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1、 编号 本科生毕业论文激光技术的应用与发展前景Application of laser technology and development prospects学 生 姓 名刘柏松专 业电子科学与技术学 号1012119指 导 教 师王德生分 院光电科学分院 2014年 6月1长春理工大学光电信息学院摘 要自1960年第一台红宝石激光器问世以来，激光器和激光放大器的发展非常迅速。激光工作物质已包括晶体、玻璃、光纤、气体、半导体、液体及自由电子等数百种之多。激光器诞生后,以激光器为基础的激光技术得到了广泛的应用,对军事、经济、工农业产生了很大的影响,取得了很好的经济效益和社会效益。本文就激光技术
2、在不同领域的应用进行阐述，对当前激光技术的应用进行研究，列出了激光在医学、军事、生物等多方面的重要发展，同时对现今比较热门的光纤激光器的发展进行说明。随着激光技术的不断发展和成熟，必将对我们的生活生产和科技起到不可估量的作用。关键词：激光、医学、军事、生物AbstractSince 1960, the advent of the first ruby laser, lasers and laser amplifier developed very rapidly. Laser material has been included crystals, glass, fiber, gas, sem
3、iconductor, electronics, and other liquids and freedom of hundreds of species. After the birth of lasers, laser based laser technology has been widely used for military, economic, industrial and agricultural produce had a great impact, and achieved good economic and social benefits. In this paper, t
4、he application of laser technology in different areas elaborated on the application of current laser technology research, lists many important advances in laser medicine, military, biology, and the development of todays more popular fiber lasers are described . As laser technology continues to evolv
5、e and mature, our life is bound to produce science and technology play an invaluable role.Keyword：Laser、Medicine、Military、Biology目 录引 言1第一章关于激光的概述11.1 激光的产生与发展11.2 激光的特性21.3 激光产生的意义3第二章激光技术的应用42.1 激光技术在医学上的应用42.2 激光技术在工业领域的应用52.3 激光技术在物种育种中的应用62.4 激光技术在全息摄影上的应用62.5 激光技术在军事上的应用7第三章光纤激光器的发展现状103.1 国外的
6、发展现状103.2 国内的发展现状12第四章激光技术的发展前景12参考文献14致 谢15I引 言激光最初的中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词头一个字母组成的缩写词。意思是“通过受激辐射光扩大”。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程，激光的原理早在 1916年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激辐射”改称“激光”。激光应用很广泛，主要有激光打标、光纤通信、激光光谱、激光测距、激光雷达、
7、激光切割、激光武器、激光唱片、激光指示器、激光矫视、激光美容、激光扫描、激光灭蚊器等等。第一章 关于激光的概述1.1 激光的产生与发展激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。激光的原理早在1916年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现，但直到 1960 年激光才被首次成功制造。激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。激光可使人们有效地利用前所未有的先进方法和手段，去获
8、得空前的效益和成果，从而促进了生产力的发展。原理：激光的理论基础起源于大物理学家爱因斯坦，1917年爱因斯坦提出了一套全新的技术理论光与物质相互作用。这一理论是说在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。发展时间：1917年：爱因斯坦提出“受激发射”理论，一个光子使得受激原子发出一个相同的光子。1953年：美国物理学家Charles Townes用微波实现了激光器的前身：
9、微波受激发射放大（英文首字母缩写maser）1957年：Townes的博士生Gordon Gould创造了“laser”这个单词，从理论上指出可以用光激发原子，产生一束相干光束，之后人们为其申请了专利，相关法律纠纷维持了近30年。1960年：美国加州Hughes 实验室的Theodore Maiman实现了第一束激光1961年：激光首次在外科手术中用于杀灭视网膜肿瘤。1962年：发明半导体二极管激光器，这是今天小型商用激光器的支柱。1969年：激光用于遥感勘测，激光被射向阿波罗11号放在月球表面的反射器，测得的地月距离误差在几米范围内。1971年：激光进入艺术世界，用于舞台光影效果，以及激光全
10、息摄像。英国籍匈牙利裔物理学家Dennis Gabor凭借对全息摄像的研究获得诺贝尔奖。1974年：第一个超市条形码扫描器出现1975年：IBM投放第一台商用激光打印机1978年：飞利浦制造出第一台激光盘（LD）播放机，不过价格很高1982年：第一台紧凑碟片（CD）播放机出现，第一部CD盘是美国歌手Billy Joel在1978年的专辑52nd Street。1983年：里根总统发表了“星球大战”的演讲，描绘了基于太空的激光武器1988年：北美和欧洲间架设了第一根光纤，用光脉冲来传输数据。1990年：激光用于制造业，包括集成电路和汽车制造1991年：第一次用激光治疗近视，海湾战争中第一次用激光
11、制导导弹。1996年：东芝推出数字多用途光盘（DVD）播放器2008年：法国神经外科学家使用广导纤维激光和微创手术技术治疗了脑瘤2010年：美国国家核安全管理局（NNSA）表示，通过使用192束激光来束缚核聚变的反应原料、氢的同位素氘（质量数2）和氚（质量数3），解决了核聚变的一个关键困难。1.2 激光的特性1）定向发光普通光源是向四面八方发光。要让发射的光朝一个方向传播，需要给光源装上一定的聚光装置，如汽车的车前灯和探照灯都是安装有聚光作用的反光镜，使辐射光汇集起来向一个方向射出。激光器发射的激光，天生就是朝一个方向射出，光束的发散度极小，大约只有0.001弧度，接近平行。1962年，人类第
12、一次使用激光照射月球，地球离月球的距离约38万公里，但激光在月球表面的光斑不到两公里。若以聚光效果很好，看似平行的探照灯光柱射向月球，按照其光斑直径将覆盖整个月球。天文学家相信，外星人或许正使用闪烁的激光作为一种宇宙灯塔来尝试与地球进行联系。2）亮度极高在激光发明前，人工光源中高压脉冲氙灯的亮度最高，与太阳的亮度不相上下，而红宝石激光器的激光亮度，能超过氙灯的几百亿倍。因为激光的亮度极高，所以能够照亮远距离的物体。红宝石激光器发射的光束在月球上产生的照度约为0.02勒克斯（光照度的单位），颜色鲜红，激光光斑肉眼可见。若用功率最强的探照灯照射月球，产生的照度只有约一万亿分之一勒克斯，人眼根本无法
13、察觉。激光亮度极高的主要原因是定向发光。大量光子集中在一个极小的空间范围内射出，能量密度自然极高。激光的亮度与阳光之间的比值是百万级的，而且它是人类创造的。3）颜色极纯光的颜色由光的波长（或频率）决定。一定的波长对应一定的颜色。太阳辐射出的可见光段的波长分布范围约在0.76微米至0.4微米之间，对应的颜色从红色到紫色共7种颜色，所以太阳光谈不上单色性。发射单种颜色光的光源称为单色光源，它发射的光波波长单一。比如氪灯、氦灯、氖灯、氢灯等都是单色光源，只发射某一种颜色的光。单色光源的光波波长虽然单一，但仍有一定的分布范围。如氖灯只发射红光，单色性很好，被誉为单色性之冠，波长分布的范围仍有0.000
14、01纳米，因此氖灯发出的红光，若仔细辨认仍包含有几十种红色。由此可见，光辐射的波长分布区间越窄，单色性越好。激光器输出的光，波长分布范围非常窄，因此颜色极纯。以输出红光的氦氖激光器为例，其光的波长分布范围可以窄到210-9纳米，是氪灯发射的红光波长分布范围的万分之二。由此可见，激光器的单色性远远超过任何一种单色光源。4）能量密度极大光子的能量是用E=hv来计算的，其中h为普朗克常量，v为频率。由此可知，频率越高，能量越高。激光频率范围3.8461014 Hz到7.8951014 Hz。1.3 激光产生的意义激光是一种清洁的绿色能源, 生产效率高、成本低, 加工质量稳定可靠, 具有良好的经济效益
15、和社会效益。世界各国尤其是工业发达国家, 都在大力推广应用激光加工技术。据统计, 1998 年全球的激光技术产业营业额高达647 亿美元, 我国的激光产业约1 亿美元。在激光产业规模上我国远远落后于世界同行业水平, 这也与我国的研究水平很不相称, 主要问题是实际应用, 特别是制造水平上存在差距。激光器的光束质量是决定激光技术应用的关键, 我国生产的激光器对光束质量还没有明确标定。另外, 激光技术是多学科、多专业的交叉, 还有与之相关的技术配合、衔接等问题, 也影响到其应用。重视光束质量, 提高激光器的制造水平, 深入进行应用研究, 才能赢得市场, 才能促进激光技术的应用和发展。第二章 激光技术的应用2.1 激光技术在医学上的应用
