激光的应用与发展前景
摘要:激光是一种新的光源, 已经在许多领域得到应用。随着激光技术的飞速发展和广泛应用, 激光已成为工业生产, 科学探测和现代军事战争中极为重要的工具。总结了激光技术在工业生产,军事,国防,医疗等行业中的应用,提出激光技术应用领域的发展趋势。
关键词:工业,军事,激光应用,发展前景
光学是物理学中一门重要的分支学科,具有源远的历史和丰富的积累,并正在迅速发展。人类对光的研究开始得很早, 从原始时代起, 人们就注意观察自然界中各种变幻无常的光学现象, 并不断地总结蕴藏在其中的物理规律, 随着生产力的发展和科学技术的进步, 光学科学与技术也获得了相应的进展, 人们创造出了许多巧妙的光学仪器和光学工具, 扩大了自己的视野并实现了比较精确的定量计算,进而形成了量子光学、非线性光学、信息光学、导波光学、激光物理、红外物理等新的分支学科,使光学成为研究光的本性、光的产生、光的传播、光与物质的相互作用以及光在科学研究和生产技术中各种应用的一门独立的学科。激光,具有普通光源发出的光的所有光学特性,是上世纪六十年代所诞生和发展起来的新技术。但它又不是普通的光, 其特性是任何光都无法比拟的。激光能量密度高,其亮度比太阳表面还高数百亿倍; [1]激光方向性强,其发散度仅为毫弧度量级,所以用途非常广泛。由于激光的优异特性,使激光在工业生产, 科技探测, 军事等方面得到了广泛应用, 激光渗透到社会的各个行业, 而且发展潜力还非常大,激光也成为了当代科学发展最快的科学领域之一。
激光具有的宝贵特性决定了激光在加工领域存在的优势:
①由于它是无接触加工, 并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调, 因此可以实现多种加工的目的。
②它可以对多种金属、非金属加工,特别是可以加工高硬度、高脆性、及高熔点的材料。
③激光加工过程中无“刀具”磨损,无“切削力”作用于工件。
④激光加工过程中,激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,对非激光照射部位没有影响或影响极小。因此,其热影响区小,工件热变形小,后续加工量小。
⑤它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。
⑥由于激光束易于导向、聚集实现作各方向变换, 极易与数控系统配合, 对复杂工件进行加工,因此是一种极为灵活的加工方法。
⑦使用激光加工,生产效率高,质量可靠,经济效益好。例如:1美国通用电器公司采用板条激光器加工航空发动机上的异形槽, 不到 4H 即可高质量完成, 而原来采用电火花加工则需要 9H 以上。仅此一项,每台发动机的造价可省 5万美元。 2激光切割钢件工效可提高 8-20倍,材料可节省 15-30%,大幅度降低了生产成本,并且加工精度高,产品质量稳定可靠。虽然激光加工拥有许多优点, 但不足之处也是很明显的。
激光在工业上的各种应用:
1.1激光技术在焊机上的应用:
激光能量密度高,方向性强,激光焊接就是应用激光发生器产生的光经过光学处理后照射在待焊接材料的部位上,并产生热量以形成永久性连接的工艺过程。 [2]
1.2激光焊接原理。激光焊机是激光技术在焊接领域的应用。激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束, 如果焦点靠近工件, 工仵就会在几毫秒内熔化和蒸发, 这一效应可用于焊接工艺, 高功率 CO2是气体激光器, 分子气体作工作介质, 产生平均为10.6μm 的红外激光, 可以连续工作并输出很高的功率, 标准激光功率在 2~15kW 之间。激光焊接的特点是被焊接工件变形极小,几乎没有连接间隙,焊接深度 /宽度比高,因此焊接质量比传统焊接方法高。激光在激光发生器中产生, 当快门打开后, 激光通过光闸被传输到激光束导向系统中, 激光束导向系统是闭环管路, 由装在激光发生器与焊接区域之间, 保证了激
光束传播不失控, 当激光束离开激光发生器, 它将被激光导向系统传输到焊接区域,导向是靠安装在导向系统中的铜镜完成的, 在激光工作头处的最后一个偏向镜为聚焦镜,激光聚焦的点很小但强度很高, 一般激光束是由原来的 35mm 变成 0.2mm 。激光束通过传动机构在焊接区域进
行运动,强大的激光能量将焊接处的带钢熔化,最终完成焊接。
2.1激光技术在晶片 /芯片加工领域的应用。
目前业界讨论最多的激光划片技术主要有几种, 其主要特征都是由激光直接作用于晶圆切割道的表面, 以激光的能量使被作用表面的物质脱离, 达到去除和切割的目的但是这种工艺在工作过程中会产生巨大的热量,并导致对器件本身的热损伤,甚至会产生热崩边 (Chipping,被剥离物的沉积 (Deposition等难以有效解决的问题。
[3]ALSI公司开发的激光划片系统成功解决了激光划片工艺中的一些技术问题,并将该系统推广到砷化镓晶圆厂,取得了较好的效果 TriQuint 公司 RFMD 公司是两个成功使用激光划片系统的典型在这些公司, 使用激光切割比传统的金刚石工艺能提高 5倍的产量, 这将为投资者带来极具吸引力的回报激光切割不仅加工速度快,还尽可能地减小了芯片的尺寸有效地增加每块晶片乃至整流器晶圆厂的产量。 [11]
2.2激光打标技术。激光打标是一种非接触无污染无磨损的新标记工艺近年来, 随着激光器的可靠性和实用性的提高, 加上计算机技术的迅速发展和光学器件的改进, 促进了激光打标技术的发展激光打标是利用高能量密度的激光束对目标作用,使目标表面发生物理或化学的变化 , 从而获得可见图案的标记方式高能量的激光束聚焦在材料表面上,使材料迅速汽化,形成凹坑随着激光束在材料表面有规律地移动同时控制激光的开断, 激光束也就在材料表面加工成了一个指定的图案激光打标与传统的标记工艺相比有明显的优点:(a 标记速度快, 字迹清晰永久; (b 非接触式加工,污染小,无磨损; (c 操作方便,防伪功能强; (d 可以做到高速自动化运行,生产成本低
在晶片加工过程中, 在晶片的特定位置制作激光标识码, 可有效增强晶片的可追溯性,同时也为生产管理提供了一定的方便目前,在晶片上制作激光标识码是成为一种潜在的行业标准,广泛地应用于硅材料锗材料。 [12]
3激光技术在机床工业中的应用:
机床导轨和滑板直线度测量在激光准直仪问世以前,准直技术主要是用拉钢丝法或采用光学准直望远镜, 但它们都存在着一定的缺点。由于激光具有良好的方向性, 因而是准直技术理想的光源。激光准直技术已在大型、精密机床导轨和滑板直线度测量中获得应用。在测量直线度时, 激光准直仪与光学准直望远镜
相比有以下优点:测量结果无需进行数学处理。测量记录结果即为机床工作台的运动误差曲线。可同时测量垂直与水平方向的机床导轨工作台的直线度, 故大大提高了测量效率。 [4]
在测量长导轨时, 光学准直望远镜由于光能损失较大, 故成像不够清晰。而激光准直仪无此缺点,可测量长达 20mm 以上的导轨运动的直线度。
4激光清洗:
激光清洗法是一种全新的清洗方法,它的出现源于激光独特的材料选择性:一定功率的 YAG 激光器能轻松地切割金属却不能穿透一张纸的厚度, 而一定功率的CO2 激光器能轻易地切割木材塑料却不能切割一张铝箔网穴中残余的墨膜囤积物多为非金属材质而网纹的材料多为金属, 这就为激光材料选择性的应用提供了空间, 采用 CO2 激光清洗技术可以成功地对囤积物进行汽化却对网纹丝毫没有破坏[5]。
激光清洗技术具有如下特点 :
(1 它是一种干式清洗, 不需要清洁液或其它化学溶液, 因此没有化学清洗产生的环境污染问题,并且清洁度比较理想;
(2 清除污物的范围和适用的基材范围十分广泛;
(3 激光清洗是一种非接触加工, 可方便地实现远距离操作, 如通过光导纤维传输,清洗有些方法不易达到的部位并且可避免传统清洗方法的近距离操作对清洗物体表面的机械作用力容易损伤物体表面的缺点;
(4 通过调控激光工艺参数, 可以在不损伤基材表面的基础上, 有效去除材料表面的不同类型的污染物,使表面干净如新此外,激光清洗还可以方便地实现自动化操作,符合智能印刷;
(5 激光清洗设备可以长期使用, 一般只需要电费和维护费用, 长期使用的运行成本比较低;
(6 激光清洗技术是一种绿色清洗工艺,对环境基本上不造成污染该技术还有望应用于国产压延铝板表面凹坑内油脂的清洗,适合于 PS 版或 CTP 版的生产线中铝板的预处理工艺。
5激光技术在汽车工业中的应用 :
在汽车工业中 , 激光加工通常以切割为主。激光切割一般采用基模或低阶模
大功率器 , 激光束经聚焦后具有极高的功率密度 , 可使材料产生汽化或熔化现象。由于金属表面对于波长为 1016L m 的 CO 2 激光反射率高 , 为了提高切割速
度和切割质量 , 在切割金属工件往往吹送氧气或压缩空气 , 以提高切割效率 , 而在切割易燃材料时则吹送氮气等惰性气体以防止燃烧。 [6]
激光切割具有许多优点 :
①缝窄 (011mm~015mm , 节省材料 ;
②工件热变形小 ;
③只须定位而不需夹紧、划线 , 工件无机械应力及表面损伤 ;
④能切割脆性材料 , 和极软、极硬的材料 , 包括淬火钢 ;
⑤切口平行度好、切边洁净 , 可直接用于焊接 ;
⑥切割速度高 (可达 10m? m in 以上 , 无工具磨损 ;
⑦易于实现数控或计算机控制 , 并可多工位操作等。
现代激光切割技术已经发展成完备的激光切割系统 , 除功率大、模式好的激光器外还配有滚珠丝杠传动的高精度工作台 , 由计算机控制 , 通过多坐标联动可以实现各种复杂的平面或空间图形的切割 , 甚至还研制出加工精度更高、柔性更好的激光切割机器人。 [7]
在许多国外汽车制造公司中 , 激光切割技术的应用非常普遍。如在样车研制和小批量生产中 , 常使用三维以上的激光切割加工系统 , 切割各种板件。在生产线上 , 则采用激光切割机器人对已经冲压成型的部件进行在线立体切割。高效激光切割系统的应用 , 大幅度缩短了新车的研制时间和汽车的生产准备周期 , 使生产实现了自动化和柔性化。据报道 , 汽车制造中激光切割加工比传统机械加工方式的加工费用减少了 50%左右 , 且生产效率也得到了大幅度的提高。 [13] 可以预见 , 随着消费者对汽车日趋个性化的追求 , 小批量、多品种必然成为汽车制造的潮流 , 且随着科技的发展 , 激光切割系统质量不断提高、价格逐渐下降 , 激光切割技术将在汽车工业中获得更加广泛的应用。 [14]
此外,汽车工业还使用到激光焊接,激光表面改性,激光检测,激光快速成型,激光毛化技术 , 激光熔覆技术等等各类激光技术。 [15]
6. 激光在军事上的应用:
6.1战舰用激光测距仪,是激光在海军最成功的也是最主要的应用,他主要
和电视跟踪器、红外跟踪器和大型计算机组成光电火控系统。这个火控系统在小型战舰上可以作为主要火控，在大型战舰可以作为辅助的火控系统。[8] 出来水面战舰用激光测距仪，潜艇潜望镜也用的激光测距仪，可见，这个测距技术也是激光在军事上运用比较成熟的一个例子。 6.2 不过激光在军事上运用最成熟的应
该是激光制导武器，如激光制导导弹，激光制导炸弹，激光制导炮弹，激光制导鱼雷等等。激光制导导弹由三部分组成：导引头，战斗部、尾翼。激光制导导弹并不能发射激光，主要是接受激光。激光和导弹也不是安装在一块的，它的发射作用于两架飞机：一架叫激光照射机，一架是导弹携带机。激光照射机常在万米高空作业，它完全避开了地面火炮（导弹）的射程；激光照射机在对地面欲打击目标进行照射后，激光制导导弹的引导头立即接收到了回射的激光，经过滤光片由聚焦透镜聚焦到探测仪上，形成误差信号；误差信号再经计算机变成控制信号，再传送到另一飞机的执行系统最终操纵导弹飞向打击目标。还有反坦克和反舰两种。 [9] 所谓激光制导，就是以激光为信息载体，把导弹、炮弹或炸弹引向目标而实施精确打击的先进技术。精准，是激光制导武器的鲜明特点，由于激光的单色性好，光束的发散角小，敌方很难对制导系统实施有效干扰，因而使它具有了其他制导方式无法匹敌的优势。激光制导通常有“视线式”和“寻的式”。“视线式”的典型代表是激光驾束制导，“寻的式”的典型代表是激光半主动式寻的制导，也是目前最常用的激光制导方式。激光驾束制导简言之就是激光制导系统瞄准目标并连续发射激光，位于弹尾的激光接收器接收激光，控制弹体像“骑”着激光一样沿光束中心飞行。激光制导武器自问世以来，便在现代战争中大显身手，备受世人关注。目前，世界各军事强国都纷纷加强激光制导武器的研制。从激光制导技术的发展来看，其多样化的发展趋势十分明显：智能化—让激光主动寻的。远程化—增大作用距离。小型化—减小制导系统的体积和重量。复合化—着力发展复合制导。此外，激光制导武器还在向采用对人眼安全波段、新的激光编码方式、以及标准化和模块化方向发展。 6
现代激光技术在军事领域的广泛应用不仅可以提高现有常规武器的精确打击能力，还可为军队提供新型战术战略武器。激光技术在军事上除上述应用外还有许多其他应用，诸如激光拦截、激光防护、激光对抗、激光引信等等。它们的成功应用将大大提高军队在高技术战争中的对敌打击与自我防护能力。同时，激光技术的民用化也大大促进了民用科技的迅速发展,如激光测速、激光反伪、反偷拍等都将逐步替代这些领域原有的仪器或技术。[10] 此外，激光技术在光纤通信，船舶维修，在作物育种，在材料加工领域等等方面的发展都是很可观的，未来发
展的潜力也是非常巨大。激光，自从人们认识到它优异的特性以后，便把激光用于各个行业的工业生产，军事，科技探测。随着激光技术研究的逐渐深入，那些现在才刚刚技术起步的技术，如激光合金化与熔覆，激光毛化，激光纳米材料等，这些技术还有很大的发展空间，未来也会有推进我国工业生产技术革新，提高生产率。随着军用激光技术的不断成熟，不但可以使我们军事力量的提升，更加在战术，甚至在战略上对我国军事部署有重大意义。激光加工属于较为前沿的技术，但经过几十年的发展，已广泛应用于很多领域。由于其激光加工可实现零误差，在精密加工上有着无可替代的地位。在未来的某一天，激光加工定会融入到生活应用的各方各面。与国际上激光加工系统相比，我国的激光加工系统差距甚大，仅占全球销售额的 4%左右。主要表现为：高档激光加工系统很少，甚至没有；主力激光器不过关；微细激光加工装备缺口较大；而这些领域我国的生产加工企业正在积蓄力量稳步进入，国内应用市场有很大发展空间。预测不久，我国激光加工销售额将会由 2008 年的 35 亿人民币上升翻一倍，也就是说会达到 70 亿元产值。国内各类制造业接受了激光加工技术，它可使他们的产品增加技术含量，加快产品更新换代，为适应 21 世纪高新技术的产业化、满足宏观与微观制造的需要，研究和开发高性能光源势在必行。目前正在积极研制超紫外、超短脉冲、超大功率、高光束质量等特征的激光，尤其是能适应微制造技术要求的激光光源更是倍受关注，并已形成国际性竞争。随着科技的发展，激光技术必将得到更加广泛的应用于我们世界的各个方面，使人类的科技不断进步。文献： 7
[1]孟献丰，陆春华，倪亚茹等、激光技术的应用与防护[J]、红外与激光工程，2005， 34(2：136-141 [2]任宗刚、激光技术在焊机中的应用[J]、本钢技术，2011，1：39-41 [3]杨洪星，刘晓伟，陈亚楠等、激光技术在半导体行业中的应用[J]、趋势与展望， 2010， 181：10-13 [4]荣烈润，激光技术在机床工业中的应用[J]、金属加工，2010，18：63-67 [5]汤文杰，汤文波，激光技术在印刷中的最新应用[J]、印刷世界，2011，3：10-11 [6]李春青，冯树强，汽车工业中激光技术的应用[J]、广西工学院学报，2001，12(2： 64-66 [7]孙轶林，激光技术在汽车工业中的应用[J]、工艺与装备，2010，9：64-66 [8]蒋鸿旺，现代海军与激光技术应用[J]、军用光学仪器与技术，2001，7：30-33 [9]郭纲，周伟，叶名兰、激光技术在导弹
和空天对抗中的应用[J]、飞航导弹，2009，2： 40-43 [10]任国光，高能激光武器发展现状与未来[M]、强激光研究与发展,2007( 4: 14-28 [11]Reza Asgari，3D、激光检测支持微凸点技术[J]、半导体科技， 2009(4:33-34. [12] 杨洪星，刘晓伟，Ge 单晶片的激光标识技术研究[J].半导体技术， 2009， 34(7:676-678. [13] 佟欣，激光焊接的特性及应用领域[J] 焊接工艺与应用，2000，29(3:11-15 [14] 宋传旺 ,李明喜、纳米 CeO2 对激光熔覆 Ni 基合金组织与性能的影响[J ] ，激光技术 ,2006 ,30
(3 :228 - 230. [15]刘录录 ,孙荣禄. 激光熔覆技术及工业应用研究进展[J ] .热加工工艺 ,2007 ,36 (11 :59 - 60. 8
1激光精密加工 激光由于其优良的光束特性, 自诞生以来, 就在工业加工领域起着非常重要的作用, 并且不断地深入到工业生产的各个领域, 以其独特的优越性, 成为未来制造业的重要加工手段, 被誉为 21世纪的加工技术。 1 激光精密加工 激光精密加工是利用高强度的激光束, 经光学系统聚焦后, 激光束的功率密度达到104 ~ 1011 W/cm2, 加工工件置于激光束焦点附近, 通过激光束与加工工件的相对运动来实现对加工工件的热加工, 加工精度一般在几微米到数十微米。激光束可以 聚焦到很小的尺寸, 所以特别适合于精密加工。激光精密加工所用激光器为各种脉 冲或调Q 固体激光器, 半导体激光器, 脉冲Nd:YAG激光器以及最近几年开始不断推广的光纤激光器和紫外激光器等。各种脉冲激光器的聚焦光斑很小, 功率密度很大, 工件加热范围小, 加工精度和定位精度高而且热影响区小。与一般的机械加工相 比较, 激光精密加工具有许多优点 (1加工的对象范围广, 几乎所有的金属材料和非金属材料如钢材、耐热合金、 陶瓷、宝石、玻璃、硬质合金及复合材料都可以加工。 (2加工精度高, 在一般情况下均优于其他传统的加工方法, 如电火花加工、电子束加工等。 (3属于非接触加工, 无工具磨损, 热影响区和变形很小, 因而能加工十分微小的零部件。而且激光束能量可控制, 移动速度可调。 (4自动化程度高, 可以用计算机进行控制, 加工速度快, 工效高, 可很方便地进行任何复杂形状的加工。 (5大部分激光器可与光导纤维系统组合使用, 具有革新性的纤维传送系统与激光器结合大大增加了激光加工系统的方便性与灵活性, 这种组合系统对于工业上的多工作台同时加工及机器人或机械手操纵非常理想。
激光焊接应用 一、激光焊接的主要特性。 激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。 高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。获得了以小孔效应为理论基础的深熔焊接，在机械、汽车、钢铁等工业领域获得了日益广泛的应用。 与其它焊接技术相比，激光焊接的主要优点是： 1、速度快、深度大、变形小。 2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。 3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。 4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。 5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。 6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。尤其是近几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。 7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。 但是，激光焊接也存在着一定的局限性： 1、要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺雨寸小，焊缝窄，为加填充金属材料。若工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺憾。 2、激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资较大。 二、激光焊接热传导。 激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，使金属熔化形成焊接。在激光与金属的相互作用过程中，金属熔化仅为其中一种物理现象。有时光能并非主要转化为金属熔化，而以其它形式表现出来，如汽化、等离子体形成等。然而，要实现良好的熔融焊接，必须使金属熔化成为能量转换的主要形式。为此，必须了解激光与金属相互作用中所产生的各种物理现象以及这些物理现象与激光参数的关系，从而通过控制激光参数，使激光能量绝大部分转化为金属熔化的能量，达到焊接的目的。 三、激光焊接的工艺参数。 1、功率密度。 功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在104~106W/CM2。 2、激光脉冲波形。 激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。 3、激光脉冲宽度。 脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数，也是决定加工设备造价及体积的关键参数。 4、离焦量对焊接质量的影响。 激光焊接通常需要一定的离做文章一，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。 离焦方式有两种：正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离做文章一相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池
光电子技术的应用和发展前景 姓名：曾倬 学号：14021050128 专业：电子信息科学与技术 指导老师：黄晓莉
摘要：光电子技术确切称为信息光电子技术，本文论述了一些新型光电子器件及其发展方向 20世纪60年代激光问世以来，最初应用于激光测距等少数应用，光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。1962年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。经历十多年的初期探索，到70年代，由于有了室温下连续工作的半导体激光器和传输 损耗很低的光纤，光电子技术才迅速发展起来。现在全世界敷设的通信光纤总长超过1000万公里，主要用于建设宽带综合业务数字通信网。以光盘为代表的信息存储和激光打印机、复印机和发光二极管大屏幕现实为代表的信息显示技术称为市场最大的电子 产品。人们对光电神经网络计算机技术抱有很大希望，希望获得功耗的、响应带宽很大，噪音低的光电子技术。
目录 （一）光电子与光电子产业概况 （二）光电子的地位与作用 （三）二十一世纪信息光电子产业将成为支柱产业 （四）国际光电子领域的发展趋势 （五）光电子的应用
（一），光电子及光电子产业概况 光电子技术是一个比较庞大的体系，它包括信息传输，如光纤通信、空间和海底光通信等；信息处理，如计算机光互连、光计算、光交换等；信息获取，如光学传感和遥感、光纤传感等；信息存储，如光盘、全息存储技术等；信息显示，如大屏幕平板显示、激光打印和印刷等。其中信息光电子技术是光电子学领域中最为活跃的分支。在信息技术发展过程中，电子作为信息的载体作出了巨大的贡献。但它也在速率、容量和空间相容性等方面受到严峻的挑战。 采用光子作为信息的载体，其响应速度可达到飞秒量级、比电子快三个数量级以上，加之光子的高度并行处理能力，不存在电磁串扰和路径延迟等缺点，使其具有超出电子的信息容量与处理速度的潜力。充分地综合利用电子和光子两大微观信息载体各自的优点，必将大大改善电子通信设备、电子计算机和电子仪器的性能。 今天，光电子已不再局限传统意义上的用于光发射、光调制、光传输、光传感等的电子学的一
激光检测技术研究现状与发展趋势 提要：激光检测学科发展现状在光电检测领域，利用光的干涉、衍射和散射进行检测已经有很长的历史。由泰曼干涉仪到莫尔条纹，然后到散斑，再到全息干涉，出现了一个个干涉场，物理量（如位移、温度、压力、速度、折射率等）的测量不再需要单独测量，而是整个物理量场一起进行测量。自从激光出现以后，电子学领域的许多探测方法（如外差、相关、取样平均、光子计数等）被引入，使测量灵敏度和测量精度得到大大提高。用激光检测关键技术(激光干涉测量技术、激光共焦测量技术、激光三角测量技术)实现的激光干涉仪、激光位移传感器等，可以完成纳米级非接触测量。可以说，超精密加工技术将随着高精密激光检测技术的发展而发展；在此基础上，提出了激光测量需解决的关键技术及今后的发展方向。 1.测量原理 1.1激光测距原理 先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。
1.2激光测位移原理 激光发射器通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面，经物体反射的激光通过接收器镜头，被内部的CCD线性相机接收，根据不同的距离，CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器就能计算出传感器和被测物体之间的距离。 2.激光测量系统的应用 激光功率和能量是描述激光特性的两个基本参数，激光功率计和能量计是最常用的两类激光测量仪器。随着激光技术的不断发展，对激光测试技术和测量仪器提出了更高要求。由于调Q和锁模激光的出现和应用，要求测量的激光功率已从毫瓦、瓦、千瓦、兆瓦直到千兆瓦以上。激光能量也从毫焦尔逐渐跨过千焦尔。脉冲激光的持续时间也由毫秒、微秒、毫微秒、而缩短至微微秒量级。光谱范围也从紫外、可见、红外扩展到近毫米波段。激光精密测量和某些生物医学方面的研究和应用(如眼科治疗、细胞手术器等)的发展，对激光测量的精度也提出了非常高的要求。 2.1激光非球面检测技术 长期以来，非球面检测技术一直制约着非球面制造精度的提高，尤其对于高精度非球面的检测。规的非球面检测方法如刀口阴影法、激光数字干涉法及接触式光栅测量法等，对于检测工件表面来说都有一定的局限性。原子力显微镜是利用纳米级的探针固定在可灵敏操控的微米级尺度的弹性悬臂上，当针尖很靠近样品时，其顶端的原子与
地理信息系统的应用与发展前景 从20世纪60年代以来，随着网络信息技术等先进技术的不断发展，地理信息系统有了很广泛的应用，并逐渐趋于社会化应用，已成为人们各种活动中不可缺少的系统。本文简要阐述了地理信息系统的相关概念，简单介绍其几项基本的功能，从地理信息系统的发展出发，对地理信息系统的应用以及发展前景进行分析。 所谓地理信息系统主要通过地理空间数据，建立地理模型并进行分析，实现对地理的研究的一种计算机技术系统。其包含的学科比较广泛，涉及了计算机科学、信息科学、地理学等为一体的新兴学科。其功能的全面与系统性，从多维度的地理信息为人们研究与解决地理、环境、灾害、规划等重大问题提供所需的信息资源。地理信息系统作为计算机程序与地理数据组成的地理空间模型，它将客观世界模型化的空间数据，用户可在模型中对空间数据进行分析与预测，方便管理与决策。另外，地理信息系统通过硬软件的结合，使得该系统功能比较多，并有了很广泛的应用。 地理信息系统的相关概念 地理信息系统又被称为GIS，该系统主要通过地理空间数据对地理信息进行收集、储存并分析处理。地理信息系统
经空间的逻辑可扩展至形象思维，而随着人们对地理信息系统的理解逐渐加深，其内涵在不断的丰富，从不同的角度来看其内涵所包含的内容也是各不相同的。第一，从技术上来说，地理信息系统是通过计算机软件与硬件的支持，并进行管理、分析与显示空间数据的信息技术系统。第二，从学科上说，地理信息系统作为一门新兴的交叉学科，主要以测绘学、地理学以及统计学为基础，又通过计算机硬件与软件技术、遥感技术等先进技术支持。第三，从用途上来说，地理信息系统作为一个工具箱，主要包括了采集、存储、管理、处理分析以及现实空间数据等。 我国地理信息系统的发展概况 我国的地理信息系统起步比较晚，但发展速度却非常快，在经过40多年的研究开发与使用，我国的地理信息系统逐渐趋于成熟。在我国对其发展的概况来看，可将其分为三个阶段：一是起步阶段，20世纪70年代初，我国开始将电子计算机应用到测量、绘图等领域中。而在这阶段，国家测绘机研究出了地形测量与航空摄影城图等，为地理信息系系统的发展奠定了基础。且在这一阶段，确立了地理信息系统概念，并逐渐开展了对地理系信息系统的研究与人才培养。二是科研试验阶段。从20世纪80年代开始，我国重视对遥感技术的发展与应用，地理信息系统进入科研?验的阶段。此阶段遥感应用研究所成立，成为专门研究地理信息系
浅谈激光加工技术的发展及应用 浅谈激光加工技术的发展及应用 【摘要】因为激光的加工技术的优点是生产的效率极高、加工的质量极好、适用的范围很广等，所以越来愈多的人希望在很多的领域中使用激光加工技术。本文介绍其相关的理论，重点论述其发展和应用。 【关键词】激光加工技术相关理论发展应用 一、前言 近年来重大的发明之一是激光技术。随着社会经济的快速发展，把激光器当成基础的激光加工的技术得到了快速发展。目前其正在被广泛应用在生产、通讯、医疗、军事及科研等多种领域。并且在这些领域都取得了非常好的经济与社会的效益，是我国未来经济的发展的关键。 二、激光加工技术相关理论 笔者认为，了解与应用激光加工技术需要对其相关理论深入的研究。以下笔者从其原理和特点来介绍激光加工技术。 （一）原理 激光加工能够获得极高的能量密度与极高的温度是因为采用的光学系统能够让激光聚焦成为一个非常小的光斑，在这样的高温下，每种坚硬的材料都会被瞬间熔化与气化，然后熔化物被气化而产生的蒸汽压力推动，以很高的速度喷射出来，从而实现了对工件加工的特种加工方法。 （二）特点 激光加工的技术对于加工工具与特殊环境没有要求，不会造成工具的磨损，易于使用自动控制来进行连续加工，且加工效率极高；同时激光的强度极高，聚焦后差不多能够熔化和气化全部的材料，所以能够加工所有硬度的金属与非金属的材料；加上激光加工是属于非接触的加工，及加工速度非常的快，工件没有受力与受热而产生变形；其还能聚焦成为极小的光斑（微米级），能够调节输出的功率，所以
可进行精密且细微的加工。这些均是激光加工优点。但由于其设备的投资比较大，及操作和维护技术要求比较高；且在精微加工的时候，重复的精度与表面的粗糙度难以保证等。这些缺点尽管在一定的程度上缩小了其应用规模，也限制了其发展，但是由于进一步的研究，越来越成熟的技术，激光加工技术有着非常广阔的发展前景。 三、激光加工技术的发展及应用 近年来，由于激光加工技术的快速发展，其被应用于许多的领域。以下是笔者从激光器与激光加工技术领域来介绍激光加工技术的发展，同时介绍目前激光加工技术的具体应用。 （一）激光加工技术的发展 了解激光加工技术的发展，就要研究激光器以及其应用的领域的变化。只有这样才能从根本上了解其发展。 迅速发展的激光器。我国研制出的第一台激光器是在1961年。通过几十年的努力，我国的激光器技术快速的发展起来了，从固体的激光器到气体的激光器，再到如今光纤的激光器、半导体的激光器与飞秒的激光器。光纤的激光器与传统激光器来比较，其优势是功率输出大，光束的质量较好，转换的效率较高，良好的柔性传输等。其在使用激光加工技术加工材料中有着极大的吸引力。现在应用于使用激光来打标、切割以及焊接。而飞秒的激光器则能够使超精微的加工可以实现。其在高技术的领域如微电子、光子学等应用的前景极宽广。同时半导体的激光器正在被直接用在焊接、热处理等方面。总之激光器的迅速发展导致了激光加工技术的快速发展。 广泛的应用领域。激光加工是在机械加工、力加工、火焰加工与电加工之后新产生的一种的加工技术，是借助激光束和物质相互作用的特性，对材料进行切割、焊接、表面处理、打孔以及微加工的综合性技术。激光焊接广泛应用在汽车的零件、密封的器件等多种要求焊接无污染与无变形的器件。激光切割主要应用在汽车的行业、航天的工业等领域。而激光打孔则应用在汽车的制造、化工等产业。广泛的应用领域也使得激光加工技术快速发展。 （二）激光加工技术的应用 激光加工技术在我国的许多领域里占据着重要的位置，以下是笔
光电雷达技术 课程论文 题目激光雷达技术的应用现状及应用前景
专业光学工程 姓名白学武 学号2220140227 学院光电学院 2015年2月28日 摘要：激光雷达无论在军用领域还是民用领域日益得到广泛的应用。介绍了激光雷达的工作原理、工作特点及分类，介绍了它们的研究进展和发展现状，以及应用现状和发展前景。 引言 激光雷达是工作在光频波段的雷达。与微波雷达的T作原理相似，它利用光频波段的电磁波先向目标发射探测信号，然后将其接收到的同波信号与发射信号相比较，从而获得目标的位置(距离、方位和高度)、运动状态(速度、姿态)等信息，实现对飞机、导弹等目标的探测、跟踪和识别。 激光雷达可以按照不同的方法分类。如按照发射波形和数据处理方式，可分为脉冲激光雷达、连续波激光雷达、脉冲压缩激光雷达、动目标显示激光雷达、脉冲多普勒激光雷达和成像激光雷达等：根据安装平台划分，可分为地面激光雷达、机载激光雷达、舰载激光雷达和航天激光雷达；根据完成任务的不同，可分为火控激光雷达、靶场测量激光雷达、导弹制导激光雷达、障碍物回避激光雷达以及飞机着舰引导激光雷达等。 在具体应用时，激光雷达既可单独使用，也能够同微波雷达，可见光电视、
红外电视或微光电视等成像设备组合使用，使得系统既能搜索到远距离目标，又能实现对目标的精密跟踪，是目前较为先进的战术应用方式。 一、激光雷达技术发展状况 1.1关键技术分析 1.1.1空间扫描技术 激光雷达的空间扫描方法可分为非扫描体制和扫描体制，其中扫描体制可以选择机械扫描、电学扫描和二元光学扫描等方式。非扫描成像体制采用多元探测器，作用距离较远，探测体制上同扫描成像的单元探测有所不同，能够减小设备的体积、重量，但在我国多元传感器，尤其是面阵探测器很难获得，因此国内激光雷达多采用扫描工作体制。 机械扫描能够进行大视场扫描，也可以达到很高的扫描速率，不同的机械结构能够获得不同的扫描图样，是目前应用较多的一种扫描方式。声光扫描器采用声光晶体对入射光的偏转实现扫描，扫描速度可以很高，扫描偏转精度能达到微弧度量级。但声光扫描器的扫描角度很小，光束质量较差，耗电量大，声光晶体必须采用冷却处理，实际工程应用中将增加设备量。 二元光学是光学技术中的一个新兴的重要分支，它是建立在衍射理论、计算机辅助设计和细微加工技术基础上的光学领域的前沿学科之一。利用二元光学可制造出微透镜阵列灵巧扫描器。一般这种扫描器由一对间距只有几微米的微透镜阵列组成，一组为正透镜，另一组为负透镜，准直光经过正透镜后开始聚焦，然后通过负透镜后变为准直光。当正负透镜阵列横向相对运动时，准直光方向就会发生偏转。这种透镜阵列只需要很小的相对移动输出光束就会产生很大的偏转，透镜阵列越小，达到相同的偏转所需的相对移动就越小。因此，这种扫描器的扫
论述gis的应用和发展前景 GIS系统是将描述“在什么地方”的信息与描述“这是什么”的信息相链接的制图软件。与画在纸上的地图不同，GIS是“所见即所得”的，一个GIS地图关联许多不同的层信息。 一幅画在纸上的地图，你所能做的操作就是打开它。这时候展现在你面前的是关于城市、道路、山峦、河流、铁道和行政区划的一些表现。城市在这些地图上只能用一个点或一个圈表示、道路是一条黑线、山峰是一个很小的三角、而湖泊则是一个蓝色的块。 同纸质地图一样，GIS产生的数字地图也是用象素或点表示诸如城市这样的信息，用线表示道路这样的信息、小块表示湖泊等信息。 但是不同的是，这些信息都来自数据库，并且只在用户选择显示它们的时候才被显示。数据库中存储着诸如这个点的位置、道路的长度、甚至湖泊的面积等信息。 数字地图上的每一条信息都位于一个层上，用户可以根据需要打开或关闭这些层。一个层也许构成了一个地区所有的道路信息，另外的层也许表现了同一个地区所有湖泊的信息。当然，也许还会有一个层描述所有的城市信息。 为什么分层是如此重要呢？GIS同纸质地图相比，强大之处就是运用GIS你可以根据你行动的目的去选择你想看的信息。 商人们为某一特定城市绘制客户地图所显示的信息当然与市政工程师希望看到的同一城市自来水管线信息非常不同。这两幅地图都是以相同的街道和街区地图为基础的，但是他们在这张地图上添加了不同的信息。 1 GIS技术发展概况 在新兴的信息产业中，GIS(Geographic Information System,地理信息系统)作为集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学和治理科学及相关学科等为一体的新兴边缘学科，近30年来迅速兴起。GIS将计算机技术和空间地理分布数据相结合，通过系统建立、空间操作与模型分析，为地球科学、环境科学和工程设计、乃至企业治理等方面的规划、治理和决策提供有用的信息。目前GIS在国内外应用领域已相当广泛，不但成功地应用于测绘、制图、资源和环境等领域，而且已成为城市规划、公共设施治理、工程建设等的重要工具，此外GIS还进入了军事战略分析与决策、商务策划、文教卫生乃至人
激光的应用与发展趋势 摘要：激光作为新能源代表，在许多领域都有更广泛应用。本文从激光在当今社会的地位谈起，接着介绍激光在几大领域的应用现状，最后又分析了激光器以及全球激光产业发展趋势。 关键词：激光；激光产业；发展趋势 1.激光在当今社会的地位 激光器的发明是20世纪中能与原子能、半导体、计算机相提并论的重大科技成就。自诞生到现在得到了迅速发展，激光光源的出现是人工制造光源历史上的又一次革命。我国激光技术在起步阶段就发展迅速，无论是数量还是质量都和当时国际水平接近。一项创新性技术能够如此迅速地赶上世界先进行列，这在我国近代科技发展史上并不多见。能够将物理设想、技术方案顺利地转化成实际激光器件，主要得力于长春光机所多年来在技术光学、精密机械方面的综合能力和坚实基础。一项新技术的开发，没有足够技术支撑很难形成气候]1[。 2.激光的应用现状 2.1激光在自然科学研究上应用 2.1.1非线性光学反应 在熟悉的反射、折射、吸收等光现象中，反射光、折射光的强度与入射光的强度成正比，这类现象称为线性光学现象。如果强度除了与入射光强度成正比外，还与入射光强调成二次方、三次方乃至更高的方次，这就属非线性光学效应。这些效应只有在入射光足够大时才表现出来。 高功率激光器问世后，人们在激光与物质相互作用过程中观察到非线性光学现象，如频率变换，拉曼频移，自聚焦，布布里渊散射]2[等。 2.1.2用激光固定原子 气态原子、分子处于永不停息运动中（速度接近340 m/s），且不断与其它原子，
分子碰撞，要“捕获”操作它们十分不易。1997年华裔科学家、美国斯坦福大学朱棣文等人，首次采用激光束将原子数冷却到极低温度，使其速度比通常做热运动时降低，达到“捕获”操作的目的。 具体做法是，用六路俩俩成对的正交激光束，用三个相互垂直的方向射向同一点，光束始终将原子推向这点，于是约106个原子形成的小区，温度在240 ]3[以下。这样使原子的速度减至10 m/s两级。后来又制成抗重力的光-磁陷阱，使原子在约1s 内从控制区坠落后被捕获。 此项技术在光谱学、原子钟、研究量子效应方面有着广阔的应用前景。 2.2激光测距、激光雷达 利用激光的高亮度和极好的方向性，做成激光测距仪，激光雷达和激光准直仪。激光测距的原理与声波测距原理类似。 激光雷达与激光测距的工作原理相似，只是激光雷达对准的是运动目标或相对运动目标。利用激光雷达又发展了远距离导弹跟踪和激光制导技术，这些在1991年海湾战争中都已投入使用。激光制导导弹，头部有四个排成十字形的激光接收器（四象限探测仪）。四个接收器收到的激光一样多，就按原来方向飞行；有一个接收器接受的激光少了，它就自动调整方向。另一类激光制导是用激光束照射打击目标，经目标反射的激光被导弹上的接收器收到，引导导弹击中目标。 激光准直仪]4[起到导向作用，例如在矿井坑道的开挖过程中为挖掘机导向。激光准直仪还被用在安装发动机主轴系统等对方向性要求很高的工作中。 2.3激光在工业应用 激光加工代表精密加工装备未来的发展方向，体现着一个国家的生产加工能力、装备水平和竞争能力。目前，激光加工技术在各种仅金属与非金属材料加工中的应用非常广泛。 工业激光器目前主要包括CO2激光器]5[、固体激光器、半导体激光器等。这几种激光器各具优点，如CO2激光器的成本最低，固体激光器的光束质量好，半导体激光器的出光效率高。 光纤激光器是未来新一代激光技术的发展方向，它具有常规固体激光器所不具备的许多优点。然而激光器服务的机床企业非常谨慎，终端用户对激光器本身的印象远不及对系统那么深刻。
激光的发明及广泛应用摘要：激光器的发明是20世纪科学技术有划时代意义的一项成就。从近代一开始，激光理论、激光器件、激光应用各方面的研究广泛开展，各种激光器如雨后春笋一般涌现。几十年来，激光科学成果累累，已成为影响人类社会文明的又一重要因素。 关键字：受激辐射粒子数反转放大器 1960年5月16日，世界上第一个激光器——红宝石激光器发出了一束神奇的光，它的名字叫“激光”。最初中文的名称叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译。LASER是英文“受激辐射的光放大”的缩写。 什么叫做“受激辐射”？他基于伟大的科学家爱因斯坦在1916年提出了的一套全新的理论。这一理论是说在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。 普朗克的能量子假说和爱因斯坦的光量子理论为量子电子学的发展奠定了基础。特别是爱因斯坦1916年对辐射
理论的分析，为激光提供了理论基础。 而美国马萨诸塞州坎布里奇的麻省理工学院的汤斯（CharlesH．Townes，1915—）也为此做出了不可磨灭的贡献。他研究的是微波和分子之间的相互作用。他计算出把分子束系统的高能态与低能态分开，并使之馈入腔中的条件。他还考虑到腔中应充有电磁辐射以便激发分子进一步辐射，从而提供了反馈，保持持续振荡。 这时拍赛尔和庞德在哈佛大学已经实现了粒子数反转，不过信号太弱，人们无法加以利用。当时人们已经认识到，粒子数反转是放大的必要条件。汤斯认为是粒子没有办法放大。他一直在苦思这个问题。他设想如果将介质置于诸振腔内，利用振荡和反馈，也许可以放大。汤斯很熟悉无线电工程，所以别人没有想到的，他先想到了。 汤斯开始按他的新方案进行工作。这个组的成员有博士后齐格尔（H．J．Zeiger）和博士生戈登（J．P．Gordon）。后来齐格尔离开哥伦比亚，由中国学生王天眷接替。汤斯选择氨分子作为激活介质。这是因为他从理论上预见到，氨分子的锥形结构中有一对能级可以实现受激辐射，跃迁频率为23870 MHz。氨分子还有一个特性，就是在电场作用下，可以感应产生电偶极矩。氨的分子光谱早在1934年即有人用微波方法作出了透彻研究。1946年又有人对其精细结构作了观察，这都为汤斯的工作奠定了基础。
物联网的应用领域与发展前景 姚程宽张新华詹喆 （安庆医药高等专科学校公共基础部安徽安庆246003） 摘要：物联网是互联网发展到今天的高级产物，目前还没有对物联网权威的定义。从技术的角度说，任何一个互联互通的网络都可以实现，比如电信、移动、联通、广电等，也可以是一个独立局域网。对于普通用户来说，物联网重要的不是网络本身，而是基于这些网络的应用服务。能从这些网络中得到哪些服务，这才是与我们的工作生活相关的。简单的说：服务才应该是物联网的关注点。本文介绍了物联网的概念，并从工业、农业、教育和生活等方面详细介绍了物联网的应用，并分析了物联网在中国的发展前景。 关键词：物联网；感知技术；服务 物联网是近两三年来非常热门的科技词汇之一，他的英文是：“The Internet of things”，简写成IOT。简单的说物联网就是物和物互联的网络，它利用并融合感知技术、识别技术、网络技术、通讯技术和云计算等技术，把控制器、传感器、人和物等连接起来，实现物和物，人与物的连接，最终得到智能化的网络，被广泛认为是信息产业的第三次革命。物联网是互联网发展的高级产物，它利用互联网以及互联网上的所有资源，继承了互联网上的所有应用，同时物联网保留了自身资源和设备的个性化和私有化。
1.物联网的应用领域 1.1物联网在工业中的应用 （1）制造业供应链管理物联网应用于原材料采购、销售和库存领域，通过完善并优化供应链的管理体系，从而提高效率，降低成本。 （2）生产过程工艺优化物联网技术能提高工业生产线上的过程检测、生产设备监控、材料消耗监测、实时参数采集的能力和水平，有助于生产过程智能监控、智能诊断、智能控制、智能维护、智能决策，从而改进生产过程，优化生产工艺，提高产品质量。 （3）安全生产管理把感应器或感知设备安装在矿工设备、矿山设备、油气管道等危险设备中，可以感知在危险环境中的设备机器、工作人员等方面的安全信息，将现有单一、分散、独立的网络监管平台提升为多元、系统、开放的综合监管平台，以实现快捷响应、实时感知、准确辨识和有效控制等。 （4）环保检测及能源管理环保设备融入物联网可以对工业生产过程产生的各类污染源及污染治理关键指标进行实时监控[1]。 1.2物联网在农业中的应用 （1）食品安全溯源系统加强农副产品从生产到销售到最终消费者整个流程的监管，降低食品安全隐患。通过安装电子芯片，物联网技术可以追溯芯片的编码查询产地、生产日期以及检验检疫情况。
半导体激光器的发展与运用 0 引言激光器的结构从同质结发展成单异质结、双异质结、量子 阱 （单、多量子阱）等多种形式, 制作方法从扩散法发展到液相外延（LP日、气相外延（VPE）、分子束外延（MBE）、金属有机化合物气相淀积（MOCVD）、化学束外延（CBE 以及它们的各种结合型等多种工艺[5].半导体激光器的应用范围十分广泛，而且由于它的体积小，结构简单,输入能量低,寿命长,易于调制和价格低等优点, 使它已经成为当今光电子科学的核心技术,受到了世界各国的高度 重视。 1 半导体激光器的历史 半导体激光器又称激光二极管（LD）。随着半导体物理的发展,人们早在20 世纪50 年代就设想发明半导体激光器。 20 世纪60 年代初期的半导体激光器是同质结型激光器, 是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器。在1962 年7 月召开的固体器件研究国际会议上,美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（KeyeS和奎斯特（Quist、报告了砷化镓材料的光发射现象。 半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器,它是由两种不同带隙的半导体材料薄层，如GaAs,GaAIAs所组成的激光器。单异质结注人型激光器（SHLD，它是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP 一N 结的P 区之内,以此来降低阀值电流密度的激光
器。 1970 年,人们又发明了激光波长为9 000? 在室温下连续工作的双异质结GaAs-GaAlAs（砷化稼一稼铝砷）激光器. 在半导体激光器件中,目前比较成熟、性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注人式GaAs 二极管激光器. 从20 世纪70 年代末开始, 半导体激光器明显向着两个方向发展,一类是以传递信息为目的的信息型激光器;另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器。在泵浦固体激光器等应用的推动下, 高功率半导体激光器（连续输出功率在100W 以上,脉冲输出功率在5W 以上, 均可称之谓高功率半导体激光器）在20 世纪90 年代取得了突破性进展,其标志是半导体激光器的输出功率显著增加,国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化,国内样品器件输出 已达到600W另外，还有高功率无铝激光器、红外半导体激光器和量子级联激光器等等。其中,可调谐半导体激光器是通过外加的电场、磁场、温度、压力、掺杂盆等改变激光的波长,可以很方便地对输出 光束进行调制。 20 世纪90 年代末,面发射激光器和垂直腔面发射激光器得到了迅速的发展。 目前,垂直腔面发射激光器已用于千兆位以太网的高速网络,为了满足21 世纪信息传输宽带化、信息处理高速化、信息存储大容量以及军用装备小型、高精度化等需要,半导体激光器的发展趋势主要是向高速宽带LD大功率LD短波长LD盆子线和量子点激光器、中红外LD
激光焊接工艺详解 随着科学技术的发展，近年来出现了激光焊接。那么什么是激光焊接呢？激光焊接的特点与优点又有哪些呢？ 下图是激光焊接的工作原理： 首先，什么是激光？世界上的第一个激光束于1960年利用闪光灯泡激发红宝石晶粒所产生，因受限于晶体的热容量，只能产生很短暂的脉冲光束且频率很低。虽然瞬间脉冲峰值能量可高达106瓦，但仍属于低能量输出. 激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束，假如焦点靠近工件，工件就会在几毫秒内熔化和蒸发，这一效应可用于焊接工艺高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。激光焊接设备的关键是大功率激光器，主要有两大类，一类是固体激光器，又称Nd:YAG 激光器。Nd（钕）是一种稀土族元素，YAG代表钇铝柘榴石，晶体结构与红宝石相似。Nd:YAG激光器波长为1.06μm，主要优点是产生的光束可以通过光纤传送，因此可以省往复杂的光束传送系统，适用于柔性制造系统或远程加工，通常用于焊接精度要求比较高的工件。汽车产业常用输出功率为3-4千瓦的Nd:YAG激光器。另一类是气体激光器，又称CO2激光器，分子气体作工作介质，产生均匀为10.6μm的红外激光，可以连续工作并输出很高的功率，标准激光功率在2-5千瓦之间。 与其它传统焊接技术相比，激光焊接的主要优点是： 1、速度快、深度大、变形小。 2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。 3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。 4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。 5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。 6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远间隔焊接，具有很大的灵活性。尤其是近几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。 7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。
细胞工程的应用及发展前景 姓名:刘长红学号：200908010310 专业：生物科学3班 摘要：细胞工程，就是以细胞为单位，按人们的意志，应用细胞生物学、分子生物学等理论和技术，有目的地进行精心设计，精心操作，使细胞的某些遗传特性发生改变，达到改良或产生新品种的目的，以及使细胞增加或重新获得产生某种特定产物的能力，从而在离体条件下进行大量培养、增殖，并提取出对人类有用的产品的一门应用科学和技术。它主要由上游工程（包括细胞培养、细胞遗传操作和细胞保藏）和下游工程（即将已转化的细胞应用到生产实践中用以生产生物产品的过程）两部分构成。当前细胞工程所涉及的主要技术领域包括细胞融合技术、细胞器特别是细胞核移植技术、染色体改造技术、转基因动植物技术和细胞大量培养技术等方面。 关键字：细胞工程，实际应用，发展前景 1.引言 当前细胞工程细胞工程是生物工程的一个重要方面。总的来说，它是应用细胞生物学和分子生物学的理论和方法，按照人们的设计蓝图，进行在细胞水平上的遗传操作及进行大规模的细胞和组织培养。。所涉及的主要技术领域有细胞培养、细胞融合、细胞拆合、染色体操作及基因转移等方面通过细胞工程可以生产有用的生物产品或培养有价值的植株，并可以产生新的物种或品系。细胞工程与基因工程一起代表着生物技术最新的发展前沿，伴随着试管植物、试管动物、转基因生物反应器等相继问世，细胞工程在生命科学、农业、医药、食品、环境保护等领域发挥着越来越重要的作用。 1.细胞工程的概念及研究内容 1.1细胞工程 具体是指应用现代细胞生物学、发育生物学、遗传学和分子生物学的理论与方法，按照人们的需要和设计，在细胞水平上的遗传操作，重组细胞的结构和内含物，以改变生物的结构和功能，即通过细胞融合、核质移植、染色体或基因移植以及组织和细胞培养等方法，快速繁殖和培养出人们所需要的新物种的生物工程技术。21世纪合成生物学的发展，采用计算机辅助设计、DNA或基因合成技术，人工设计细胞的信号传导与基因表达调控网络，乃至整个基因组与细胞的人工设计与合成，从而刷新了基因工程与细胞工程技术，并将带来生物计算机、细胞制药厂、生物炼制石油等技术与产业革命。 1.2细胞工程的研究内容 动植物细胞与组织培养、细胞融合（新的物种或品系、单克隆抗体）、细胞核移植（无性繁殖、克隆动物）、染色体工程（多倍体育种，例：八倍体小黑麦）、胚胎工程（优良品种、试管婴儿）、干细胞与组织工程（胚胎干细胞、组织干细胞）、转基因生物与生物反应器（转基因动物、转基因植物） 2.细胞工程的应用 2.1细胞工程在植物方面的应用
浅谈21世纪激光技术的发展与应用 Discussion of laser development and application of 21 century 专业：光电信息工程 姓名：陈斐然 学号：080212139 指导老师：张磊
21世纪激光技术的发展与应用 摘要：20世纪以来，激光是继原子能、计算机、半导体之后的又一重大科技发明。在有充分的理论准备和生产实践需要的背景下，激光技术应运而生。它一问世就获得了异乎寻常的快速发展。激光在现代通信领域有着广泛的应用。它在扩大通信容量，缓和通信频段拥挤，提高通信安全等方面都发挥着极为重要的作用。 关键词：激光技术现代通讯激光通信光子晶体能量衰减 Discussion of laser development and application of 21 century Abstract ：Since the 20th century, laser is another major technological invention after the atomic energy, computer, semiconductor .Under the background of a full theories preparation and production practice needs,the laser technology arises at the historic moment. It comes out to obtain the unusually rapid development. Laser in modern communication field have a wide range of applications. In expanding communication capacity, easing communication frequency crowded and improving the communication security aspects, it plays an extremely important role. Key words:laser technology; modern communication; laser communications; photonic crystal; energy attenuation 一、激光的发展历程 1960年5月16日，世界上第一个激光器——红宝石激光器发出了一束神奇的光，它的名字叫“激光”。最初中文的名称叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译。LASER是英文“受激辐射的光放大”
激光焊接技术应用及其发展趋势 摘要：本文论述了激光焊接工艺的特点、激光焊接在汽车工业、微电子工业、生物医学等领域的应用以及研究现状，激光焊接的智能化控制，论述激光焊接需进一步研究与探讨的问题。关键词：激光焊接；混合焊接；焊接装置；应用领域 引言 激光焊接是激光加工材料加工技术应用的重要方面之一。70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属于热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，随着高功率CO2和高功率的Y AG激光器以及光纤传输技术的完善、金属钼焊接聚束物镜等的研制成功，使其在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等领域的应用越来越广。目前的研究主要集中于C02激光和YAG激光焊接各种金属材料时的理论，包括激光诱发的等离子体的分光、吸收、散射特性以及激光焊接智能化控制、复合焊接、激光焊接现象及小孔行为、焊接缺陷发生机理与防止方法等，并对镍基耐热合金、铝合金及镁合金的焊接性，焊接现象建模与数值模拟，钢铁材料、铜、铝合金与异种材料的连接，激光接头性能评价等方面做了一定的研究。 一、激光焊接的质量与特点 激光焊接原理：激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。图1显示在不同的辐射功率密度下熔化过程的演变阶段[2]，激光焊接的机理有两种： 1、热传导焊接 当激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，将光能转化为热能而加热熔化，材料表面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递，最后将两焊件熔接在一起。 2、激光深熔焊 当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热能，材料被加热熔化至汽化，产生大量的金属蒸汽，在蒸汽退出表面时产生的反作用力下，使熔化的金属液体向四周排挤，形成凹坑，随着激光的继续照射，凹坑穿人更深，当激光停止照射后，凹坑周边的熔液回流，冷却凝固后将两焊件焊接在—起。 这两种焊接机理根据实际的材料性质和焊接需要来选择，通过调节激光的各焊接工艺参数得到不同的焊接机理。这两种方式最基本的区别在于：前者熔池表面保持封闭，而后者熔池则被激光束穿透成孔。传导焊对系统的扰动较小，因为激光束的辐射没有穿透被焊材料，所以，在传导焊过程中焊缝不易被气体侵入；而深熔焊时，小孔的不断关闭能导致气孔。传导焊和深熔焊方式也可以在同一焊接过程中相互转换，由传导方式向小孔方式的转变取决于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脉冲持续时间。激光脉冲能量密度的时间依赖性能够使激光焊接在激光与材料相互作用期间由一种焊接方式向另一种方式转变，即在相互作用过程中焊缝可以先在传导方式下形成，然后再转变为小孔方式。 1、激光焊接的焊缝形状 对于大功率深熔焊由于在焊缝熔池处的熔化金属，由于材料的瞬时汽化而形成深穿型的圆孔空腔，随着激光束与工件的相对运动使小孔周边金属不断熔化、流动、封闭、凝固而形成连续焊缝，其焊缝形状深而窄，即具有较大的熔深熔宽比，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：l，最高可达10：1。图2显示四种焊法在316不锈钢及DUCOLW30钢上的焊缝截面形