1、先先 进进 制制 造造 技技 术术 Advance Manufacturing TechnoIogy主主 讲：讲：信信 箱：箱：电电 话：话：办公室：教学楼办公室：教学楼2009年11月常州轻工职业技术学院选修课程常州轻工职业技术学院选修课程根据个人兴趣和课题自选（先进制造技术）根据个人兴趣和课题自选（先进制造技术）要求：要求：1 1、文字通顺，全篇有逻辑关系，说不清楚的地方可用图表、文字通顺，全篇有逻辑关系，说不清楚的地方可用图表表示。表示。2 2、篇幅、篇幅3000300050005000字，字，A4A4纸打印，（纸打印，（具体格式见后面具体格式见后面）。）。3 3、时间最晚为、时间最晚为
2、1616周星期五，以班级为单位交到办公室。周星期五，以班级为单位交到办公室。4 4、如有全篇相同内容超过、如有全篇相同内容超过50%50%的小论文，视同抄袭。的小论文，视同抄袭。基本要求基本要求课程内容课程内容1 1 概述概述2 2 现代数控技术现代数控技术3 3 机器人技术机器人技术4 4 虚拟制造技术虚拟制造技术5 5 绿色制造技术绿色制造技术6 6 计算机集成制造系统计算机集成制造系统7 7 制造业信息化制造业信息化8 8 质量管理意识质量管理意识9 5S9 5S管理的真谛管理的真谛10 10 六西格玛管理法六西格玛管理法11 ISO900011 ISO9000标准知识培训标准知识培训1
3、2 12 发明改变世界发明改变世界激光技术与应用激光技术与应用1.激光的基本原理激光的基本原理2.激光技术应用简介激光技术应用简介3.激光技术的基本内容激光技术的基本内容4.激光技术的前景激光技术的前景 激光技术激光技术、计算机技术、原子能技术、生物技术计算机技术、原子能技术、生物技术,并列为二十世纪最重要的四大发现。是人类探索自然并列为二十世纪最重要的四大发现。是人类探索自然和改造自然的强有力工具。和改造自然的强有力工具。与电子电力技术、自动化测控技术的完美结合，与电子电力技术、自动化测控技术的完美结合，使激光技术能够更好的为人类创造美好生活。使激光技术能够更好的为人类创造美好生活。激光的发
4、展历史 从历史来看，任何科学发明或科学发现，都不外是两条道路：一是自然界业已存在，当人们自觉或不自觉地发现以后再产生理论，并加 以证明和利用，如万有引力、氧气、电磁等，这种情况称为“科学发现”；二是自然界（至少地球上的自然界）并不存在的事物，但人们先从理论上推导、预测，然后再通过努力加以证明和实现，如相对论、核衰变、核聚变等，这种情况称为“科学发明”。而后者则更 有科学理论性和挑战性，激光的诞生过程就是属于后者。激光是激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明。体之后，人类的又一重大发明。激光发明的理论基础可以追溯到激光发明的理论基础可
5、以追溯到1917年年，著名的物理，著名的物理学家爱因斯坦在研究光辐射与原子相互作用的时候发学家爱因斯坦在研究光辐射与原子相互作用的时候发现，除了现，除了受激吸收和自发辐射跃迁受激吸收和自发辐射跃迁过程外，还存在过程外，还存在受受激辐射跃迁激辐射跃迁过程。过程。20世纪世纪50年代初，年代初，电子学和微波技术的应用提出了电子学和微波技术的应用提出了将无线电技术从微波推向光波的要求。将无线电技术从微波推向光波的要求。1952年年 美国马里兰大学的韦伯开始应用以上理美国马里兰大学的韦伯开始应用以上理论去放大电磁波。论去放大电磁波。从微波振荡器到光波振荡器从微波振荡器到光波振荡器微波振荡器的实现原理：
6、微波振荡器的实现原理：一个尺度和波长可比拟的封闭的谐振腔；一个尺度和波长可比拟的封闭的谐振腔；利用自由电子与电磁场的相互作用实现电磁波的放大利用自由电子与电磁场的相互作用实现电磁波的放大和振荡。和振荡。1954年，美国的汤斯年，美国的汤斯(Charles H.Towns)、苏联的巴、苏联的巴索夫索夫(Nikolai G.Basov)和普洛霍洛夫和普洛霍洛夫(Aleksander M.Prokhorov)第一次实现了氨分子微波量子振荡器第一次实现了氨分子微波量子振荡器(Maser),抛弃了抛弃了 利用自由电子与电磁场的相互作用实利用自由电子与电磁场的相互作用实现电磁波的放大和振荡，现电磁波的放大
7、和振荡，利用原子或分子中的束缚电利用原子或分子中的束缚电子与电磁场的相互作用来放大电磁波子与电磁场的相互作用来放大电磁波。1958年，汤斯和肖洛年，汤斯和肖洛(Arthur L.Schawlow)抛弃了抛弃了一一个尺度和波长可比拟的封闭的谐振腔，个尺度和波长可比拟的封闭的谐振腔，提出了利用尺提出了利用尺度远大于波长的开放式光谐振腔，实现了激光器的新度远大于波长的开放式光谐振腔，实现了激光器的新思想。思想。布隆伯根布隆伯根(Nicolaas Bloembergen)提出了利提出了利用光泵浦三能级原子系统实现原子数反转分布的新构用光泵浦三能级原子系统实现原子数反转分布的新构想。想。汤斯和肖洛在汤斯
8、和肖洛在PhysisPhysis Revies Revies 上发表论文，指出了实上发表论文，指出了实 现受激辐射为主的可能性，并给出了实现这个愿望需现受激辐射为主的可能性，并给出了实现这个愿望需 要满足的条件。要满足的条件。C.H.TownesA.M.Prokhorov N.G.Basov 汤斯汤斯19541954年在量子电子学研究中实现了氨分子的粒子数反转，年在量子电子学研究中实现了氨分子的粒子数反转，研制了微波激射器和激光器；普罗霍洛夫和巴索夫研制了微波激射器和激光器；普罗霍洛夫和巴索夫19581958年几乎同年几乎同时在量子电子学的基础研究中，根据微波激射器和激光器原理研时在量子电子学
9、的基础研究中，根据微波激射器和激光器原理研制了振荡器和放大器。以上工作导致了激光器的发明。制了振荡器和放大器。以上工作导致了激光器的发明。The Nobel Prize in Physics 1964（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）的缩写。）的缩写。1960年，美国物理学家梅曼（年，美国物理学家梅曼（Maiman）在实验）在实验室中做成了第一台红宝石室中做成了第一台红宝石(Al2O3:Cr)激光器。我国于激光器。我国于1961年研制出第一台激光器，从此以后，激光技术年研制出第一台激光器，从此以后，激光技术得到了迅
10、速发展，引起了科学技术领域的巨大变化。得到了迅速发展，引起了科学技术领域的巨大变化。光是（波长较短的）光是（波长较短的）电磁波电磁波“激光激光”（LASER）一词是受激辐射光放大）一词是受激辐射光放大1960年年7月，世界第一台红宝石固态激月，世界第一台红宝石固态激光器问世，标志了激光技术的诞生。光器问世，标志了激光技术的诞生。美国休斯公司实验室美国休斯公司实验室梅曼梅曼演示的。演示的。波长为波长为694.3nm的激光的激光 40多年来，激光技术与应用发展迅猛，已与多个多年来，激光技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域，比如光电技术，学科相结合形成多个应用技术领域，比如光电
11、技术，激光医疗与光子生物学，激光加工技术，激光检测激光医疗与光子生物学，激光加工技术，激光检测与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析技术，与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析技术，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子光学，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子光学，激光雷达，激光制导，激光分离同位素，激光可控激光雷达，激光制导，激光分离同位素，激光可控核聚变，激光武器等等。这些交叉技术与新的学科核聚变，激光武器等等。这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。1.激光的基本原理激光的基本原理 按量子力学原理，原子只能稳定
12、地存在于一系列能按量子力学原理，原子只能稳定地存在于一系列能量不连续的定态中，原子能量的任何变化（吸收或辐射）量不连续的定态中，原子能量的任何变化（吸收或辐射）都只能在某两个定态之间进行。我们把原子的这种能量都只能在某两个定态之间进行。我们把原子的这种能量的变化过程称之为跃迁。光子与物质原子相互作用过程的变化过程称之为跃迁。光子与物质原子相互作用过程中，存在三种类型的跃迁。即：中，存在三种类型的跃迁。即：吸收、自发辐射和受激吸收、自发辐射和受激辐射。辐射。E1E3E2如图如图1-11-1所示，有一个原子开始时处于基态所示，有一个原子开始时处于基态E E1 1，若不存，若不存在任何外来影响，它将
13、保持状态不变。如果有一个外在任何外来影响，它将保持状态不变。如果有一个外来光子，能量为来光子，能量为hvhv，与该原子发生相互作用。，与该原子发生相互作用。且且 ，其中：，其中：E E2 2为原子的某一较高的为原子的某一较高的能量状态能量状态激发态。则原子就有可能吸收这一光子，激发态。则原子就有可能吸收这一光子，而被激发到高能态去。这一过程被称之为原子吸收。而被激发到高能态去。这一过程被称之为原子吸收。值得注意的是，只有外来光子的能量值得注意的是，只有外来光子的能量hvhv恰好等于原子恰好等于原子的某两能级之差时，光子才能被吸收的某两能级之差时，光子才能被吸收。12EEhv原子吸收原子吸收 E
14、1E3E2图1-1 原子吸收示意图hvE1E3E2 与经典力学中的观点类似，处于高能态的原子是与经典力学中的观点类似，处于高能态的原子是不稳定的。它们在激发态停留的时间非常短（数量不稳定的。它们在激发态停留的时间非常短（数量级约为级约为1010-8-8s s），之后，会自发地返回基态去，同时），之后，会自发地返回基态去，同时放出一个光子。这种自发地从激发态跃迁至较低的放出一个光子。这种自发地从激发态跃迁至较低的能态而放出光子的过程，叫做自发辐射。能态而放出光子的过程，叫做自发辐射。原子在激发态的平均停留时间称之为激发态的寿原子在激发态的平均停留时间称之为激发态的寿命命。hv图1-2 自发辐射示
15、意图E1E3E2自发辐射自发辐射自发辐射的特点是：自发辐射的特点是：这种过程与外界作用无关。各原子的辐射这种过程与外界作用无关。各原子的辐射都是独立地进行。因而所发光子的频率、初相、都是独立地进行。因而所发光子的频率、初相、偏振态、传播方向等都不同。不同光波列是不偏振态、传播方向等都不同。不同光波列是不相干的。例如霓虹灯管内充有低压惰性气体，相干的。例如霓虹灯管内充有低压惰性气体，在管两端加上高电压来激发气体原子，当它们在管两端加上高电压来激发气体原子，当它们从激发态跃迁返回基态时，便放出五颜六色的从激发态跃迁返回基态时，便放出五颜六色的光彩。其频率成分极为复杂，发光方向各向都光彩。其频率成分
16、极为复杂，发光方向各向都有，初位相也各不相同。这正是普通光源的自有，初位相也各不相同。这正是普通光源的自发辐射。发辐射。受激辐射受激辐射 处于激发态的原子，在处于激发态的原子，在其发生自发辐射前，若受到其发生自发辐射前，若受到某一外来光子的作用，而且某一外来光子的作用，而且外来光子的能量恰好满外来光子的能量恰好满足足 ，原，原子就有可能从激发态子就有可能从激发态E E2 2跃迁跃迁至低能态至低能态E E1 1，同时放出一个，同时放出一个与外来光子具有完全相同状与外来光子具有完全相同状态的光子。如图态的光子。如图1-31-3所示。所示。这一过程被称为受激辐射。这一过程被称为受激辐射。12EEhv
17、Light or laser无辐射跃迁E1E2hvE1E2hvhv图1-3 受激辐射示意图 这种过程是在外界光子的刺激作用下发生的，而且受激辐射出的光子，与入射光子具有相同的频率，相同的初相，相同的传播方向，相同的偏振态等。即与外来光子具有完全相同的状态。在受激辐射过程中，输入一个光子，可以得到两个状态完全相同光子的输出。并且这两个光子可再作用于其他原子上，产生受激辐射，而获得大量特征完全相同的光子。这便是受激辐射的光放大。图1-4就是受激辐射光放大的示意图。受激辐射的特点是：受激辐射的特点是：hvhvhvhvhvhvhv输入输出图1-4 光放大示意图 产生激光的必要条件产生激光的必要条件 （
18、1 1）选择具有适当能级结构的工作物质，在工作物）选择具有适当能级结构的工作物质，在工作物质中能形成粒子数反转，为受激辐射的发生创造条件；质中能形成粒子数反转，为受激辐射的发生创造条件；（2 2）选择一个适当结构的光学谐振腔。对所产生受）选择一个适当结构的光学谐振腔。对所产生受激辐射光束的方向、频率等加以选择，从而产生单向性、激辐射光束的方向、频率等加以选择，从而产生单向性、单色性、强度等极高的激光束；单色性、强度等极高的激光束；（3 3）外部的工作环境必须满足一定的阈值条件，以）外部的工作环境必须满足一定的阈值条件，以促成激光的产生。促成激光的产生。这些阈值条件大体包括：减少损耗，这些阈值条
19、件大体包括：减少损耗，加快抽运速度，加快抽运速度，促进（粒子数）反转促进（粒子数）反转等。像工作物质的等。像工作物质的混合比、气压、激发条件、激发电压等等。混合比、气压、激发条件、激发电压等等。Light or laser无辐射跃迁激光器简介激光器简介目前激光器的种类很多。按工作物质的性质分类，目前激光器的种类很多。按工作物质的性质分类，大体可以分为大体可以分为气体激光器、固体激光器、液体激光器气体激光器、固体激光器、液体激光器；按工作方式区分，又可分为按工作方式区分，又可分为连续型连续型和和脉冲型脉冲型等。其中每等。其中每一类激光器又包含了许多不同类型的激光器。按激光器一类激光器又包含了许多
20、不同类型的激光器。按激光器的能量输出又可以分为的能量输出又可以分为大功率激光器大功率激光器和小和小功率激光器功率激光器。大功率激光器的输出功率可达到兆瓦量级，而小功率激大功率激光器的输出功率可达到兆瓦量级，而小功率激光器的输出功率仅有几个毫瓦。如前所述的光器的输出功率仅有几个毫瓦。如前所述的He-Ne激光激光器属于小功率、连续型、原子气体激光器。红宝石激光器属于小功率、连续型、原子气体激光器。红宝石激光器属于大功率脉冲型固体材料激光器。器属于大功率脉冲型固体材料激光器。激光的特性激光的特性 1.1.单向性极好：单向性极好：普通光源向四面八方发射能量，普通光源向四面八方发射能量，其能量分布在全空
21、间其能量分布在全空间4 4 立体角内。而激光则是沿一立体角内。而激光则是沿一条直线传播，能量集中在其传播方向上。其发散角条直线传播，能量集中在其传播方向上。其发散角很小，一般为很小，一般为1010-5-51010-8-8球面度。若将激光束射向几球面度。若将激光束射向几千米以外，光束直径仅扩展为几个厘米，而普通探千米以外，光束直径仅扩展为几个厘米，而普通探照灯光束直径则已经扩展为几十米。激光的单向性照灯光束直径则已经扩展为几十米。激光的单向性是由受激辐射原理和谐振腔的方向选择作用所决定是由受激辐射原理和谐振腔的方向选择作用所决定的。激光这种良好的单向性可用于定位、测距、导的。激光这种良好的单向性
22、可用于定位、测距、导航等。航等。一一 .激光激光特点：特点：1 1 方向性好方向性好 （发散角（发散角10-4弧度）弧度）一束激光射到一束激光射到38万万km的月的月球上，光斑的直径只有球上，光斑的直径只有2km手电筒的光射到手电筒的光射到m处，处，扩展成很大的光斑。扩展成很大的光斑。利用激光准直仪可使利用激光准直仪可使长为长为2.5km的隧道掘进偏的隧道掘进偏差不超过差不超过16nm.2.2.单色性极强单色性极强：从普通光源（如钠灯、汞灯、氪灯等）得到的单色从普通光源（如钠灯、汞灯、氪灯等）得到的单色光的谱线宽度约为光的谱线宽度约为1010-2-2纳米，单色性最好的氪灯（纳米，单色性最好的氪
23、灯（8686KrKr）的谱线宽度为的谱线宽度为4.74.71010-3-3纳米。而氦氖激光器发射的纳米。而氦氖激光器发射的632.8632.8纳米激光的纳米激光的谱线宽度谱线宽度只有只有1010-9-9纳米。若从多模激光纳米。若从多模激光束中提取单模激光，再采取稳频技术措施，还可以进一束中提取单模激光，再采取稳频技术措施，还可以进一步提高激光的单色性。利用激光良好的单色特性，可以步提高激光的单色性。利用激光良好的单色特性，可以作为计量工作的基准光源。例如，用单色、稳频激光器作为计量工作的基准光源。例如，用单色、稳频激光器作为光频计时基准，它在一年内的计时误差不超过作为光频计时基准，它在一年内的
24、计时误差不超过1 1微微秒，大大超过原子钟的计时精度。秒，大大超过原子钟的计时精度。600800400nm荧光光谱荧光光谱图图1-5 普通光源荧光光谱普通光源荧光光谱，谱线宽度约为：150 nm2 2 单色性好单色性好单色性最好的氪灯单色性最好的氪灯Kr86 =4.710-3 nm 稳频稳频HeNe激光器激光器 910 nm激光的激光的 单色性比普通光高单色性比普通光高 倍倍.1010 3.3.高亮度高亮度：光源亮度是指光源单位发光表面在单位时间光源亮度是指光源单位发光表面在单位时间内沿单位立体角所发射的能量，普通光源的亮度内沿单位立体角所发射的能量，普通光源的亮度相当低，例如，太阳表面的亮度
25、比蜡烛大相当低，例如，太阳表面的亮度比蜡烛大3030万倍，万倍，比白炽灯大几百倍。而一台普通的激光器的输出比白炽灯大几百倍。而一台普通的激光器的输出亮度，比太阳表面的亮度大亮度，比太阳表面的亮度大1010亿倍。激光器的输亿倍。激光器的输出功率并不一定很高，但由于光束很细，光脉冲出功率并不一定很高，但由于光束很细，光脉冲窄，光功率密度却非常大。窄，光功率密度却非常大。图图1-6 理想锁模可获得窄脉冲激光 由于激光光源使光能量在时间和空间上高由于激光光源使光能量在时间和空间上高度集中，因此，能在直径极小的区域内（度集中，因此，能在直径极小的区域内（1010-3-3毫米）产生几百万度的高温。从一个功
26、率为毫米）产生几百万度的高温。从一个功率为1kw1kw的的COCO2 2激光器发出的激光束经过聚焦以后，激光器发出的激光束经过聚焦以后，在几秒钟内就可以将在几秒钟内就可以将5cm5cm厚的钢板烧穿。工业厚的钢板烧穿。工业上利用激光高亮度的特性，在金属钻孔、焊接、上利用激光高亮度的特性，在金属钻孔、焊接、切割、表面热处理、表面氧化等方面的应用近切割、表面热处理、表面氧化等方面的应用近年来有很大的发展。年来有很大的发展。激光的能量在空间上、在时间上高度集中激光的能量在空间上、在时间上高度集中光能量不仅在空间上高度光能量不仅在空间上高度集中，同时在时间上也可集中，同时在时间上也可高度集中，因而可以在
27、一高度集中，因而可以在一瞬间产生出巨大的光热。瞬间产生出巨大的光热。在工业上，在工业上，激光打孔、切割和焊接。医激光打孔、切割和焊接。医学上视网膜凝结和进行外科手术。在测学上视网膜凝结和进行外科手术。在测绘方面，可以进行地球到月球之间距离绘方面，可以进行地球到月球之间距离的测量和卫星大地测量。在军事领域，的测量和卫星大地测量。在军事领域，可以制成摧毁敌机和导弹的激光武器可以制成摧毁敌机和导弹的激光武器 4.相干性好：相干性好：普通光源（如钠灯、汞灯等）其相干普通光源（如钠灯、汞灯等）其相干长度只有几个厘米，而激光的相干长度则可以达到几十长度只有几个厘米，而激光的相干长度则可以达到几十公里，比普
28、通光源大几个数量级。因此也可以说激光具公里，比普通光源大几个数量级。因此也可以说激光具有非常好的相干性。用激光做光源进行光的干涉、衍射有非常好的相干性。用激光做光源进行光的干涉、衍射实验，可以得到非常好的效果。另外，激光问世以来，实验，可以得到非常好的效果。另外，激光问世以来，推动了全息光学技术、激光光谱技术的发展。推动了全息光学技术、激光光谱技术的发展。由于激光具有上述这些良好的特性，从而突破了传由于激光具有上述这些良好的特性，从而突破了传统光源的种种局限性，引起了现代光学应用技术的革命统光源的种种局限性，引起了现代光学应用技术的革命性发展。同时促进了包括化学、生物学、医学、工业加性发展。同
29、时促进了包括化学、生物学、医学、工业加工与检测技术、军事等科学的迅速发展。工与检测技术、军事等科学的迅速发展。4 4 相干性好相干性好l空间相干性好，有的激光波面上各个点几乎都是相干光源。空间相干性好，有的激光波面上各个点几乎都是相干光源。l时间相干性好（时间相干性好（10-8埃），相干长度可达几十公里。埃），相干长度可达几十公里。按工作方式分按工作方式分 连续式（功率可达连续式（功率可达104 W）脉冲式（瞬时功率可达脉冲式（瞬时功率可达1014 W）三三.波长：波长：极紫外极紫外可见光可见光亚毫米亚毫米(100 n m）（1.222 m m）二二.种类：种类：固体（如红宝石固体（如红宝石A
30、l2O3）液体（如某些染料）液体（如某些染料）气体（如气体（如He-Ne，CO2）半导体（如砷化镓半导体（如砷化镓 GaAs）按工作物质分按工作物质分 激光技术的应用涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科，主要分为以下几类：1.1.激光加工系统激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。2.2.激光加工工艺激光加工工艺。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。2.激光技术应用简介激光技术应用简介 2.1 激光焊接激光焊接：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(
31、钇铝石榴石)激光器，CO2激光器和半导体泵浦激光器。2.2 激光切割激光切割：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、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。2.3 2.3 激光打标激光打标：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。2.4 2.4 激光打孔激光打孔：激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化
32、工等行业。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，也有一些准分子激光器、同位素激光器和半导体泵浦激光器。3.3.激光热处理激光热处理：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
33、为主。4.4.激光快速成型激光快速成型：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。5.5.激光涂敷激光涂敷：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。6.6.激光化学：激光化学：传统的化学过程，一般是把反应物混合传统的化学过程，一般是把反应物混合在一起，然后往往需要加热在一起，然后往往需要加热(或者还要加压或者还要加压)。加热的缺点，。加热的缺点，在于分子因增加能量而产生不规则运动，这种运动破坏原有在于分子因增加能量而产生不规则运动，这种运动破坏原有的化
34、学键，结合成新的键，而这些不规则运动破坏或产生的的化学键，结合成新的键，而这些不规则运动破坏或产生的键，有时会阻碍预期的化学反应的进行。键，有时会阻碍预期的化学反应的进行。但是如果用激光来指挥化学反应，不仅能克服上述不规但是如果用激光来指挥化学反应，不仅能克服上述不规则运动，而且还能获得更大的好处。这是因为激光携带着高则运动，而且还能获得更大的好处。这是因为激光携带着高度集中而均匀的能量，可精确地打在分子的键上，比如利用度集中而均匀的能量，可精确地打在分子的键上，比如利用不同波长的紫外激光，打在硫化氢等分子上，改变两激光束不同波长的紫外激光，打在硫化氢等分子上，改变两激光束的相位差，则控制了该
35、分子的断裂过程。也可利用改变激光的相位差，则控制了该分子的断裂过程。也可利用改变激光脉冲波形的方法，十分精确和有效地把能量打在分子身上，脉冲波形的方法，十分精确和有效地把能量打在分子身上，触发某种预期的反应。触发某种预期的反应。激光化学的应用非常广泛。制药工业是第一个得益的领域。应用激光化学技术，不仅能加速药物的合成，而又可把不需要的副产品剔在一旁，使得某些药物变得更安全可靠，价格也可降低一些。又如，利用激光控制半导体，就可改进新的光学开关，从而改进电脑和通信系统。激光化学虽然尚处于起步阶段，但其前景十分光明。7.7.激光医疗：激光医疗：激光在医学上的应用分为两大类：激光在医学上的应用分为两大
36、类：激光诊断与激光治疗，前者是以激光作为信息载体，后激光诊断与激光治疗，前者是以激光作为信息载体，后者则以激光作为能量载体。多年来，激光技术已成为临者则以激光作为能量载体。多年来，激光技术已成为临床治疗的有效手段，也成为发展医学诊断的关键技术。床治疗的有效手段，也成为发展医学诊断的关键技术。它解决了医学中的许多难题，为医学的发展做出了贡献。它解决了医学中的许多难题，为医学的发展做出了贡献。现在，在基础研究、新技术开发以及新设备研制和生产现在，在基础研究、新技术开发以及新设备研制和生产等诸多方面都保持持续的、强劲的发展势头。等诸多方面都保持持续的、强劲的发展势头。当前激光医学的出色应用研究主要表
37、现在当前激光医学的出色应用研究主要表现在以下方面：光动力疗法治癌；激光治疗心血管以下方面：光动力疗法治癌；激光治疗心血管疾病；准分子激光角膜成形术；激光治疗前列疾病；准分子激光角膜成形术；激光治疗前列腺良性增生；激光美容术；激光纤维内窥镜手腺良性增生；激光美容术；激光纤维内窥镜手术；激光腹腔镜手术；激光胸腔镜手术；激光术；激光腹腔镜手术；激光胸腔镜手术；激光关节镜手术；激光碎石术；激光外科手术；激关节镜手术；激光碎石术；激光外科手术；激光在吻合术上的应用；激光在口腔、颌面外科光在吻合术上的应用；激光在口腔、颌面外科及牙科方面的应用；弱激光疗法等。及牙科方面的应用；弱激光疗法等。激光医疗近期研究
38、重点包括：激光医疗近期研究重点包括：(1)(1)研究激光与生物组织间的作用关系，特研究激光与生物组织间的作用关系，特别是在诸多有效疗法中已获得重要应用的激光别是在诸多有效疗法中已获得重要应用的激光与生物组织间的作用关系；研究不同激光参数与生物组织间的作用关系；研究不同激光参数(包括波长、功率密度、能量密度与运转方式包括波长、功率密度、能量密度与运转方式等等)对不同生物组织、人体器官组织及病变组织对不同生物组织、人体器官组织及病变组织的作用关系，取得系统的数据；的作用关系，取得系统的数据；(2)(2)研究弱激光的细胞生物学效应及其作用研究弱激光的细胞生物学效应及其作用机制，包括；弱激光与细胞生物
39、学现象机制，包括；弱激光与细胞生物学现象(基因调基因调控和细胞凋亡控和细胞凋亡)的关系、弱激光镇痛的分子生的关系、弱激光镇痛的分子生物学机制以及弱激光与细胞免疫物学机制以及弱激光与细胞免疫(抗菌、抗毒素、抗菌、抗毒素、抗病毒等抗病毒等)的关系及其机制；的关系及其机制；(3)(3)深入开展有关光动力疗法机制、激光介深入开展有关光动力疗法机制、激光介入治疗、激光心血管成形术与心肌血管重建机入治疗、激光心血管成形术与心肌血管重建机制的研究，积极开拓其他新的激光医疗技术。制的研究，积极开拓其他新的激光医疗技术。(4)对医学光子技术中重要的、新颖的对医学光子技术中重要的、新颖的光子器件和仪器设置进行开发
40、性研究，例如：光子器件和仪器设置进行开发性研究，例如：研制医用半导体激光系统、角膜成形与血管研制医用半导体激光系统、角膜成形与血管成形用准分子激光设备、激光美容成形用准分子激光设备、激光美容(换皮去换皮去皱、植发皱、植发)设备或其他新激光设备，开拓新设备或其他新激光设备，开拓新工作波段的医用激光系统以及开发工作波段的医用激光系统以及开发Ho：YAG及及Er：YAG激光手术刀等。激光手术刀等。8.超快超强激光：超快超强激光：超快超强激光主要以飞秒激光的研究与应用为主，作为一种独特的科学研究的工具和手段，飞秒激光的主要应用可以概括为三个方面，即飞秒激光在超快领域内的应用、在超强领域内的应用和在超微
41、细加工中的应用。飞秒激光在超快现象研究领域超快现象研究领域中所起到的是一种快速过程诊断的作用。飞秒激光尤如一个极为精细的时钟和一架超高速的“相机”可以将自然界中特别是原子、分子水平上的一些快速过程分析、记录下来。飞秒激光在飞秒激光在超强领域超强领域中的应用中的应用(又称为强场又称为强场物理物理)归因于具有一定能量的飞秒脉冲的峰值功归因于具有一定能量的飞秒脉冲的峰值功率和光强可以非常之高。这样的强光所对应的率和光强可以非常之高。这样的强光所对应的电磁场会远大于原子中的库仑场，从而很容易电磁场会远大于原子中的库仑场，从而很容易地将原子中的电子统统剥落出去。因此，飞秒地将原子中的电子统统剥落出去。因
42、此，飞秒激光是研究原子，分子体系高阶非线性、多光激光是研究原子，分子体系高阶非线性、多光子过程的重要工具。与飞秒激光相应的能量密子过程的重要工具。与飞秒激光相应的能量密度只有在核爆炸中才可能存在。飞秒强光可以度只有在核爆炸中才可能存在。飞秒强光可以用来产生相干用来产生相干X射线和其它极短波长的光，可以射线和其它极短波长的光，可以用于受控核聚变的研究。用于受控核聚变的研究。飞秒激光用于飞秒激光用于超微细加工超微细加工是飞秒激光用于超是飞秒激光用于超快现象研究和超强现象研究之外的又一个飞秒激快现象研究和超强现象研究之外的又一个飞秒激光技术的重要的应用研究领域。这一应用是近几光技术的重要的应用研究领
43、域。这一应用是近几年才开始发展起来的，目前已有了不少重要的进年才开始发展起来的，目前已有了不少重要的进展。与飞秒超快和飞秒超强研究有所不同的是飞展。与飞秒超快和飞秒超强研究有所不同的是飞秒激光超微细加工与先进的制造技术紧密相关，秒激光超微细加工与先进的制造技术紧密相关，对某些关键工业生产技术的发展可以起到更直接对某些关键工业生产技术的发展可以起到更直接的推动作用。飞秒激光超微细加工是当今世界激的推动作用。飞秒激光超微细加工是当今世界激光、光电子行业中的一个极为引人注目的前沿研光、光电子行业中的一个极为引人注目的前沿研究方向。究方向。9.激光武器：激光武器：激光测距仪是激光在军事上应激光测距仪是
44、激光在军事上应用的起点，将其应用到火炮系统，大大提高了火用的起点，将其应用到火炮系统，大大提高了火炮射击精度。激光雷达相比于无线电雷达，由于炮射击精度。激光雷达相比于无线电雷达，由于激光发散角小，方向性好，因此其测量精度大幅激光发散角小，方向性好，因此其测量精度大幅度提高。由于同样的原因，激光雷达不存在度提高。由于同样的原因，激光雷达不存在“盲盲区区”，因此尤其适宜于对导弹初始阶段的跟踪测，因此尤其适宜于对导弹初始阶段的跟踪测量。但由于大气的影响，激光雷达并不适宜在大量。但由于大气的影响，激光雷达并不适宜在大范围内搜索，还只能作为无线电雷达的有力补充。范围内搜索，还只能作为无线电雷达的有力补充
45、。还有精确的激光制导导弹，以及模拟战场上使用还有精确的激光制导导弹，以及模拟战场上使用的激光武器技术运用。的激光武器技术运用。机载激光武器机载激光武器(ABL)(ABL)，ABLABL的目标是研制装的目标是研制装在经过改造的波音在经过改造的波音747747飞机上安装激光飞机上安装激光武器，用于从高空攻武器，用于从高空攻击敌方的战区弹道导击敌方的战区弹道导弹。弹。美军移动型战术高能激光系统（美军移动型战术高能激光系统（THEL）的激光发射部分）的激光发射部分 激光武器的优点；无需进行弹道计算；无后坐力；激光武器的优点；无需进行弹道计算；无后坐力；操作简便，机动灵活，使用范围广；无放射性污染。操作
46、简便，机动灵活，使用范围广；无放射性污染。激光武器的分类：不同功率密度，不同输出波形，激光武器的分类：不同功率密度，不同输出波形，不同波长的激光，在与不同目标材料相互作用时，会不同波长的激光，在与不同目标材料相互作用时，会产生不同的杀伤破坏效应。激光器的种类繁多，名称产生不同的杀伤破坏效应。激光器的种类繁多，名称各异。按工作介质区分，目前有固体激光器、液体激各异。按工作介质区分，目前有固体激光器、液体激光器和分子型、离子型、准分子型的气体激光器等。光器和分子型、离子型、准分子型的气体激光器等。按其发射位置可分为天基、陆基、舰载、车载和机载按其发射位置可分为天基、陆基、舰载、车载和机载等类型，按
47、其用途还可分为战术型和战等类型，按其用途还可分为战术型和战 略型两类，略型两类，即战术激光武器和战略激光武器。即战术激光武器和战略激光武器。10.10.激光全息技术激光全息技术：全息术的发明与发展全息术的发明与发展：全息术即全息全息术即全息照相术，是记录波动（包括机械波、电磁波和照相术，是记录波动（包括机械波、电磁波和光波）干扰的振幅和位相分布，以及使之再现光波）干扰的振幅和位相分布，以及使之再现的专门技术。它广泛地用作三维光学的成像，的专门技术。它广泛地用作三维光学的成像，也可用于声波（声全息）和射频波。也可用于声波（声全息）和射频波。“全息全息”意思是全部的信息，即不仅是振幅信息，还包意思
48、是全部的信息，即不仅是振幅信息，还包含位相信息在内含位相信息在内.1948 1948年英藉匈牙利物理学家丹尼斯年英藉匈牙利物理学家丹尼斯盖伯为盖伯为了提高电子显微镜的分辨本领提出了全息术的最了提高电子显微镜的分辨本领提出了全息术的最初设想。随后，他采用汞灯作光源，首次拍摄了初设想。随后，他采用汞灯作光源，首次拍摄了第一张全息照片（即全息图），并获得了相应的第一张全息照片（即全息图），并获得了相应的再现像，从而创立了全息术（为此，他于再现像，从而创立了全息术（为此，他于19711971年年得到了诺贝尔物理学奖）。但是由于当时缺乏明得到了诺贝尔物理学奖）。但是由于当时缺乏明亮的相干光源（激光器），
49、全息图的成像质量很亮的相干光源（激光器），全息图的成像质量很差。在上个世纪差。在上个世纪5050年代里，这方面的工作进展相年代里，这方面的工作进展相当缓慢。直到当缓慢。直到6060年代出现激光这一相干强光源之年代出现激光这一相干强光源之后，全息术才得以迅速发展，成为现代光学中十后，全息术才得以迅速发展，成为现代光学中十分活跃的分支分活跃的分支.1962 1962年随着激光器的问世，利思和乌帕特尼年随着激光器的问世，利思和乌帕特尼克斯（克斯（Leith and UpatnieksLeith and Upatnieks）在盖伯全息术的）在盖伯全息术的基础上引入载频的概念，发明了离轴全息术，有基础上
50、引入载频的概念，发明了离轴全息术，有效地克服了当时全息图成像质量差的主要问题效地克服了当时全息图成像质量差的主要问题孪生像，三维物体显示成为当时全息术研究的孪生像，三维物体显示成为当时全息术研究的热点，但这种成像科学远远超过了当时经济的发热点，但这种成像科学远远超过了当时经济的发展，制作和观察这种全息图的代价是很昂贵的，展，制作和观察这种全息图的代价是很昂贵的，全息术基本只是一个需要高昂经费来维持的实验全息术基本只是一个需要高昂经费来维持的实验.1969 1969年本顿（年本顿（BentonBenton）发明了彩虹全息术，掀）发明了彩虹全息术，掀起以白光显示为特征的全息三维显示新高潮。彩虹起以
