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1、第二讲第二讲激光的应用激光的应用一一激光的特性激光的特性 方向性好方向性好亮度高亮度高单色性好单色性好相干性好相干性好方向性好方向性好 单色性好单色性好高亮度高亮度二 激光的应用激光的应用 由于激光具有方向性好、亮度高、单色由于激光具有方向性好、亮度高、单色性好、相干性好等特点而在许多领域得到性好、相干性好等特点而在许多领域得到广泛应用广泛应用激光的主要应用激光的主要应用测距，生活中，农业，加工，测距，生活中，农业，加工，医疗，通信，舞台与唱片，医疗，通信，舞台与唱片，科学研究，军事科学研究，军事激光测距激光测距1969年年7月，美国月，美国“阿波罗阿波罗”飞船登月时，飞船登月时，宇航员在月球
2、上安放了一组反射器，然后从地宇航员在月球上安放了一组反射器，然后从地球上向反射器发射激光脉冲，激光脉冲就会被球上向反射器发射激光脉冲，激光脉冲就会被反射器反射回来。科学家通过激光脉冲往返月反射器反射回来。科学家通过激光脉冲往返月地所用的时间，就计算出了地球到月球之间的地所用的时间，就计算出了地球到月球之间的平均距离：平均距离：384401千米。千米。激光在军事上最先得到实际应用的是激激光在军事上最先得到实际应用的是激光测距技术。光测距技术。20世纪世纪60年代末，激光测年代末，激光测距仪开始装备部队。由于它能迅速准确距仪开始装备部队。由于它能迅速准确地测出目标距离，广泛用于侦察测量和地测出目标
3、距离，广泛用于侦察测量和武器火控系统武器火控系统激光在生活中的应用激光在生活中的应用激光打印机激光打印机 激光教鞭激光教鞭激光清洗激光清洗 激光打印机激光打印机 无论是黑白激光打印机还是彩色激光打无论是黑白激光打印机还是彩色激光打印机，其基本工作原理是相同的，它们都印机，其基本工作原理是相同的，它们都采用了类似复印机的静电照相技术，将打采用了类似复印机的静电照相技术，将打印内容转变为感光鼓上的以像素点为单位印内容转变为感光鼓上的以像素点为单位的点阵位图图像，再转印到打印纸上形成的点阵位图图像，再转印到打印纸上形成打印内容。与复印机惟一不同的是光源，打印内容。与复印机惟一不同的是光源，复印机采用
4、的是普通白色光源，而激光打复印机采用的是普通白色光源，而激光打印机则采用的是激光束。印机则采用的是激光束。激光清洗圣坛上的圣像激光清洗圣坛上的圣像 意大利的意大利的Albertino圣坛建于圣坛建于14世纪中世纪中叶，由于经历的时间很长，圣坛上的圣像叶，由于经历的时间很长，圣坛上的圣像表面表面覆盖了一层几毫米厚的碳黑和灰泥层，覆盖了一层几毫米厚的碳黑和灰泥层，严重影响了文物的外观。为了恢复圣像的严重影响了文物的外观。为了恢复圣像的古色，必须采用清洗手段去除表面的硬壳古色，必须采用清洗手段去除表面的硬壳层，文物单位最后确定由意大利和奥地利层，文物单位最后确定由意大利和奥地利两国专家采用激光清洗技
5、术来实现。他们两国专家采用激光清洗技术来实现。他们采用的激光器的波长为采用的激光器的波长为1064nm，激光光斑，激光光斑的直径大的直径大于于2.5mm，能量为，能量为1200mJ，激光，激光采用光纤传输，实现了图像的远程大面积采用光纤传输，实现了图像的远程大面积清洗，清洗效率达清洗，清洗效率达到到11.5m2天，清洗天，清洗后恢复了图像的古色旧貌。后恢复了图像的古色旧貌。激光在农业上的应用激光在农业上的应用用激光照射玉米种子能增产用激光照射玉米种子能增产俄罗斯科学院科学家利用红色激光俄罗斯科学院科学家利用红色激光照射玉米种子，结果每株玉米的果穗比照射玉米种子，结果每株玉米的果穗比未照射激光的
6、重未照射激光的重100多克，因而提高了玉多克，因而提高了玉米的产量。专家们认为，由于激光的颜米的产量。专家们认为，由于激光的颜色、照射时间、强度和方向都很容易调色、照射时间、强度和方向都很容易调整控制，因此，这是一种很有发展前途整控制，因此，这是一种很有发展前途的提高农作物产量的育种方法。的提高农作物产量的育种方法。用激光照射种子可防作物病虫害用激光照射种子可防作物病虫害哈萨克斯坦的农业专家研究出一种预哈萨克斯坦的农业专家研究出一种预防农作物病虫害的新技术：在播种前防农作物病虫害的新技术：在播种前12个星期，不用化学药剂，而是利用激光对个星期，不用化学药剂，而是利用激光对作物种子进行照射，使种
7、子消毒和灭菌，作物种子进行照射，使种子消毒和灭菌，从而达到预防病虫害的目的。这项技术在从而达到预防病虫害的目的。这项技术在实践中取得了良好的效果。实践中取得了良好的效果。日本水稻日本水稻1年收年收5次次日本北海道农业研究所采用激光和水日本北海道农业研究所采用激光和水培法相结合栽种水稻获得好收成。这种方培法相结合栽种水稻获得好收成。这种方法是：先采用大功率半导体激光器在钵内法是：先采用大功率半导体激光器在钵内育苗，育苗，8天后移到营养液中栽培生长，同时天后移到营养液中栽培生长，同时在生长期间伴以红色波长的激光和蓝色的在生长期间伴以红色波长的激光和蓝色的荧光灯灯光照射水稻，使其高效率地进行荧光灯灯
8、光照射水稻，使其高效率地进行光合作用，光合作用，5668天内全部成熟。按照这天内全部成熟。按照这种栽培法的生长期计算，种栽培法的生长期计算，1年至少可收获年至少可收获5次。次。激光在加工业上的应用激光在加工业上的应用钻孔、切割、焊接以及淬火，是加工金钻孔、切割、焊接以及淬火，是加工金属材料时最常用的操作。自从引进了激属材料时最常用的操作。自从引进了激光后，在加工的强度、质量以及范围等光后，在加工的强度、质量以及范围等方面开创了全新的局面。除了金属材料方面开创了全新的局面。除了金属材料外，激光还能加工许多非金属材料。外，激光还能加工许多非金属材料。激光钻孔的原理激光钻孔的原理利用激光束聚集使金属
9、表面焦点温度利用激光束聚集使金属表面焦点温度迅速上升。当热量尚未发散之前，光束就迅速上升。当热量尚未发散之前，光束就烧熔金属，直至汽化，留下一个个小孔。烧熔金属，直至汽化，留下一个个小孔。激光钻孔不受加工材料的硬度和脆性的限激光钻孔不受加工材料的硬度和脆性的限制，而且钻孔速度异常快。制，而且钻孔速度异常快。如果需要在金属薄板上钻出几百个连人眼如果需要在金属薄板上钻出几百个连人眼都难以察觉出来的微孔，用电动钻孔机显都难以察觉出来的微孔，用电动钻孔机显然是不能胜任的，但用激光钻孔机却能在然是不能胜任的，但用激光钻孔机却能在12秒钟内全部完成。如果用放大镜对这些秒钟内全部完成。如果用放大镜对这些微孔
10、作一番细查的话，可发现微孔面十分微孔作一番细查的话，可发现微孔面十分整齐光洁整齐光洁。激光钻孔还可用来加工手表钻石激光钻孔还可用来加工手表钻石它每秒钟可钻它每秒钟可钻2030个孔，比机械加工效个孔，比机械加工效率高几百倍，而且质量高。同时，激光钻率高几百倍，而且质量高。同时，激光钻孔与下面我们就要讲到的激光切割一样，孔与下面我们就要讲到的激光切割一样，加工过程是非接触式的，即不像机械加工加工过程是非接触式的，即不像机械加工那样靠钢钻头逐渐钻透金属材料。因此，那样靠钢钻头逐渐钻透金属材料。因此，激光操作可以在自动化连续加工，或者在激光操作可以在自动化连续加工，或者在超净、真空的特殊环境中发挥作用
11、。超净、真空的特殊环境中发挥作用。激光切割机激光切割机切割金属材料：只要移动工件或者移动切割金属材料：只要移动工件或者移动激光束，使钻出的孔洞连边成线，就自然激光束，使钻出的孔洞连边成线，就自然能将材料切割下来了。而且，不论是什么能将材料切割下来了。而且，不论是什么样的材料，如钢板、陶瓷、塑料、化纤、样的材料，如钢板、陶瓷、塑料、化纤、木材等，激光都如一柄削铁如泥，削木如木材等，激光都如一柄削铁如泥，削木如灰的光剑，而且，切割的边缘非常光洁。灰的光剑，而且，切割的边缘非常光洁。这是激光这是激光NOVA靶室，在靶室内十束激光同靶室，在靶室内十束激光同时聚向一个产生核聚变反应的小燃料样品上，时聚向
12、一个产生核聚变反应的小燃料样品上，引发核聚变。引发核聚变。美国研制出世界最大功率激光器美国研制出世界最大功率激光器科技日科技日2008年年02月月21日报讯日报讯美国密美国密歇根大学实验室的科学家们近日研制出歇根大学实验室的科学家们近日研制出一种激光束，其强度高于世界上其他现一种激光束，其强度高于世界上其他现有激光两个数量级，强烈的光束可广泛有激光两个数量级，强烈的光束可广泛应用于放射治疗癌症领域。应用于放射治疗癌症领域。科学家在科学家在“大力神大力神”激光系统上添加放大激光系统上添加放大器制成新型激光束。器制成新型激光束。“大力神大力神”是一个掺钛蓝是一个掺钛蓝宝石激光器，体积庞大占据了实验
13、室数间房，宝石激光器，体积庞大占据了实验室数间房，一旦光反馈进入系统，就会在连续的反光镜和一旦光反馈进入系统，就会在连续的反光镜和光学元件间发射，这也正是能量聚焦的过程。光学元件间发射，这也正是能量聚焦的过程。“大力神大力神”先前的最大输出功率为先前的最大输出功率为50太瓦太瓦（1TW=109KW），添加了放大器后激光束的），添加了放大器后激光束的能量可达能量可达300太瓦，约是美国所有发电站输出太瓦，约是美国所有发电站输出功率的功率的300倍。倍。测量结果显示激光的强度可达到每测量结果显示激光的强度可达到每平方厘米平方厘米21022瓦特，其瞬间能量相当瓦特，其瞬间能量相当于用一面巨大的放大镜
14、将太阳射向地球于用一面巨大的放大镜将太阳射向地球所有光束集中到一个沙砾上。激光的发所有光束集中到一个沙砾上。激光的发射时间仅为射时间仅为30飞秒（飞秒（1s=1015fs），时间极），时间极短却可以将能量集中到短却可以将能量集中到1.3微米微米(1m=106m)的一个点上，这个大小相当的一个点上，这个大小相当于人类头发直径的百分之一。于人类头发直径的百分之一。高能激光（能产生约高能激光（能产生约5500oC的高温）的高温）把大块硬质材料焊接在一起把大块硬质材料焊接在一起激光在医学上的应用激光在医学上的应用 应用于眼科应用于眼科激光主要是用来治疗视网膜剥离。视网膜激光主要是用来治疗视网膜剥离。视
15、网膜剥离是一种很棘手的疾病，患者的视网膜与眼剥离是一种很棘手的疾病，患者的视网膜与眼球内壁脱开，无法产生视觉。在激光没有问世球内壁脱开，无法产生视觉。在激光没有问世之前，病人恐怕难免失明的苦难。之前，病人恐怕难免失明的苦难。现在，医生现在，医生可以用激光器对准病人眼底，使激光器发射出可以用激光器对准病人眼底，使激光器发射出一束激光，通过加热使视网膜重新与眼球内壁一束激光，通过加热使视网膜重新与眼球内壁合在一起。整个过程要不了几分钟，激光束就合在一起。整个过程要不了几分钟，激光束就像焊枪一样，将病人的视网膜焊接好了。像焊枪一样，将病人的视网膜焊接好了。用脉冲的染料激光（波长用脉冲的染料激光（波长
16、585nm）处理皮）处理皮肤色素沉着肤色素沉着 应用于牙科应用于牙科激光可以代替牙钻。用激光治牙，病人激光可以代替牙钻。用激光治牙，病人几乎没有不舒服的感觉，而且只要不发炎，几乎没有不舒服的感觉，而且只要不发炎，一次治疗就能解决问题。牙科激光器是激一次治疗就能解决问题。牙科激光器是激光器中的小弟弟，它的功率很小，只有光器中的小弟弟，它的功率很小，只有3瓦，瓦，相当于一支节能灯，几乎不产生热量。它相当于一支节能灯，几乎不产生热量。它的发射端实际上是像头发丝那么细的光导的发射端实际上是像头发丝那么细的光导纤维。纤维。激光是外科医生的一把激光是外科医生的一把神奇的神奇的“手术刀手术刀”。用用激光刀激
17、光刀给病人的心脏、肝脏、胃等给病人的心脏、肝脏、胃等重要内脏动手术重要内脏动手术(微创手术微创手术)，要靠医生手，要靠医生手中的一件宝贝中的一件宝贝-激光纤维内窥镜。激光纤维内窥镜。它是医它是医生用来插到人体内直接观察器官的光学装生用来插到人体内直接观察器官的光学装置，用光导纤维做成的内窥镜又软、又细、置，用光导纤维做成的内窥镜又软、又细、又能弯曲，当它插入病人胃里时，不会有又能弯曲，当它插入病人胃里时，不会有痛苦。激光纤维内窥镜一方面可用来检查痛苦。激光纤维内窥镜一方面可用来检查病人的脏器是否有病变，还可以将激光能病人的脏器是否有病变，还可以将激光能量输入体内脏器中，作切除手术，。而且，量输
18、入体内脏器中，作切除手术，。而且，用激光刀切割，伤口能自动止血，不需要用激光刀切割，伤口能自动止血，不需要结扎出血点，大大缩短了手术时间，伤口结扎出血点，大大缩短了手术时间，伤口愈合快。愈合快。激光通信激光通信利用激光来有效地传送信息，叫做激光利用激光来有效地传送信息，叫做激光通信。通信。激光通信是近期发展起来的一种先进激光通信是近期发展起来的一种先进的现代通信技术，其特点是通信容量大，的现代通信技术，其特点是通信容量大，保密性好，抗干扰性强，通信质量高。保密性好，抗干扰性强，通信质量高。激光通信的方式主要有两种，一是激光通信的方式主要有两种，一是“有有线线”的光纤通信，二是的光纤通信，二是“
19、无线无线”的大气激的大气激光通信。这两种通信方式都具有极高的保光通信。这两种通信方式都具有极高的保密性。密性。激光全息存储激光全息存储 激光光盘是一种先进的录像和记录信息的产品。激光光盘是一种先进的录像和记录信息的产品。光盘记录信息不但质量高，而且容量非常大，光盘记录信息不但质量高，而且容量非常大，光盘的一面就能够存储光盘的一面就能够存储6.25亿个汉字。如果一亿个汉字。如果一本书本书10万字（约万字（约180页）的话，那么它就能存页）的话，那么它就能存储储6250本书的信息量，一张光盘就相当于一个本书的信息量，一张光盘就相当于一个小型图书馆。小型图书馆。广东商学院图书馆馆臧广东商学院图书馆馆
20、臧300万册，约需万册，约需240张光张光盘。盘。激光全息存储的优点激光全息存储的优点 信息存储容量大信息存储容量大-可达可达1Tb/cm3记录速度快记录速度快记录信息不易丢失记录信息不易丢失-寿命可达数百年寿命可达数百年便于长期保存便于长期保存-每一碎片都包含完整信每一碎片都包含完整信息息便于拷贝、复制便于拷贝、复制激光用于科学研究激光用于科学研究美籍华人、美国能美籍华人、美国能源部长源部长朱棣文朱棣文与他的伙与他的伙伴发明了用激光冷却原伴发明了用激光冷却原子的方法，并因此获得子的方法，并因此获得1997年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖激光在军事上的应用激光在军事上的应用-激光武器激光武器 激光武器的优点激光武器的优点 无需进行弹道计算无需进行弹道计算无后座无后座操作简便，机动灵活，使用范围广操作简便，机动灵活，使用范围广无放射性污染，性价比高无放射性污染，性价比高 激光枪激光枪舰载激光武器舰载激光武器机载激光武器机载激光武器美国导弹防御局美国导弹防御局2010年年2月月12号宣布，号宣布，美国在美国在11号使用机载大功率激光武器成功号使用机载大功率激光武器成功击落两枚正在升空阶段的弹道导弹。这是击落两枚正在升空阶段的弹道导弹。这是美军定向能武器首次成功拦截导弹。美军定向能武器首次成功拦截导弹。思考题思考题激光在日常生活中有哪些应用？激光在日常生活中有哪些应用？