激光技术1 SZH

1、1、生物技术、生物技术2、微电子技术、微电子技术 和计算机技术和计算机技术3、现代信息技术、现代信息技术4、新材料技术、新材料技术5、激光技术激光技术6、空间技术、空间技术7、新能源技术、新能源技术8、海洋开发技术、海洋开发技术9、现代教育技术、现代教育技术10、环境保护技术、环境保护技术16级医学信息工程级医学信息工程激激 光光 技技 术术 的的 发发 展展激激 光光 技技 术术 的的 原原 理理激激 光光 技技 术术 的的 特特 点点激激 光光 技技 术术 的的 应应 用用激激 光光 技技 术术 的的 未未 来来本章主要内容本章主要内容最早对激光做出理论研究的人是爱因最早对激光做出理论研究

2、的人是爱因斯坦，斯坦，1916年爱因斯坦提出受激辐射年爱因斯坦提出受激辐射的概念，即处于高能级的原子受外来的概念，即处于高能级的原子受外来光子作用，当外来光子的频率与其跃光子作用，当外来光子的频率与其跃迁频率恰好一致时，原子就会从高能迁频率恰好一致时，原子就会从高能级跃迁到低能级，并发射与外来光子级跃迁到低能级，并发射与外来光子完全相同的另一光子，新发出的光子完全相同的另一光子，新发出的光子不仅在频率方面与外来光子相一致，不仅在频率方面与外来光子相一致，而且在发射方向、偏振态以及位相等而且在发射方向、偏振态以及位相等方面均与外来光子相一致，而且在某方面均与外来光子相一致，而且在某种状态下，能出

3、现一个弱光激发出一种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做个强光的现象。这就叫做“受激辐射受激辐射的光放大的光放大”，简称激光。，简称激光。肖洛肖洛汤斯汤斯1960年年5月月15日，美国加利福尼亚州休斯实日，美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家验室的科学家梅曼梅曼宣布获得了波长为宣布获得了波长为0.6943微米的激光，这是人类有史以来获得的第一微米的激光，这是人类有史以来获得的第一束激光，梅曼因而也成为世界上第一个将激束激光，梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。光引入实用领域的科学家。1960年年7月月7日，日，西奥多西奥多梅曼梅曼宣布世界上第一宣布世界上第一台激

4、光器诞生，梅曼的方案是，利用一个高台激光器诞生，梅曼的方案是，利用一个高强闪光灯管，来激发红宝石。由于红宝石其强闪光灯管，来激发红宝石。由于红宝石其实在物理上只是一种掺有铬原子的刚玉，所实在物理上只是一种掺有铬原子的刚玉，所以当红宝石受到刺激时，就会发出一种红光。以当红宝石受到刺激时，就会发出一种红光。在一块表面镀上反光镜的红宝石的表面钻一在一块表面镀上反光镜的红宝石的表面钻一个孔，使红光可以从这个孔溢出，从而产生个孔，使红光可以从这个孔溢出，从而产生一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一点时，可使其达到比太阳表面还高的温度。一点时，可使其达到比太阳表面

5、还高的温度。原子的运动状态可以分为不同的能级，当原子从高能级向低能级跃迁时，会释放出相应能量的光子（所谓自发辐射）。同样的，当一个光子入射到一个能级系统并为之吸收的话，会导致原子从低能级向高能级跃迁（所谓受激吸收）；然后，部分跃迁到高能级的原子又会跃迁到低能级并释放出光子（所谓受激辐射）。这些运动不是孤立的，而往往是同时进行的。当我们创造一种条件，譬如采用适当的媒质、共振腔、足够的外部电场，受激辐射得到放大从而比受激吸收要多，那么总体而言，就会有光子射出，从而产生激光。1、单色性好、单色性好2 2方向性强方向性强、3 3、亮度高、亮度高特特 点点三大特性三大特性1 1、单色波长、单色波长2 2

6、、同调性、同调性3 3、平行光束、平行光束激光具有单色性好、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。激光打印机激光打印机激光手术刀激光手术刀激光测距仪激光测距仪激光炮激光炮激光切割机激光切割机 激光炮是一种高能激光武器，利用强大的定向激光炮是一种高能激光武器，利用强大的定向发射激光束直接毁伤

7、目标或使之失效，而根据发射激光束直接毁伤目标或使之失效，而根据作战用途，这种新型武器分为战术激光武器和作战用途，这种新型武器分为战术激光武器和战略激光武器两大类。激光炮的威力特别大，战略激光武器两大类。激光炮的威力特别大，称得上是称得上是“炮中王炮中王”。激光炮在一秒种内能发。激光炮在一秒种内能发射射1000发发“光弹光弹”，光弹就是威力无比的，光弹就是威力无比的强光强光束束。它靠远警雷达测定敌方导弹或飞机飞行的。它靠远警雷达测定敌方导弹或飞机飞行的方位、距离、高度、速度等，经过电子计算机方位、距离、高度、速度等，经过电子计算机迅速处理后，准确无误地命中目标。如果敌方迅速处理后，准确无误地命中

8、目标。如果敌方同时发射多个真假导弹，激光炮有本事在短时同时发射多个真假导弹，激光炮有本事在短时间内把所有来犯的导弹全都摧毁。间内把所有来犯的导弹全都摧毁。1917年，爱因斯坦发表了辐射的量子理论,文中提出了受激辐射的概念,奠定了激光的理论基础。1960年，诞生了世界上第一台激光器,开创了激光新技术革命,1961年激光器首次应用于临床,此后激光技术逐步应用于医学各领域,其发展经历了60年代基础研究、70年代临床研究应用、80年代激光医学学科形成和以后的发展几个阶段。1981年，世界卫生组织将激光医学列为医学的一门新学科。激光医学是专门用激光技术来研究、诊断和治疗疾病的学科,激光医学在临床应用范围

9、广,精确性高,副作用小,是临床治疗某些疾病的理想方法,在医学科学和临床实践中起着越来越重要的作用借助激光微束仪把激光束直径聚焦到051m，用以切割或焊接细胞，研究生物遗传规律。借助激光拉曼光谱分析技术，研究生物大分子的结构及其变化。借助于红外吸收光谱仪，通过对唇部的测定，能测定人血液内所存在的元素。借助于激光多普勒测速技术测量皮肤、肠粘膜、胃粘膜的血流特征，可瞬时或连续地直接测量任何使光束可到达之处的组织的毛细血管的血流。激光微束仪激光手术治疗 这是用强激光，即用较高功率密度的激光束对病变组织施行凝固、汽化和切割等各级水平的手术。与传统的解剖刀比，激光刀多不出血或少出血；与传统的冷刀、超声刀和

10、高频电刀比，激光刀的切割能力强，切口锋利，损伤少；激光刀还能通过光导纤维进人体内施行手术而不用剖腹等开腔手术，能透过眼屈光介质对眼底施行手术而不用切开任何部位，这对于任何其他传统手术是做不到的。激光手术治疗激光手术治疗在通常情况下，视细胞以外的绝大多数生物在通常情况下，视细胞以外的绝大多数生物细胞不容易被可见光直接引起光化效应。但细胞不容易被可见光直接引起光化效应。但是，当人体组织摄入了某些光敏化剂时，敏是，当人体组织摄入了某些光敏化剂时，敏化剂分子吸收即使是较低功率的激光能量后，化剂分子吸收即使是较低功率的激光能量后，就会发生一系列化学反应，这种反应就叫光就会发生一系列化学反应，这种反应就叫

11、光敏化反应。光敏化反应因有无分子氧参加而敏化反应。光敏化反应因有无分子氧参加而分成两类。分成两类。 一类是光敏化反应有分子氧参一类是光敏化反应有分子氧参加，即生物系统被光氧化过程所敏化，这种加，即生物系统被光氧化过程所敏化，这种有分子氧参加的光敏作用叫光动力作用。这有分子氧参加的光敏作用叫光动力作用。这类光敏化反应往往不消耗敏化剂，敏化剂可类光敏化反应往往不消耗敏化剂，敏化剂可被反复不断地使用，直致该处的生物细胞被被反复不断地使用，直致该处的生物细胞被杀死。目前国内外普遍应用这一类光动力作杀死。目前国内外普遍应用这一类光动力作用治癌，所用的敏化剂多为血卟琳衍生物，用治癌，所用的敏化剂多为血卟琳

12、衍生物，所用的敏化光源多为波长为所用的敏化光源多为波长为630毫微米的红色毫微米的红色可见光激光。可见光激光。激光光敏治疗激光光敏治疗 激光通信的优点是（1）通信容量大。在理论上，激光通信可同时传送1000万路电视节目和100亿路电话。（2）保密性强。激光不仅方向性特强，而且可采用不可见光，因而不易被敌方所截获，保密性能好。（3）结构轻便，设备经济。由于激光束发散角小，方向性好，激光通信所需的发射天线和接收天线都可做的很小，一般天线直径为几十厘米，重量不过几公斤，而功能类似的微波天线，重量则以几吨、十几吨计。激光通信量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传

13、递的一种新型的通讯方式。量子通讯是近二十年的一种新型的通讯方式。量子通讯是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信主要涉及：相结合的新的研究领域。量子通信主要涉及：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等，近来这门学科已逐步从理论走向实验，并等，近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。高效安全的信息传输日益受到向实用化发展。高效安全的信息传输日益受到人们的关注。基于量子力学的基本原理，并因人们的关注。基于量子力学的基本原理，并因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热

14、点。此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。一个量子态可以同时表示一个量子态可以同时表示0和和1两个数字，两个数字， 7个个这样的量子态就可以同时表示这样的量子态就可以同时表示128个状态或个状态或128个数字：个数字：0127。光量子通信的这样一次传输，。光量子通信的这样一次传输，就相当于经典通信方式的就相当于经典通信方式的128次。可以想象如果次。可以想象如果传输带宽是传输带宽是64位或者更高，那么效率之差将是位或者更高，那么效率之差将是惊人的，以及更高。惊人的，以及更高。这里进一步解释一下量子纠缠。量子纠缠可以用“薛定谔猫”来帮助理解：当把一只猫放到一个放有毒物的盒子中，然后将盒子盖上

15、，过了一会问这个猫现在是死了，还是活着呢？量子物理学的答案是：它既是死的也是活的。有人会说，打开盒子看一下不就知道了，是的，打开盒子猫是死是活确实就会知道，但是按量子物理的解释：这种死或者活着的状态是人为观察的结果，也就是人的宏观干扰使得猫变成了死的或者活的了，并不是盒子盖着时的真实状态，同样，微观粒子在不被“干扰”之前就一直处于“死”和“活”两种状态的叠加，也可以说是它既是“0”也是“1”。激光焊接：激光焊接是把激光聚焦成很细的高能量密度光束照射到工件上,使工件受热熔化,然后冷却得到焊缝。激光焊缝熔深大,速度快,效率高激光焊缝窄,热影响区很小,工件变形也很小,可实现精密焊接激光焊缝结构均匀,

16、晶粒很小,气孔少,夹杂缺陷少,在机械性能,抗蚀性能和电磁学性能上优于常规焊接方法。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。激光打孔：激光打孔技术具有精度高、通用性强、效率高、成本低和综合技术经济效益显著等优点,已成为现代制造领域的关键技术之一。目前,工业发达国家已将激光深微孔技术大规模地应用到飞机制造业、食品加工业、医药制造业等行业。进入90年代,激光打孔朝着多样化、高速度、孔径更微小的方向发展激光标记：激光标记技术是激光加工最大的应用领域之一。激光标记是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射,使表层材料汽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技术。通过计算机控制可实现各种文字、符号和图案大小从毫米量到微米量级的标记,激光标记速度快,所标记线条、字符图案清晰,且易于在生产线上更改标