關(guān)于激光技術(shù)原理及應(yīng)用的分析

彭科欽

長沙市南雅中學

關(guān)于激光技術(shù)原理及應(yīng)用的分析

彭科欽

長沙市南雅中學

激光技術(shù)自從二十世紀六十年代被發(fā)明以來，到了今天已經(jīng)經(jīng)過了將近六十年的發(fā)展歷程，目前已經(jīng)成為國際上發(fā)展速度較快，發(fā)展水平較高，應(yīng)用范圍廣泛的高新科技之一。激光技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛，包括醫(yī)療、唱片、切割、測距以及雷達等行業(yè)都通過對激光技術(shù)的應(yīng)用大大提高了生產(chǎn)效率。本文將對激光技術(shù)的原理與應(yīng)用進行簡要分析。

激光技術(shù)；原理；應(yīng)用

前言

隨著世界經(jīng)濟與科技的不斷進步，激光技術(shù)也逐漸進步完善，由于其単色性、方向性、相干性與亮度上都比較優(yōu)秀，因此得到了各個領(lǐng)域從業(yè)人員的關(guān)注，開始被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域之中，其發(fā)展速度也得到了迅速提高，而且隨著經(jīng)濟與科技的發(fā)展，激光技術(shù)還將在社會生產(chǎn)中起到更重要的作用。激光技術(shù)是目前世界上各國各界都在開展廣泛研究的高新技術(shù)之一，自其被發(fā)明以來，科研人員逐漸研發(fā)出了不同種類不同強度的激光，以此滿足不同行業(yè)的生產(chǎn)需求。

一.激光技術(shù)的原理

激光，英文名為LASER，也被譯作“鐳射”，這個詞語的本意是指受激輻射光放大，關(guān)于受激輻射的概念，愛因斯坦曾經(jīng)在1916年，基于對光量子理論，對普朗克公式進行重新推導(dǎo)的過程中提出，物質(zhì)是由原子構(gòu)成的，不同的物質(zhì)能級中分布著各種電子與粒子，在物質(zhì)的運動過程中，由于光子的激發(fā)作用，使一部分高能級的粒子產(chǎn)生躍遷，由高能級向低能級跳躍，在這種躍遷的過程中，粒子就會放射出一種光，這種光與激發(fā)它躍遷的光性質(zhì)答題相同，而在特殊情況下，還會產(chǎn)生弱光激發(fā)強光的現(xiàn)象。這一過程就是受激輻射光放大的過程，因此也就是激光的形成過程[1]。

而激光產(chǎn)生的原理，也正如上文所說，在滿足一下條件下，才能夠形成：首先只有光子的簡并度被提高到一定程度，才能夠使受激發(fā)射出來的光強于自發(fā)發(fā)射出來的光；同時只有當粒子數(shù)反轉(zhuǎn)到一定程度，滿足n2-nlg2/g1＞0的情況下，受激發(fā)射出來的光才能夠強于自發(fā)發(fā)射出來的光；最后，需要外界激勵能源作用提供粒子的密度翻轉(zhuǎn)分布所必需的增益介質(zhì)。

二.激光技術(shù)的應(yīng)用

（一）技術(shù)應(yīng)用于軍事領(lǐng)域中

目前軍事領(lǐng)域中，對激光技術(shù)的應(yīng)用主要在以下三個領(lǐng)域，即狀況激光武器、激光偵查與激光制導(dǎo)領(lǐng)域。在激光武器的應(yīng)用過程中，由于激光武器的機遇激光高熱效益來進行開發(fā)研制的，由于激光的發(fā)散角小且速度快，因此激光武器的射出速度能夠達到與光速持平的程度，在高速射擊的同時，激光武器還能夠更加精準地對敵人進行定點打擊。

在激光偵查的應(yīng)用中，由于激光的分辨率較高，反應(yīng)速度較快，因此可以通過對激光技術(shù)的應(yīng)用來加強軍事偵查，一方面能夠及時而準確地了解敵方布防情況，同時還能夠?qū)硡^(qū)的地理情況，包括路面或障礙物等進行仔細偵查。更重要的是，能夠通過激光對敵軍的行動進行即時偵查，尤其是對敵軍夜間行動的偵查起到了極大的幫助。

而在激光制導(dǎo)的應(yīng)用中，制導(dǎo)技術(shù)通過對激光技術(shù)的應(yīng)用，使軍隊對導(dǎo)彈等遠程軍事武器的操作更加便捷也更加精確，能夠強化對敵軍打擊的準確性，大大提高了遠程軍事武器的有效性[4]。

（二）激光技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域中

在工業(yè)領(lǐng)域中，激光技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，但受制于自身認知本文主要對激光3D打印、激光機械加工、汽車激光焊接三個領(lǐng)域的激光技術(shù)應(yīng)用進行簡單介紹。對于激光技術(shù)在3D打印中的應(yīng)用來說，這一應(yīng)用中的激光技術(shù)多指激光熔覆技術(shù)，該技術(shù)實質(zhì)上是利用同軸送粉激光熔覆進行添加式層疊直接制造。在我國當下的激光3D打印中，直接金屬沉淀3D打印技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛，這一技術(shù)基于激光熔覆技術(shù)，通過引入RP思想并結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)激光束來回掃描，這就使得任意形狀的功能性金屬實體零件就能夠在直接金屬沉淀3D打印技術(shù)的應(yīng)用中得以堆積出來，而由此所生產(chǎn)的零件在性能與密度方面基本上等同于常規(guī)金屬零件，由此可見直接金屬沉淀3D打印技術(shù)所具備的廣闊發(fā)展前景。在我國當下模具制造、工具的修復(fù)與改造、表面硬化處理等領(lǐng)域，直接金屬沉淀3D打印技術(shù)都能夠?qū)崿F(xiàn)較為不俗的應(yīng)用，如工具的修復(fù)與改造中，該3D打印技術(shù)就能夠通過激光束與送粉器實現(xiàn)裂紋修復(fù)與受損部位修補，據(jù)相關(guān)權(quán)威機構(gòu)調(diào)查，這一3D技術(shù)如果能夠?qū)崿F(xiàn)真正普及，工具的開發(fā)費用就將降低65%、交貨時間也將由此降低75%。

對于激光技術(shù)在機械加工中的應(yīng)用來說，這一應(yīng)用是利用的激光的切割特性，汽化切割、高壓氣聚焦熔化切割、氧化熔化切割等都屬于我國機械加工領(lǐng)域常見的機械切割技術(shù)，我們也可以將這些激光切割技術(shù)分為CO2激光切割、YAG激光切割、光纖激光切割三類。而對于實際應(yīng)用激光切割的機械加工來說，帶有尖角或狹縫的內(nèi)表面銑削加工就屬于激光技術(shù)在機械加工中的典型應(yīng)用，這主要是由于激光切割能夠達到因刀具直徑限制無法處理的部位。

而對于汽車激光焊接這一激光技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用來說，該技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)外實現(xiàn)了較為廣泛的應(yīng)用。對于激光焊接來說，其具備著熱量輸出小、焊縫強度高、焊接速度快、焊接定位精確、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，激光傳導(dǎo)焊、激光軟纖焊、激光復(fù)合焊、激光填絲焊等都屬于應(yīng)用較為廣泛的汽車激光焊接技術(shù)。在汽車激光焊接的具體應(yīng)用中，白車身激光焊接、不等厚激光拼焊板、齒輪及傳動部件焊接等都屬于汽車激光焊接大展身手的領(lǐng)域，如在白車身激光焊接中，汽車激光焊接就能夠較好服務(wù)于白車身沖壓零件的裝配和連接，車頂激光釬焊就屬于這其中的代表，這一代表能夠較好實現(xiàn)車身表面的連接，德國大眾汽車公司的Golf5、A6等車型都廣泛應(yīng)用了這一少有的車身表面焊接技術(shù)，由此可見汽車激光焊接這一激光技術(shù)在汽車工業(yè)中發(fā)揮的重要作用。

結(jié)論

隨著世界科學技術(shù)的不斷進步，未來的激光技術(shù)還將發(fā)展到更加便捷有效的程度，應(yīng)用到更多的領(lǐng)域中去，為人類社會提供更多的便利，在提高軍隊建設(shè)、工業(yè)發(fā)展等方面也將繼續(xù)起到十分重要的作用。

[1]俞麗華,王鍵,呂磊,胡建鵬,陳業(yè)農(nóng).激光掃描共聚焦顯微鏡技術(shù)原理及在腦血管疾病實驗研究中應(yīng)用[J].醫(yī)學理論與實踐, 2014,11：1426-1427.

[2]周甦旸.激光技術(shù)原理及應(yīng)用研究[J].信息通信,2014,03：262-263.

[3]陳益萍.激光多普勒測速技術(shù)原理及其應(yīng)用[J].電子世界, 2013,07：35-37.

[4]張俊玲.激光技術(shù)原理及其軍事應(yīng)用[J].現(xiàn)代物理知識,2001, 02：44-45.

彭科欽(2000-)，男，長沙市南雅中學，高二在讀。