投放第一台商用机光打印机
•
1978年: 飞利浦制造出第一台激光盘（ＬＤ）播放机，不过价格很高
激光手术有传统手术 无法比拟的优越性。 首先激光手术不需要 住院治疗，手术切口 小，术中不出血，创 伤轻，无瘢痕。
激光在美容界的用途越来越广泛。激光是通过产 生高能量，聚焦精确，具有一定穿透力的单色光， 作用于人体组织而在局部产生高热量从而达到去 除或破坏目标组织的目的，各种不同波长的脉冲 激光可治疗各种血管性皮肤病及色素沉着，如太 田痣、鲜红斑痣、雀斑、老年斑、毛细血管扩张 等，以及去纹身、洗眼线、洗眉、治疗瘢痕等； 而近年来一些新型的激光仪，高能超脉冲CO2激 光，铒激光进行除皱、磨皮换肤、治疗打鼾，美 白牙齿等等，取得了良好的疗效，为激光外科开 辟越来越广阔的领域。
眼睛激光手术
微创手术
工业应用
• 激光因具有单色性、相干性和平行性三大特点，特别适用 于材料加工。激光加工是激光应用最有发展前途的领域， 现在已开发出20多种激光加工技术。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，特别适用于自动化加工。激光加工 系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备， 已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低 成本的加工生产开辟了广阔的前景。目前已成熟的激光加 工技术包括：激光快速成形技术、激光焊接技术、激光打 孔技术、激光切割技术、激光打标技术、激光去重平衡技 术、激光蚀刻技术、激光微调技术、激光存储技术、激光 划线技术、激光清洗技术、激光热处理和表面处理技术。