激光报告.ppt

1.3 2017年中国激光产业区域环境
华东
山东
江苏 上海 浙江
产业规模：80-100亿元↑↑↑
激光器 激光测量
激光加工 激光医疗
激光器
半导体 激光器
光纤 激光器
激光加工
激光 标记
激光 切焊
激光显示
激光 投影
激光 电视
激光热处理
激光 淬火
激光 熔覆
代表企业 科研机构
德龙激光、嘉泰激光、天弘激光、领创激光、波 长光电、中科煜宸等 中科院上海光机所、江苏大学、中科院上海技术 物理研究所、中科院上海应用物理研究所、上海 交大、复旦大学等
出口金额（百万美元）
497.5 516.6 471.1
2014 2015 2016 进口金额（百万美元）
608.6 2017
◆ 进出口总数量和总 金额上升
◆ 进口激光元器件的 总金额创新高
核心激光元器件依赖进口 的现象未得到本质改观
◆ 我国已发展成为全球最 大的集成电路设备市场， 伴随着大量的集成电路 制造设备的引进
源电子元件及无源集成技术
范国滨 60 强激光技术
中国工程物理研究院
顾敏（澳 58 微纳米光子学、光电子学成像、物理光学、离化层 皇家墨尔本理工大学
大利亚籍）
物理、激光等离子体物理、激光物理
97.1
105.2
124.3 18.0%
130.6
20.0% 15.0%
8.0%
10.0%
40 5.0% 5.0%
20
0 2012
2013
2014
2015
2016
2012-2018年全球激光器销售收入（亿美元）
2017 增长率

4
激光的相干性比普通光 强很多，可用于精密测 量和全息照相等领域。
激光器组成及工作原理
激光器组成
激光器一般由工作物质、激励源和光学谐振腔三部分组成。
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工作原理
在激励源的作用下，工作物质中的电子被激发到高能级，形 成粒子数反转分布。当这些电子从高能级跃迁到低能级时， 会辐射出与激励源频率相同的光子，并在光学谐振腔内得到 放大和反馈，最终形成稳定的激光输出。
激光雷达
测距、成像、识别等多元化应 用
激光显示
高清晰度、大色域、节能环保
激光制造
高精度、高效率、无接触加工
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10
激光器类型及其特
03
点分析
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11
固体激光器
01
02
03
工作原理
通过激励固体增益介质（ 如晶体、玻璃等）中的粒 子，实现粒子数反转并产 生激光。
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根据实际需要，还可选择佩戴耳塞、手套 等个人防护装备，以降低激光对其他部位 的危害。
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未来发展趋势预测
06
与挑战分析
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新型激光器研发方向探讨
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新型材料激光器
探索新型增益介质，如量子点、二维材料等，提高激光器的性能 。
微型化与集成化
发展微型激光器，实现与其他光电器件的集成，推动光电子集成技 术的发展。
1960年，美国物理学家 梅曼制造出第一台红宝 石激光器
现代激光技术突破与创新
光纤激光器
高功率、高效率、光束质量好
量子级联激光器
覆盖中红外到太赫兹波段
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一.激光加工概述 ⑤适合大件产品的加工； ⑥成本低廉，节省材料。 激光加工工艺：激光加工工艺包括切割、焊接、 表面处理、熔覆、打孔、划线等。不同的材料加 工方式对激光制造系统的激光功率和光束质量的 要求不同。
二.激光焊接技术 1、各种焊接技术及其优缺点 焊接技术简介


目前常用的焊接工艺有： →电弧焊（氩弧焊、手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、 等离子弧焊、气体保护焊） →电阻焊 →高能束焊（电子束焊、激光焊） →钎焊 →以电阻热为能源：电渣焊、高频焊 ； →以化学能为焊接能源：气焊、气压焊、爆炸焊； →以机械能为焊接能源：摩擦焊、冷压焊、超声波焊、扩散 焊
（1）接头形式及装配要求 激光焊较多采用的是对接接头和搭接接头。
三.激光焊设备及工艺
（2）填充金属（激光填丝焊） 激光焊适合于自熔焊，一般不填加焊接材料，但有时为 了降低装备精度、改善焊缝成形和提高焊接结构的适应性，也 需填充金属 优点：能改变焊缝化学成分，从而达到控制焊缝组织、 改善成形和提高接头力学性能的目的。在有些情况下，还能提 高焊缝抗结晶裂纹的敏感性。
二.激光焊接技术
各种焊接特性对比
焊接工艺 精度 激光焊
钎焊 电阻焊 氩弧焊 等离子焊 电子束焊
变形 小
一般 大 大 一般 小
热影响 焊缝质量 很小
一般 大 大 一般 小
焊料 无
需要 无 需要 需要 无
使用条件
精密
精糙 精糙 一般 较好 精密
好
一般 一般 一般 一般 好
整体加热 需要电极 需要电极 需要电极 需要真空
二.激光焊接技术
影响激光焊接的主要障碍
（1）目前工业用激光器最大功率为25kW，可焊接的工件 最大厚度约为20mm，比电子束焊小得多 （2）对焊件加工、组装、定位要求较高 （3）高反射性及高导热性材料如铝、铜及其合金等，焊接 性会受激光所改变。 （4）能量转换效率太低，仅为10%-20%，难以焊接反射 率高的金属。 （5）设备昂贵。

• 应对措施
• 对于激光武器的缺点，美军的应对方式 是“新旧并用”。为避免激光武器受到 恶劣天气干扰，美军准备将“庞塞号” 的激光近防系统安装在现有的密集阵近 防炮的侧面。这样，在良好的天气下， 激光器可将攻击范围扩展至10公里以外。 而在遭遇恶劣天气时，现有的20毫米加 特林炮仍可以拦截1.5公里以内的目标， 避免出现防御漏洞
•
•
Hale Waihona Puke •激光切割：汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金 属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、 2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、 镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、 1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。使用激 光器有YAG激光器和CO2激光器。
激光制导导弹
• 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。所以，当激光制导武器攻击固定或活动 目标时，就像长了眼睛一样，精度一般在1米以内，命中率极高。激光制导武 器甚至还可以从通气孔进入，炸毁地下目标，令对方防不胜防。而激光制导 与红外、雷达、GPS等实现复合制导，则更有利于提高制导精度和应付各种 复杂的战场环境，从而发挥全天候作战的优势。 人们常能从报道现代战争的电视新闻中看到这样的画面:当飞机显示屏的" 十 字星"对准地面目标时，目标就会立即被摧毁，这就是激光制导炸弹的"功劳 "。 "十字星"对准目标的地方，就是激光束的瞄准点，激光束指到哪，激光制导 炸弹就会追踪到哪，真正实现了"指哪打哪"。

利用激光的特定波长和能量对物质进行光谱分析，研究物质的组成和 结构。
激光雷达
利用激光的反射和散射特性对大气进行探测和研究，用于气象预报、 气候变化等领域。
激光冷却和囚禁原子技术
利用激光的相干性和偏振特性实现对原子的精确控制和囚禁，用于研 究量子力学和量子计算等领域。
激光操控和微纳加工技术
利用激光的强光束和高能量密度对微小颗粒和纳米材料进行精确操控 和加工，用于制造微型机械、传感器、集成电路等领域。
信、卫星还原度等特点，未来将逐渐取代传 统的显示技术，成为主流的显示方 式之一。
医疗领域
激光技术在医疗领域的应用将更加 广泛和深入，如激光手术、激光治 疗等，为医疗领域的发展提供更加 先进和安全的技术手段。
04
CATALOGUE
激光的安全与防护
激光的危害
激光辐射对眼睛的危害
01
高强度激光辐射直接照射眼睛，可能导致视网膜损伤、黄斑病
变等严重眼病。
激光辐射对皮肤的危害
02
激光辐射长时间照射皮肤，可能导致皮肤灼伤、色素沉着、皮
肤老化等问题。
激光辐射对其他生物体的危害
03
激光辐射可能对其他生物体产生影响，如影响植物的光合作用
、影响动物的视觉和行为等。
激光的安全标准
激光焊接
通过激光束的高能量密度实现 材料的快速、高效焊接，提高 焊接质量和效率。
激光打标
利用激光的高能量密度在各种 材料表面进行永久性标记，广 泛应用于产品追溯、防伪鉴别 等领域。
激光清洗
利用激光的强光束和高温去除 各种材料表面的污垢和杂质， 具有环保、高效、无损等优点
。
医疗美容
01
02
03
04

原理：在于激光激活牙齿美白剂中的 催化剂，催化过氧化物生成更多的超氧化物离子， 这些具有美白作用的超氧离子可以渗透到牙齿硬 组织中，达到更有效的美白作用。与传统美白相 比，术中操作时间短，无疼痛，几十分钟还您洁 白亮丽的牙齿，轻轻松松绽放美丽笑容，激光美 白术后反应小，更舒适。
激光的应用与治疗
软组织的切割
如系带修整术，牙龈增生修整术，牙龈龈缘修整 术，软组织切除活检术，智齿盲袋切割术，恒牙 导萌术
激光的优势：激光在口腔临床治疗中取代了传统 的手术刀进行软组织切割。激光在手术过程中， 几乎不出血，切割精细，视野清晰，术后不需要 缝合，减轻术后不适感，无疼痛，愈合快，使手 术时间缩短；激光手术产生的瘢痕很少，甚至不 产生瘢痕，可以更好的保持软组织的术后形态。
.阿弗他溃疡治疗
复发性阿弗他溃疡由于病因不清，临床通常无明 显的治疗方法。但是通过激光照射溃疡表面，可 以起到快速缓解疼痛，促进溃疡愈合的作用，目 前是最好的治疗方法。
原理是激光照射可以使溃疡表面的组织发生蛋白 质变性，降低神经末梢的反应性及隔离外界刺激。
牙周治疗
牙周炎在临床中基本的治疗方法是清除控制牙周 的致病因素，包括龈上洁治和龈下洁治清除菌斑、 牙石。但是对于较严重的牙周炎，口腔洁治有时 并不能起到很好的治疗效果，而激光治疗可以进 一步去除牙周袋内的细菌、去除牙周袋壁的炎性 组织和增生的上皮组织，促进牙周组织的愈合及 牙龈重新附着，可以缩短一半的治疗的时间（如 常规需要五六个月，激光只需两三个月就能搞 定），以此减少您的复诊次数，节约您的宝贵时 间，最重要的是可以起到更好的治疗效果。
牙本质过敏症
激光于牙本质过敏具有明显的治疗作用，其机制 与激光产生的热作用于牙本质小管的蛋白质，使 之变性、凝固，堵塞牙本质小管，达到脱敏的目 的。如症状轻微，效果立竿见影，如症状较严重， 1-2次就可看到明显效果。临床使用中，尤其配 合牙本质脱敏剂，可以起到快速，准确脱敏的作 用。

应用
02
用于产生新波长的激光；在光谱学和化学分析中用于研究分子
振动和转动能级。
优点
03
具有高转换效率和较宽的调谐范围；可用于实现多波长激光输
出。
光参量振荡（OPO）
原理
利用非线性晶体的三阶非线性极 化效应，在泵浦光的作用下产生 信号学通信和光谱学中用于实现高 速、高灵敏度的测量。
液体激光器
利用某些有机染料溶液作为工作物质，在光泵浦作用下实现 粒子数反转并产生激光。具有较宽的调谐范围和较高的转换 效率。
半导体激光器
利用半导体材料中的电子空穴对复合过程实现粒子数反转并 产生激光。具有体积小、效率高、寿命长等优点，广泛应用 于光通信、光存储等领域。
02
光学谐振腔与模式选择
光学谐振腔结构
新型固体材料在激光器中应用
稀土离子掺杂晶体
稀土离子具有独特的能级结构和发光特性，通过掺杂到晶体中，可以实现高效、稳定的激光 输出。例如，掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）晶体是固体激光器中常用的增益介质。
光纤材料
光纤具有优异的导光性能和柔韧性，可以作为固体激光器的增益介质和谐振腔。光纤激光器 具有结构紧凑、散热性能好、光束质量高等优点，在工业、医疗等领域得到广泛应用。
二维材料
二维材料如石墨烯、二硫化钼等具有优异的光学、电学和热学性能，可以作为固体激光器的 增益介质或可饱和吸收体。二维材料激光器具有超快响应、宽调谐范围和低阈值等优点，在 超快光学、光通信等领域具有潜在应用价值。
发展趋势和挑战
高功率、高效率
微型化、集成化
新材料、新技术
随着科技的进步，对固体激光器的功率 和效率要求越来越高。未来，需要发展 更高功率、更高效率的固体激光器，以 满足工业加工、国防等领域的需求。

移动工件或者移动激光束，使钻出的孔洞连成线， 即为激光切割。不论是什 么样的材料，如钢板、钛板、陶瓷、石英、橡胶、塑料、皮革、化纤、木材等， 激光都像一柄削铁如泥的光剑，而且，切割的边缘非常光洁。下图所示为激光切 割机正在切割钢板。
四是相干性好。普通光源发出的光杂乱无章，不能发生干涉一致的相干光，具有高 度的相干性，能像无线电波那样进行调制，用来传递信息。
三、激光的应用
由于激光具有突出的特性，因此自诞生以来，激光技术得到了飞速发展，它使人们获得了空 前的效益和成果，极大地促进了生产力的发展。目前激光几乎是无处不在，它已经被用在生活、 生产的方方面面：激光通信、激光光盘、激光照排、激光手术刀、激光钻孔、激光切割、激光焊 接、激光淬火、激光热处理等。
激光的特性与应用
二、激光的特性
一是亮度高。激光是现代最亮的光源，它可以在很小的空间和很短的时间内集中 很大的能量。如果把强大的激光束会聚起来照射到物体上，可以使物体的被照部分在 不到千分之一秒的时间内产生几千万度的高温，最难熔化的物质在这一瞬间也要汽化 二、激光的了特性。
一是亮度高。 现在，激光器的尺寸大至几个足球场，小至一粒稻谷。
拿氦－氖气体激光二器是来说单，色它性射出好的。波太长宽阳度光不是到1复0-色10 光nm，，完由全成可千以视上为万单种一的不波同长波，是长极的纯光的单组色合光而。成。在自然界中几 普通光源发乎出的找光不杂到乱无波章长，纯不能粹发的生光干涉，，各不种是相波干长光的。光总是混杂在一起。激光却是一种理想的单色光源。拿
激光通信是把激光作为信息载体实现通信的一种方式，可取代或补偿目前的微波通信。它包 括激光大气传输通信、卫星激光通信、光纤通信和水下激光通信等多种方式。激光通信具有信息 容量大、传送线路多、保密性强、可传送距离远、设备轻便、费用低廉等优点。

三 激光技术发展现状与趋势
前沿技术
★激光核聚变的研究 • 将高功率的激光束聚焦后照射靶丸上产生高温高压，引起核聚变。
美国国家点火装置（简称NIF），世界 最大的激光核聚变装置。被称为“人造 太阳”。
三 激光技术发展现状与趋势
前沿技术
★激光化学技术
激光化学技术是用激光来指挥化学反应。
因为激光携带高度集中而均匀的能量，可精确地打在分子的 键上，比如用不同波长的紫外激光，打在硫化氢等分子上，改 变两激光束的相位差，则控制了该分子的断裂过程，也可利用 改变激光脉冲波形的方法，十分精确和有效的把能量打在分子 上，触发某种预期的反应。
三 激光技术发展现状与趋势
前沿技术
★超快激光技术
• 超快超强激光主要是以飞秒激光的研究与应用为主，作为一种独特的科学研究的 工具和手段，飞秒激光的应用可以概括为三个方面：飞秒激光在超快领域、超强领 域和超微细加工中的应用。
•
感
感
谢 阅 读
谢 阅性能的合金。 自熔性合金粉末主要分为镍基、钴基、铁基自熔性合金粉末。
铁基合金 镍基合金 粉末 钴基合金
粉末 复合粉末 粉末
二 激光加工技术应用
工业应用
• 激光熔覆加工方式 1、预置粉末：将粉末预置到基体上，预置的过程中要使粉末分布均匀然后用激光
进行熔覆。 2、同步送粉：是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。熔覆
在整个中国的激光产业中，激光材料加工近几年的发展势头强劲，且有 很大的空间，激光加工在中国激光产业中占的比例也是日益重大。
三 激光技术发展现状与趋势
发展现状
• 目前，全国激光市场销售主要为光通信器件、激光加工设备、激光器、 激光医疗设备等。主要分布在长三角、珠三角、华中、环渤海等区域。

138《激光》PPT课件
contents
目录
• 激光基本原理与特性 • 激光技术应用领域 • 激光安全与防护知识 • 典型案例分析与实践操作演示 • 前沿科技进展与未来趋势展望 • 总结回顾与课程考核要求说明
01
激光基本原理与特性
激光产生原理
原子能级与跃迁
原子内部存在不同能级，当原子 受到外界能量激发时，电子从低 能级跃迁到高能级，形成激发态
量子点激光器
利用量子点材料实现高效率、低阈值的激光输出，应用于显示、 照明等领域。
拓扑物态激光器
利用拓扑物态材料实现鲁棒性强的激光输出，应用于光通信、光计 算等领域。
前沿科技与激光技术的融合
探讨量子计算、生物光子学等前沿科技与激光技术的融合，展望未 来激光技术的发展方向和应用前景。
06
总结回顾与课程考核要求说明
THANKS
感谢观看
激光对眼睛的危害
直接照射或反射光可能导致视 网膜损伤，甚至失明。
激光对皮肤的危害
高能量激光照射可能导致皮肤 烧伤、色素沉着等。
激光对设备的危害
激光可能干扰或损坏电子设备， 如摄像头、传感器等。
风险评估
根据激光的功率、波长、照射 时间等因素，评估其对人员和
设备的潜在危害。
安全防护措施与方法
限制激光使用范围
激光美容
利用激光技术进行皮肤美 容，如祛斑、嫩肤、脱毛 等。
通信技术中的应用
光纤通信
空间光通信
利用激光在光纤中传输信息，具有传 输容量大、速度快、保密性好等优点。
利用大气中的激光束进行信息传输， 具有无需铺设线路、灵活性强等优点。
激光雷达
通过发射激光束并接收反射信号来探 测目标，具有高分辨率、抗干扰能力 强等特点。