雷射

雷射

雷射的最初的中文名叫做“鐳射”、“萊塞”,是它的英文名稱LASER的音譯,是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各單詞頭一個字母組成的縮寫詞,意思是“通過受激發射光擴大”。雷射的英文全名已經完全表達了製造雷射的主要過程。雷射的原理早在1916年已被著名的美國物理學家愛因斯坦發現,但直到1960年雷射才被首次成功製造。1964年按照我國著名科學家錢學森建議將“光受激發射”改稱“雷射”。雷射是20世紀以來,繼原子能、計算機、半導體之後,人類的又一重大發明,被稱為“最快的刀”“最準的尺”“最亮的光”和“奇異的雷射”。

基本信息

基本簡介

雷射雷射
雷射的英文名稱是Laser,它是英語短語“受激發射光放大”中每個實詞第一個字母組成的縮略詞,它包含了雷射產生的由來。它一出現就創造了許多奇蹟,真可謂“一鳴驚人”。經過30多年的發展,雷射現在幾乎是無處不在,它已經被用在生活、科研的方方面面:雷射筆、雷射針灸、雷射裁剪、雷射切割、雷射焊接、雷射淬火、雷射唱片、雷射指示器、雷射測距儀、雷射陀螺儀、雷射鉛直儀、雷射手術刀、雷射炸彈、雷射雷達、雷射槍、雷射炮等等,在不久的將來,雷射肯定會有更廣泛的套用。
雷射是20世紀以來,繼原子能、計算機、半導體之後,人類的又一重大發明,被稱為“最快的刀”“最準的尺”“最亮的光”和“奇異的雷射”。它的原理早在 1916 年已被著名的物理學家愛因斯坦發現,但要直到 1958 年雷射才被首次成功製造。雷射是在有理論準備和生產實踐 迫切需要的背景下應運而生的,它一問世,就獲得了異乎尋常的飛快發展,雷射的發展不僅使古老的光學科學和光學技術獲得了新生,而且導致整個一門新興產業的 出現。雷射可使人們有效地利用前所未有的先進方法和手段,去獲得空前的效益和成果,從而促進了生產力的發展。

產生

半導體雷射器發出可見波長雷射
半導體雷射器發出可見波長雷射
原子或分子等微觀粒子具有高能級E2和低能級E1,E2和E1能級上的布居數密度為N2和N1,在兩能級間存在著自發發射躍遷、受激發射躍遷和受激吸收躍遷等三種過程。受激發射躍遷所產生的受激發射光,與入射光具有相同的頻率、相位、傳播方向和偏振方向。因此,大量粒子在同一相干輻射場激發下產生的受激發射光是相干的。受激發射躍遷幾率和受激吸收躍遷幾率均正比於入射輻射場的單色能量密度。當兩個能級的統計權重相等時,兩種過程的幾率相等。在熱平衡情況下N2<N1,所以受激吸收躍遷占優勢,光通過物質時通常因受激吸收而衰減。外界能量的激勵可以破壞熱平衡而使N2>N1,這種狀態稱為粒子數反轉狀態。在這種情況下,受激發射躍遷占優勢。光通過一段長為l的處於粒子數反轉狀態的雷射工作物質(激活物質)後,光強增大eGl倍。G為正比於(N2-N1)的係數,稱為增益係數,其大小還與雷射工作物質的性質和光波頻率有關。一段激活物質就是一個雷射放大器。如果,把一段激活物質放在兩個互相平行的反射鏡(其中至少有一個是部分透射的)構成的光學諧振腔中,處於高能級的粒子會產生各種方向的自發發射。其中,非軸向傳播的光波很快逸出諧振腔外:軸向傳播的光波卻能在腔內往返傳播,當它在雷射物質中傳播時,光強不斷增長。如果諧振腔內單程
雷射雷射
小信號增益G0l大於單程損耗δ(G0l是小信號增益係數),則可產生自激振盪。原子的運動狀態可以分為不同的能級,當原子從高能級向低能級躍遷時,會釋放出相應能量的光子(所謂自發輻射)。同樣的,當一個光子入射到一個能級系統並為之吸收的話,會導致原子從低能級向高能級躍遷(所謂受激吸收);然後,部分躍遷到高能級的原子又會躍遷到低能級並釋放出光子(所謂受激輻射)。這些運動不是孤立的,而往往是同時進行的。當我們創造一種條件,譬如採用適當的媒質、共振腔、足夠的外部電場,受激輻射得到放大從而比受激吸收要多,那么總體而言,就會有光子射出,從而產生雷射。

特點

定向發光

雷射雷射
普通光源是向四面八方發光。要讓發射的光朝一個方向傳播,需要給光源裝上一定的聚光裝置,如汽車的車前燈和探照燈都是安裝有聚光作用的反光鏡,使輻射光匯集起來向一個方向射出。雷射器發射的雷射,天生就是朝一個方向射出,光束的發散度極小,大約只有0.001弧度,接近平行。1962年,人類第一次使用雷射照射月球,地球離月球的距離約38萬公里,但雷射在月球表面的光斑不到兩公里。若以聚光效果很好,看似平行的探照燈光柱射向月球,按照其光斑直徑將覆蓋整個月球。

亮度極高


在雷射發明前,人工光源中高壓脈衝氙燈的亮度最高,與太陽的亮度不相上下,而紅寶石雷射器的雷射亮度,能超過氙燈的幾百億倍。因為雷射的亮度極高,所以能夠照亮遠距離的物體。紅寶石雷射器發射的光束在月球上產生的照度約為0.02勒克斯(光照度的單位),顏色鮮紅,雷射光斑明顯可見。若用功率最強的探照燈照射月球,產生的照度只有約一萬億分之一勒克斯,人眼根本無法察覺。雷射亮度極高的主要原因是定向發光。大量光子集中在一個極小的空間範圍內射出,能量密度自然極高。

顏色極純

光子-內部結構模型圖光子-內部結構模型圖
光的顏色由光的波長(或頻率)決定。一定的波長對應一定的顏色。太陽光的波長分布範圍約在0.76微米至0.4微米之間,對應的顏色從紅色到紫色共7種顏色,所以太陽光談不上單色性。發射單種顏色光的光源稱為單色光源,它發射的光波波長單一。比如氪燈、氦燈、氖燈、氫燈等都是單色光源,只發射某一種顏色的光。單色光源的光波波長雖然單一,但仍有一定的分布範圍。如氪燈只發射紅光,單色性很好,被譽為單色性之冠,波長分布的範圍仍有0.00001納米,因此氪燈發出的紅光,若仔細辨認仍包含有幾十種紅色。由此可見,光輻射的波長分布區間越窄,單色性越好。 雷射器輸出的光,波長分布範圍非常窄,因此顏色極純。以輸出紅光的氦氖雷射器為例,其光的波長分布範圍可以窄到2×10-9納米,是氪燈發射的紅光波長分布範圍的萬分之二。由此可見,雷射器的單色性遠遠超過任何一種單色光源。

能量密度極大

雷射雷射
光子的能量是用E=hf來計算的,其中h為普朗克常量,f為頻率。由此可知,頻率越高,能量越高。雷射頻率範圍3.846*10^(14)Hz到7.895*10^(14)Hz.電磁波譜可大致分為:(1)無線電波——波長從幾千米到0.3米左右,一般的電視和無線電廣播的波段就是用這種波;(2)微波——波長從0.3米到10-3米,這些波多用在雷達或其它通訊系統;(3)紅外線——波長從10-3米到7.8×10-7米;(4)可見光——這是人們所能感光的極狹窄的一個波段。波長從780—380nm。光是原子或分子內的電子運動狀態改變時所發出的電磁波。由於它是我們能夠直接感受而察覺的電磁波極少的那一部分;(5)紫外線——波長從3 ×10-7米到6×10-10米。這些波產生的原因和光波類似,常常在放電時發出。由於它的能量和一般化學反應所牽涉的能量大小相當,因此紫外光的化學效應最強;(6)倫琴射線—— 這部分電磁波譜,波長從2×10-9米到6×10-12米。倫琴射線(X射線)是電原子的內層電子由一個能態跳至另一個能態時或電子在原子核電場內減速時所發出的;(7)γ射線——是波長從10-10~10-14米的電磁波。這種不可見的電磁波是從原子核內發出來的,放射性物質或原子核反應中常有這種輻射伴隨著發出。γ射線的穿透力很強,對生物的破壞力很大。由此看來,雷射能量並不算很大,但是它的能量密度很大(因為它的作用範圍很小,一般只有一個點),短時間裡聚集起大量的能量,用做武器也就可以理解了。

其它特點

相干性好。雷射的頻率、振動方向、相位高度一致,使雷射光波在空間重疊時,重疊區的光強分布會出現穩定的強弱相間現象。這種現象叫做光的干涉,所以雷射是相干光。而普通光源發出的光,其頻率、振動方向、相位不一致,稱為非相干光。 閃光時間可以極短。由於技術上的原因,普通光源的閃光時間不可能很短,照相用的閃光燈,閃光時間是千分之一秒左右。脈衝雷射的閃光時間很短,可達到6飛秒(1飛秒=10-15秒)。閃光時間極短的光源在生產、科研和軍事方面都有重要的用途。

受激輻射

受激輻射受激輻射
什受激輻射是基於偉大的科學家愛因斯坦在1916年提出了的一套全新的理論。這一理論是說在組成物質的原子中,有不同數量的粒子(電子)分布在不同的能級上,在高能級上的粒子受到某種光子的激發,會從高能級跳到(躍遷)到低能級上,這時將會輻射出與激發它的光相同性質的光,而且在某種狀態下,能出現一個弱光激發出一個強光的現象。這就叫做“受激輻射的光放大”,簡稱雷射。雷射主要有四大特性:雷射高亮度、高方向性、高單色性和高相干性。目前雷射已廣泛套用到雷射焊接、雷射切割、雷射打孔(包括斜孔、異孔、膏藥打孔、水松紙打孔、鋼板打孔、包裝印刷打孔等)、雷射淬火、雷射熱處理、雷射打標、玻璃內雕、雷射微調、雷射光刻、雷射制膜、雷射薄膜加工、雷射封裝、雷射修復電路、雷射布線技術、雷射清洗等。經過30多年的發展,雷射現在幾乎是無處不在,它已經被用在生活、科研的方方面面:雷射針灸、雷射裁剪、雷射切割、雷射焊接、雷射淬火、雷射唱片、雷射測距儀、雷射陀螺儀、雷射鉛直儀、雷射手術刀、雷射炸彈、雷射雷達、雷射槍、雷射炮……,在不久的將來,雷射肯定會有更廣泛的套用。
雷射武器是一種利用定向發射的雷射束直接毀傷目標或使之失效的定向能武器。根據作戰用途的不同,雷射武器可分為戰術雷射武器和戰略雷射武器兩大類。武器系統主要由雷射器和跟蹤、瞄準、發射裝置等部分組成,目前通常採用的雷射器有化學雷射器、固體雷射器、CO2雷射器等。雷射武器具有攻擊速度快、轉向靈活、可實現精確打擊、不受電磁干擾等優點,但也存在易受天氣和環境影響等弱點。雷射武器已有30多年的發展歷史,其關鍵技術也已取得突破,美國、俄羅斯、法國、以色列等國都成功進行了各種雷射打靶試驗。目前低能雷射武器已經投入使用,主要用於干擾和致盲較近距離的光電感測器,以及攻擊人眼和一些增強型觀測設備;高能雷射武器主要採用化學雷射器,按照現有的水平,今後5—10年內可望在地面和空中平台上部署使用,用於戰術防空、戰區反導和反衛星作戰等。

相關特性

雷射雷射
雷射有很多特性:首先,雷射是單色的,或者說是單頻的。有一些雷射器可以同時產生不同頻率的雷射,但是這些雷射是互相隔離的,使用時也是分開的。其次,雷射是相干光。相干光的特徵是其所有的光波都是同步的,整束光就好像一個“波列”。再次,雷射是高度集中的,也就是說它要走很長的一段距離才會出現分散或者收斂的現象。雷射(LASER)是上世紀60年代發明的一種光源。LASER是英文的“受激放射光放大”的首字母縮寫。雷射器有很多種,尺寸大至幾個足球場,小至一粒稻穀或鹽粒。氣體雷射器有氦-氖雷射器和氬雷射器;固體雷射器有紅寶石雷射器;半導體雷射器有雷射二極體,像CD機、DVD機和CD-ROM里的那些。每一種雷射器都有自己獨特的產生雷射的方法。

技術套用

雷射雷射儀器

雷射加工技術是利用雷射束與物質相互作用的特性對材料(包括金屬與非金屬)進行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工以及做為光源,識別物體等的一門技術,傳統套用最大的領域為雷射加工技術。雷射技術是涉及到光、機、電、材料及檢測等多門學科的一門綜合技術,傳統上看,它的研究範圍一般可分為:

雷射加工系統

包括雷射器、導光系統、加工工具機、控制系統及檢測系統。

雷射加工工藝

包括切割、焊接、表面處理、打孔、打標、劃線、微調等各種加工工藝。

雷射焊接:雷射焊接是利用雷射的高熱量將被焊金屬表面“燒熔”粘合而形成焊接接頭。該技術生產率非常高,焊件的焊縫窄,變形小,精度高,特別適合焊接微型、精密、排列密集、受熱敏感的焊件,同時雷射焊接不僅能夠焊接同種金屬,還可焊接兩種不同金屬,甚至可以焊接金屬與非金屬材料。基於以上特點,雷射焊接在電子、國防、儀表、汽車等行業中得到廣泛的套用。汽車車身厚薄板、汽車零件、鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等密封器件以及各種不允許焊接污染和變形的器件。目前使用的雷射器有YAG雷射器,CO2雷射器和半導體泵浦雷射器。

雷射切割:雷射切割是利用經聚集的高功率密度雷射束照射工件,使被照射處的材料迅即熔化、汽化、燒蝕,並形成孔洞,同時藉助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質,隨著光束和工件的相對運動,最終使工件形成切縫,從而實現割開工件的一種熱切割方法。其優點是切割窄,切割質量高、效率高。

汽車行業、計算機、電氣機殼、木刀模業、各種金屬零件和特殊材料的切割、圓形鋸片、壓克力、彈簧墊片、2mm以下的電子機件用銅板、一些金屬網板、鋼管、鍍錫鐵板、鍍亞鉛鋼板、磷青銅、電木板、薄鋁合金、石英玻璃、矽橡膠、1mm以下氧化鋁陶瓷片、航天工業使用的鈦合金等等。使用雷射器有YAG雷射器和CO2雷射器。

雷射打標:在各種材料和幾乎所有行業均得到廣泛套用,目前使用的雷射器有YAG雷射器、CO2雷射器和半導體泵浦雷射器。

雷射打孔:雷射打孔是雷射技術材料加工中套用最早的雷射技術,雷射對板料進行打孔,一般採用的脈衝雷射,能量密度高,效率高。雷射打孔主要套用在航空航天、汽車製造、電子儀表、化工等行業。雷射打孔的迅速發展,主要體現在打孔用YAG雷射器的平均輸出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。國內目前比較成熟的雷射打孔的套用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產及鐘錶和儀表的寶石軸承、飛機葉片、多層印刷線路板等行業的生產中。目前使用的雷射器多以YAG雷射器、CO2雷射器為主,也有一些準分子雷射器、同位素雷射器和半導體泵浦雷射器。

雷射熱處理:在汽車工業中套用廣泛,如缸套、曲軸、活塞環、換向器、齒輪等零部件的熱處理,同時在航空航天、工具機行業和其它機械行業也套用廣泛。中國的雷射熱處理套用遠比國外廣泛得多。目前使用的雷射器多以YAG雷射器,CO2雷射器為主。

雷射快速成型:將雷射加工技術和計算機數控技術及柔性製造技術相結合而形成。多用於模具和模型行業。目前使用的雷射器多以YAG雷射器、CO2雷射器為主。

雷射塗敷在航空航天、模具及機電行業套用廣泛。目前使用的雷射器多以大功率YAG雷射器、CO2雷射器為主。

1990年,在距伯克利一小時車程的小島上,美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(LawrenceLivermoreNationalLaboratory)的一個雷射器的雷射能級一度達到了1.25帕瓦(1帕瓦=10^15瓦)。這是直到目前(2012年9月6日)雷射器所達到的最高功率.
纖綠雷射筆
纖綠雷射筆
雷射彎曲成形:雷射彎曲是不需要模具的,所以適合於單件小批量彎曲件的成形。其原理是將雷射束射向彎曲線,這時該區域在厚度方向會出現一個溫度梯度,這種溫度梯度導致冷卻不均勻而產生不均勻的內應力,當這種內應力超過材料的剛性時就會使板料彎曲。根據不同材料選取不同的雷射工藝參數可以得到不同彎曲角。

醫學中的套用

雷射雷射
套用於牙科的雷射系統
依據雷射在牙科套用的不同作用,分為幾種不同的雷射系統。區別雷射的重要特徵之一是:光的波長,不同波長的雷射對組織的作用不同,在可見光及近紅外光譜範圍的光線,吸光性低,穿透性強,可以穿透到牙體組織較深的部位,例如氬離子雷射、二極體雷射或Nd:YAG雷射(如圖1)。而Er:YAG雷射和CO,雷射的光線穿透性差,僅能穿透牙體組織約0.01毫米。區別雷射的重要特徵之二是:雷射的強度(即功率),如在診斷學中套用的二極體雷射,其強度僅為幾個毫瓦特,它有時也可用在雷射顯示器上。 用於治療的雷射,通常是幾個瓦特中等強度的雷射。雷射對組織的作用,還取決於雷射脈衝的發射方式,以典型的連續脈衝發射方式的雷射有:氬離子雷射、二極體雷射、CO2,雷射;以短脈衝方式發射的雷射有:Er:YAG雷射或許多Nd:YAG雷射,短脈衝式的雷射的強度(即功率)可以達到1,000瓦特或更高,這些強度高、吸光性也高的雷射,只適用於清除硬組織。 雷射在齲齒的診斷方面的套用
1、脫礦、淺齲
2、隱匿齲 雷射在治療方面的套用
1.切割
2.充填物的聚合,窩洞處理雷射美容(1)雷射在美容界的用途越來越廣泛。雷射是通過產生高能量,聚焦精確,具有一定穿透力的單色光,作用於人體組織而在局部產生高熱量從而達到去除或破壞目標組織的目的,各種不同波長的脈衝雷射可治療各種血管性皮膚病及色素沉著,如太田痣、鮮紅斑痣、雀斑、老年斑、毛細血管擴張等,以及去紋身、洗眼線、洗眉、治療瘢痕等;而近年來一些新型的雷射儀,高能超脈衝CO2雷射,鉺雷射進行除皺、磨皮換膚、治療打鼾,美白牙齒等等,取得了良好的療效,為雷射外科開闢越來越廣闊的領域。(2)雷射手術有傳統手術無法比擬的優越性。首先雷射手術不需要住院治療,手術切口小,術中不出血,創傷輕,無瘢痕。例如:眼袋的治療傳統手術法存在著由於剝離範圍廣、術中出血多,術後癒合慢,易形成瘢痕等缺點,而套用高能超脈衝CO2雷射儀治療眼袋,則以它術中不出血,不需縫合,不影響正常工作,手術部位水腫輕,恢復快,無瘢痕等優點,令傳統手術無法比擬。而一些由於出血多而無法進行的內窺鏡手術,則可由雷射切割代替完成。(註:有一定的適應範圍)(3)雷射在血管性皮膚病以及色素沉著的治療中成效卓越。
由韓國著名的專業醫療雷射公司WonTechnology研發生產,進入中國市場已多年。大S徐熙媛在《美容大王2》中極力推薦的“黑臉娃娃”即是由該設備操作的美容項目。該設備使用波長為1064nm及532nm調Q雷射,是治療表皮及真皮色素性病變的至佳選擇,真正的Toning模式可用於“白瓷淨膚”,同時可治療難治性色素性病變,獨創的Genesis模式可進行“白瓷嫩膚”,結合Softpeeling模式可用於專業美白、嫩膚,顯著改善肌膚色澤和紋理,縮小毛孔,有效除皺。

使用脈衝染料雷射治療鮮紅斑痣,療效顯著,對周圍組織損傷小,幾乎不落疤。它的出現,成為鮮紅斑痣治療史上的一次革命,因為鮮紅斑痣治療史上,放射、冷凍、電灼、手術等方法,其瘢痕發生率均高,並常出現色素脫失或沉著。雷射治療血管性皮膚病是利用含氧血紅蛋白對一定波長的雷射選擇性的吸收,而導致血管組織的高度破壞,其具有高度精確性與安全性,不會影響周圍鄰近組織。因此,雷射治療毛細血管擴張也是療效顯著。此外,由於可變脈衝雷射等相繼問世,使得不滿意紋身的去除,以及各類色素性皮膚病如太田痣,老年斑等的治療得到了重大突破。這類雷射根據選擇性光熱效應理論,(即不同波長的雷射可選擇性地作用於不同顏色的皮膚損害),利用其強大的瞬間功率,高度集中的輻射能量及色素選擇性,極短的脈寬,使雷射能量集中作用於色素顆粒、將其直接汽化、擊碎,通過淋巴組織排出體外,而不影響周圍正常組織,並且以其療效確切,安全可靠,無瘢痕,痛苦小而深入人心。(4)雷射外科開創了醫學美容的新紀元。高能超脈衝CO2雷射磨皮換膚術開拓了美容外科的新技術。它利用高能量,極短脈衝的雷射,使老化、損傷的皮膚組織瞬間被汽化,不傷及周圍組織,治療過程中幾乎不出血,並可精確的控制作用深度。其效果得到國際醫學整形美容界充分肯定,被譽為“開創了醫學美容新紀元”;此外,更有高能超脈衝CO2雷射儀治療眼袋、打鼾、甚至雷射美白牙齒等,以其安全精確的療效,簡便快捷的治療在醫學美容界創造了一個又一個奇蹟。雷射美容使得醫學美容向前邁進了一大步,並且賦於醫學美容更新的內涵。

雷射冷卻

雷射冷卻(laser cooling)利用雷射和原子的相互作用減速原子運動以獲得超低溫原子的高新技術。這一重要技術早期的主要目的是為了精確測量各種原子參數,用於高解析度雷射光譜和超高精度的量子頻標(原子鐘),後來卻成為實現原子玻色-愛因斯坦凝聚的關鍵實驗方法。雖然早在20世紀初人們就注意到光對原子有輻射壓力作用,只是在雷射器發明之後,才發展了利用光壓改變原子速度的技術。人們發現,當原子在頻率略低於原子躍遷能級差且相向傳播的一對雷射束中運動時,由於都卜勒效應,原子傾向於吸收與原子運動方向相反的光子,而對與其相同方向行進的光子吸收幾率較小;吸收後的光子將各向同性地自發輻射。平均地看來,兩束雷射的淨作用是產生一個與原子運動方向相反的阻尼力,從而使原子的運動減緩(即冷卻下來)。1985年美國國家標準與技術研究院的菲利浦斯(willam D.Phillips)和史丹福大學的朱檬文(Steven Chu)首先實現了雷射冷卻原子的實驗,並得到了極低溫度(24μK)的鈉原子氣體。他們進一步用三維雷射束形成磁光講將原子囚禁在一個空間的小區域中加以冷卻,獲得了更低溫度的“光學粘膠”。之後,許多雷射冷卻的新方法不斷湧現,其中較著名的有“速度選擇相干布居囚禁”和“拉曼冷卻”,前者由法國巴黎高等師範學院的柯亨-達諾基(Claud Cohen-Tannodji)提出,後者由朱模文提出,他們利用這種技術分別獲得了低於光子反衝極限的極低溫度。此後,人們還發展了磁場和雷射相結合的一系列冷卻技術,其中包括偏振梯度冷卻、磁感應冷卻等等。朱模文、柯亨-達諾基和菲利浦斯三人也因此而獲得了1997年諾貝爾物理學獎。雷射冷卻有許多套用,如:原子光學、原子刻蝕、原子鐘、光學晶格光鑷子、玻色-愛因斯坦凝聚、原子雷射、高解析度光譜以及光和物質的相互作用的基礎研究等等。

雷射光譜

“鋼鐵俠”手套“鋼鐵俠”手套
雷射光譜(laser spectra)以雷射為光源的光譜技術。與普通光源相比,雷射光源具有單色性好、亮度高、方向性強和相干性強等特點,是用來研究光與物質的相互作用,從而辨認物質及其所在體系的結構、組成、狀態及其變化的理想光源。雷射的出現使原有的光譜技術在靈敏度和解析度方面得到很大的改善。由於已能獲得強度極高、脈衝寬度極窄的雷射,對多光子過程、非線性光化學過程以及分子被激發後的弛豫過程的觀察成為可能,並分別發展成為新的光譜技術。雷射光譜學已成為與物理學、化學、生物學及材料科學等密切相關的研究領域。

吸收光譜

雷射用於吸收光譜,可取代普通光源,省去單色器或分光裝置。雷射的強度高,足以抑制檢測器的噪聲干擾,雷射的準直性有利於採用往復式光路設計,以增加光束通過樣品池的次數。所有這些特點均可提高光譜儀的檢測靈敏度。除去通過測量光束經過樣品池後的衰減率的方法對樣品中待測成分進行分析外,由於雷射與基質作用後產生的熱效應或電離效應也較易檢測到,以此為基礎發展而成的光聲光譜分析技術和雷射誘導螢光光譜分析技術已獲得套用。利用雷射誘導螢光、光致電離和分子束光譜技術的配合,已能有選擇地檢測出單個原子的存在。

螢光光譜

高強度雷射能夠使吸收物種中相當數量的分子提升到激發量子態。因此極大地提高了螢光光譜的靈敏度。以雷射為光源的螢光光譜適用於超低濃度樣品的檢測,例如用氮分子雷射泵浦的可調染料雷射器對螢光素鈉的單脈衝檢測限已達到10-10摩爾/升,比用普通光源得到的最高靈敏度提高了一個數量級。

拉曼光譜

雷射使拉曼光譜獲得了新生,因為雷射的高強度極大地提高了包含雙光子過程的拉曼光譜的靈敏度、分辨率和實用性。為了進一步提高拉曼散射的強度,最近又研究出兩種新技術,即共振拉曼光譜法和相關反斯托克斯拉曼光譜法(CARS),使靈敏度得到更大的提高,但尚未成為常規的分析方法。

高分辨雷射光譜

雷射對高分辨光譜的發展起很大作用,是研究原子、分子和離子結構的有力工具,可用來研究譜線的精細和超精細分裂、塞曼和斯塔克分裂、光位移、碰撞加寬、碰撞位移等效應。

時間分辨雷射光譜

能輸出脈衝持續時間短至納秒或皮秒的高強度脈衝雷射器,是研究光與物質相互作用時瞬態過程的有力工具,例如,測定激發態壽命以及研究氣 、液、固相中原子、分子和離子的弛豫過程

雷射感測器

雷射感測器(laser transducer)利用雷射技術進行測量的感測器。它由雷射器、雷射檢測器和測量電路組成。雷射感測器是新型測量儀表,它的優點是能實現無接觸遠距離測量,速度快,精度高,量程大,抗光、電干擾能力強等。

雷射位移感測器是採用雷射三角原理和 或回波分析原理 進行非接觸位置、位移測量的精密感測器。廣泛套用於位置、位移、厚度、半徑、形狀、振動、距離等幾何量的工業測量,感測器一體化設計,無需放大器。使用簡單的按鍵(或遠程信號)示教模式,可快速設定遠點和近點。提供全面的雷射測量產品, 最高精度達微米級,檢測距離最遠可達250m,高速回響,抗光干擾能力強,幾乎適合所有的檢測表面,豐富的輸出形式,開關量,模擬量,串口輸出,Profibus和DeviceNet匯流排接口, 2級雷射等級,光點最小可達0.8mm,有效檢測小面積被測量面, 所有雷射位移感測器都擁有極高的性能價格比。
1、FT 20 RA系列
檢測距離 20~80mm 精度 0.5mm光源 IR 880nm連線方式 直接附線 接外掛程式 可選開關頻率 200Hz輸出信號 擬量 0~10V 0~10mA 可選最大輸出電流 20mA顯示 LED 紅綠兩色材料 黃銅 鍍鎳防護等級 IP65工作溫度範圍 0℃~60℃)

2.FT50 RLA-20系列
檢測距離40~60mm 可調精度 7μm40μm 可選光源 雷射 紅色 670nm開關頻率 800Hz 80Hz 可選連線方式 直接附線 接外掛程式 M12 4針 可選輸出信號 模擬量 0~10V 可選最大輸出電流 3mA顯示 LED 紅色材料 ABS防護等級 IP67工作溫度範圍 (0℃~45℃)

雷射光電子感測器
3.FT50 RLA-40系列

檢測距離 45~85mm可調精度 20μm80μm 可選光源 雷射 紅色 670nm開關頻率 800Hz 80Hz 可選連線方式 直接附線 接外掛程式 M12 4針 可選輸出信號 模擬量 0~10V 可選
最大輸出電流 3mA顯示 LED 紅色材料 ABS防護等級 IP67
工作溫度範圍 (0℃~45℃)
4.FT50 RLA-70系列
檢測距離 30~100mm 可選精度 0.03~0.1mm工作電源 15~30 V DC光源 雷射 紅色 650nm開關頻率 1000Hz 可選
連線方式 接外掛程式 M12 8針輸出信號 2×PNP NO 4~20mA RS485 可選最大輸出電流 3mA顯示 LED 紅色
材料 ABS防護等級 IP67工作溫度範圍 (-10℃~45℃)
5.FT50 RLA-220系列
檢測距離 80~300mm 可選精度 0.08~0.3mm工作電源 15~30 V DC光源 雷射 紅色 650nm
開關頻率 1000Hz 可選連線方式 接外掛程式 M12 8針輸出信號 2×PNP NO 4~20mA RS485 可選最大輸出電流 3mA顯示 LED 紅色材料 ABS防護等級 IP67工作溫度範圍 (-10℃~45℃)
雷射電子感測圖

6.FT80 RLA-500-L8/SIL8系列
檢測距離 250mm~750mm精度 0.25~0.75mm工作電源 15~30 V DC光源 雷射 紅色 650nm開關頻率 1000Hz 可選連線方式 接外掛程式 M12 8針輸出信號 2×PNP NO/NC 4~20mA RS485 可最大輸出電流 3mA顯示 LED 紅色材料 ABS防護等級 IP67工作溫度範圍 (-10℃~45℃)

7.FT90 ILA-S2-Q12系列
檢測距離 黑色0.5~3m 灰色0.5~7m 白色0.5~10m 可選精度 0.1mm工作電源 18~30 V DC光源 雷射 紅色 650nm開關頻率 1000Hz 可選連線方式 接外掛程式 M12 8針輸出信號 2×PNP 4~20mA RS422 可選最大輸出電流 3mA顯示 LED 紅色材料 ABS防護等級 IP67工作溫度範圍 (-10℃~45℃)

8.FT91 ILA-S2-Q12系列
檢測距離 黑色0.5~2m 灰色0.5~4m 白色0.5~6m 可選精度 0.1mm工作電源 18~30 V DC光源 雷射 紅色 650nm開關頻率 1000Hz 可選連線方式 接外掛程式 M12 8針輸出信號 2×PNP4~20mA RS422 可選最大輸出電流 3mA顯示 LED 紅色材料 ABS防護等級 IP67工作溫度範圍 (-10℃~45℃)

9.FT92 ILA系列
檢測距離 0.2~6m 可選精度 5mm工作電源 15~30 V DC光源 雷射 紅色 650nm開關頻率 1000Hz 可選連線方式 接外掛程式 M12 5針輸出信號 2×PNP4~20mA 可選最大輸出電流 3mA顯示 LED 紅色材料 ABS防護等級 IP67工作溫度範圍 (-10℃~45℃)

雷射雷達

雷射雷達
雷射雷達(laser radar)是指用雷射器作為輻射源的雷達。雷射雷達是雷射技術與雷達技術相結合的產物 。由發射機 、天線 、接收機 、跟蹤架及信息處理等部分組成。發射機是各種形式的雷射器,如二氧化碳雷射器、摻釹釔鋁石榴石雷射器、半導體雷射器及波長可調諧的固體雷射器等;天線是光學望遠鏡;接收機採用各種形式的光電探測器,如光電倍增管、半導體光電二極體、雪崩光電二極體、紅外和可見光多元探測器件等。雷射雷達採用脈衝或連續波2種工作方式,探測方法分直接探測與外差探測。雷射雷達在軍事上可用於對各種飛行目標軌跡的測量。如對飛彈和火箭初始段的跟蹤與測量,對飛機和巡航飛彈的低仰角跟蹤測量,對衛星的精密定軌等。雷射雷達與紅外、電視等光電設備相結合,組成地面、艦載和機載的火力控制系統,對目標進行搜尋、識別、跟蹤和測量。由於雷射雷達可以獲取目標的三維圖像及速度信息,有利於識別隱身目標。雷射雷達可以對大氣進行監測,遙測大氣中的污染和毒劑,還可測量大氣的溫度、濕度、風速、能見度及雲層高度。

雷射武器

雷射雷射武器
雷射武器是一種利用沿一定方向發射的雷射束攻擊目標的定向能武器,具有快速、靈活、精確和抗電磁干擾等優異性能,在光電對抗、防空和戰略防禦中可發揮獨特作用。它分為戰術雷射武器和戰略雷射武器兩種。它將是一種常規威懾力量。戰術雷射武器的突出優點是反應時間短,可攔擊突然發現的低空目標。用雷射攔擊多目標時,能迅速變換射擊對象,靈活地對付多個目標。雷射武器的缺點是不能全天候作戰,受限於大霧、大雪、大雨,且雷射發射系統屬精密光學系統,在戰場上的生存能力有待考驗。陸軍的快速發射高炮的炮管壽命短,連續發射幾分鐘後就要更換,而雷射武器不存在多次發射的壽命問題。可以預計,未來在目前彈炮結合防空武器系統的基礎上,將出現將新型防空飛彈。高炮和雷射武器三結合的對空防禦系統。其中,雷射武器主要攔截從低空、超低空突然來襲的近距離目標,這有可能大大提高對精確武器的攔截溉率,解決當前存在的極近程防空問題,並可用於保衛重要目標,如重要機構、指揮中心、通訊和動力中樞等。目前研製的雷射武器的體積一段較大,重量較重,所以各國首先考慮艦載套用。目前,已開發國家的大型水面艦隻已開始採用核能作為動力,中型水面艦隻的電動化改進也已進入實質階段,這都為雷射武器在艦艇上的套用鋪平了道路
鑒於雷射武器的重要作用和地位,美、俄、以色列和其他一些已開發國家都投入了巨額資金,制定了宏大計畫,組織了龐大的科技隊伍,開發雷射武器。至90年代初,僅美國政府對雷射武器的研究投資就達90億美元。80年代中後期,蘇聯和英國的軍艦或陸上已有實驗性戰術雷射武器裝備,美、法、德等國也作了大量試驗。戰略雷射武器研究費用高,技術難度大,其前景還有待觀察。雷射武器的效費比是比較高的。在防空武器方面,當前主體是飛彈,雷射武器與之相比消耗費用要便宜得多。例如,一枚“愛國者”飛彈要60-70萬美元,一枚短程“毒刺”式飛彈要2萬美元,而雷射發射一次僅需數千美元,今後隨著技術的發展,雷射發射一次的費用可降至數百美元。去年6月6日,美國軍方在新墨西哥州南部的懷特桑茲飛彈試驗場首次進行戰術高能武器試驗,成功摧毀了一枚飛行中的喀秋莎火箭。美軍方官員稱,這是世界上第一種以雷射為基礎的反導系統。美軍方還將於近期進行該武器擊落多枚“來襲飛彈”的試驗。該系統由美加利福尼亞州的承包商湯普森·拉莫·伍爾德里奇公司專門為美國陸軍和以色列設計製造,開發費用高達2億美元。該系統尤其適合部署在人口稠密的地方,而且成本十分低廉,據估算,每攔截一枚飛彈只需約3000美元。美國防部目前正在考慮研製一種機動性能更強、打擊範圍更廣、主要針對彈道飛彈的雷射攔截技術.

武器套用

雷射雷射武器
不同功率密度,不同輸出波形,不同波長的雷射,在與不同目標材料相互作用時,會產生不同的殺傷破壞效應。用雷射作為“死光”武器,不能像在雷射加工中那樣藉助於透鏡聚焦,而必須大大提高雷射器的輸出功率,作戰時可根據不同的需要選擇適當的雷射器。目前,雷射器的種類繁多,名稱各異,有體積整整占據一幢大樓、功率為上萬億瓦、用於引發核聚變的雷射器,也有比人的指甲還小、輸出功率僅有幾毫瓦、用於光電通信的半導體雷射器。按工作介質區分,目前有固體雷射器、液體雷射器和分子型、離子型、準分子型的氣體雷射器等。同時,按其發射位置可分為天基、陸基、艦載、車載和機載等類型,按其用途還可分為戰術型和戰略型兩類。

戰術雷射武器

雷射劍雷射劍
戰術雷射武器是利用雷射作為能量,是像常規武器那樣直接殺傷敵方人員、擊毀坦克、飛機等,打擊距離一般可達20公里。這種武器的主要代表有雷射槍和雷射炮,它們能夠發出很強的雷射束來打擊敵人。1978年3月,世界上的第一支雷射槍在美國誕生。雷射槍的樣式與普通步槍沒有太大區別,主要由四大部分組成:雷射器、激勵器、擊發器和槍托。目前,國外已有一種紅寶石袖珍式雷射槍,外形和大小與美國的派克鋼筆相當。但它能在距人幾米之外燒毀衣服、燒穿皮肉,且無聲響,在不知不覺中致人死命,並可在一定的距離內,使火藥爆炸,使夜視儀、紅外或雷射測距儀等光電設備失效。還有7種稍大重量與機槍相仿的小巧雷射槍,能擊穿銅盔,在1500米的距離上燒傷皮肉、致瞎眼睛等。戰術雷射武器的"挖眼術"不但能造成飛機失控、機毀人亡,或使炮手喪失戰鬥能力,而且由於參戰士兵不知對方雷射武器會在何時何地出現,常常受到沉重的心理壓力。因此,雷射武器又具有常規武器所不具備的威懾作用。1982年英阿馬島戰爭中,英國在航空母艦和各類護衛艦上就安裝有雷射致盲武器,曾使阿根廷的多架飛機失控、墜毀或誤入英軍的射擊火網。

戰略雷射武器

戰略雷射武器可攻擊數千公里之外的洲際飛彈;可攻擊太空中的偵察衛星和通信衛星等。例如,197

雷射雷射
5年11月,美國的兩顆監視飛彈發射井的偵察衛星在飛抵西伯利亞上空時,被前蘇聯的“反衛星”陸基雷射武器擊中,並變成“瞎子”。因此,高基高能雷射武器是奪取宇宙空間優勢的理想武器之一,也是軍事大國不惜耗費巨資進行激烈爭奪的根本原因。據外刊透露,自70年代以來,美俄兩國都分別以多種名義進行了數十次反衛星雷射武器的試驗。目前,反戰略飛彈雷射武器的研製種類有化學雷射器、準分子雷射器、自由電子雷射器和調射線雷射器。例如:自由電子雷射器具有輸出功率大、光束質量好、轉換效率高、可調範圍寬等優點。但是,自由電子雷射器體積龐大,只適宜安裝在地面上,供陸基雷射武器使用。作戰時,強雷射束首先射到處於空間高軌道上的中斷反射鏡。中斷反射鏡將雷射束反射到處於低軌道的作戰反射鏡,作戰反射鏡再使雷射束瞄準目標,實施攻擊。通過這樣的兩次反射,設定在地面的自由電子雷射武器,就可攻擊從世界上任何地方發射的戰略飛彈。高基高能雷射武器是高能雷射武器與太空飛行器相結合的產物。當這種雷射器沿著空間軌道游戈時,一旦發現對方目標,即可投入戰鬥。由於它部署在宇宙空間,居高臨下,視野廣闊,更是如虎添翼。在實際戰鬥中,可用它對對方的空中目標實施閃電般的攻擊,以摧毀對方的偵察衛星、預警衛星、通信衛星、氣象衛星,甚至能將對方的洲際飛彈摧毀在助推的上升階段。

玻璃

雷射雷射玻璃
雷射玻璃是一種以玻璃為基質的固體雷射材料。它廣泛套用於各類型固體雷射光器中,並成為高功率和高能量雷射器的主要雷射材料。雷射玻璃由基質玻璃和激活離子兩部分組成。雷射玻璃各種物理化學性質主要由基質玻璃決定,而它的光譜性質則主要由激活離子決定。但是基質玻璃與激活離子彼此間互相作用,所以激活離子對雷射玻璃的物理化學性質有一定的影響,而基質玻璃對它的光譜性質的影響有時還是相當重要的。

雷射玻璃的基本要求概括起來有以下幾點:
1、激活離子的發光機構中必需有亞穩態,形成三能級或四能縱機構;並要求亞穩態有較長壽命,使粒子數易於積累達到反轉。為使雷射玻璃有較高的效率和低的振盪值,從能級機構來講,四能級優於三能級。而當終態能級與基態 能級之間能量間隔大於1000厘米-1時,在室溫下終態能級幾乎是空因此,在室溫下泵浦也易於產生粒子數反轉。目前已在玻璃中產生雷射的各種激活離子,以Nd3 離子最佳,其為四能級機構,雷射躍遷的終態與基態能級的間距約為1950厘米。

2、雷射玻璃必需有各種適串的光譜性質。其中包括吸收光譜性質,要求在激發光源的輻射光漸內有寬而多的吸收帶,高的吸收係數,吸收光譜帶與光源的輻射帶的峰值儘可能重疊,這樣有利於充分利用激發光源的能量;螢光光譜性質,一般要求它的螢光譜帶少而窄,這樣輸出能量不致分散; 同時為使吸收的激發光能量儘可能多地轉化為雷射能量,還要求螢光的量子效率儘可能高,內部的能量損耗儘可能小。

3、雷射基質玻璃必需有良好的透明度,尤其是對雷射波長的吸收應儘可能低。基質玻璃的透明度高,就能使光泵的能量充分地被激活離子所吸收,轉化為雷射。透明度降低 就增加了基質對光泵能量的吸收,而使雷射玻璃溫度升高,這會帶來一系列缺點。目前光泵的輻射譜帶大部分位於可見光及近紫外和紅外區域,所以必須選擇在該區域透明的材料。在無機玻璃中以氧化物和氟化物玻璃較為適宜。基質玻璃中若含有鐵、銅、鉛、錳、鑽、鎳等過渡金屬元素的化合物.在近紫外到紅外都有強的吸收,會使基質玻璃的透明度下降。在玻璃中引起雷射波長吸收的主要來源是雜質

4、雷射玻璃必需有良好的光學均勻性。雷射玻璃的光學不均勻性使光線通過玻璃後波面變形和產生程差,促使其振盪閾值升良效率降低,發散角增加。

5、雷射玻璃必需有良好的熱光穩定件。雷射器工作時由於激活離子的非輻射躍遷損失和基質玻璃的紫外、紅外吸收光泵的一部分光能轉化為使玻璃溫度升高的熱能。同時,由於吸熱和冷卻條件的不同在棒的徑向就會出現溫度梯度。這些因素除導致雷射玻璃的光學均勻性降低而影響雷射性能外,甚至會使雷射被璃由於熱機械性能不好而損壞。

6、雷射玻璃必需有良好的物理化學性能。除了以上幾點要求外,為了便於製造、加工和使用,還要求雷射玻璃具有良好的物別化學性能。這包括失透傾向小,化學穩定性高。有一定的機械強度和良好的光照穩定性和熱導性等。失透傾向高的玻璃使玻璃製造,尤其是大塊玻璃的生產工藝帶來困難,並難於得到光學均勻性高的被璃。

歷史

雷射雷射
雷射的理論基礎起源於大物理學家‘愛因斯坦’,1916年愛因斯坦提出了一套全新的技術理論‘受激輻射’。這一理論是說在組成物質的原子中,有不同數量的粒子(電子)分布在不同的能級上,在高能級上的粒子受到某種光子的激發,會從高能級跳到(躍遷)到低能級上,這時將會輻射出與激發它的光相同性質的光,而且在某種狀態下,能出現一個弱光激發出一個強光的現象。這就叫做“受激輻射的光放大”,簡稱雷射。1958年,美國科學家肖洛和湯斯發現了一種神奇的現象:當他們將鈉光燈泡所發射的光照在一種稀土晶體上時,晶體的分子會發出鮮艷的、始終會聚在一起的強光。根據這一現象,他們提出了"雷射原理",即物質在受到與其分子固有振盪頻率相同的能量激勵時,都會產生這種不發散的強光--雷射。他們為此發表了重要論文。肖洛和湯斯的研究成果發表之後,各國科學家紛紛提出各種實驗方案,但未獲成功。1960年5月15日,美國加利福尼亞州休斯實驗室的科學家梅曼宣布獲得了波長為0.6943微米的雷射,這是人類有史以來獲得的第一束雷射,梅曼因而也成為世界上第一個將雷射引入實用領域的科學家。1960年7月7日,梅曼研製成功世界上第一台雷射器,梅曼的方案是,利用一個高強閃光燈管,來刺激在紅寶石色水晶里的鉻原子,從而產生一條相當集中的纖細紅色光柱,當它射向某一點時,可使其達到比太陽表面還高的溫度。∈歷史現象可否被用來加強光場,因為前提是介質必須存在著群數反轉(或譯居量反轉)的狀態。在一個二級系統中,這是不可能的。人們首先想到用三級系統,而且計算證實了輻射的穩定性。1960年7月7日,梅曼宣布世界上第一台雷射器由誕生,梅曼的方案是,利用一個高強閃光燈管,來刺激紅寶石。由於紅寶石其實在物理上只是一種摻有鉻原子的剛玉,所以當紅寶石受到刺激時,就會發出一種紅光。在一塊表面鍍上反光鏡的紅寶石的表面鑽一個孔,使紅光可以從這個孔溢出,從而產生一條相當集中的纖細紅色光柱,當它射向某一點時,可使其達到比太陽表面還高的溫度。前蘇聯科學家尼古拉·巴索夫於1960年發明了半導體雷射器。半導體雷射器的結構通常由p層、n層和形成雙異質結的有源層構成。其特點是:尺寸小、p合效率高、回響速度快、波長和尺寸與光纖尺寸適配、可直接調製、相干性好。

發展時間表

1916年:愛因斯坦提出“受激發射”理論,一個光子使得受激原子發出一個相同的光子。1953年:美國物理學家CharlesTownes用微波實現了雷射器的前身:微波受激發射放大(英文首字母縮寫maser)1957年:Townes的博士生GordonGould創造了“laser”這個單詞,從理論上指出可以用光激發原子,產生一束相干光束,之後人們為其申請了專利,相關法律糾紛維持了近30年。1960年:美國加州Hughes實驗室的TheodoreMaiman實現了第一束雷射1961年:雷射首次在外科手術中用於殺滅視網膜腫瘤。1962年:發明半導體二極體雷射器,這是今天小型商用雷射器的支柱。1969年:雷射用於遙感勘測,雷射被射向阿波羅11號放在月球表面的反射器,測得的地月距離誤差在幾米範圍內。1971年:雷射進入藝術世界,用於舞台光影效果,以及雷射全息攝像。英國籍匈牙利裔物理學家DennisGabor憑藉對全息攝像的研究獲得諾貝爾獎。1974年:第一個超市條形碼掃描器出現1975年:IBM投放第一台商用雷射印表機1978年:飛利浦製造出第一台雷射盤(LD)播放機,不過價格很高1982年:第一台緊湊碟片(CD)播放機出現,第一部CD糟是美國歌手BillyJoel在1978年的專輯52ndStreet。1983年:里根總統發表了“星球大戰”的演講,描繪了基於太空的雷射武器1988年:北美和歐洲間架設了第一根光纖,用光脈衝來傳輸數據。1990年:雷射用於製造業,包括積體電路和汽車製造1991年:第一次用雷射治療近視,海灣戰爭中第一次用雷射制導飛彈。1996年:東芝推出數字多用途光碟(DVD)播放器2008年:法國神經外科學家使用廣導纖維雷射和微創手術技術治療了腦瘤2010年:美國國家核安全管理局(NNSA)表示,通過使用192束雷射來束縛核聚變的反應原料、氫的同位素氘(質量數2)和氚(質量數3),解決了核聚變的一個關鍵困難。

革命

現代社會中,信息的作用越來越重要,誰掌握的信息越迅速、越準確、越豐富,誰也就更加掌握了主動權,也就有更多成功的機會。雷射的出現引發了一場信息革命,從VCD、DVD光碟到雷射照排,雷射的使用大大提高了效率,以及方便人們保存和提取信息,“雷射革命”意義非凡。雷射的空間控制性和時間控制性很好,對加工對象的材質、形狀、尺寸和加工環境的自由度都很大,特別適用於自動化加工,雷射加工系統與計算機數控技術相結合可構成高效自動化加工設備,已成為企業實行適時生產的關鍵技術,為優質、高效和低成本的加工生產開闢了廣闊的前景。目前,雷射技術已經融入我們的日常生活之中了,在未來的歲月中,雷射會帶給我們更多的奇蹟。雷射是現代新光源,具有方向性好、亮度高、單色性好等特點而被廣泛套用,如雷射測距、雷射鑽孔和切割、地震監測、雷射手術、雷射唱頭等。雷射武器產生的獨特燒蝕效應、激波效應和輻射效應,已被廣泛運用於防空、反坦克、轟炸機等方面,並已顯示了它的神奇威力。我國的雷射產業有兩大龍頭,南有大族雷射,北有G科達(600986),有趣的是,這兩隻雷射股的流通盤分別只有5468萬股和4953萬股,屬袖珍型,但G科達的股價卻不及大族雷射的零頭,後市有很強的爆發潛力。G科達主業是雷射電子產品,公司與外資合作,生產具有國際先進技術水平的雷射頭及相關電子產品,公司安裝運行24條生產線,生產三類機種多個型號的雷射頭產品,可年加工各種雷射頭4800萬件,成為我國最大的雷射頭生產基地,與行內的“大族雷射”雙雄鼎立。G科達控股子公司東營科英雷射電子有限公司,其經營範圍為生產銷售電子雷射頭、機芯及相關產品,主導產品數字解碼雷射頭廣泛用於電腦、影碟機、遊戲機等高科技電子產品,當前主要客戶有LG電子、華碩電腦、建興電子等著名IT廠商,由於雷射頭及其系列產品凝聚著光學、電子、精密機械、微電腦、新材料、微細加工等高新技術之精華,是當今最先端科技的結晶,套用前景非常廣闊,公司的雷射產業今後可望高速增長。
另外G科達的母公司科達實業在G科達2005年年報上承諾,“青島液化石油氣低溫常壓儲運工程項目”建成後將注入到上市公司,使G科達控股華東最大的液化石油氣基地項目,創造了一個巨大的利潤增長點,因為液化石油氣是賣方市場,而且價格還有暴升的可能,公司發展前景堪稱一流。G科達與大族雷射同是我國雷射電子的兩大巨子,正在形成雷射和液化石油氣建設項目兩大拳頭產業,特別是液化石油氣項目注入後公司業績將會暴增,而現時流通盤不到5000萬股,股價在淨資產值附近,遠離8.6元的發行價,具有不錯的投資投機價值,近期主力在底部正大舉介入,後市有望絕塵而去,值得密切關注。雷射學是20世紀60年代發展起來的一門新興學科,是繼原子能、計算機和半導體技術之後的重大科技成果之一。

中國新進展

2003年,據中國科學院訊息,經過中國科學院物理所王樹鐸研究開發小組人員的努力,首次實現了對大面積準分子雷射能量的直接測量,其有效測量直徑達100mm,在熱釋電型雷射探測器的尺寸上為世界之最。經過與中國原子能科學研究院的有關專家合作以及在國家實驗室進行的試驗表明,此系統在不同能量區域(10-20J和100-200mJ)均達到了預期的技術指標。據介紹,雷射聚變研究是一個很有發展前途的能源開發課題,雷射可控熱核聚變反應必將給人類生活帶來新的轉折。雷射聚變在軍事科學研究中也具有重要意義。在雷射聚變實驗,特別是在間接驅動聚變研究中,為了生產強的輻射驅動場,人們正在追求高的X光轉換效率,良好的輻射輸運環境,最佳的輻射驅動場。在這些研究過程中,對準分子雷射的能量進行直接監測和研究是非常重要的。該項研究成果表明,該項目的研究開發除了有實力對已開發的產品市場不斷開拓外,對國家正在發展的套用需求項目也具備了承擔和開發能力。

測速

雷射雷射

雷射測速是對被測物體進行兩次有特定時間間隔的雷射測距,取得在該一時段內被測物體的移動距離,從而得到該被測物體的移動速度。因此,雷射測速具有以下幾個特點
1、由於該雷射光束基本為射線,估測速距離相對於雷達測速有效距離遠,可測1000M外;

2、測速精度高,誤差<1公里;

3、鑒於雷射測速的原理,雷射光束必須要瞄準垂直與雷射光束的平面反射點,又由於被測車輛距離太遠、且處於移動狀態,或者車體平面不大,而導致雷射測速成功率低、難度大,特別是執勤警員的工作強度很大、很易疲勞。

4、鑒於雷射測速的原理,雷射測速器不可能具備在運 動中使用,只能在靜止狀態下套用;因此,雷射測速儀不能稱之為“流動電子警察”。在靜止狀態下使用時,司機很容易發現有檢測,因此達不到預期目的。

5、價格昂貴,現在經過正規途徑進口的雷射測速儀(不含取景和控制部分)價格至少在一萬美金左右。
北京萊澤光電技術有限公司雷射加工部010-64664911主要運用YAG、CO2雷射打標機進行專業雷射打標、雷射刻字業務的加工公司。YAG、CO2雷射打標機採用計算機控制,利用高科技雷射技術,可以在各種金屬 非金屬上進行雷射刻字、雷射標記。

雷射標記相比傳統標記方式(如噴墨、腐蝕、電火花、衝壓、絲網印刷等)具有以下特點:

1. 能標記任意圖形、文字、條形碼、二維碼,可實現自動編號, 列印序列號、批號、日期。

2. 雷射標記後,不會因環境關係(如潮濕、酸性及鹼性)自然消退,而是永久保持,不易被人假冒,具有良好的防偽功能。

3. 無“刀具”磨損,無毒,無環境污染,高環保。

4. 標記質量好——屬於非接觸式加工,對加工材料不產生機械應力,不損壞被加工物品,精確、精美。

5. 可進行超精微細圖文標記

6. 圖文精美、加工快捷、個性化設計。
其主要套用範圍:金銀首飾、鐘錶、眼鏡、服飾、餐具、菸酒、飲料、禮品、模具、醫療器械、儀表儀器、衛生潔具、辦公用品、家居用品、五金工具、燈光音響、商標標牌、電子元件、汽車製造、及航天航空等行業。

通信

雷射通信,是雷射在大氣空間傳輸的一種通信方式。雷射大氣通信的傳送設備主要由雷射器(光源)、光調製器、光學發射天線(透鏡)等組成;接收設備主要由光學接收天線、光檢測器等組成。信息傳送時,先轉換成電信號,再由光調製器將其調製在雷射器產生的雷射束上,經光學天線發射出去。信息接收時,光學接收天線將接收到的光信號聚焦後,送至光檢測器恢復成電信號,在還原為信息。大氣雷射通信的容量大、保密性好,不受電磁干擾。但雷射在大氣中傳輸時受雨、霧、雪、霜等影響,衰耗要增大,故一般用於邊防、海島、跨越江河等近距離通信,以及大氣層外的衛星間通信和深空通信。早期的雷射大氣通信所用光源多數為二氧化碳雷射器、氦-氖雷射器等。二氧化碳雷射器輸出雷射波長為10.6微米,此波長正好處在大氣信道傳輸的低損耗視窗,是較為理想的通信光源。從70年代末到80年代中期,由於在技術實現上難以解決好全天候、高機動性、高靈活性、穩定性等問題,雷射大氣通信的研究陷入低潮。1988年,巴西宣布研製成功一種攜帶型半導體雷射大氣通信系統。這種通過雷射器聯通線路的軍用紅外通信裝置,其外形如同一架雙筒望遠鏡,在上面安裝了雷射二極體和麥克風。使用時,一方將雙筒鏡對準另一方即可實現通信,通信距離為1千米,如果將光學天線固定下來,通信距離可達15千米。1989年,美國成功地研製出一種短距離、隱蔽式的大氣雷射通信系統。1990年,美國試驗了適用於特種戰爭和低強度戰爭需要的紫外光波通信,這種通信系統完全符合戰術任務的要求,通信距離為2~5千米;如果對光束進行適當處理,通信距離可達5~10千米。90年代初,俄羅斯研製成功了大功率半導體雷射器,並開始了雷射大氣通信系統技術的實用化研究。不久便推出了10千米以內的半導體雷射大氣通信系統並在莫斯科、瓦洛涅什、圖拉等市套用。在瓦涅什河兩岸相距4千米的兩個電站之間,架設起了半導體雷射大氣通信系統,該系統可同時傳輸8路數字電話。在距離瓦洛涅什城約200千米以及在距莫斯科不遠的地方,也開通了半導體雷射大氣通信系統線路。
隨著半導體雷射器的不斷成熟、光學天線製作技術的不斷完善、信號壓縮編碼等技術的合理使用,雷射大氣通信正重新煥發出生機。

科學研究

用雷射塑造記憶
科學家用雷射在果蠅大腦中創造了記憶。科學家用雷射在果蠅大腦中創造了記憶。

通過將一束雷射照進果蠅的大腦,科學家們從無到有創造出了一些新的記憶。英國倫敦皇家學院的神經科學家Simon Schultz表示,這是一項“令人驚訝的研究工作”。
記憶的形成是非常簡單的,就是對那些很糟糕的並且需要避免的特殊刺激的聯想。作為形成這種聯想的第一步,英國牛津大學的神經科學家Gero Miesenbock和同事對果蠅究竟是喜歡3-辛醇(OCT)還是4-甲基環己醇(MCH)的氣味進行了研究。接下來,研究小組在任意一種氣味出現的時候,對果蠅進行了電擊。自然而然地,這些果蠅開始逃避與這些氣味有關的電擊,即便是它們最初喜歡的氣味也是如此。
Miesenbock和同事隨後想要搞清的是,他們能否在不用電擊的前提下讓果蠅討厭一種氣味。為了實現這一目標,研究人員向果蠅大腦的不同神經迴路中注射了一種轉基因版本的ATP(細胞能量的一種來源)。這一次,當果蠅遇到OCT或MCH的氣味時,研究人員便會向它們的大腦中反射一束雷射。這一過程釋放了轉基因的ATP,進而激活了能夠釋放多巴胺——一種被認為能夠在果蠅中形成令人厭惡的記憶的神經傳遞素——的神經細胞。毫無疑問,在OCT或MCH氣味存在的情況下,暴露在雷射下的果蠅會開始迴避這些氣味,就像它們被電擊了一樣。
更多的實驗使得研究人員能夠將這種負面強化效果限制在果蠅大腦中的僅僅12個神經細胞中。研究人員在最新出版的《細胞》雜誌上報告了這一研究成果。
Schultz表示,研究人員正在給實驗室小鼠中使用這種雷射方法,因此這些發現在哺乳動物中進行測試的時間並不會等得太久。儘管這只是一個遙遠的前景,但Schultz已經開始思索這項工作如何對人類產生幫助。

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