激光技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展

（廣東海洋大學(xué)理學(xué)院，廣東 湛 江 5 24088）

激光于1960年面世，是一種因刺激產(chǎn)生輻射而強(qiáng)化的光。這種光能量很強(qiáng)，甚至可用作切割鋼板。激光技術(shù)就是各個領(lǐng)域應(yīng)用激光而產(chǎn)生的一系列技術(shù)，激光技術(shù)是各個行業(yè)上的頂尖技術(shù)，各國對激光技術(shù)的研究都給予最重視、最嚴(yán)肅和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度[1]。本文對激光技術(shù)在軍事、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用研究做簡要的介紹。

1 激光技術(shù)在軍事上的應(yīng)用

激光技術(shù)在軍事上的應(yīng)用主要是利用激光方向性強(qiáng)，單色性好，高亮度和高度的時(shí)空相干性特點(diǎn)實(shí)施常規(guī)打擊、偵察與反偵察、精確制導(dǎo)、保密通信、姿態(tài)定位分析以及航空航天中的點(diǎn)火推進(jìn)控制燃燒等。在攻防方面，占主動權(quán)的進(jìn)攻更具優(yōu)勢，因此，激光在軍事上最吸引人的應(yīng)用莫過于激光武器。

激光武器是指利用激光束直接摧毀目標(biāo)或使之失效的定向武器，主要由激光器、精密瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)和光束控制與發(fā)射系統(tǒng)等部分組成。激光武器以其攻擊速度快，轉(zhuǎn)向靈活，可實(shí)現(xiàn)精確打擊，不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)倍受青睞。根據(jù)作戰(zhàn)用途的不同，可分為戰(zhàn)術(shù)激光武器和戰(zhàn)略激光武器。戰(zhàn)術(shù)激光武器是利用激光作為能量，能發(fā)出很強(qiáng)的激光束來打擊敵人。這種武器能夠象常規(guī)武器那樣直接殺傷敵方人員，使某些光電測量儀器的光敏元件損壞甚至失效，擊毀坦克、飛機(jī)等，其打擊距離可達(dá)20 km，主要代表有激光槍和激光炮。

戰(zhàn)略激光武器是指可攻擊數(shù)千公里之外的洲際導(dǎo)彈、太空中的偵察衛(wèi)星和通信衛(wèi)星等的高能激光武器，例如，在1975年11月，美國的兩顆監(jiān)視導(dǎo)彈發(fā)射井的偵察衛(wèi)星在飛抵西伯利亞上空時(shí)被前蘇聯(lián)的“反衛(wèi)星”陸基激光武器擊中，并變成“瞎子”。在著名的英一阿馬島戰(zhàn)爭中，英國就曾經(jīng)使用激光武器對付阿根廷飛機(jī)而機(jī)毀人亡。因此，高能激光武器有望成為未來高科技戰(zhàn)爭中奪取空間優(yōu)勢的殺手锏武器[2]。但是目前高能激光武器技術(shù)尚未成熟，按照現(xiàn)有的水平，今后五到十年可望在地面和空中甚至太空平臺上部署，用于戰(zhàn)術(shù)防空、戰(zhàn)區(qū)反導(dǎo)和反衛(wèi)星作戰(zhàn)等。目前，美、俄、英、以色列等國已研制出車載和機(jī)載激光武器。盡管激光武器有著許多優(yōu)點(diǎn)，但也存在致命的弱點(diǎn)：易受天氣和環(huán)境影響[3]。

2 激光技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用

在工業(yè)上最廣為人知的就是激光加工技術(shù)，激光的空間控制性和時(shí)間控制性很好，對加工對象的材質(zhì)、形狀、尺寸和加工環(huán)境的自由度都很大，特別適用于自動化加工。激光加工系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)相結(jié)合可構(gòu)成高效自動化加工設(shè)備，已成為企業(yè)實(shí)行適時(shí)生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，為優(yōu)質(zhì)、高效和低成本的加工生產(chǎn)開辟了廣闊的前景。

熱加工和冷加工均可應(yīng)用在金屬和非金屬材料上，進(jìn)行切割，打孔，刻槽，標(biāo)記等。熱加工金屬材料進(jìn)行焊接，表面處理，生產(chǎn)合金，切割均極有利；冷加工則對光化學(xué)沉積，激光快速成形技術(shù)，激光刻蝕，摻染和氧化都很合適。激光切割技術(shù)廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時(shí)間，降低加工成本，提高工件質(zhì)量。脈沖激光適用于金屬材料，連續(xù)激光適用于非金屬材料，后者是激光切割技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。但激光在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用是有局限和缺點(diǎn)的，比如用激光來切割食物和膠合板就不成功，食物被切開的同時(shí)也被灼燒了，而切割膠合板在經(jīng)濟(jì)上遠(yuǎn)不合算[4]。

由于激光容易集中于一點(diǎn)和高能量，激光焊接、激光雕刻這兩門技術(shù)也有了質(zhì)的飛躍，由以前的純?nèi)斯げ僮鞯浆F(xiàn)在的高精準(zhǔn)高效率技術(shù)，無論在質(zhì)還是量的方面都是以前的幾倍增幅。激光可以做成非常精細(xì)的焊槍，做精密焊接工作;還有激光焊接與組件不會直接接觸，亦即是非接觸式的焊接，因而材料質(zhì)地脆弱也不打緊，還可以對遠(yuǎn)離我們身邊的組件作焊接，也可以把放置在真空室內(nèi)的組件焊接起來。因?yàn)榧す夂附佑羞@些特點(diǎn)，所以它在微電子工業(yè)中尤其受歡迎。同時(shí)激光在打孔、刻蝕方面同樣有杰出的貢獻(xiàn)[5]。

3 激光技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)方面，激光同樣屬于高端技術(shù)。激光醫(yī)學(xué)在臨床上的應(yīng)用主要分為三大部分，包括：

（1）激光在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用，主要是通過激光與人體器官組織、細(xì)胞和生物分子的相互作用來研究激光的生物效應(yīng)。

（2）激光診斷，是以激光作為信息載體，利用激光單色性好的特點(diǎn)，對組織病理形態(tài)、病理情況下的功能及找出某些致病因素等方面進(jìn)行光譜分析。

（3）激光治療，是以激光作為能量載體，利用激光對組織的生物學(xué)效應(yīng)進(jìn)行治療，多年來，激光技術(shù)已成為臨床治療的有效手段，也成為發(fā)展醫(yī)學(xué)診斷的關(guān)鍵技術(shù)[6]。激光技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域最多人接觸過的就是激光手術(shù)，激光手術(shù)就是利用激光能產(chǎn)生高能量﹑聚焦精確的單色光，具有一定的穿透力，作用于人體組織時(shí)能在局部產(chǎn)生高熱量。激光手術(shù)就是利用激光的這一特點(diǎn)，去除或破壞目標(biāo)組織，達(dá)到治療的目的，主要包括激光切割和激光換膚。這避免了以前人為出現(xiàn)的誤差或者誤操，因?yàn)榧す饪梢灾苯舆B接計(jì)算機(jī)并在計(jì)算機(jī)全面顯示出當(dāng)前狀況，最大限度減少了負(fù)面的影響。

激光熒光光譜診斷腫瘤的研究是人們非常感興趣的課題，光譜檢測法靈敏度很高，如果能找到腫瘤細(xì)胞的特征熒光峰確診早期癌細(xì)胞的存在，對腫瘤的早期診斷和治療將起巨大作用[7]。但至今，癌細(xì)胞的假陰性無法排除，而且比例還很高，在臨床上無法單獨(dú)作為癌細(xì)胞檢測的依據(jù)。關(guān)鍵的原因是未找到癌細(xì)胞真正的特征熒光蜂，一般現(xiàn)在人們所謂的特征熒光峰，只是卟啉分子的熒光峰，卟啉分子在腫瘤中多一些，相對熒光強(qiáng)度大一些，但在量上很難確定癌與非癌細(xì)胞的界限，這就是產(chǎn)生假陰性與假陽性的原因。因此，客觀科學(xué)地判斷激光熒光光譜對腫瘤的診斷標(biāo)準(zhǔn)，是十分必要的[8~9]。

4 激光技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

中國是個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)在中國起碼在當(dāng)今時(shí)代的中國，還是大部分人的主要經(jīng)濟(jì)來源，中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展能否取得更大的進(jìn)展關(guān)乎著更多人的利益。激光技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀主要有：誘變育種、提高種子活力、激光平地整地、防治病害蟲。

激光處理種子誘變作用與一般射線（如X射線、γ射線、中子、紫外線等）類似，是通過染色體結(jié)構(gòu)畸變和遺傳物質(zhì)分子改變，最后導(dǎo)致其性狀和特性發(fā)生變異，再通過細(xì)胞分裂遺傳給后代，經(jīng)過人為選擇和培育成為新品種。張顯志等利用He-Ne激光輻照花粉后進(jìn)行屬間雜交，獲得新品種，提高雜種種子的出苗率和成活率，且在L1代植株中均獲得染色體自然加倍的雙二倍體，即小黑麥種子?，F(xiàn)已獲得L1～L8代的小黑麥后代材料和穩(wěn)定株系。激光誘變育種為小麥屬間雜交育種工作開辟了一條新的途徑[1]。潘天春等采用CO2和He-Ne兩種激光3種劑量，分別輻照兩個洋蔥品種的濕種子，采用生理生化方法，研究洋蔥L1各處理的生物學(xué)效應(yīng)[10]。結(jié)果表明，He-Ne激光輻照洋蔥L1代的過氧化氫酶、葉綠素、總糖含量的變異大于CO2激光輻照結(jié)果。侯丙凱等利用激光微束穿刺法將蘇云金芽孢桿菌的毒蛋白基因?qū)肓擞筒耍?jīng)聚合酶催化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）和PCR Southern雜交證明，抗蟲基因已導(dǎo)入油菜基因組中并能在T1代得到遺傳。對轉(zhuǎn)基因植株進(jìn)行抗蟲性測試，結(jié)果表明，某些植株具有較好的抗蟲性，且這種抗蟲性在T1代仍能保持[11~12]。

激光平地整地技術(shù)是利用激光獨(dú)有特性，將激光束作為控制手段，來控制液壓平地機(jī)具的升降高度。激光平地設(shè)備一般由激光發(fā)射器、接收器、控制器和平地機(jī)具組成。激光發(fā)射器發(fā)射一束極細(xì)且能旋轉(zhuǎn)360°的激光束，提供恒定平地基準(zhǔn)。裝有接收器的裝置放在靠近平地機(jī)具測量標(biāo)桿上，從激光束到平地刀口之間的固定距離即為標(biāo)高測量基準(zhǔn)，接收器檢測到激光信號后不間斷地給控制器發(fā)送坡度信號，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)具控制[13~15]。

5 結(jié)束語

從大方面來說，激光技術(shù)已經(jīng)占領(lǐng)了各個行業(yè)，無論在軍事還是工農(nóng)業(yè)上，激光技術(shù)自出現(xiàn)以來一直是引領(lǐng)著各行業(yè)的發(fā)展。但我們不能滿足這一現(xiàn)狀，古語說：“好東西是不怕多的”，對于激光技術(shù)這門如此有利于人類,服務(wù)于人類的應(yīng)用技術(shù)，很值得我們繼續(xù)深入研究開發(fā)。

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