激光科学的发展与应用

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，

1 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。

耋　一　中国高．｝技术企业　

激光技术发展及应用　

文／吴晓东　

【摘要】　激光是当代最重要的科技成就之一。本文介绍了激光产生的机理，激光的特点、激光技术的发展以　及激光技术的应用与展望。　【关键词】激光技术能级受激辐射　激光是２０世纪６０年代出现的最重大科学技术成就之一，它的　出现深化了人们对光的认识，扩大了光为人类服务的天地。　激光是基于受激发射放大原理而产生的一种相干辐射。能够　发射出激光的实际装置，称之为激光器，普通光由原子群中的原子　无秩序地、个体自发发光产生，而激光的产生，则是控制了原子群，　使之集体化地。有组织有纪律地发光，就是说，激光是由原子群的集　体化受激发光产生的。　一、激光是怎样产生的　物质是由原子、分子构成的，原子具有内能，内能的大小不能　连续变化，是一步一步分开的，我们把这种分开的能量叫能级，当　原子从一个定态跃迁到另一个定态时，发出或吸收电磁辐射。原子　在一对能级间发出跃迁时，发出或吸收的辐射之频率ｖ决定于如下　关系：　ｈｖ－－Ｅｎ—Ｅｍ或ｖ＝　１一旦ｍ＿　ｆ１１　ｎ　原子从高能级向低能级的跃迁，它们对应于光的发射过程。与　每个发射过程对应地都有～个从低能级向高能级的跃迁，即光的吸　收过程。两个过程都满足同一频率条件，即上式（１）　原子能级中能量最低的叫基态，其余的叫做激发态，在气体　中．个别原子处在哪个能级上，是带有偶然性的，并且能过相互碰撞　以及电磁辐射的相互作用面不断发生跃迁。但是过到热平衡态后，　各能级上原子数目的多少服从一定的统计规律，即Ｅ１和Ｅ２能级的　原子数之比为　Ｎ２／Ｎ１　ｅ—Ｅ２－Ｅ１／ＫＴ＜１　（２）　光的发射过程实际上有两种。一是在没有外来光子的情况下处　于高能级的原子有一定的几率自发地向低能级的跃迁，从而发出一　个光子来，这种过程叫做自发辐射。另一发射过程是在满足上述频　率条件的外来光子的激励下高能级的原子向低能级的状态跃迁，并　发出一个同频率的光子来这种过程叫做受激辐射。自发辐射是一个　随机过程，处在高能级的原子什么时候自发地发射光子带有偶然　性．所以气体中各原子在自发辐射过程中发出的光子，其位相、偏振　状态、传播方向都没有确定的联系。也就是说，自发辐射的光波是非　相干的。然而受激辐射击的光波，其频率、位相、偏振状态和传播方　向都与外来的光波相同。　光的吸收过程是低能级的原子吸收了满足上述频率条件的外　来光子而跃迁到高能级的过程。由于气体中原子在各能级上有一定　的统计分布．所以在满足上述频率条件的外来光束的照射下，两能　级间受激吸收和受激辐射这两个相反的过程总是同时存在，相互竞　争，其宏观效果是两者之差。当吸收过程比受激辐射过程强时，宏观　看来光强逐渐减弱（光吸收）；反之，当受激辐射过程比吸收过程强　时。宏观看来光强逐渐增强（光放大）。　

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激光技术的发展及应用

引言

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。

“激光”一词是“LASER”的意译。LASER原是Light amplification by

stimulated emissi on of radiation取字头组合而成的专门名词，在我国曾被翻译成“莱塞”、“光激射器” 、“光受激辐射放大器”等。激光具有普通光源发出的光的所有光学特性，是上世纪 60 年代所诞生和发展起来的新技术。1964年，钱学森院士提议取名为“激光”，既反映了“受激辐射”的科学内涵，又表明它是一种很强烈的新光源，贴切、传神而又简洁，得到我国科学界的一致认同并沿用至今。

激光不是普通的光，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。

一 、激光发展史

激光技术的启蒙研究发展就完全印证了上面的话。最早对激光做出理论研究的人是爱因斯坦，1916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，新发出的光子不仅在2

频率方面与外来光子相一致，而且在发射方向、偏振态以及位相等方面均与外来光子相一致，因此，受激辐射具有相干性；在发生受激辐射时，一个光子变成了两个光子，利用这个特点，可实现光放大，并且能够得到自然条件下得不到的相干光．

受激辐射提出后，陆续有科学家进行研究。如1916-1930年间拉登堡及其合作者对氖的色散的研究并于1933年绘制出色散系数随放电带电流密度变化的曲线。1940年法布里坎特首先注意到了负吸收现象。这一阶段发展并不迅速。到了第二次世界大战之后，1947年兰姆和雷瑟夫指出通过粒子数反转可以受激辐射，从此激光理论的研究开始突破。1952年帕塞尔及其合作者实现了粒子数反转，观察到了负吸收现象。第二年，韦伯产生了利用受激辐射诱发原子或分子，从而放大电磁波的思想，进而提出了微波辐射器的原理。1957年斯科威尔实现了固体顺磁微波激射器。既然微波可以激发受激辐射，那么红外乃至可见光等也应该可以。1958年汤斯和肖洛发表了著名的“红外与光学激射器”一文，1959年汤斯提出了建造红宝石激光器的建议。终于1960年由休斯航空公司的莱曼建造出第一部可用的激光装置。（我国第一台红宝石激光器于15个月后的1961年8月建成。）从此人类拥有了激光这一利器。

科技文献检索作业

题目：激光焊接技术的应用及发展

班级：

姓名：

学号：

激光焊接技术的应用及发展

高伟

（沈阳工业大学 材料科学与工程学院 辽宁 沈阳）

摘 要：激光焊接作为一种新型的焊接方法，已经在越来越多的领域得到广泛的应用。本文对激光焊接技术的概况、国内外激光焊接技术的研究现状、激光焊接技术的应用、激光焊接技术的发展等方面进行了综述。希望对激光焊接技术的应用和发展有一个比较全面的了解。

关键字：激光焊接技术 应用领域 发展

Abstract: As a new technology, laser welding is widely applied in mangy fields. The

general situation of laser welding technology, the research situation of domestic and foreign

laser welding technology, application of laser welding technology and the development tend of

laser welding technology are summaries in this paper. Through this paper we get a quite

comprehensive understanding to the laser welding technology application and development.

Key words: laser welding, application fields, development

引 言

激光焊接作为一种新型的焊接技术已被广泛的应用于IT、医疗、电子、汽车、机械和航天等行业，为优质、高效、无污染和低成本的现代加工生产开辟了广阔的前景。由于具有很高的适应性、很强的加工能力以及更加先进的质量检测手段，激光焊接在许多行业已经逐步取代了一些传统的焊接技术。