激光技术介绍

五、激光的应用
1、激光加工技术 、
The laser processing technology
• 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。 • 热加工和冷加工均可应用在 金属和非金属材料，进行切割， 打孔，刻槽，标记等.热加工金属 材料进行焊接，表面处理，生产 合金，切割均极有利.冷加工则对 光化学沉积，激光快速成形技术， 激光刻蚀，掺染和氧化都很合适。
• •
激光能源： 激光能源： 激光还可应用于核能发电上。世界上现在建成 的核发电站使用的核燃料是铀， 使用氚核燃 料的研究尚未成功。从研究所得， 氚核燃料 比铀核燃料更加 耐烧， 1公斤氚核燃料燃烧产 生的能量比铀核燃料高3倍多。更有吸引力的 是氚核燃料在地球上的贮量大。1公斤海水中 含有0.03克氚， 地球上的海洋中就装有1021 公斤海水;或者说， 地球的海洋中就贮藏有 1017 公斤氚， 把它开发出来做燃料， 就相当 于给我们提供了10万亿亿(1017) 吨煤， 足够人 类用上几亿年， 既然氚核燃料这么好.为甚么 现在还不用? 问题就在于把它点火燃烧不是一 件容易做到的事。划一根火柴燃烧的温度就可 以把纸片， 汽油点著火， 要让这种核燃料著 火， 则需要亿度的高温。激光是目前较有可 能达到这个点火温度的技术。
•
6、激光打孔 、
Laser drilling
在组件上开个小孔是件很常见的事。 但是， 如果要求在坚硬的材料上， 例如 在硬质合金上打大量0.1毫米到几微米直 径的小孔。用普通的机械加工工具恐怕 是不容易办到， 即使能够做到， 加工成 本也会很高。 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少的 光点(小于一微米)， 这相当于用来鉆孔的 微型鉆头。其次， 激光的亮度很高， 在 聚焦的焦点上的激光能量密度(平均每平 方米面积上的能量)会很高， 普通一台激 光器输出的激光， 产生的能量就可以高 达109 焦耳/厘米2， 足以让材料熔化并气 化， 在材料上留下一个小孔， 就像是鉆 头鉆出来的。但是，激光鉆出的孔是圆 锥形的，而不是机械鉆孔的圆柱形，这 在有些地方是很不方便的。
7、激光蚀刻 、
Laser lithography
• 激光蚀刻技术比传统的化学 蚀刻技术工艺简单、可大幅 度降低生产成本，可加工 0.125～1微米宽的线，非常 适合于超大规模集成电路的 制造。
八、激光的发展 激光的发展
• 激光手术： 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。
•
3、激光切割 、
Laser cutting
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。脉冲激 光适用于金属材料，连续激光 适用于非金属材料，后者是激 光切割技术的重要应用领域。 但激光在工业领域中的应用是 有局限和缺点的，比如用激光 来切割食物和胶合板就不成功， 食物被切开的同时也被灼烧了， 而切割胶合板在经济上还远不 合化算。
激光技术介绍
Laser technology introduced
一、定义
• 依据一定的原理，改变激光振荡或激光辐射的 参数，使之适合于某一目的的技术。 • According to the principle of laser, change certain parameters of laser radiation or, suitable for a particular purpose.
二、基本信息
• 激光具有单色性好、方向性强、亮度高等特 点。现已发现的激光工作物质有几千种，波长 范围从软X射线到远红外。 激光技术的核心是 激光器，激光器的种类很多，可按工作物质、 激励方式、运转方式、工作波长等不同方法分 类。根据不同的使用要求，采取一些专门的技 术提高输出激光的光束质量和单项技术指标， 比较广泛应用的单元技术有共振腔设计与选模、 倍频、调谐、Q开关、锁模、稳频和放大技术 等。
2、激光快速成形 、
Laser rapid prototyping
• 用激光制造模型时用的材料是液 态光敏树脂， 它在吸收了紫外波 段的激光能量后便发生凝固， 变 化成固体材料。把要制造的模型 编成程序， 输入到计算机。激光 器输出来的激光束由计算机控制 光路系统，使它在模型材料上扫 描刻划， 在激光束所到之处， 原 先是液态的材料凝固起来。激光 束在计算机的指挥下作完扫描刻 划， 将光敏聚合材料逐层固化， 精确堆积成样件，造出模型。所 以， 用这个办法制造模型， 速度 快， 造出来的模型又精致。该技 术已在航空航天、电子、汽车等 工业领域得到广泛应用。
•
5、激光雕刻 、
Laser engraving
用激光雕刻刀作雕刻， 比用普通雕刻刀更方便， 更迅速。用普通雕刻刀在坚硬的材料上， 比如在 花冈巖、钢板上作雕刻， 或者是在一些比较柔软 的材料， 比如皮革上作雕刻， 就比较吃力， 刻一 幅图案要花比较长的时间。如果使用激光雕刻则 不同， 因为它是利用高能量密度的激光对工件进 行局部照射，使表层材料气化或发生颜色变化的 化学反应，从而留下永久性标记的一种雕刻方法。 它根本就没有和材料接触， 材料硬或者柔软， 并 不妨碍 雕刻 的速度。所以激光雕刻技术是激光加 工最大的应用领域之一。 用这种雕刻刀作雕刻不 管在坚硬的材料， 或者是在柔软的材料上雕刻， 刻划的速度一样。倘若与计算机相配合， 控制激 光束移动， 雕刻工作还可以自动化。把要雕刻的 图案放在光电扫描仪上， 扫描仪输出的讯号经过 计算机处理后， 用来控制激光束的动作， 就可以 自动地在木板上， 玻璃上， 皮革上按照我们的图 样雕刻出来。同时， 聚焦起来的激光束很细， 相 当于非常灵巧的雕刻刀， 雕刻的线条细， 图案上 的细节也能够给雕刻出来。激光雕刻可以打出各 种文字、符号和图案等，字符大小可以从毫米到 微米量级，这对产品的防伪有特殊的意义。激光 雕刻是近年巳发展至可实现亚微米雕刻，已广泛 用于微电子工业和生物工程。
三、激光原理
激光英文全名为Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER)。 于1960年面世，是一种因 刺激产生辐射而强化的光。 • 科学家在电管中以光或电流的能量来撞击某些晶体 或原子易受激发的物质，使其原子的电子达到受激发的 高能量状态，当这些电子要回复到平静的低能量状态时， 原子就会射出光子，以放出多余的能量；而接著，这些 被放出的光子又会撞击其它原子，激发更多的原子产生 光子，引发一连串的「连锁反应」，并且都朝同一个方 前进，形成强烈而且集中朝向某个方向的光；因此强的 激光甚至可用作切割钢板！ •
4、激光焊接 、
Laser welding
• 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。激光焊接，用比切割金属时 功率较小的激光束，使材料熔化而不使 其气化，在冷却后成为一块连续的固体 结构。激光焊接技术具有溶池净化效应， 能纯净焊缝金属，适用于相同和不同金 属材料间的焊接。由于激光能量密度高， 对高熔点、高反射率、高导热率和物理 特性相差很大的金属焊接特别有利。因 为用激光焊接是不需要任何焊料的，所 以排除了焊接组件受污染的可能; 其次， 激光束可被光学系统聚成直径很细的光 束， 换言之， 激光可以作成非常精细的 焊枪， 做精密焊接工作;还有激光焊接与 组件不会直接接触， 亦即这是非接触式 的焊接， 因而材料质地脆弱也不打紧， 还可以对远离我们身边的组件作焊接， 也可以把放置在真空室内的组件焊接起 来。因为激光焊接有这些特点， 所以它 在微电子工业中尤其受欢迎。
•ห้องสมุดไป่ตู้•
•
•
•
激光武器： 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，是因为它有三个 层次的破坏能力: 1.烧蚀效应 跟激光热加工原理一样，当高 能激光束射到目标时，激光的能量会被目标的 材料吸收，转化为热能.这些热能足以令目标 部分或完全穿孔，断裂，熔化，蒸发，甚至产 生爆炸. 2.激波效应 如目标材料被气化，目标材料 会在极短时间内产生反冲作用，形成压缩波使 材料表面层裂碎开，碎片向外飞时造成进一步 破坏. 3.辐射效应 目标材料气化的同时会形成等 离子体云，能产生辐射紫外线及X光线，使目 标内部的电子零件被破坏。
四、激光的特性 激光的特性
• 激光被广泛应用是因为它的特性。激光几乎是一种单色 光波，频率范围极窄，又可在一个狭小的方向内集中高 能量，因此利用聚焦后的激光束可以对各种材料进行打 孔。以红宝石激光器为例，它输出脉冲的总能量不够煮 熟一个鸡蛋，但却能在3毫米的钢板上鉆出一个小孔。 激光拥有上述特性，并不是因为它有与别不同的光能， 而是它的功率密度十分高，这就是激光被广泛应用的原 因。 • 激光有以下三大特性： • · 单色波长 • · 同调性 • · 平行光束