彭科欽

長沙市南雅中學

關于激光技術原理及應用的分析

彭科欽

長沙市南雅中學

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

激光技術；原理；應用

前言

隨著世界經濟與科技的不斷進步，激光技術也逐漸進步完善，由于其単色性、方向性、相干性與亮度上都比較優(yōu)秀，因此得到了各個領域從業(yè)人員的關注，開始被廣泛應用于各領域之中，其發(fā)展速度也得到了迅速提高，而且隨著經濟與科技的發(fā)展，激光技術還將在社會生產中起到更重要的作用。激光技術是目前世界上各國各界都在開展廣泛研究的高新技術之一，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)的生產需求。

一.激光技術的原理

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，關于受激輻射的概念，愛因斯坦曾經在1916年，基于對光量子理論，對普朗克公式進行重新推導的過程中提出，物質是由原子構成的，不同的物質能級中分布著各種電子與粒子，在物質的運動過程中，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)它躍遷的光性質答題相同，而在特殊情況下，還會產生弱光激發(fā)強光的現象。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；同時只有當粒子數反轉到一定程度，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分布所必需的增益介質。

二.激光技術的應用

（一）技術應用于軍事領域中

目前軍事領域中，對激光技術的應用主要在以下三個領域，即狀況激光武器、激光偵查與激光制導領域。在激光武器的應用過程中，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。

在激光偵查的應用中，由于激光的分辨率較高，反應速度較快，因此可以通過對激光技術的應用來加強軍事偵查，一方面能夠及時而準確地了解敵方布防情況，同時還能夠對敵區(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。

而在激光制導的應用中，制導技術通過對激光技術的應用，使軍隊對導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）激光技術應用于工業(yè)領域中

在工業(yè)領域中，激光技術的應用較為廣泛，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域的激光技術應用進行簡單介紹。對于激光技術在3D打印中的應用來說，這一應用中的激光技術多指激光熔覆技術，該技術實質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打印技術的應用最為廣泛，這一技術基于激光熔覆技術，通過引入RP思想并結合數控系統(tǒng)實現激光束來回掃描，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打印技術的應用中得以堆積出來，而由此所生產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、工具的修復與改造、表面硬化處理等領域，直接金屬沉淀3D打印技術都能夠實現較為不俗的應用，如工具的修復與改造中，該3D打印技術就能夠通過激光束與送粉器實現裂紋修復與受損部位修補，據相關權威機構調查，這一3D技術如果能夠實現真正普及，工具的開發(fā)費用就將降低65%、交貨時間也將由此降低75%。

對于激光技術在機械加工中的應用來說，這一應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域常見的機械切割技術，我們也可以將這些激光切割技術分為CO2激光切割、YAG激光切割、光纖激光切割三類。而對于實際應用激光切割的機械加工來說，帶有尖角或狹縫的內表面銑削加工就屬于激光技術在機械加工中的典型應用，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在工業(yè)領域的應用來說，該技術已經在國內外實現了較為廣泛的應用。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，激光傳導焊、激光軟纖焊、激光復合焊、激光填絲焊等都屬于應用較為廣泛的汽車激光焊接技術。在汽車激光焊接的具體應用中，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域，如在白車身激光焊接中，汽車激光焊接就能夠較好服務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等車型都廣泛應用了這一少有的車身表面焊接技術，由此可見汽車激光焊接這一激光技術在汽車工業(yè)中發(fā)揮的重要作用。

結論

隨著世界科學技術的不斷進步，未來的激光技術還將發(fā)展到更加便捷有效的程度，應用到更多的領域中去，為人類社會提供更多的便利，在提高軍隊建設、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.激光掃描共聚焦顯微鏡技術原理及在腦血管疾病實驗研究中應用[J].醫(yī)學理論與實踐, 2014,11：1426-1427.

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

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

[4]張俊玲.激光技術原理及其軍事應用[J].現代物理知識,2001, 02：44-45.

彭科欽(2000-)，男，長沙市南雅中學，高二在讀。