[转帖]激光应用技术发展方向

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。

激光矫视，激光切割，激光换肤详解(补充资料)
激光矫视
近视(Myopia)，是当平衡光线进入眼球时，焦点不能投影于视网膜上，影像 之焦点被投影到视网膜之前，所以患有近视的人看不清楚远处的景物.大部份矫视手术(Myopic surgery)的原理都是一样，是用方法使角膜的中央部分变平，令眼睛的视物焦点可以再次投影于视网膜上．激光矫视手术主要分为 PRK 和 LASIK 两种，原理是利用激光削平角膜，使影像重投于视网膜上；PRK这方法是直接将激光打磨角膜表层，而LASIK则先需要医生刨开一层角膜表层（称为角膜瓣），再用激光打磨角膜基质层（占角膜厚度９０％），之后将角膜瓣盖好。

LASIK比较 PRK 属于较新的技术，及较短的复完时间，效果亦较好。

激光切割
激光切割的最大优点是切口出血少﹐手术视野清晰。目前使用的超脉冲激光﹐将激光器发出的能量聚集﹐并通过特殊开关使能量在瞬间释放﹐强大的能量将组织迅速气化﹐不仅切割快捷﹐同时也使切口周围的热传导减少到最小﹐对切口周围组织的损伤程度极小。


激光换肤
利用了激光磨削技术﹐其原理是通过改变激光器的聚焦特性﹐使激光点变成一个光斑﹐再利用图形发生器﹐将光斑按照一定的图形进行扫描﹐使激光斑在瞬间产生的高热将扫描范围内的目标组织去除。每个光斑的强度﹑密度﹑扫描图的形状及大小均由计算机进行控制﹐从而精确地控制去除目标组织的深度﹐达到治疗的目的。激光换肤不仅克服了传统方法易出血﹑深度不易控制等缺点﹐还有刺激皮肤弹力纤维﹐使其收缩的作用。


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.

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&#59;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， 汽油点着火， 要让这种核燃料着火， 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。

激光如何产生核能发电的点火温度(补充数据)
我们知道，用一块透镜把太阳光聚焦起来，能够把放在焦点的火柴燃烧起来.激光的亮度比太阳高万亿倍，把激光聚集在一个小点上，产生的温度会立即熔化钢和金.如果被聚焦的激光能量比较大，也会达到燃点核燃料的温度.比如，把输出能量一万焦耳的激光(现在的激光器输出能量巳能超过这个数值)已能把粒子加热到107 度.所以有理由说，用激光也可把氚核燃料加热到点火的温度.

一些科学家认为，到了2020年，我们便能用激光产生安全而经济的热核聚变，这种热核聚变类似恒星内部的核反应过程.如果研究成功，一桶水中氢聚变后所产生的电力便足够一个城市使用，介时将为人类带来极大的社会和经济效益，亦能真真正正地解决能源危机。

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毫米的钢板上钻出一个小孔。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
激光特性内容详解（补充内容）
单色波长
平时常见的白光是由七种颜色混合成而成，每一种颜色的光有自己独特的频率，所以白光的整体频率范围很大.在光学纤维中传送频率范围宽的光波会造成大量干扰，所以应用在光通讯时，会令到通讯的距离收窄，通讯容量减少.而激光则是一种单色光，频率范围很窄，甚至可以造出单频激光.在光纤中传送激光波所产生的干扰很少，所以十分适合用于高速计算机网络.

其实激光加工本身对激光的单色性并没有特别要求，只是在用透射光学系统处理激光时，由于它的单色性而不会存在色差，比较方便.

同调性
在日常生活中常用的电灯泡，在通电后便能把一个房间的四周都照亮.原因是一般光源都是向四方八面散射的，就算用透镜也不能把光线高度集中在一点上.但若我们把电灯泡的能量，集中到一个小球内，我们所得的高密度光功能，足以把钢板射穿.

从激光器发射出来的光可以同步向同一方向传送，就像进行中的军队一样，所以可被透镜聚焦，把能量高度集中在一点上.如我们用一般的球面放大镜把太阳光线聚焦，我们得到的光班，直径约有3-5mm，但如我们用同样的放大镜把激光聚焦的话，得到的光班直径只有0.02mm.又以红宝石激光器为例，光度可达1015w/cm 2.sr，这光度比太阳表面的光度还要高.

平行光束
激光差不多是一束并行线，在地球表面发射一束激光至距离地球38.4万公里的月球时，月球表面的光斑也只不过是大约2km.一般光源都是向不同方向散射的，作为照明用途，散射作用有其优点&#59;但当我们要收集光能量时，一般光源大部份的能量都被浪费，效用无法和激光相比.　

激光加工技术受重视
　　我国第一台红宝石激光器1961年在中科院长春光机所诞生时仅比美国晚半年，从此，在激光器和激光应用技术方面取得了许多成果。自“六五”计划以来，一直由国家科技部（原国家科委）列为国家重点科技攻关计划（六五、七五、八五、九五都列入专项攻关计划），激光加工技术及应用是重点之一并取得了一批有水平的科研成果和实际应用，因此又得到国家有关部委的重视。在90年代中期由国家计委设立了激光加工工程中心，具体任务是将攻关成果转化为中试产品；由国家科委组建了固体激光工程技术研究中心，其重点是推动固体激光在加工中的应用；由国家经贸委立项成立了激光加工成套设备产业化基地，其任务是将科研院所、高校和高新技术企业联合起来，推动激光加工设备的产业化，为企业的技术改造、产品升级换代提供装备；还建立了产学研激光加工中心，目的是推动激光加工技术在工业企业中的应用。　　

与此同时，国家又将“先进制造技术”列为国家重点发展项目，激光作为先进制造技术也列入其中。同时中央有关部委和北京、上海、湖北、辽宁、广东等省市也都对激光加工技术进行多渠道扶持，并把某些项目列为重点发展。

激光加工技术与传统加工方法比较　　

与传统的加工技术相比较，激光加工技术有许多特点：它可以对多种金属、非金属进行加工，特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料（如电子工业中常用的陶瓷材料、硅片等）。它加工所用的工具是激光“刀”，加工时无“刀具”磨损；在加工过程中无切削力对工件的影响，使工件变形很小；它加工时能量注入速度高，对工件热影响区很小，因此工件热变形很小；它可以通过透明介质对密封容器内的零件进行加工，如透过石英窗口对传感器进行加工；它加工速度快、无噪音、无污染。把激光束与数控系统结合，可以对很多形状复杂的零件、图样进行切割加工，可以不需要制作模具，这样就大大缩短加工周期、节约成本，特别适合产品快速换型，适应市场不断变化的需求。


激光加工技术及加工工艺
　　
激光加工设备及加工工艺分作三大方面：一是工业激光器，目前主力器件有YAG激光器、CO 2激光器、准分子激光器、近年发展而得到应用的大功率半导体激光器和应用它替代灯泵的全固化YAG　激光器等；二是多自由度加工机（机床、控制系统等），以上称作激光加工系统的硬件；三是激光加工工艺，称作加工软件。

激光加工前景看好
　　激光加工作为信息时代的一种新型加工工艺，既得到其它高新技术发展的有力支撑，又受到社会经济迅速发展强烈要求的牵引，正保持着强劲的发展势头。预期它将沿着以下一些方向发展：

1.　已成熟的激光加工工艺，比如打孔、切割、焊接、表面改性等将继续推广应用，特别是在汽车工业、机械制造业和电子工业中推广应用。它将和CAM、机器人等最新制造技术相结合，大大提高加工的质量、精度、效率、节约材料和能源，不仅适用于大规模生产，也适用于单件和小批生产，成为柔性制造的有力“刀具”。

2.　适用微电子、微机械和分子生物学发展的需要，利用波长更短的激光，包括准分子激光、X射线激光和其它激光的高次谐波，发展亚微米和纳米加工，如打极小的孔、刻极微细的槽、进行极微细的三维雕刻、纳米机电零件的清洗与搬运等。同时，可用激光对生物细胞及其中的染色体进行切割、搬运和改造，成为生物工程和医学研究的一种精密工具。


3.　发展效率更高、可靠性更好、更灵便、更廉价的激光加工设备，使之成为人人可以操作使用的工具。

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