激光在其他领域的应用

激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦1第13章激光在其他领域的应用激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦213.1激光在信息领域的应用激光在信息领域的应用，就是以激光作为信息载体，将声音、图像、数据等各种信息通过激光传送出去，通过激光将信息存储在光学存储器里，通过激光将信息打印或显示出来，等等。激光在信息领域的应用涉及光通信、光存储、光打印、光印刷、光显示、光计算等许多重要的领域。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦313.1.1激光存储1.光盘存储CD（CompactDisk）第一代光盘存储光源：

GaAlAs半导体激光器

波长：

0.78um

容量：

640ＭＢ第二代光盘存储光源：

GaAlInP半导体激光器波长：

0.65um

容量：

4.7GＢ第三代光盘存储光源：

GaN半导体激光器波长：

0.41um

容量：

>10GＢ激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦4与磁存储技术相比，光存储技术有如下特点：（1）存储密度高、容量大。（2）非接触式读/写。（3）寿命长。（4）不受电磁场的干扰。（5）信息位价格低。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦5CD光盘的结构CD光盘信息斑示意图激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦6光盘信息读取系统的光学结构激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦72.激光全息存储将全息技术运用在存储上面，理论上可以达到1000GB（ITB）以上的数据，目前的全息存储产品已经达到了300GB的容量全息存储的实现原理激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦8全息存储的优点:(1)

可对不同页的并行存取。(2)

数据库查找和数据挖掘快，因为数据能以光的形式比较，而不必取回它。(3)

没有移动部份，因此有较快的存取速度。(4)

非挥发性，能作为内、外存储器。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦93．激光存储新技术（1）蛋白质存储基于从细菌中抽取的Bacteriorhodopsin。Bacteriorhodopsin是一个能以多种化学状态存在的有机分子，每种状态有不同的光吸收率，因此比较容易检测出分子处于哪一种状态。通过选择两种状态，一种为二进位的0，另一种为二进位的1，可使用这种特性作为存储装置。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦10蛋白质存储器的优点:蛋白质存储器有待解决的问题：1）基于蛋白质建立，批量生产的成本很低。

2）可以在很宽的温度范围内工作，温度范围比半导体存储器大得多的。

3）不同的页可以并行存取。

4）非挥发性，能作为内存和大容量存储器。1）把蛋白质凝聚在一起的聚合胶化体分解的速度比蛋白质本身还要快。蛋白质能抵抗激光，但是胶化体在一会儿之后就分解了，这是蛋白质存储器的主要障碍。

2）生物异变会影响蛋白质的光化学性质。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦11（2）探针存储探针存储是基于原子刻度上的操作。它基本上是一个穿孔卡片系统，但在原子的尺度上，在某个特定点的原子的特性表示二进位的0或二进位的1。探针存储的优点:探针存储有待解决的问题：1）用于便携式装置最理想

；2）不工作时没有电力消耗；3）极小空间内获得极高容量。1）状态必须在室温下保持稳定；2）材料必须有两个明显的状态；3）器件必须与其他的电子线路集成在一起。

4）工作部件必须在真空或受控的环境中，以减少电子散失，并且减少数据点之间的热流动。5）当前的技术速度还非常慢，比现在的硬盘慢

。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦1213.1.2激光计算机以光子作为主要信息载体，以光学系统作为计算机主体的一种新型计算机，光子计算机中的光源是激光。1.光学逻辑运算

光学双值逻辑光学双值逻辑器件是数字光计算的最基本器件激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦13LCLV是一种光学图像转换器，它接收低强度输入的空间图像后，通过来自另一光源的读出光将输入图像转变为输出图像。LCLV的结构液晶光阀（LCLV）激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦14LCLV输入/输出响应测量系统LCLV输入－输出特性（实现或非运算）激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦15LCLV实现各种逻辑运算：激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦162.光学互连光子互连的优越性：（1）高的传播速度，不受RC参数延迟效应的限制。（2）光子属于玻色子，不带电荷，因此，光束可以相互交叉通过而不会相互影响，具有并行处理能力。（3）光子互连具有大的空间和时间带宽积，光子载频约1014Hz，能利用的带宽可达1013Hz，这意味着可能的传输数据速率比目前电子通信最快的数据速率大三个数量级。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦17（1）自由空间光互连光束不经过特殊传播介质，按自由空间传播的规律传播，通过光学元件时遵守折射、反射和衍射原理而进行互连的一种方法。计算全息图作为光学互连的示意图（2）光纤和集成光波导光互连光束通过光纤或集成光波导进行传播的互连。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦183.数字光计算机数字光电计算机示意图激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦1913.1.3激光扫描1.激光照排机激光照排机的原理方框图激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦202.条形码扫描器通用商品条形码结构条码是由一组按一定编码规则排列的条、空符号，用以表示一定的字符、数字及符号组成的信息。条码阅读器是用于读取条码所包含的信息的设备，条码阅读器的结构通常包括：光源、接收装置、光电转换部件、译码电路、计算机接口。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦213687型条形码扫描器光学系统基本工作原理：由光源发出的光线经过光学系统照射到条码符号上面，被反射回来的光经过光学系统成像在光电转换器上，使之产生电信号，信号经过电路放大后产生一模拟电压，它与照射到条码符号上被反射回来的光成正比，再经过滤波、整形，形成与模拟信号对应的方波信号，经译码器解释为计算机可以直接接受的数字信号。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦2213.1.4激光打印机计算机的输出信号对激光器的输出进行调制，带有字符和图形信息的激光束在涂有光导材料并均匀带电的鼓面上扫描，使光照部分电荷消失，未照部分电荷保留，即是曝光。再经过显影使光照部分吸附墨粉形成图像。经过定影，转印，在纸上得到清晰的输出。激光打印机的基本组成方框图激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦23激光打印机的基本结构激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦2413.2激光在工业领域的应用13.2.1激光在精密计量中的应用因为激光具有优良的方向性、单色性、相干性和高亮度，所以利用激光计量技术可以解决常规技术无法解决的问题，包括大距离、纳米级微小尺寸、高精度、非接触测量等。1.激光干涉计量利用激光的干涉性，对相位变化的信息进行处理，是一种最典型的激光计量方法。通常利用基准反射面的参照光和观测物体反射的观测光产生的干涉，或者是参照光和通过观测物体后相位发生变化的光之间的干涉，可以非接触地测定至被测物体的距离以及物体的大小、形状等，测量精度可达光的波长量级。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦25(1)激光干涉测长仪的结构其核心部分是迈克耳逊干涉仪。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦26(2)激光干涉测长仪的工作原理被测长度:由于波长的不稳定性所造成的测长L的相对误差:当两束光的光程相差激光半波长的偶数倍时，它们相互加强，在计数器的接收屏上形成亮条纹；当两束光的光程相差激光半波长的奇数倍时，它们互相抵消（两束光强度相等时），在接收屏上形成暗条纹。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦27(3)激光干涉计量的应用①坐标精密定位②光学平面检测③地震预测坐标精密定位在微电子工业技术中十分重要。在大规模集成电路的制作过程中，一般说来，必须反复进行多次光刻，而每次光刻的图形自然必须严格套准。

利用光的干涉原理可以测量出光学元件表面的不规则程度。激光干涉测长可以精确地测量微小的长度变化，因而成为预测地震的一种重要手段。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦282.激光测速(1)激光测速基本原理及结构激光测速利用光的多普勒效应，用一束单色激光照射到运动物体上，一部分激光被物体散射，由于多普勒效应，散射光的频率相对于入射光的频率偏移，测出两者的频差，就可以进而确定运动物体的速度。在光电探测器上可以测出两个散射光束之间的频差，就可以计算出液体或者气体的流动速度:激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦29双散射光束型激光测速仪激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦30(2)激光测速应用举例①血液流速计用于血液流速测量的光纤激光多普勒测速仪的原理图将一束激光分为两束，一束为参考光束，另一束为测量光束，通过插入血管内的光纤射到红血球上，经过流动着的红血球的反射，反射光束激光的频率发生了变化，并且沿着光纤传播回去，再让测量光束和参考光束会合，入射到光电探测器上，测量出两个光束的频率差,就能计算出血液流动的速度。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦31②振动测量仪不论是机械振动还是地面、建筑物的振动，都伴随着振体位置的变化，即产生了速度的突变。当照射在振体的光被反射或散射后，光的频率将发生变化。从光的频率变化的大小，可以知道振体振动的程度，从光的频率变化地周期，可以知道振体振动的频率。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦323.激光准直激光具有极好的方向性，一个经过准直的、连续输出的激光光束，可以认为是一条粗细几乎不变的直线，因此，可以用激光光束作为空间基准线。激光准直仪基本结构激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦33四象限光探测器激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦34让激光束通过一定图案的波带片，产生便于对准的衍射图像，例如产生亮的细十字交叉线，从而进一步提高对准精度。波带片示意图激光衍射准直仪的原理结构图激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦354.激光环境计量激光雷达对大气中的微粒子的探测灵敏度非常高，利用分光方法，可以测定特定的大气成分的分布，因此成为大气环境计量的最有效手段。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦365.其它精密计量(1)直径测量扫描法的工作原理待测工件的直径:激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦37(2)电流测量激光电流计利用法拉第磁光效应，即诸如铅玻璃、火石玻璃、钇铁石榴石等磁光物质，在磁场作用下，使得通过它的偏振光的振动方向发生旋转，偏振光旋转的角度正比于磁场的强度。由于电流能够产生磁场，所以，将磁光物质置于电流产生的磁场中，使从地面发出的偏振激光束通过磁光物质后返回地面，测量出偏振光的振动方向旋转的角度，就可以测量出相应的电流强度。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦38(3)电压测量激光电压计利用电光效应测量电压，因为电压可以产生电场，电场引起物质的双折射，使得通过电光晶体或液体的光的偏振状态发生变化，测量出这种偏振态的变化，就可以测量出相应的电压变化。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦3913.2.2激光在材料加工中的应用激光的方向性好，能量比较集中，如果再利用聚焦装置使光斑尺寸进一步缩小，可以获得很高的功率密度，足以使光斑范围内的材料在短时间内达到熔化或汽化温度。因此，激光加工是将激光作为热源，是一种热加工方法。激光加工的优越性：光点小、能量集中、对加工点位置以外的热影响小；无接触加工，对工件不污染；能穿过透光外壳对密封的内部材料进行加工；加工精度高，适于自动化。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦401.激光加工的一般原理(1)激光束特性由短焦距透镜聚焦后，焦点处的光斑截面半径:(2)材料的反射、吸收和导热性长脉冲或连续激光正入射时，光点中央的温度上升值与被吸收的光功率、导热系数之间的关系:激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦412.激光打孔、切割、焊接(1)激光打孔激光打孔机的基本结构包括激光器、加工头、冷却系统、数控装置和操作盘。加工头将激光束聚焦在材料上需加工孔的位置，适当选择各加工参数后，通过激光器发出的光脉冲就可以加工处所需要的孔。激光打孔机的基本结构示意图激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦42(2)激光切割激光切割具有非接触加工、切缝非常窄、邻近切边的热影响区小等特点。(3)激光焊接激光焊接是一种材料连接方法，主要是金属材料之间连接的技术。因为激光能量高度集中，加热、冷却的过程及其迅速，一些普通焊接技术难以加工的脆性大、硬度高或柔软性强的材料，用激光很容易实施焊接。激光还能使一些高导热系数和高熔点金属快速熔化，完成特种金属或合金材料的焊接。另一方面，在激光焊接过程中无机械接触，易保证焊接部位不因受力而发生变形，通过熔化最小数量的物质实现合金连接，从而大大提高焊接质量，提高生产率。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦433.激光微细加工激光微细加工是指用激光对微电子、光电子、微机械、微机电及相关领域的零部件进行的微区切割、焊接、打孔、刻蚀、清洗、毛化等加工过程。(1)光刻用准分子激光照射放在卤素气体中的硅片，只有激光照射到的部分才发生光化学反应，产生腐蚀，其它未照射部分则不发生化学反应。这样就可以按需要在硅片上刻蚀出线宽为纳米级的超大规模集成电路的电路图形。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦44(2)激光清洗硅片主要有两种激光清洗方法：一是利用激光蒸发很薄的液体层，同时清除粒子；二是利用激光辐射清洗，不需要任何液体。实践证明，这些技术不仅能够清除粒子，而且成本也很低。(3)激光磨蚀当高功率脉冲激光照射在固体表面时，若超过某一阈值能量密度会产生磨蚀。激光磨蚀技术在激光量子化质量分析、磨蚀加工、表面改质、表面清洁、激光涂敷、有机薄膜的亲水性附加、提高黏接性等广泛的领域中应用。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦454.激光快速成型技术(1)快速成型技术的基本原理快速成型技术是应用离散/堆积的概念来制造零件的，通过离散获得堆积的路径、限制和方式，通过堆积将材料“叠加”起来形成三维实体。离散/堆积的工作过程由CAD模型开始，先将CAD模型离散化，沿某一方向（常取z向）切成许多层面，即分层，属信息处理过程。然后在分层信息控制下顺序加工各片层并层层结合，堆积出三维零件，该零件作为CAD模型的物理体现与之对应，为物理堆积过程。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦46(2)快速成型技术的应用——汽车发动机活门体的成型加工汽缸头的激光熔覆成型加工原理图激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦4713.3激光在生物医学领域的应用13.3.1激光与生物体的相互作用1.生物体的光学特性软组织上各种物质的吸收系数与波长的关系激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦48软组织中各种激光的穿透深度激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦492.激光对生物体的作用激光能够诊断和治疗疾病是因为激光可与生物体作用产生多种效应，包括光热效应、光压效应、光化效应、光电磁效应和光激活效应等，激光正是通过这些效应达到诊断和治疗疾病的目的。3.激光对生物体应用的优点第一，人们在光的世界中生活，除特殊情况外光对生物体的损害较少。第二，利用激光在大气中直线传播的特点，可非接触地对生物体应用，也可以利用光纤导入到生物体的内部。第三，激光的高聚光性能使微观的治疗和高空间分辨率的测定成为可能。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦5013.3.2激光在生物体检测及诊断中的应用1.激光多普勒诊断激光多普勒诊断的方法是将激光光源（多用透射较深的He－Ne激光器）发射的激光通过光纤传送到探头，激光射入人体组织一小段距离，其中一部分被散射回皮肤表面，并被另外两个光纤所收集。作为检查对象的红血球所散射的光频率将发生多普勒效应，红血球向着入射光运动时，散射光频率增加；反向时，频率减小；静止时，频率不变。而且红血球的速率越大，散射光频率的变化越大。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦512.激光光谱诊断光学活检的基本原理示意图通过对组织中的反射光、透射光、散射光，或者是组织被激发光激发后所产生的荧光（包括自体荧光和药物荧光）进行实时检测或成像来实现对不同组织体的鉴别。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦52(1)利用近红外吸收光谱测量代谢功能血红蛋白的吸收光谱在600:800nm范围氧化血红蛋白的吸收小而呈鲜红色，在800nm以上脱氧血红蛋白的吸收小而呈暗红色。测量二者不同的吸收率可以知道组织的氧化程度。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦53（2）利用荧光光谱确定病变部位如果在生物体组织上照射激光时病变部位能显示出特有的荧光，那么就能准确地确定病变部位。光敏物质NPe6的吸收光谱与荧光光谱激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦54（3）光学相干层析技术opticalcoherencetomography，OCT光束聚焦照射到组织后，用干涉测量法可测量到组织体内部不同深度微结构所反射的光的时间延迟。当光束扫过组织时，在不同的横向位置反复进行轴向测量，从而获得图像信息，组成二维后向散射或反射图像，该图像反映了组织内部结构形态和细胞结构。OCT系统结构示意图激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦554.激光扫描共焦显微技术激光器发出的光经针孔并经透镜聚焦成线度接近单个分子的极小斑点，照射样品，以产生荧光。在样品内形成针孔的一次像，再经物镜和空间滤波器在检测器上成二次像。可探测到焦点处的荧光，离开焦点的荧光因受空间滤波器的阻碍，不进入探测器，从而可获得样品细胞一个层面的图像。连续改变激光的焦点，就可以扫描一系列层面，获得整个样品细胞的三维图像。激光扫描共焦显微镜的原理图激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦5613.3.3激光医疗1.激光手术激光手术是利用高功率或中等功率的激光在与组织相互作用时所产生的热量将组织气化、凝固、烧灼或切开。当激光束以一定的速度移动时，就可以连续切开组织，同时激光的能量还能把组织中的血管烧结起来，起到止血的作用，所以激光束可称为“激光手术刀”。半导体激光激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦572.激光医疗在眼科中的应用(1)眼底治疗眼球的构造最佳波长的选择与治疗目的、病变部位、特别是组织的深度有关。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦58(2)近视眼治疗治疗近视是利用烧蚀作用对角膜表面进行精密加工，控制折射状态的过程。激光角膜手术示意图光源一般采用能得到高质量烧蚀表面的193nmArF准分子激光器

激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦593.皮肤科及整形外科领域中的应用皮肤科及整形外科领域主要是利用激光的选择性吸收原理。针对不同的色素性病变组织，只要选择合适的激光能量、照射时间、功率密度等参数都可以使病变组织达到有效的治疗效果。皮肤的断面构造激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦604.光动力治疗photodynamictherapy也称为光化学治疗，是利用光敏剂和光照射治疗肿瘤的一种新方法。基本原理：在肌体内注射某种光敏物质，由于肿瘤细胞和正常细胞与光敏物质的亲和力不同，使光敏物质只集中在肿瘤组织中，经过一段时间后肿瘤内的含量相对较高。然后用高功率激光照射肿瘤区域，通过光化学作用杀死肿瘤细胞激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦61光敏物质血卟咻(HpD)的吸收光谱激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦62被癌细胞吞食的HpD的作用激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦6313.13.4医用激光光源医用激光器及其应用实例激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦64激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦6513.4激光在国防科技领域的应用13.4.1激光测距激光测距与普通测距相比，具有测距精度高，测距仪体积小、重量轻，分辨率高，抗干扰能力强等优点。1.激光测距原理(1)脉冲激光脉冲测距法：测距精度大多为米量级，在军事及工程测量中精度要求不高的场合使用。(2)相位测距法：通过测量连续激光的调制波在待测距离上往返传播所发生的相位变化，间接测量时间，达到测距目的。这种方法测量精度高，通常在毫米量级。(3)干涉测距法：通过测量激光光波本身的干涉条纹变化来测定距离，所以距离分辨率可达到半个激光波长，通常达到微米量级。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦66脉冲激光测距原理：

目标距离：激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦6713.4.2激光雷达1.激光雷达的优点激光雷达在高精度和成像方面占有优势，其测距精度可达厘米甚至毫米级，比微波雷达高近100倍；测角度精度，理论上比微波雷达高一亿倍以上，现在已做到高1000~10000倍。激光雷达最适于远距离高分辨率成像。激光束很细不易受到地面反射波的影响，不存在“盲区”，因此特别适宜于对导弹初始阶段的跟踪测量;激光束能穿过核爆炸产生的电脉冲而对目标进行跟踪测量;激光雷达的整个发射和接收系统比无线电雷达的天线轻巧，便于隐蔽和移动。

激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦682.激光雷达原理激光雷达和激光测距的原理极为相似，所不同的是，还必须具有跟踪目标和测定目标速度的功能，更先进的还有目标成像识别功能。目标速度的测量，通常是利用光学多普勒效应。3.激光气象雷达与激光成像雷达激光雷达是利用激光大气传输中的不利因素（即受到大气湍流的强烈散射），能很好地传感这些异常气象现象。只要激光脉冲重复频率足够高，激光束质量较好，接收信噪比比较高时，均能通过机械扫描实现目标成像，这种雷达称为扫描激光成像雷达。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦6913.4.3激光制导所谓制导，是指控制和导引飞行器，使其按照选择的基准飞行路线进行运动的过程。激光制导是指以激光作为传递信息的工作物质的制导。1.激光制导原理(1)半主动制导。由地面部队或飞机发射激光照射目标，被制导的武器上装有激光寻的器，接收目标被照射后散射回来激光，从而自动控制武器寻向目标。(2)主动制导。把激光目标指示器和激光寻的器同时装在武器上，目标指示器不断地向目标发射激光，寻的器自动接收目标散射回来的激光，将武器寻向目标。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦702.激光制导导弹激光导弹的构造(3)波束制导。目标出现后，发射攻击导弹，同时制导站不断发射红外激光束，装在攻击导弹尾部的4块对称的红外接收器，不断接收制导波束，使导弹沿着激光波束飞行，如有偏差，4块接收器收到的信号大小不一，弹内自动控制系统就纠偏，使导弹沿激光波束中心寻向目标。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦7113.4.4激光陀螺激光陀螺可以精确地测定旋转角速度，由于激光陀螺没有活动部件，具有寿命长、性能好、可靠性高以及不受环境影响等特点，目前已应用于各种惯性导航、精密测量、姿态控制、定位等领域。激光陀螺仪的原理图激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦7213.4.5激光武器1.激光武器的构成与分类高能激光器用于产生高能激光束；精密瞄准跟踪系统用来捕获、跟踪目标，引导光束瞄准射击及判定毁伤效果；光束控制与发射系统则将激光器产生的高能激光束定向发射出去，并通过自适应补偿来矫正或消除大气效应对激光束的影响。激光武器按用途分为:战术激光武器和战略激光武器；按部署方式分为:天基激光武器、地基激光武器、机载激光武器、舰载激光武器和车载激光武器。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦732.激光致盲武器激光致盲武器的射击对象是人眼以及光学和光电装置等目标。它一般由激光器、精密瞄准跟踪系统、光束控制和发射系统组成。3.高能激光武器激光武器用于杀伤敌重武器装备时，需要较高的能量，通常称为高能激光武器或称激光炮。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦7413.5激光在科学技术前沿中的应用13.5.1激光光谱学激光在光谱学中的应用，是由于激光的高强度和窄频宽的性质决定的，激光能够有选择地激发原子或分子到达特殊的能级，并进一步被用来研究这些受激态其后的衰变。1.激光发射光谱利用激光束的能量把样品蒸发，然后用电火花或者无电极高频放电激发该蒸气，即可获得样品的发射光谱。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦752.激光荧光光谱物质在激光作用下发射荧光，用光谱仪测量该荧光波长和强度，从而分析样品成分以及原子、分子有关参数。是比吸收光谱和发射光谱分析灵敏度更高的分析方法。激光荧光光谱技术可用于生物分子和细胞的研究。脉冲荧光光谱也可用于生物分子的动力学和结构的研究激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦763.激光吸收光谱当一束具有连续波长的光通过一种物质时，光束中的某些成分便会有所减弱，当经过物质而被吸收的光束由光谱仪展成光谱时，就得到该物质的吸收光谱。几乎所有物质都有其独特的吸收光谱，原子的吸收光谱所给出的有关能级结构的知识同发射光谱所给出的是互为补充的。饱和吸收光谱法的原理图激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦77用饱和吸收光谱法测出的氢谱线激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦784.激光散射光谱在散射光谱中，喇曼光谱是最为普遍的光谱技术。喇曼散射的强度极小，大约为瑞利散射的千分之一。喇曼频率及强度、偏振等标志着散射物质的性质，从这些资料可以导出物质结构及物质组成成分的知识，这就是喇曼光谱具有广泛应用的原因。例:

利用单纯喇曼光谱法可以在医学上用来测量人呼出气体的成份及含量;预测眼睛发病前的白内障;区分出健康人与病人的喇曼光谱的差别;研究有机和无机分子、离子、生物大分子活体组织；分析血液和尿液中微量有色物质，从而获得有关血红素的种类、氧化状态和旋转状态等方面的信息。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦7913.5.2激光核聚变利用激光照射核燃料使之发生核聚变反应。是模拟核爆炸物理效应的有力手段。激光核聚变用途：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。1.激光核聚变原理利用高功率激光束作用于由氘、氚或氘-氚制成的靶丸，使氘、氚核发生聚合，同时释放出巨额核能量的技术。因为整个聚变过程是在极短时间内完成，氘、氚燃料丸来不及膨胀，因此它又称惯性约束聚变。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦80(1)核聚变反应受控核聚变反应劳森条件:激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦81(2)激光核聚变过程受控激光核聚变过程A．激光照射：激光从各个方向同时照射D－T气体燃料丸。B．燃料丸压缩：燃料丸表面温度升高并且产生高温高密度的等离子体，它使燃料丸表面物质不断往外喷射，同时产生巨大反冲压力，构成向心聚爆冲击波，使核燃料向中心急剧加速，燃料丸内物质被压缩。C．点燃：燃料丸压缩的结果导致中心区温度升高，达到上亿度时，发生核聚变燃烧。D．核爆炸：核聚变过程产生的巨大能量在瞬间（微秒量级）向空间各个方向释放。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦822.激光核聚变的应用(1)提供清洁能源利用激光核聚变建造的聚变能电站由于聚变反应本身不会产生放射性沾染，而诱发聚变反应的又是不产生污染的激光，因此，聚变能是一种没有污染的干净能源。(2)发展“干净”核武器采用激光作为点火源后，高能激光直接促使氘氚发生热核聚变反应，这样，氢弹爆炸后，就不产生放射性裂变产物，所以，人们称利用激光核聚变方法制造的氢弹为“干净的氢弹”。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦833.激光核聚变发展现状惯性约束核聚变的研究进入了快点火机制研究阶段。利用皮秒超短脉冲激光器实施激光压缩燃料丸区的快点火，已经成为受控核聚变的研究热点。美国已经实现了拍瓦级（1拍瓦＝1015瓦）功率、千焦耳能量的亚皮秒超短脉冲激光输出。日本和英国也已得到接近这一数量级的激光脉冲。激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦8413.5.3超短脉冲激光技术1.超短脉冲激光技术的发展现状超短脉冲激光技术的发展过程激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦852.飞秒激光的应用飞秒激光的出现使人类第一次在原子和电子的层面上观察到这一超快运动过程，对于这些相互作用现象的观察和对它们更好的理解，将对广阔范围的技术发展有巨大影响。200飞秒的时间内，视紫红质分子结构的快速变化激光原理及应用陈鹤鸣赵新彦8610.5.4激光冷却与原子捕陷由于原子不停地热运动，要想实现操纵、控制的目的，首先必须使原子“冷”下来，即降低其速度至极低，这样才能方便地将原子控制在某个空间小区域中。20世纪80年代，借助于激光技术获得了中性气体分子的极低温（例如，10–10K）状态，这种获得低温的方法就叫激光冷却。1.激光冷却原子的物理机制所有用激光去影响原子运动(冷却、捕陷等)的过程，都基于原子对光子的吸收、再发射，或广义地