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解決方案

激光技術(shù)應(yīng)用的幾大特點(diǎn)詳解

星之球激光 來(lái)源:搜狐2016-04-18 我要評(píng)論(0 )   

  世界上第一臺(tái)激光器誕生于1960年,我國(guó)于1961年研制出第一臺(tái)激光器,50多年來(lái),激光技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展迅猛,已與多個(gè)學(xué)科相結(jié)合


  世界上第一臺(tái)激光器誕生于1960年,我國(guó)于1961年研制出第一臺(tái)激光器,50多年來(lái),激光技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展迅猛,已與多個(gè)學(xué)科相結(jié)合形成多個(gè)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域,比如光電技術(shù),激光醫(yī)療與光子生物學(xué),激光加工技術(shù),激光檢測(cè)與計(jì)量技術(shù),激光全息技術(shù),激光光譜分析技術(shù),非線性光學(xué),超快激光學(xué),激光化學(xué),量子光學(xué),激光雷達(dá),激光制導(dǎo),激光分離同位素,激光可控核聚變,激光武器等等。這些交叉技術(shù)與新的學(xué)科的出現(xiàn),大大地推動(dòng)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
  一、激光技術(shù)應(yīng)用簡(jiǎn)介
  激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對(duì)材料(包括金屬與非金屬)進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工以及做為光源,識(shí)別物體等的一門(mén)技術(shù),傳統(tǒng)應(yīng)用最大的領(lǐng)域?yàn)榧す饧庸ぜ夹g(shù)。激光技術(shù)是涉及到光、機(jī)、電、材料及檢測(cè)等多門(mén)學(xué)科的一門(mén)綜合技術(shù),傳統(tǒng)上看,它的研究范圍一般可分為:
  1.激光加工系統(tǒng)。包括激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、加工機(jī)床、控制系統(tǒng)及檢測(cè)系統(tǒng)。
  2.激光加工工藝。包括激光切割、激光焊接、激光表面處理、激光打孔、激光打標(biāo)、激光劃線、激光微調(diào)等各種加工工藝。
  激光焊接:汽車(chē)車(chē)身厚薄板、汽車(chē)零件、鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等密封器件以及各種不允許焊接污染和變形的器件。目前使用的激光器有YAG激光器,CO2激光器和半導(dǎo)體泵浦激光器。
  激光切割:汽車(chē)行業(yè)、計(jì)算機(jī)、電氣機(jī)殼、木刀模業(yè)、各種金屬零件和特殊材料的切割、圓形鋸片、壓克力、彈簧墊片、2mm以下的電子機(jī)件用銅板、一些金屬網(wǎng)板、鋼管、鍍錫鐵板、鍍亞鉛鋼板、磷青銅、電木板、薄鋁合金、石英玻璃、硅橡膠、1mm以下氧化鋁陶瓷片、航天工業(yè)使用的鈦合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。
  激光打標(biāo):在各種材料和幾乎所有行業(yè)均得到廣泛應(yīng)用,目前使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半導(dǎo)體泵浦激光器。
  激光打孔:激光打孔主要應(yīng)用在航空航天、汽車(chē)制造、電子儀表、化工等行業(yè)。激光打孔的迅速發(fā)展,主要體現(xiàn)在打孔用YAG激光器的平均輸出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。國(guó)內(nèi)目前比較成熟的激光打孔的應(yīng)用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產(chǎn)及鐘表和儀表的寶石軸承、飛機(jī)葉片、多層印刷線路板等行業(yè)的生產(chǎn)中。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器為主,也有一些準(zhǔn)分子激光器、同位素激光器和半導(dǎo)體泵浦激光器。
  激光熱處理:在汽車(chē)工業(yè)中應(yīng)用廣泛,如缸套、曲軸、活塞環(huán)、換向器、齒輪等零部件的熱處理,同時(shí)在航空航天、機(jī)床行業(yè)和其它機(jī)械行業(yè)也應(yīng)用廣泛。我國(guó)的激光熱處理應(yīng)用遠(yuǎn)比國(guó)外廣泛得多。目前使用的激光器多以YAG激光器,CO2激光器為主。
  激光快速成型:將激光加工技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)及柔性制造技術(shù)相結(jié)合而形成。多用于模具和模型行業(yè)。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器為主。
  激光涂敷:在航空航天、模具及機(jī)電行業(yè)應(yīng)用廣泛。目前使用的激光器多以大功率YAG激光器、CO2激光器為主。
  二、激光加工技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)
  目前激光加工技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)可歸納為:
  (1)新一代工業(yè)激光器研究,目前處在技術(shù)上的更新時(shí)期,其標(biāo)志是二極管泵浦全固態(tài)激光器的發(fā)展及應(yīng)用。
  (2)激光微細(xì)加工的應(yīng)用研究。
  (3)激光加工用大功率CO2和固體激光器及準(zhǔn)分子激光器的機(jī)型研究,開(kāi)發(fā)和研制專用配套的激光加工機(jī)床,提高激光器產(chǎn)品在生產(chǎn)線上穩(wěn)定運(yùn)行的周期。
  (4)加工系統(tǒng)智能化,系統(tǒng)集成不僅是加工本身,而是帶有實(shí)時(shí)檢測(cè)、反饋處理,隨著專家系統(tǒng)的建立,加工系統(tǒng)智能化已成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。
  (5)建立激光加工設(shè)備參數(shù)的檢測(cè)手段,并進(jìn)行方法研究。
  (6)激光切割技術(shù)研究。對(duì)現(xiàn)有的激光切割系統(tǒng)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化,提供性能好、價(jià)格便宜的2-3軸數(shù)控CO2切割機(jī)
  (7)激光焊接技術(shù)研究。開(kāi)展激光焊接工藝及材料、焊接工藝對(duì)設(shè)備要求及焊接過(guò)程參數(shù)監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)研究,從而掌握普通鋼材、有色金屬及特殊鋼材的焊接工藝。
  (8)激光表面處理技術(shù)研究。開(kāi)展CAD/CAM技術(shù)、激光表面處理工藝、材料性能及激光表面處理工藝參數(shù)監(jiān)測(cè)和控制研究,使激光表面處理工藝能較大幅度地應(yīng)用于生產(chǎn)。
  (9)激光加工光束質(zhì)量及加工外圍裝置研究。研究各種激光加工工藝對(duì)激光光束的質(zhì)量要求、激光光束和加工質(zhì)量監(jiān)控技術(shù),光學(xué)系統(tǒng)及加工頭設(shè)計(jì)和研制。
  (10)開(kāi)展激光加工工藝技術(shù)研究,重點(diǎn)是材料表面改性和熱處理方面的研究和推廣應(yīng)用;開(kāi)展激光快速成形技術(shù)的應(yīng)用研究,拓寬激光應(yīng)用領(lǐng)域。
  三、激光技術(shù)是光電技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ),將取代和推動(dòng)傳統(tǒng)電子信息產(chǎn)業(yè)
  21世紀(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)占主導(dǎo)地位,大力發(fā)展高新技術(shù)是迎接知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代到來(lái)的必然選擇。目前全球業(yè)界公認(rèn)的發(fā)展最快的、應(yīng)用日趨廣泛的最重要的高新技術(shù)就是光電技術(shù),他必將成為21世紀(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。而在光電技術(shù)中,其基礎(chǔ)技術(shù)之一就是激光技術(shù)??茖W(xué)界預(yù)測(cè),到2005年,光電產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值將達(dá)到電子產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值水平,到2010年,以光電信息技術(shù)為主導(dǎo)的信息產(chǎn)業(yè)將形成5萬(wàn)億美元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模,到2010年至2015年,光電產(chǎn)業(yè)可能會(huì)取代傳統(tǒng)電子產(chǎn)業(yè)。光電技術(shù)將繼微電子技術(shù)之后再次推動(dòng)人類科學(xué)技術(shù)的革命和進(jìn)步。
  21世紀(jì)的激光技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將支撐并推進(jìn)高速、寬帶、海量的光通信以及網(wǎng)絡(luò)通信,并將引發(fā)一場(chǎng)照明技術(shù)革命,小巧、可靠、壽命長(zhǎng)、節(jié)能半導(dǎo)體(LED)將主導(dǎo)市場(chǎng),此外將推出品種繁多的光電子消費(fèi)類產(chǎn)品(如VCD、D VD、數(shù)碼相機(jī)、新型彩電、掌上電腦電子產(chǎn)品、智能手機(jī)、手持音響播放設(shè)備、攝影、投影和成像、辦公自動(dòng)化光電設(shè)備如激光打印、傳真和復(fù)印等)以及新型的信息顯示技術(shù)產(chǎn)品(如CRT、LCD及PDP、FED、OEL平板顯示器等)并進(jìn)入人們的日常生活中。激光產(chǎn)品已成為現(xiàn)代武器的"眼睛"和"神經(jīng)",光電子軍事裝備將改變21世紀(jì)戰(zhàn)爭(zhēng)的格局。
在未來(lái)推動(dòng)光電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的進(jìn)程中,激光技術(shù)與其他技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的結(jié)合有以下方面:
  1.激光化學(xué):傳統(tǒng)的化學(xué)過(guò)程,一般是把反應(yīng)物混合在一起,然后往往需要加熱(或者還要加壓)。加熱的缺點(diǎn),在于分子因增加能量而產(chǎn)生不規(guī)則運(yùn)動(dòng),這種運(yùn)動(dòng)破壞原有的化學(xué)鍵,結(jié)合成新的鍵,而這些不規(guī)則運(yùn)動(dòng)破壞或產(chǎn)生的鍵,會(huì)阻礙預(yù)期的化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。
  但是如果用激光來(lái)指揮化學(xué)反應(yīng),不僅能克服上述不規(guī)則運(yùn)動(dòng),而且還能獲得更大的好處。這是因?yàn)榧す鈹y帶著高度集中而均勻的能量,可精確地打在分子的鍵上,比如利用不同波長(zhǎng)的紫外激光,打在硫化氫等分子上,改變兩激光束的相位差,則控制了該分子的斷裂過(guò)程。也可利用改變激光脈沖波形的方法,十分精確和有效地把能量打在分子身上,觸發(fā)某種預(yù)期的反應(yīng)。
  激光化學(xué)的應(yīng)用非常廣泛。制藥工業(yè)是第一個(gè)得益的領(lǐng)域。應(yīng)用激光化學(xué)技術(shù),不僅能加速藥物的合成,而又可把不需要的副產(chǎn)品剔在一旁,使得某些藥物變得更安全可靠,價(jià)格也可降低一些。又如,利用激光控制半導(dǎo)體,就可改進(jìn)新的光學(xué)開(kāi)關(guān),從而改進(jìn)電腦和通信系統(tǒng)。激光化學(xué)雖然尚處于起步階段,但其前景十分光明。
  2.激光醫(yī)療:激光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用分為兩大類:激光診斷與激光治療,前者是以激光作為信息載體,后者則以激光作為能量載體。多年來(lái),激光技術(shù)已成為臨床治療的有效手段,也成為發(fā)展醫(yī)學(xué)診斷的關(guān)鍵技術(shù)。它解決了醫(yī)學(xué)中的許多難題,為醫(yī)學(xué)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)?,F(xiàn)在,在基礎(chǔ)研究、新技術(shù)開(kāi)發(fā)以及新設(shè)備研制和生產(chǎn)等諸多方面都保持持續(xù)的、強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。
  當(dāng)前激光醫(yī)學(xué)的出色應(yīng)用研究主要表現(xiàn)在以下方面:光動(dòng)力療法治癌;激光治療心血管疾病;準(zhǔn)分子激光角膜成形術(shù);激光治療前列腺良性增生;激光美容術(shù);激光纖維內(nèi)窺鏡手術(shù);激光腹腔鏡手術(shù);激光胸腔鏡手術(shù);激光關(guān)節(jié)鏡手術(shù);激光碎石術(shù);激光外科手術(shù);激光在吻合術(shù)上的應(yīng)用;激光在口腔、頜面外科及牙科方面的應(yīng)用;弱激光療法等。
  激光醫(yī)療近期研究重點(diǎn)包括:
  (1)研究激光與生物組織間的作用關(guān)系,特別是在諸多有效療法中已獲得重要應(yīng)用的激光與生物組織間的作用關(guān)系;研究不同激光參數(shù)(包括波長(zhǎng)、功率密度、能量密度與運(yùn)轉(zhuǎn)方式等)對(duì)不同生物組織、人體器官組織及病變組織的作用關(guān)系,取得系統(tǒng)的數(shù)據(jù);
  (2)研究弱激光的細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)及其作用機(jī)制,包括;弱激光與細(xì)胞生物學(xué)現(xiàn)象(基因調(diào)控和細(xì)胞凋亡)的關(guān)系、弱激光鎮(zhèn)痛的分子生物學(xué)機(jī)制以及弱激光與細(xì)胞免疫(抗菌、抗毒素、抗病毒等)的關(guān)系及其機(jī)制;
  (3)深入開(kāi)展有關(guān)光動(dòng)力療法機(jī)制、激光介入治療、激光心血管成形術(shù)與心肌血管重建機(jī)制的研究,積極開(kāi)拓其他新的激光醫(yī)療技術(shù)。
  (4)對(duì)醫(yī)學(xué)光子技術(shù)中重要的、新穎的光子器件和儀器設(shè)置進(jìn)行開(kāi)發(fā)性研究,例如:研制醫(yī)用半導(dǎo)體激光系統(tǒng)、角膜成形與血管成形用準(zhǔn)分子激光設(shè)備、激光美容(換皮去皺、植發(fā))設(shè)備或其他新激光設(shè)備,開(kāi)拓新工作波段的醫(yī)用激光系統(tǒng)以及開(kāi)發(fā)Ho:YAG及Er:YAG激光手術(shù)刀等。
  3.超快超強(qiáng)激光:超快超強(qiáng)激光主要以飛秒激光的研究與應(yīng)用為主,作為一種獨(dú)特的科學(xué)研究的工具和手段,飛秒激光的主要應(yīng)用可以概括為三個(gè)方面,即飛秒激光在超快領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用、在超強(qiáng)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用和在超微細(xì)加工中的應(yīng)用。
  飛秒激光在超快現(xiàn)象研究領(lǐng)域中所起到的是一種快速過(guò)程診斷的作用。飛秒激光尤如一個(gè)極為精細(xì)的時(shí)鐘和一架超高速的"相機(jī)"可以將自然界中特別是原子、分子水平上的一些快速過(guò)程分析、記錄下來(lái)。
  飛秒激光在超強(qiáng)領(lǐng)域中的應(yīng)用(又稱為強(qiáng)場(chǎng)物理)歸因于具有一定能量的飛秒脈沖的峰值功率和光強(qiáng)可以非常之高。這樣的強(qiáng)光所對(duì)應(yīng)的電磁場(chǎng)會(huì)遠(yuǎn)大于原子中的庫(kù)侖場(chǎng),從而很容易地將原子中的電子統(tǒng)統(tǒng)剝落出去。因此,飛秒激光是研究原子,分子體系高階非線性、多光子過(guò)程的重要工具。與飛秒激光相應(yīng)的能量密度只有在核爆炸中才可能存在。飛秒強(qiáng)光可以用來(lái)產(chǎn)生相干X射線和其它極短波長(zhǎng)的光,可以用于受控核聚變的研究。
  飛秒激光用于超微細(xì)加工是飛秒激光用于超快現(xiàn)象研究和超強(qiáng)現(xiàn)象研究之外的又一個(gè)飛秒激光技術(shù)的重要的應(yīng)用研究領(lǐng)域。這一應(yīng)用是近幾年才開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的,目前已有了不少重要的進(jìn)展。與飛秒超快和飛秒超強(qiáng)研究有所不同的是飛秒激光超微細(xì)加工與先進(jìn)的制造技術(shù)緊密相關(guān),對(duì)某些關(guān)鍵工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展可以起到更直接的推動(dòng)作用。飛秒激光超微細(xì)加工是當(dāng)今世界激光、光電子行業(yè)中的一個(gè)極為引人注目的前沿研究方向。
  4.新型激光器研究:激光測(cè)距儀是激光在軍事上應(yīng)用的起點(diǎn),將其應(yīng)用到火炮系統(tǒng),大大提高了火炮射擊精度。激光雷達(dá)相比于無(wú)線電雷達(dá),由于激光發(fā)散角小,方向性好,因此其測(cè)量精度大幅度提高。由于同樣的原因,激光雷達(dá)不存在"盲區(qū)",因此尤其適宜于對(duì)導(dǎo)彈初始階段的跟蹤測(cè)量。但由于大氣的影響,激光雷達(dá)并不適宜在大范圍內(nèi)搜索,還只能作為無(wú)線電雷達(dá)的有力補(bǔ)足。還有精確的激光制導(dǎo)導(dǎo)彈,以及模擬戰(zhàn)場(chǎng)上使用的激光武器技術(shù)運(yùn)用。在激光實(shí)戰(zhàn)演習(xí)的戰(zhàn)場(chǎng)上,酷似實(shí)際戰(zhàn)爭(zhēng)場(chǎng)面。
  激光武器的優(yōu)點(diǎn);無(wú)需進(jìn)行彈道計(jì)算;無(wú)后坐力;操作簡(jiǎn)便,機(jī)動(dòng)靈活,使用范圍廣;無(wú)放射性污染,效費(fèi)比高。
  激光武器的分類:不同功率密度,不同輸出波形,不同波長(zhǎng)的激光,在與不同目標(biāo)材料相互作用時(shí),會(huì)產(chǎn)生不同的殺傷破壞效應(yīng)。激光器的種類繁多,名稱各異。按工作介質(zhì)區(qū)分,目前有固體激光器、液體激光器和分子型、離子型、準(zhǔn)分子型的氣體激光器等。

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