第38卷 第9期中 国 激 光 V ol.38,N o.92011年9月 CHINESE JO URNAL OF LASERS September,2011 同轴送粉激光熔覆中粉末流对光束能量的衰减作用 靳绍巍 何秀丽 武 扬 宁伟健 虞 钢 * (中国科学院力学研究所先进制造工艺力学重点实验室,北京100190) 摘要 为了得到同轴送粉激光熔覆中激光束穿过粉末流后的能量变化,研究了粉末浓度分布对激光能量的衰减作用。模拟了稳态、存在基底和熔池的情况下粉末流的空间分布,通过粉末浓度与激光能量衰减的关系,得到了任意粉末分布及激光能量分布下的衰减率。研究了基底对气流场的作用以及基底对粉末的反弹作用两种因素对粉末浓度分布的影响,并比较了平顶形光束在不同熔池尺寸和送粉率下的衰减率。结果表明,存在基底时粉末流对激光的衰减率比无基底作用时一般高2倍以上,与送粉率成正比,在熔池尺寸较小时与其大小成反比。关键词 激光技术;激光熔覆;粉末浓度;能量衰减 中图分类号 T G665;T N249 文献标识码 A do i :10.3788/CJL 201138.0903005 Laser Powe r Attenuation by Powde r Flow in Coaxial Lase r Cladding Jin Shaowei He Xiuli Wu Yang Ning Weijian Yu Gang (Key La bor a tor y of Mecha n ics in Adva n ced Ma nu fa ctur ing ,Instit ut e of Mechan ics , Chin ese Aca dem y of Scien ces ,Beijing 100190,Chin a ) Abstract The laser power attenuation by powder flow in coaxial laser cladding is investigated numeric ally and experimenta lly.A steady model of powder concentration distribution is developed,considering the effect of substrate on gas -flow and rebound of powder particles.The relationship between powder conc entration and attenuation of laser power is ana lyzed.The effects of melt pool size and powder flow rate on a top hat la ser beam attenuation are investigated.Results indicate that power attenuation by powder flow with the effect of substrate c an be twice more than that without substrate.The attenuation is proportional to the powder flow rate and dec reases with the inc rease of melt pool size when the pool size is small. Key wo rds la ser technique;la ser cladding;powder c oncentration;power attenuation OCIS co des 140.3390;350.3390;350.3850 收稿日期:2011-03-28;收到修改稿日期:2011-04-22 基金项目:国家自然科学基金重点项目(10832011)和面上项目(10972222)资助课题。 作者简介:靳绍巍(1984)),男,硕士研究生,主要从事激光熔覆工艺力学与数值模拟方面的研究。E -mail:jsw10000@https://www.doczj.com/doc/7017839424.html, 导师简介:何秀丽(1973)),女,副研究员,主要从事激光先进制造传输现象及工艺力学等方面的研究。E -mail:xlhe@https://www.doczj.com/doc/7017839424.html, *通信联系人。E -mail:gy u@https://www.doczj.com/doc/7017839424.html, 1 引 言 激光熔覆技术是现有的重要表面改性技术之一,因其在材料性能、经济效益、环境效益等方面的优秀表现而日益受到重视。同轴送粉激光熔覆是激光熔覆技术的重要组成部分,具有稀释率低、合金混合性能好等优点[1]。在常见的载气式同轴送粉激光熔覆中,金属粉末由气体输运,并由外侧气流约束粉末流形状,使其投入到由激光照射基底表面而产生的熔池当中,粉末经快速的熔化及冷却后与基底冶 金结合,形成熔覆层。 这种同心圆或轴对称形式的喷嘴出口可以摆脱 对加工方向的依赖,但由于其结构所限,很难获得理想的聚焦粉末,所以熔覆效率较侧向送粉差[2]。而且在粉末到达熔池之前一定距离内存在粉末流、气流和激光束之间的相互作用[3~8] ,对于激光熔覆效率及熔覆质量有重要影响,其中粉末对激光的衰减率(或激光的透射率)是既重要但又难以获得的参数之一 [9] 。现有的数值或解析模型均没有考虑存在基 0903005-1
激光熔覆是一种新型的涂层技术，是涉及到光、机、电、材料、检测与控制等多学科的高新技术，是激光先进制造技术最重要的支撑技术，可以解决传统制造方法不能完成的难题，是国家重点支持和推动的一项高新技术。目前，激光熔覆技术已成为新材料制备、金属零部件快速直接制造、失效金属零部件绿色再制造的重要手段之一，已广泛应用于航空、石油、汽车、机械制造、船舶制造、模具制造等行业。 为推动激光熔覆技术的产业化，世界各国的研究人员针对激光熔覆涉及到的关键技术进行了系统的研究，已取得了重大的进展。国内外有大量的研究和会议论文、专利介绍激光熔覆技术及其最新的应用：包括激光熔覆设备、材料、工艺、监测与控制、质量检测、过程的模拟与仿真等研究内容。但到目前为止，激光熔覆技术还不能大面积工业化应用。分析其原因，这里有政府导向的因素、激光熔覆技术本身成熟程度的限制、社会各界对激光熔覆技术的认可程度等因素。因此，激光熔覆技术欲实现全面的工业化应用，必须加大宣传力度，以市场需求为导向，重点突破制约发展的关键因素，解决工程应用中涉及到的关键技术，相信在不远的将来，激光熔覆技术的应用领域及其强度将不断的扩大。下面介绍激光熔覆技术几个发展的动态，以飨读者。 激光熔覆的优势 激光束的聚焦功率密度可达1010~12W/cm2，作用于材料能获得高达1012K/s的冷却速度，这种综合特性不仅为材料科学新学科的生长提供了强有力的基础，同时也为新型材料或新型功能表面的实现提供了一种前所未有的工具。激光熔覆所创造的熔体在高温度梯度下远离平衡态的快速冷却条件，使凝固组织中形成大量过饱和固溶体、介稳相甚至新相，已经被大量研究所证实。它提供了制造功能梯度原位自生颗粒增强复合层全新的热力学和动力学条件。同时激光熔覆技术制备新材料是极端条件下失效零部件的修复与再制造、金属零部件的直接制造的重要基础，受到世界各国科学界和企业的高度重视和多方面的研究。 目前，利用激光熔覆技术可以制备铁基、镍基、钴基、铝基、钛基、镁基等金属基复合材料。从功能上分类：可以制备单一或同时兼备多种功能的涂层如：耐磨损、耐腐蚀、耐高温等以及特殊的功能性涂层。从构成涂层的材料体系看，从二元合金体系发展到多元体系。多元体系的合金成分设计以及多功能性是今后激光熔覆制备新材料的重要发展方向。 最新的研究表明，在我国工程应用中钢铁基的金属材料占主导地位。同时，
全息照相的基本原理 作者：张新成 学号：20114052021 单位：吉首大学物理与机电工程学院2011级应用物理班 内容摘要： 全息摄影亦称：“全息照相”，一种利用波的干涉记录被摄物体反射（或透射）光波中信息（振幅、相位）的照相技术。全息摄影是通过一束参考光和被摄物体上反射的光叠加在感光片上产生干涉条纹而成。全息摄影不仅记录被摄物体反射光波的振幅（强度），而且还记录反射光波的相对相位。全息图并不直接显示物体的图象。用一束激光或单色光在接近参考光的方向入射，可以在适当的角度上观察到原物的像。这是因为激光束在全息图的干涉条纹上衍射而重现原物的光波。再现的像具有三维立体感。本文试论全息照相的基本原理，来叙述学习本章节后的收获和感想。 关键词： 全息照相，波的干涉，全息照片，全息摄影 引言： “全息”来自希腊字“holos”，意即完全的信息------不仅包括光的振幅信息，还包括位相信息。利用干涉原理，将物光波前以干涉条纹的形式记录下来。由于物光波前的振幅和位相及全部信息都存储在记录介质中，顾晨伟“全息图”。光波照明全息图，由于衍射效应能再现出原始物光波，该光波将产生包含物体I全部信息的三维像。这
个波前记录和再现的过程就是全息术。 1947年匈牙利出生的英国物理学家D.伽柏（D.Gabor）提出全息术的设想，意图提高电子显微镜的分辨本领。方法是完全撇开电子显微物镜，用胶片纪录经物体衍射的末聚焦的电子波，得到全息图。一相干的可见光照明全息图，衍射波将产生原物体放大的光学像。为了检验他的理论，1948年他利用水银灯发出的可见光代替电子波，获得了第一张全息图及其再现像。由于全息图的发明，D.伽柏1971年获得诺贝尔物理奖。20世纪50年代GL诺杰斯（G.L.Rogers）等科学家进一步丰富了波前再现理论。 光波的位相信息是通过与参考光波相干涉，在记录介质上形成干涉图而记录下来，所以要求两束光高度相干。早期由于没有更好的相干光源，在两侧同轴方向产生不可分离的“孪生像”。观察者对虚像聚焦时，会看到由实像引起的离焦像；対实像聚焦时，伴随有离焦的虚像。从而像质大大降低。由于光源相干性的限制以及”孪生像“的问题，全息术研究的进展极大受阻。 1960年，激光的出现为全息术的迅速发展开辟了道路。激光是一种单色性很强的光，是制作全息图最理想的光源。1962年美国密执安大学雷达实验室的 E.N利思（E.N.Leith）和J.乌帕特尼克斯（J.upatnieks)借鉴雷达中载频技术，提出”斜参考光法“。这种方法不像伽柏全息图那样以物体直接透射光作为参考光，而是单独引入分离的倾斜照射的参考光波。依据这种方法采用氦氖激光器拍摄成功第一张三维物体的激光透射全息图。激光照明全息图，可看到清楚的三
文献综述 激光在军事武器中的应用研究 2016年6月2日
目录 摘要 (1) 1.绪论 (2) 1.1引言 (2) 1.2激光技术发展历程 (2) 1.3激光技术在军事领域的应用的研究现状 (3) 2.激光的基本特性 (4) 2.1激光的概念 (4) 2.2激光的特点 (4) 2.3激光的产生 (5) 3.激光技术在军事领域的应用 (6) 3.1激光武器的分类 (6) 3.2已装备的激光技术军事运用 (8) 3.3激光武器的特点及局限 (12) 展望 (13) 参考文献 (14)
激光在军事武器中的应用研究 摘要 随着人类文明和科技不断发展与进步，越来越多的科技被运用，许多技术被运用到军事领域上来，研制了许多的军事武器，高技术武器装备的研究更是带动了科技的不断进步，尤其是激光技术进步。 激光技术是人类20世纪60年代的重大科学技术成就之一，激光具有高亮度、高方向性、高单色性及相干性好的特点，尤其在现代军事的观测、监视、通信及武器系统方面的应用发挥了巨大作用。现代军事侦察技术特别是卫星、遥感技术的发展，地球上空有千余颗各类侦察卫星和通信卫星，对世界各国进行着全方位、全频谱、全时、全维的侦察和探测。激光技术用于军事，不仅可以提高现有常规武器的命中率，而且可为军队提供新型战术武器，从而大大增强军队在现代战争中的作战能力，其应用有激光雷达、激光测距、定向能激光武器、激光制导、激光通信、航空航天、电子对抗等方面，受到各大军事强国的重视，成为军事技术最活跃的一个领域。 关键词:激光技术，激光测量，激光通信，激光制导，激光武器
1.绪论 1.1引言 随着高技术武器装备的问世并运用于局部战争，高技术局部战争便应运而生，并经历着由低级向高级的发展过程。高技术局部战争以其鲜明的特征，标志着战争这个古老而又年轻的社会现象发展到了一个崭新的阶段。 第二次世界大战以来，由于霸权主义的争夺而导致的局部战争和武装冲突连绵不断，在新技术革命大潮的冲击下，科学技术得到了飞速发展。军事高技术的兴起，使军队的武器装备发生了质的飞跃，一件件新式武器装备诞生了，一件件旧式武器装备被淘汰了。高技术局部战争便是这种军事高技术与局部战争的结合体。 因此，在现代战争中，科学技术水平的高低，将直接影响到战争的胜负。高技术运用于军事领域，首先直接作用于武器装备，引起了武器装备的更新换代，而新式武器装备用于战争，便出现许多新的作战样式，产生新的作战方法，引起了战争形态的变化，最终导致了军事理论的变革，科学技术不但推动了人类社会的发展，也推动了战争的发展。当今，一个研究高技术、利用高技术的浪潮正冲击着社会的每一个角落，而研究军事高技术，利用军事高技术，正是时代的需要，是顺应时代发展的必然。而激光技术正是其中一项。 1.2激光技术发展历程 激光技术的发展历程可以大致分为受激辐射概念的提出、微波波谱学的创立、微波激射器的问世、激光器诞生以及激光技术的发展这五个阶段。[1] 1900年普朗克提出了“量子”假说之后, 爱因斯坦于1905年提出了“光量子”假说, 认为辐射不仅在发射和吸收过程中是以量子的形式出现的,而且辐射本身也是由光量子组成的。1909年,爱因斯坦对辐射的理解进一步深化, 他在《论辐射问题的现状》中明确指出, 普朗克定律本身隐含着这样的内容:辐射场不仅显示出波动性, 而且显示出粒子性, 第一次明确提出了辐射的“波粒二象性”概念。1911年, 卢瑟福提出原子结构的核模型。1913年, 波尔提出了原子结构假说, 1954年7月美国物理学家汤斯和他的小组研
激光熔覆粉喷涂机 本实用新型为解决目前在激光表面处理之前需对工件喷涂熔覆粉而缺少相应的设备，提供一种能进行编程的、全方位的、涂层均匀的激光熔覆粉喷涂机。 采用的技术方案是： 激光熔覆粉喷涂机包括机座、传动装置、喷涂装置、气路控制机构，其结构要点是： 所述的喷涂装置包括喷具小车、旋转环、喷枪立壁，喷具小车底座的下部四角固定连接有四个滑块，四个滑块设置在上导轨座的轨面上；在喷具小车的底座上面装设一固定环，在固定环上面连接一旋转环，在固定环与旋转环之间活动连接一锁紧压板，在旋转环的上面固定连接一喷枪立壁，喷枪立壁的顶端与横臂的一端通过销轴活动连接，在喷枪立壁的中部装设一气缸座，气缸活塞杆的顶端铰接在横臂的中部。横臂的前端装设一调角器，调角器上紧固连接一喷枪固定架，喷枪固定架上装设有双轴气缸及喷枪，双轴气缸的双活塞杆的顶端同时与喷枪勾机铰接。 一种冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化的涂料本发明的目的在于提供一种高功率CO2激光器快速扫描在冶金热轧辊表面获得高性能合金化层的涂料。 采用的技术方案是： 本发明为一种冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化的涂料，其特征在于该涂料是由碳化硼、碳化钨、碳化钛、碳化铬混合均匀配制而
成，其各成份的重量百分比为：碳化硼40—70%、碳化钨15—30%、碳化钛0—15%、碳化铬5—20%。 上述纳米碳化物陶瓷材料碳化硼、碳化钨、碳化钛、碳化铬的尺度为30—200纳米。 本发明选用的陶瓷材料具有高硬度、高强度、高刚度、低密度和的化学稳定特性，以及高温下优良的力学性能。而且，陶瓷材料在激光的照射下几乎能吸收激光的全部光能。 碳化硼、碳化钨、碳化钛、碳化铬都是具有许多优良性能的重要的陶瓷。 一种冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化工艺针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高功率CO2激光器快速扫描在冶金热轧辊表面获得高性能合金化层工艺。该工艺不仅可以大大提高轧辊表面的硬度，减少轧辊使用的磨损量，而且还可以带来较大的经济效益。 采用的技术方案是： 一种冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化工艺，其要点在于它包括以下工艺过程： -1- （1）首先机加工轧辊去掉表面疲劳层，得到所需尺寸和形状。然后对激光将要辐照处理的一面进行研磨，去油污和适当的清洗。 （2）用酚醛树脂粘接剂将纳米碳化物陶瓷涂料混合均匀，然后均匀地涂在预处理后的轧辊表面，预涂厚度为0.01～0.05mm，然后
一、激光熔覆的原理 激光溶覆是利用高能激光束辐照，通过迅速熔化、扩展和凝固，在基材表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料，构成一种新的复合材料，以弥补基体所缺少的高性能。能充分发挥二者的优势，克服彼此的不足。 可以根据工件的工况要求，熔覆各种（设计）成分的金属或非金属，制备耐热、耐蚀、耐磨、抗氧化、抗疲劳或具有光、电、磁特性的表面覆层。通过激光熔覆，可在低熔点材料上熔覆一层高熔点的合金，亦可使非相变材料 （AI 、Cu 、Ni 等）和非金属材料的表面得到强化。 在工件表面制备覆层以改善表面性能的方法很多，在工业中应用较多的是堆焊、热喷涂和等离子喷焊等，与上述表面强化技术相比，激光熔覆具 有下述优点： （1 ）熔覆层晶粒细小，结构致密，因而硬度一般较高，耐磨、耐蚀等性能 亦更为优异。 （2 ）熔覆层稀释率低，由于激光作用时间短，基材的熔化量小，对熔覆层的冲淡率低（一般仅为 5％-8%），因此可在熔覆层较薄的情况下，获得所要求的 成分与性能，节约昂贵的覆层材料。 （3 ）激光熔覆热影响区小，工件变形小，熔覆成品率高。 （4 ）激光熔覆过程易实现自动化生产，覆层质量稳定，如在熔覆过程中熔覆厚度可实现连续调节，这在其他工艺中是难以实现的。 由于激光熔覆的上述优点，它在航空、航天乃至民用产品工业领域中都有较广阔的应用前景，已成为当今材料领域研究和开发的热点。 激光熔覆技术应用过程中的关键问题之一是熔覆层的开裂问题，
尤其是大工件的熔覆层，裂缝几乎难以避免，为此，研究者们除了改进设备，探索合适工艺，还在研制适合激光熔覆工艺特点的熔覆用合金粉末和其他熔覆材 料。 二、激光熔覆工艺方法 激光熔覆工艺方法有两种类型： 1、二步法（预置法） 该法是在激光熔覆处理前，先将熔覆材料置于工作表面，然后采用激光将其熔化，冷凝后形成熔覆层。预置熔覆材料的方式包括： （1 ）预置涂覆层：通常是应用手工涂敷，最为经济、方便、它是用粘结剂将熔覆用粉末调成糊状置于工件表面，干燥后再进行激光熔覆处理。但此法生产效率低，熔覆厚度不一致，不宜用于大批量生产。 （2 ）预置片：将熔覆材料的粉末加入少量粘结剂模压成片，置于工件需熔覆部位，再进行激光处理。此法粉末利用率高，且质量稳定，适宜于一些深孔零件，如小口径阀体，采用此法处理能获得高质量涂层。 2、一步法（同步法） 这是在激光束辐照工件的同时向激光作用区送熔覆材料的工艺， 它又有两种方/法。 同步送粉法：使用专用喷射送粉装置（见图）将单种或混合粉末送入熔池，控制粉末送入量和激光扫描速度即可调整熔覆层的厚度。由于松散的粉末对激光的吸收率大，热效率高，可获得比其他方法更厚的熔覆层，容易 实现自动化。国外实际生产中采用较多。 同步送丝法：此法工艺原理虽与同步送粉法相同，但熔覆材料是预先加工成丝材或使用填充丝材。此法便利且不浪费材料，更易保证熔覆层的成分均匀性，尤其是当熔覆层是复合材料时，不会因粉末比重或粒度大小的不同而影响覆层质量，且通过对丝材进行预热的精细处理可提高熔覆速率。但是丝材表面光滑，对激光的反射较强，激光利用率相时较低；此外，线材制造过程较 复杂，且品种规格少。
激光熔覆成形技术的研究进展 1基本概念 激光熔覆成形(Laser cladding forming, LCF)技术集激光技术、计算机技术、数控技术、传感器技术及材料加工技术于一体，是一门多学科交叉的边缘学科和新兴的先进制造技术。该技术把快速原型制造技术和激光熔覆表面强化技术相结合，利用高能激光束在金属基体上形成熔池，将通过送粉装置和粉末喷嘴输送到熔池的金属粉末或事先预置于基体上的涂层熔化，快速凝固后与基体形成冶金结合，根据零件的计算机辅助设计模型，逐线、逐层堆积材料，直接生成三维近终形金属零件。激光熔覆成形系统主要由计算机、粉末输送系统、激光器和数控工作台四部分组成，其原理如图1 所示。由于该技术可以直接制造全密度金属零件，从20 世纪90 年代中期开始，就成为快速成形领域的研究热点和发展方向，具有广阔的应用前景。激光熔覆成形技术在产生后的短短几年内获得了飞速发展，并被冠以不同的名称：如送粉方式的激光工程化近成形(Laser Engineered Net Shaping, LENSTM)、直接光制造技术(Directed light fabrication, DLF)、直接金属沉积(Direct metal deposition, DMD)、堆积成形制造(Shape deposition manufacturing, SDM)，激光固结(Laser consolidation, LC)，激光增材制造(Laser additive manufacturing, LAMSM)，以及粉末预置方式的选择性激光熔化(Selective laser melting, SLM)和金属直接激光烧结(Direct laser sintering of metals ,DSM)等，这些技术的原理和加工方法基本相同，将它们统称为激光熔覆成形技术。 图1 激光熔覆成形原理示意图
激光全息检测技术 1.激光全息检测技术概述 全息术或称全息照相（Holography ）的思想是英国科学家丹尼斯·伽柏（Dennis Gabor ）在1948年首先提出来的。由于他的发明和对全息技术发展的巨大作用，他于1971年被授予诺贝尔物理学奖。 全息术与普通照相术的区别是，普通照相术只记录物体表面光波的振幅信息，而把相位信息丢掉了，这样只记录物体表面光波部分信息（二维信息）的照片无论从什么角度看都是一样的。而全息术是利用光的干涉和衍射原理，将物体发射的特定光波以干涉条纹的形式记录下来，在一定条件下使其再现，形成物体逼真的三维像。由于记录了物体的全部信息（振幅、相位、波长），因而成为全息术或全息照相。如图，比较了全息照相与普通照相的区别： 激光全息无损检验是全息干涉分析的一种应用，它可以用来监视一个复杂的物体在两种不同时刻里所发生的变形，不管物体表面是光洁还是粗糙，都可以观测到光学公差水平几分之一微米以下，由于它是利用全息技术再现原理，因此是无接触地进行三维立体观测。 同其他检测方法比较，激光全息检测的方法有如下优点： 1. 激光全息检测是一种干涉测量技术，干涉测量精度与激光波长同数量级，微小（微米数量级）的变形均能被检测出来，检测灵敏度高； 2.由于激光的相干度很高，因此，可以检测大尺寸工件，只要激光能够充分照射到这个工件表面，都能一次检测完成； 3.对被检对象没有特殊要求，可以检测任何材料和粗糙表面； 4.可对缺陷进行定量分析，根据干涉条纹的数量和分布确定缺陷的大小、部位、深度。 5.非接触测量、直观、检测结果便于保存。 但是，物体内部缺陷的检测灵敏度，取决于物体内部的缺陷在外力作用下能否造成物体表面的相应变形。如果物体内部缺陷过深或过于微小，那么激光全息照相这种检测方法就无能为力了。对于叠层胶接结构来说，检测其脱粘缺陷的灵敏度取决于脱粘面积和深度比值，在近表面的脱粘缺陷面积，即使很小也能检测出来，而对于埋藏的较深的脱粘缺陷，只有在脱粘面积相当大时才能够被检测出来。另外，激光全息检测目前多在暗室中进行，并需要采用严格的隔震措施，因此不利于现场检测。 综上，激光全息检测具有如下缺点： 1.对内部缺陷的检测灵敏度较低：灵敏度取决于内部缺陷在外力作用下所造成的物体表面的变形大小。 2.对工作环境要求较高：暗室中进行，严格的隔振措施。 图1：全息照相与普通照相的区别
激光武器现状综述 06061232李腾海子 摘要本文介绍了激光武器的分类、现状，并给出了其发展趋势 关键词激光武器 “激光 ”、“原子能”、“半导体”和“计算机”称为20世纪的“新四大发明”，对人类社会文明产生了极其深远的影响。激光技术用于军事，不仅可以提高现有常规武器的命中率，而且可为军队提供新型战术武器，从而大大增强军队在现代战争中的作战能力，其应用领域涉及雷达、测距、定向能武器、导弹、航空航天、电子对抗等方面，受到各大军事强国的重视，未来有望成为军事技术最活跃的一个领域。 到目前为止，激光技术在军事上应用主要有以下几个方面：激光制导、激光雷达、激光通信、激光测距、激光模拟、激光侦察、激光武器、激光对抗、激光告警。激光武器是一种定向能武器，它利用强大的定向发射激光束直接毁伤目标或使之失效。与传统武器相比，激光武器作为一种新概念武器，具有速度快、精度高、拦截距离远、火力转移迅速、不受外界电磁干扰、持续战斗力强等优点，而且激光武器每次使用的费用很低，通常在几美元左右，与每枚成本达几百万美元的导弹相比十分便宜。正是激光武器具有其他武器无法比拟的优点，目前世界上各军事强国都投入了大量人力和资金进行研发。根据作战用途，这种新型武器分为战术激光武器和战略激光武器两大类。战术激光武器是利用激光作为能量,像常规武器那样直接杀伤敌方人员、击毁坦克、飞机等,打击距离一般可达20 km。这种武器是一种近程激光武器,主要有使人致盲的激光枪,也有用来对付来袭飞机、导弹、军舰、坦克的激光炮。战略激光武器可攻击数千公里之外的洲际导弹,还可攻击太空中的侦察卫星和通信卫星等。根据能量大小、激光的打击方式可分为软打击和硬打击两种：软打击主要是打击导弹的导引头和整流罩，破坏其传感器和电子线路，致使导弹不能准确飞向目标。这种打击射程可超过10 km。而硬打击则是把导弹的壳体、燃料室以及整体结构彻底摧毁，使导弹在空中爆炸。按搭载载体的不同,激光武器可分为:舰载式、车载式、机载式、地基式、星载式(天基)激光武器系统。据报道，目前美、俄等世界军事大国已投入巨资用于新型高能激光武器的研发，将高能激光武器作为其提升威慑力和打击能力的重要手段.对于激光技术的研究，俄罗斯的理论研究处于领先地位，美国与以色列在激光武器应用中处于领先地位。但是在新兴激光的军事技术方面，由于我们与美国起步点相差不大，所以我们的研究处于世界领先地位，由目前我们已有能力使用激光武器拦截低空巡航导弹，如何把攻击激光雷达装载于卫星，是我国目前正在全力研究攻关的目标。 激光武器计划一直伴随着激烈反对的声音,主要阻力是技术暗礁和经费短缺。总的来说,制约激光武器发展的主要因素有:1、研制与部署费用过高。如天基激光武器的核心-“阿尔法”激光器系统的发射成本按改进型一次性运载火箭5650 美元/kg计算,全部研制与发射成本总计近1000亿美元。2、系统作战效能有限。如MTHEL系统很庞大(相当于6辆城市公共汽车) ,不便于快速机动部署;在烟雾和阴雨天,激光武器很难发挥作用等。3、后勤保障困难并存在安全隐患。在作战时,如何保燃料的供应,涉及到复杂的后勤供应问题,包括应该在哪里建两种燃料的化工厂以及如何快速运输等问题。而且激光器会排放出有毒气体,现在还没有找到可以处理这些毒气的有效办法。4、技术障碍。激光武器的几个关键技术挑战包括：在功率和效率上能远距离摧毁导弹的激光器，能使保证激光器光学性能最佳又可以保护其不受激光加热损害的光学涂层；以及控制大气扰动的主动系统。在真空高空中的激光器性能和整套系统在高空的性能都无法在地面进行验证等等。 综上所述，激光武器的发展呈现多元化现象，各国都在加紧研究激光武器，但激光武器并不像人们想象的那么简单，其研制和发展需要付出大量的时间和金钱，还有科研人员的不懈努力。目前各国普遍反对建立天基激光武器系统,因为激光武器的强大威力能使一些军事强国可以随心所欲的实时打击地球上的任何目标,科技的进步使人类自身生存和发展面临巨大挑战。 参考文献： [1]吕明春，梁红卫，高能激光武器及其技术发展，激光杂志，V.29,2008
浅谈全息技术的发展及前景 摘要从全息思想的提出至今已经有半个多世纪的历史。期间，全息技术的发展取得了很大的成就。梳理一下全息技术的发展以及当今的研究和应用现状，有助于我们深入了解全息技术对生产、生活的重要影响以及其今后的发展方向。 关键词全息防伪存储全息透镜 Abstract The proposal from the hologram has been half a century since. During the development of holographic technology has made great achievements. Comb the development of holography and the current status of research and application, holographic technology will help us understand the production, the important influence of life and its future development. Key words Holography Anti-fake Storage Holographic lens
1、引言 全息技术一门正在蓬勃发展的光学分支，主要运用了光学原理，是一种不用透镜，而用相干光干涉得到物体全部信息的二部成像技术。如果说全息技术在照相方面的应用与普通照相技术的最大区别，那就是全息技术能够利用激光的相干性原理，将物体对光的振幅和相位反射（或透射）同时记录在感光板上，也就是把物体反射光的所有信息全部记录下来，并能够再现出立体的三维图像。也就是全息技术所记录不是图像，二是光波。全息技术近年来已渗透到社会生活的各个领域并被广泛地应用于近代科学研究和工业生产中，特别是在现代测试、生物工程、医学、艺术、商业、保安及现代存储技术等方面已显示出特殊的优势。随着全息技术的快速发展，全息技术的产品正越来越多地走向市场、应用于现代生活中。 2、全息技术的发展简介 全息照相技术是1948年英国科学家丹尼斯·伽伯(Dennis Gabor)为改善电子显微镜成像质量提出的重现波前的理论，并因此获得了诺贝尔奖。但当时由于缺乏纯净的能够相互干涉的光，全息图的质量很差。直到十二年以后的1960年，激光器问世，美国密执安大学的埃梅蒂·利斯与朱里斯·尤佩尼克拍成了第一张全息相片，全息技术才有了蓬勃快速的发展。 全息术的发展大约可分同轴全息术、离轴全息术、白光再现全息术、白光全息术等4个阶段。 同轴全息术是伽伯当时采用的技术，这一阶段主要是在1960年激光器出现以前。这种技术获得的物体的再现像与照明光混在一起，不易观察。 1948年，伽伯为提高电子显微镜的分辨率，在布拉格的“x射线显微镜”、泽尼克的相衬原理的启示下，提出了一种用光波记录物光波的振幅和相位的方法，并用实验证实了这一想法。为了进一步证实其原理，他先后采用电子波与可见光进行了验证，并在可见光中得到了证实，同时制成了第1张全息图。从那时起至20世纪5O年代末期，全息图都是用汞灯作为光源，而且是参考光与物光共轴的共轴全息即同轴全息图。它与4-1级衍射波是分不开的，这是全息术的萌芽时期。这个时期全息图存在2个严重问题，一个是再现的原始像与共轭像分不开；另一个是光源的相干性太差，因此在这10多年中，全息术进展缓慢。 离轴全息术是在激光器出现以后产生的用激光记录激光再现的全息术，其特点是获得的物体重现像与照明光分离，易于观察。 1960年激光的出现，提供了一种高相干度光源。1962年，美国科学家利思(Leith)和乌帕特尼·克斯(Upatnieks)将通信理论中的载频概念推广到空域中，提出了离轴全息术，就是用离轴的参考光与物光干涉形成全息图，再利用离轴的参考光照射全息图，使全息图产生3个在空间互相分离的衍射分量，其中一个复制出原始物光。这样，同轴全息图两大难题宣告解决，产生了激光记录、激光再现的全息图。从而使全息术在沉睡了十几年之后得到了新生并进入了一个极为活跃的阶段。此后，又相继出现了多种全息方法，如大景深全息照相法、激光记录与激光再现的彩色全息照相法等。 白光再现全息术是用激光记录，白光照明再现的全息图制作技术，它在一定的条件下赋予全息图以鲜艳的色彩，这是目前应用最广的全息术。 由于激光再现的全息图失去了色调信息，科学家们开始致力于研究第3代全息图。一个叫班顿的人发现了用激光记录，使用白光还原影像的方法，从而使这项技术逐渐走向实用阶段。美国《国家地理杂志》第1次使用白色光全息片贴在封面时，销售量由1000万份增加到再版后的1600万份。这一技术后来由美国传到欧洲和其它国家，激光全息摄影技术也随之风靡全世界。常见的有反射全息术、像全息术、彩虹全息术和合成全息术等。 白光全息术是利用白光制作全息图，用激光或白光照明观察再现，这是全息术的最高阶段，至今虽有不少人做了一些初步工作，但尚未有突破性进展。激光的高度相干性，要求全息拍摄过程中各个元件、光源和记录介质的相对位置严格保持不变。这也给全息技术的实际使用
激光制导武器[激光制导武器发展现状] 1.2.1 激光制导武器发展现状激光制导武器以激光脉冲为制导信源来探测和追踪目标，分为寻的制导和驾束制导，目前应用最为广泛的是激光寻的制导。激光寻的制导根据指示光源来源不同，分为激光半主动寻的制导和主动寻的制导[8]。激光半主动寻的制导的指示光源由弹外的目标指示器发出，弹上的激光导引头根据弹外的指示激光进行制导； 而激光主动寻的制导能够实现指示激光的自主发射和接收，该过程通过弹上的激光发射器和导引头实现。目前，由于技术水平和硬件条件的制约，激光主动寻的制导应用难度较大，激光半主动寻的制导研究最为成熟、应用最为广泛。 1.2.1.1 国外发展现状半个多世纪以来，各国的激光制导武器已发展到上百种型号，目前技术研究较为领先的国家有：美国、俄罗斯、日本、法国、英国、以色列等，其中美国研制的激光精确制导武器最为典型[9]~[13]。 1962年，美陆军最早开始研发激光半主动制导武器，并在1968年首次使用于越南战场[14]。美军最初是通过“宝石路计划Ⅰ”（Pave Way Program Ⅰ）发展的激光精确制导武器，其在普通炸弹上安装激光制导系统和附件（相当于给普通炸弹安装上“光电眼”），使普通炸弹具备制导能力，从而极大地提高了武器的性能，打击精度能达到3米，其代表性的型号有3种：GBU-10A/B、GBU-11A/B、GBU-12 A/B型，但该系列武器存在较大缺陷，如昼夜全天候作战能力较差，对飞机投弹高度要求较高[15]； 1974年，美军全面启动了“宝石路计划Ⅱ”（Pave Way Program Ⅱ）系列武器的研制任务，在激光制导系统中，首次加载了激光编码技术，用以提高激光制导武器在战场多目标环境下的抗干扰性能，CEP精度能够达到1~2米，典型的武器型号包括GBU-10 C/D、GBU-12C、GBU-16B、GBU-17B等，该系列武器在马岛战争、叙利亚战争、海湾战争和科索沃战争中取得了辉煌的战绩，但仍对载弹飞机飞行高度有较高要求。图1.1为FA-18战斗机携带4枚重227kg的GBU-12（“宝石路II”）演练时的场景； 80年代初，美军又陆续研制了“宝石路计划Ⅲ”（Pave Way Program Ⅲ）系列激光精确制导武器，该系列武器不仅继承了之前的优点，还配置了微型自动驾驶仪，采用比例导引制导律[16]，极大地扩大了导引头的搜索视场，CEP能够达到1米以内，射程能达到10km。该系列武器于1983年装备美军，具备较强的全天候作战能力，主要型号有GBU-22B、GBU-24B、GBU-27、GBU- 28等，图1.2所示为美国GBU-28型（“宝石路”Ⅲ）激光制导炸弹； 自伊拉克战争以来，“宝石路计划Ⅳ”（Pave Way Program Ⅳ）系列得到迅速发展，在前几代的基础上，配置了集成化高、消耗低的微惯组，极大地提高了武器的制导精度，采用第二代GPS/INS制导定位系统，具备了很强的抗干扰能力，堪称“全天候艺术级”精品，广泛装备于美军和英国皇家空军[17]。其中，美军最新研制的GBU-54型激光精确制导武器，它采用GPS和激光制导，专门打击移动目标，飞行过程中设定目标的初始坐标后，末端通过激光制导实时跟踪目标，由GPS不断修正目标位置，从而确保打击精度。图1.3所示为2010年10月1日，美F-16“战隼”战机携带两枚GBU-54型炸弹在阿富汗巴格拉姆机场起飞时的场景。 图1.1 FA-18战机携带GBU-12双模型图1.2 GBU-28型激光制导炸弹除了宝石路系列激光精确制导武器外，美军重点研发的另一系列激光精确制导武器是“海尔法”系列，该系列武器主要配置在武装直升机[18]上。1982年，美国Lockheed Martin公司研制出的“HellfireⅠ”
激光熔覆技术分析与展望 作者：张庆茂激光熔覆是一种新型的涂层技术，是涉及到光、机、电、材料、检测与控制等多学科的高新技术，是激光先进制造技术最重要的支撑技术，可以解决传统制造方法不能完成的难题，是国家重点支持和推动的一项高新技术。目前，激光熔覆技术已成为新材料制备、金属零部件快速直接制造、失效金属零部件绿色再制造的重要手段之一，已广泛应用于航空、石油、汽车、机械制造、船舶制造、模具制造等行业。为推动激光熔覆技术的产业化， 作者：张庆茂 激光熔覆是一种新型的涂层技术，是涉及到光、机、电、材料、检测与控制等多学科的高新技术，是激光先进制造技术最重要的支撑技术，可以解决传统制造方法不能完成的难题，是国家重点支持和推动的一项高新技术。目前，激光熔覆技术已成为新材料制备、金属零部件快速直接制造、失效金属零部件绿色再制造的重要手段之一，已广泛应用于航空、石油、汽车、机械制造、船舶制造、模具制造等行业。 为推动激光熔覆技术的产业化，世界各国的研究人员针对激光熔覆涉及到的关键技术进行了系统的研究，已取得了重大的进展。国内外有大量的研究和会议论文、专利介绍激光熔覆技术及其最新的应用：包括激光熔覆设备、材料、工艺、监测与控制、质量检测、过程的模拟与仿真等研究内容。但到目前为止，激光熔覆技术还不能大面积工业化应用。分析其原因，这里有政府导向的因素、激光熔覆技术本身成熟程度的限制、社会各界对激光熔覆技术的认可程度等因素。因此，激光熔覆技术欲实现全面的工业化应用，必须加大宣传力度，以市场需求为导向，重点突破制约发展的关键因素，解决工程应用中涉及到的关键技术，相信在不远的将来，激光熔覆技术的应用领域及其强度将不断的扩大。下面介绍激光熔覆技术几个发展的动态，以飨读者。 激光熔覆的优势 激光束的聚焦功率密度可达1010~12W/cm2，作用于材料能获得高达1012K/s的冷却速度，这种综合特性不仅为材料科学新学科的生长提供了强有力的基础，同时也为新型材料或新型功能表面的实现提供了一种前所未有的工具。激光熔覆所创造的熔体在高温度梯度下远离平衡态的快速冷却条件，使凝固组织中形成大量过饱和固溶体、介稳相甚至新相，已经被大量研究所证实。它提供了制造功能梯度原位自生颗粒增强复合层全新的热力学和动力学条件。同时激光熔覆技术制备新材料是极端条件下失效零部件的修复与再制造、金属零部件的直接制造的重要基础，受到世界各国科学界和企业的高度重视和多方面的研究。 目前，利用激光熔覆技术可以制备铁基、镍基、钴基、铝基、
激光熔覆技术在行业中的应用 1、涡轮动力设备修复和改造 在冶金、石油、化工、电力、铁路、船舶、矿山、航空等国民经济支柱产业中使用着大量的涡轮转动设备,例如:汽轮机、离心压缩机、轴流风机、螺杆压缩机、高炉透平发电 TRT 、烟气轮机、发电机、往复式压缩机、飞机发动机、地面燃机、水轮机、制氧机、水泵、柴油机、工业透平、增速机等等。特别是 70年代末以来引进的大量进口涡轮转动设备(机组, 经过长周期各种工况条件下服役,因腐蚀、磨损和疲劳等因素,所有设备(机组均存在着使用中的损伤失效, 有的则处在报废或即将报废状态。而常规的技术和工艺方法不能, 也不敢动及这些关键的、价值贵重的设备(机组,稍有失误将造成设备(机组失效和破坏, 从而带来的是潜在的巨大的产值和经济损失。 在钢铁冶金行业,涡轮转动设备 (机组是提供能源和动力的载体。钢铁企业拥有的各种规格进口和国产的轴流压缩机(风机,单级、多级离心鼓风机、引风机、除尘风机、 H 型氧压机、氮压机、螺杆压缩机、自备电厂的各种型号汽轮机、高炉能量回收使用的单级、双级透平发电 TRT 机组、各种发电及电动机、大型水泵等涡轮动力设备。再制造工程技术为这些重大关键设备(机组提供了安全可靠,质量保障,性能稳定提升的综合技术。激光熔覆仿形技术和激光快速成形技术在这些关键设备和零部件修复及再造应用, 又使再制造工程技术得到发展。例如, 2007年11月份,天津大族烨峤激光公司应用再制造工程技术和激光熔覆仿形技术修复津西钢铁公司 AV40-12型轴流压缩机的动、静叶片; 2008年 3月份,修复津西钢铁公司2MPG4.5-175/145型高炉透平“一拖二” 式 TRT 机组的动、静叶片并进行两台机 组的拆装、调试和检测的全方位“交钥匙”工程。现在,经修复的两台机组已经投入生产服役,运行良好,平稳可靠。而且,采用激光熔覆仿形技术修复后的两台机组的所有动、静叶片都可比原设计制造的新叶片提高使用寿命 50-100%,仅此两台设备可为津西厂节省约 500多万元维修资金。
激光全息技术及其发展 所谓全息照片就是一种记录被摄物体反射（或透射）光波中全部信息的先进照相技术。全息照片不用一般的照相机，而要用一台激光器。激光束用分光镜一分为二，其中一束照到被拍摄的景物上，称为物光束；另一束直接照到感光胶片即全息干板上，称为参考光束。当光束被物体反射后，其反射光束也照射在胶片上，就完成了全息照相的摄制过程。全息照片和普通照片截然不同。用肉眼去看，全息照片上只有些乱七八糟的条纹。 可是若用一束激光去照射该照片，眼前就会出现逼真的立体景物。更奇妙的是，从不同的角度去观察，就可以看到原来物体的不同侧面。而且，如果不小心把全息照片弄碎了，那也没有关系。随意拿起其中的一小块碎片，用同样的方法观察，原来的被摄物体仍然能完整无缺地显示出来。全息照相的原理是利用光的干涉原理，利用两束光的干涉来记录被摄物体的信息。 1948年，英国人丹尼斯·加拍正在研究光的干涉现象，以提高电子显微镜的分辨率。光的干涉在日常生活中常能见到：吹几个肥皂泡，给阳光一照，能呈显艳丽的色彩；在一张纸屏上戳两个小孔，让光透射到墙上，便可看到明暗相间的条纹。原来，光是一种波，包含有振幅与位相两个物理要素。当两束相干光迭加时，在位相相同的地方波幅相加，出现亮纹，位相相反的地方就为暗纹。加拍从这些若明若暗的干涉图中，得到了启发。既然光的干涉现象是光波位相不同所造成的，那么，换句话说，在光的干涉图中，就记录有光的位相信息。而这不正是照相技术渴望以求的吗？ 原来，普通照片是根据景物所反射的光波亮度强弱感光而成的，它只能记录光的振幅信息，拍摄的景物是平面图像，没有立体真实感。只有当光的位相信息也能被同时记下来，并重新表现出来时，照片才能给人以远近深浅的立体感。加柏在光干涉的现象中，找到了解决普通照相缺陷的途径，提出了全息照相的理论。激光解决难题，加拍的方法看来似乎极为简单，但要完全解决拍摄全息照相的难题并非轻而易举，因为当时缺乏理想的单色相干光源。60年代激光的问世，才为全息术提供了理想的相干光源。1963年，在美国密执安大学从事雷达工作的利思和乌巴特尼克斯两个人首先做出了第一张成功的全息照相。 激光全息照相用不着普通照相机所用的透镜，只要把激光分为两束，一束照明物体，使其反射成物波；一束作为参考光直接射向底片。由于从景物上反射的物波，到达底片所经历的光程各不相同，因而位相千差万别，与参考光相干涉的结果，便在底片上同时记下了全部信息。 全息照相的底片上面尽是干涉花纹。只有用与记录时相同的参考光照明全息底片时，才能将原始物波重现出来。而且，在我们眼睛中，这个立体的再现现象与真实的物体简直无法区分了。 激光全息摄影很快得到了广泛应用。前面讲到的那家珠宝店，就是把最吸引人的珠宝拍摄在一帧围成圆筒形状的全息照相底片上，再套置在一盏清晰明亮的白炽照明灯上，放进橱窗，就此以假乱真。同样地，对于收藏珍贵的历史文物、稀有动物标本、各种精制器件、复杂的分子结构模型、医学或生物学的图像等都可以制作成全息照片加以展示。全息术的重要作用