第二章 激光的特性及其应用一、激光的特性一、激光的特性Ø 方向性好：普通光向四面八方辐射，而激光基本沿 某一直线传播，激光束的发散角很小Ø 单色性好：指光强按频率的分布状况，激光的 频谱宽度非常窄Ø 高亮度：在单位面积、单位立体角内的输出功率特别大Ø 相干性好：时间相干性和空间相干性都很好激光也是光，它与普通光没有本质上的区别，但激光又是一种特殊的光，它与普通光源相比有四个特点 1.1.方向性好方向性好一束激光射到~38万km的月球上，光斑的直径只有~2km手电筒的光射到几米处，扩展成很大的光斑 利用激光准直仪可使长为利用激光准直仪可使长为2.5km的的隧道掘进偏差不超过隧道掘进偏差不超过16nm.激光束是高度平行的光束 激光束发散角小，约为10-4rad量级，对应的立体角在10-6sr量级普通光源发出的光向各个方向传播 光波的单色性可表示为2.2.单色性好单色性好单色性最好的氪灯Kr86 Δ=4.7×10-3 nm 稳频He—Ne激光器 3.3.亮度高亮度高激光器能产生宽度极窄的光脉冲，使用锁模技术，可产生10-14s的光脉冲由于能量被集中在极短的时间内发射出来，因此光功率极高。
干的干的特制的氦氖激光器输出的光束，相干长度达2107km氪灯只有38.5cm4. .相干性好相干性好 二、激光的应用二、激光的应用1.1.工业领域工业领域ü 激光打孔激光打孔激光打孔的特点：速度快、效率高，可在硬、脆、软等各类材料上进行，可获得大的深径比等 激光能量在时间和空间上高度集中，激光能量在时间和空间上高度集中，能在极小区域产生几百万度的高温能在极小区域产生几百万度的高温 ü 激光切割激光切割激光切割的特点：速度快、无接触、精度高、切缝光滑 ü 激光焊接激光焊接激光焊接的特点：焊接点均匀、美观、精度高 ü 激光热处理激光热处理激光热处理的特点：处理速度快、变形小、效率高 激光技术问世时间虽短，但发展速度惊人，尤其是在军事领域中的应用79年中越自卫反击战使用了激光武器，82年英阿马岛战争使用了激光武器，后来的一些局部战争大多都使用了激光武器，尤其是美国参战的，基本上都使用了激光武器及其设备，如：海湾战争，科索沃战争，据报道，直接参战的多国部队战斗机，都配备了机载激光投弹制导仪，大大提高了命中率现在世界上有许多国家都有激光制导仪，但目前最好的是美国的“低空飞行和夜间红外线追踪系统”，它不需地面人员指挥，便可自动瞄准敌方目标进行导弹袭击。
随着激光技术的进一步发展，激光武器将会越来越先进，它必将在未来太空作战中发挥巨大的作用2.2.军事领域军事领域 激光在军事上应用范围很广主要是利用它的方向性、单色性、相干性和高亮度的优点，用它进行激光制导、激光测距、激光雷达、激光通讯、激光侦察和制成激光武器等ü 激光制导激光制导 激光制导是继雷达、红外、电视制导之后发展起来的一种精确制导技术目前已投入使用和正在研制的激光制导武器有激光制导炸弹、空地导弹、空地反坦克导弹、炮弹、火箭弹、防空导弹等目前激光制导武器主要采用半主动式回波制导和半主动式波束制导两种 激光制导炸弹空地导弹火箭弹防空导弹 激光制导的优点：1. 命中率高命中率高经多次实验证明命中率可在97%2. 抗电磁干扰能力强抗电磁干扰能力强激光属于可见光，故不受电磁波干扰3. 制导系统体积小，重量轻、结构简单、造价低廉制导系统体积小，重量轻、结构简单、造价低廉 但是，激光制导也存在其缺点：主要是受天气影响较大大雨浓雾、扬尘(烟幕)使激光传输受限制难以正常工作 ü激光测距激光测距 激光测距机的类型很多，结构也不尽相同在军事领域中，激光测距机主要用于地形测量、战场前沿测距、火炮测距、飞机、导弹测距和云层测量等。
目前世界各国的激光测距机大部分装配于坦克、地炮、舰炮和机载武器等，少数型号装备于迫击炮、枪榴弹发射器等步兵武器 激光测距的优点：1. 1. 操作操作简便简便、速度快、速度快2. 2. 测距精度高测距精度高3. 3. 体积小、重量轻体积小、重量轻4. 4. 抗电磁干扰抗电磁干扰 激光测距的主要缺点：不能全天候使用，其作用距离受天气和战场条件(硝烟、尘埃等)影响较大，为适应全天候作战的需要，常常配合雷达使用 ü激光雷达激光雷达 在激光测距机的基础上加装测角、测速和自动跟踪装置就构成激光雷达它同工作在微波段的雷达相比，激光雷达的优点是角分辨力高、成像清晰、测量精度高、隐蔽性好、抗干扰能力强和体积小、设备简单激光雷达设备的主要用途就是用于测量飞机、导弹、地面主战兵器、舰艇,甚至炮弹的运动轨迹目前，比较成熟的激光雷达有美军研制的激光障碍物和地形回避警戒系统，在直升机前方扫描半径为1.6km能发现450m处直径为3.2m的金属线 ü激光武器激光武器 利用激光的能量摧毁目标或使其丧失战斗能力的武器称为激光武器根据激光武器发射的能量不同，可分为低能激光武器和高能激光武器两类1.1.低能激光武器：低能激光武器：指发射功率较小的激光轻武器。
它的外形2.和普通步枪差不多，故亦称激光枪它体积小，重量轻，击3.发时无声响用激光枪照射各种精密仪器，可烧坏其脆弱4.部件而使仪器失灵；在近距离用它照射人员，可以烧焦皮肤，5.或使衣服燃烧而失去战斗力；在一定距离上用它照射人眼，6.可以使人致盲那么，无论战时，还是平时都应重视对激光7.的防护基本方法是配带反射型或吸收型的防护眼镜 激光致盲器装有激光瞄具装有激光瞄具的的MP5K冲锋枪冲锋枪 特种作战激光枪 2. 2. 高能激光武器：高能激光武器： 又称强激光武器或激光热武器它是一种大型的激光装置，外型和普通火炮差不多，所以也叫激光炮它主要用于对各种高速运动的目标实施攻击用它照射导弹，可把极高的能量传送到导弹表面，使其跟踪器被烧坏而失灵，从而失去正确飞行方向用它照射卫星，可以对卫星造成严重破坏，甚至将其星体击穿 地基激光炮地基激光炮 (USA) 机载激光武器机载激光武器(ABL,USA)(ABL,USA)ABLABL设想图设想图 舰载激光武器 舰载激光武器辽宁舰辽宁舰 3.3.信息领域信息领域ü激光信息处理：光存储(光盘),激光通信(或光纤通信) 电缆电缆光纤光纤卫星通信卫星通信 4.4.医疗应用医疗应用最早的激光医疗应用：1961年12月在美国哥伦比亚长老会医院用红宝石激光器进行了视网膜肿瘤治疗ü 肿瘤治疗肿瘤治疗ü 眼科手术眼科手术ü 外科手术外科手术用激光使脱落的视网膜再复位用激光使脱落的视网膜再复位ü 心血管疾病治疗心血管疾病治疗ü 激光美容术激光美容术ü 激光碎石术激光碎石术 心肌壁心肌壁( (心脏搭桥手术心脏搭桥手术) ) 激光治疗仪激光治疗仪激光手术激光手术 5.5.农业应用农业应用激光育种：用激光束照射植物种子，使产量提高，蛋白质含量增加。
6.6.科研应用科研应用 英国女王英国女王全息照片全息照片 现任美国能源部部长现任美国能源部部长三维激光冷却三维激光冷却Magneto-Optical Trap (磁光阱) 他提出了一个实现玻色玻色-爱因斯坦凝聚爱因斯坦凝聚的方法：用磁场约束原子，同时利用激光冷却和蒸发冷却，使系统温度降到足够低 对光学相干性的量子理论的贡献 铷原子速度的分布 n 激光核聚变美国美国Nova激激光聚变装置光聚变装置 n 激光在强场物理研究中的应用强场过程示意图Time-dependent electron density ü Above-threshold ionization (ATI, 阈上电离)M. Protapapas, C. H. Keitel, and P. L. Knight, Rep. Prog. Phys. 60, 389 (1997)Z. Chen et al., Phys. Rev. A 79, 033409 (2009)HATI by rescattering üHigh-order-harmonic generation (HHG)Atomic caseMolecular case 6.6.其它方面的应用其它方面的应用ü 激光打印、扫描、激光全息防伪激光打印、扫描、激光全息防伪 ü 激光喷泉激光喷泉 激光表演系统是世界先进的大型表演系统，它融合了激光、计算机控制绘图、精密光学机械等先进的科学技术。
创造出宏伟壮观的图纹图像和神奇莫测的光芒。