激光技術(shù)課件

《激光技術(shù)》

桂林電子科技大學電子工程

與自動化學院

1緒論

激光的誕生

激光特點

激光技術(shù)的應用現(xiàn)狀全球激光技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢《激光技術(shù)》課程的主要研究內(nèi)容2

激光的誕生世界上第一臺紅寶石激光器：1960年7月，美國工程師梅曼在加州休斯研究室3基態(tài)高能級激光上能級激光泵浦光非輻射躍遷紅寶石激光系統(tǒng)原理圖激光的誕生我國第一臺固體紅寶石激光器：1961年9月，王之江院士等，長春光機所。4激光特點單色性好：指光強按頻率的分布狀況，激光的頻譜寬度非常窄。相干性好：時間相干性和空間相干性都很好。方向性好：普通光向四面八方輻射，而激光基本沿某一直線傳播，激光束的發(fā)散角很小。高亮度：在單位面積、單位立體角內(nèi)的輸出功率特別大。5激光技術(shù)的應用現(xiàn)狀

激光在工業(yè)上的應用

激光在醫(yī)學上的應用

激光在軍事上的應用

激光在農(nóng)業(yè)上的應用

激光在通信中的應用

激光在科研中的應用6激光在工業(yè)上的應用激光已經(jīng)廣泛應用于焊接、切割、打標、熱處理、快速成型、涂敷和化學工業(yè)中。7激光打標激光在工業(yè)上的應用8用激光焊接汽車激光在工業(yè)上的應用激光切割飛行員頭盔9激光在工業(yè)上的應用激光熔覆航空發(fā)動機葉片10激光在醫(yī)學上的應用現(xiàn)在已經(jīng)用于手術(shù)治療、肌肉組織焊接、牙科治療、光鎮(zhèn)痛和光針灸等。11激光在軍事上的應用激光測距激光雷達激光對潛通信激光模擬武器軍用光纖陀螺激光照明與激光夜視12激光雷達測距儀13激光在軍事上的應用激光雷達14激光在軍事上的應用機載激光武器15美國小布什政府將激光武器用于其國家導彈防御系統(tǒng)中，用來摧毀助推階段的敵方導彈。美研發(fā)的新型低能激光武器16在過去的十年中，美國軍方一直習慣性的認為美軍需要的是能夠立即融化導彈外殼的高能量激光武器，但是美國陸軍和空軍通過研究發(fā)現(xiàn)低能量激光武器也是一種非常有效的野戰(zhàn)武器。在近些年的研究中，美國軍方發(fā)現(xiàn)低能量激光武器能夠有效的引爆來襲導彈的戰(zhàn)斗部和安放在路邊的炸彈。對此，美國國防部也已經(jīng)進行了大量的試驗以驗證低能激光武器的作戰(zhàn)效能。17測距、敵我識別、通信與制導18激光核聚變19激光核聚變的四個階段激光駕束制導20激光在光纖通信中的應用21全球激光技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的

發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢22激光技術(shù)全球發(fā)展現(xiàn)狀激光技術(shù)是二十世紀與原子能、半導體及計算機齊名的四大發(fā)明之一。四十多年來，以激光器為基礎(chǔ)的激光工業(yè)在全球發(fā)展勢頭迅猛，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應用于工業(yè)生產(chǎn)、通訊、信息處理、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事、文化教育以及科研等各個領(lǐng)域，對國民經(jīng)濟及社會發(fā)展已經(jīng)做出了重要貢獻，今后在國際競爭中的戰(zhàn)略地位還將會進一步提升。

發(fā)達國家為了在全球競爭環(huán)境中占據(jù)世界信息技術(shù)的制高點，贏得主動權(quán)，紛紛加緊實施激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展計劃，如美國的“激光核聚變計劃”，德國的“激光2001行動計劃”，英國實施

“阿維爾計劃”，日本啟動“激光研究五年計劃”等。這些項目的實施，有效推動了全球激光產(chǎn)業(yè)進入高速發(fā)展階段。由于受美國光通信泡沫的影響，自2001年開始，全球激光產(chǎn)業(yè)的形勢比較嚴峻，特別是電訊和半導體業(yè)的低迷傷及到了激光、光器件、光纖、成像和顯示等行業(yè)的發(fā)展。2001年，全球激光產(chǎn)業(yè)的銷售收入為56億美元，而在2002年——2005年中，激光產(chǎn)業(yè)的銷售收入僅分別為：43億、49億、54億美元。在2002年——2006年全球激光產(chǎn)業(yè)銷售收入呈現(xiàn)出迅猛增長的態(tài)勢，銷售收入依次為43億、49億、54億、55.8億、59.8億美元，2007年全球激光產(chǎn)業(yè)銷售收入進一步增加到62億美元。

23242002－2006年的統(tǒng)計結(jié)果我國激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

全球激光市場的萎縮對中國激光市場雖然帶來了一定的影響，而整個中國的激光市場還是處于一個穩(wěn)定增長的局面。自1999年——2003年，中國激光產(chǎn)品市場銷售情況分別為：14.13億、19.11億、32.4億、28.62億、36.89億人民幣。在整個中國的激光產(chǎn)業(yè)中，激光材料加工近幾年的發(fā)展勢頭強勁，且有很大的空間，激光加工在中國激光產(chǎn)業(yè)中占的比例也是日益重大。25激光產(chǎn)業(yè)主要聚集區(qū)

目前，全國激光市場銷售主要為光通信器件、激光加工設(shè)備、激光器、激光醫(yī)療設(shè)備等。當前，武漢、廣州、深圳、長春等地都建立起了光電子產(chǎn)業(yè)群,這無疑將給我國激光產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造更大的發(fā)展空間。

國內(nèi)激光器及設(shè)備生產(chǎn)市場主要分布在廣東、湖北、北京、江蘇、上海這幾個省市。以光通訊、激光等產(chǎn)業(yè)為主導的“武漢.中國光谷”，擁有光電子信息企業(yè)300多家，顯現(xiàn)出強勁的發(fā)展勢頭。北京、上海以其特殊的地理位置，也推動了激光技術(shù)的發(fā)展。而廣東作為改革開放的城市，近幾年，設(shè)備需求的大幅度提高也使得其激光企業(yè)增長飛速，深圳有大族激光這類的上市企業(yè)。另外，陜西西安、四川成都，憑借科研院所技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，也有不少的激光企業(yè)紜紜而生。26我國激光技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向27中國科學院院士許祖彥漫談激光(實錄)

國家“十一五”計劃當中，列出四項高科技項目作為國家重點扶持，其中之一就是激光技術(shù)。激光技術(shù)發(fā)展本身來說大體有這樣三個方向：一個方向就是高功率，高亮度。就是提高激光輸出的功率。第二個發(fā)展方向，激光波長是可調(diào)控的。第三個重大發(fā)展方向，就是激光產(chǎn)業(yè)化。

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一個方向就是高功率，高亮度固體激光做到萬瓦了。同時可能會有一個基礎(chǔ)問題：隨著激光功率的提高，光束質(zhì)量不會跟著提高，甚至于激光功率提高到一定程度的時候，光束質(zhì)量是下降的，這樣就不能保持激光的高亮度，這就是一個基本的問題。在這個方面也開展了很多研究，就是怎樣高功率和高光束質(zhì)量同時達到。這個問題發(fā)展出了一些新的激光技術(shù)。

過去固體激光是用閃光燈泵浦，泵浦光是寬帶白色光源，激光介質(zhì)只吸收里面的一部分光，其他大部分光都去加熱激光介質(zhì)了。半導體激光效率很高但光束質(zhì)量差，后來隨著它的發(fā)展，就把這個激光器對準固體激光器吸收帶作泵浦，固體激光一下子就從千瓦提高到了萬瓦，提高了一個量級。即便是這樣，激光的散熱面積還是有限，于是就發(fā)明了光纖激光，光纖激光幾米長，幾十米長，幾個微米那么大的孔徑，這樣散熱面積就很大，光束質(zhì)量也很好。

這也是激光技術(shù)最主要的發(fā)展方向，即為了解決光束質(zhì)量變壞、不能保持激光高亮度的矛盾而發(fā)明新技術(shù)。29

激光波長是可調(diào)控

其一是變頻激光，其二是朝寬頻段發(fā)展。長波，現(xiàn)在已經(jīng)做到了中紅外波段，像亞毫米波，甚至于毫米波?，F(xiàn)在是朝兩極方向發(fā)展?，F(xiàn)在長波研究的熱點是亞毫米波與遠紅外之間那一段，叫太赫茲波。如果作為安檢，一個人身上帶著槍，你看不見，通過激光一照就可以馬上發(fā)現(xiàn)，而且對人也沒有傷害。它還有很多很多的用途，也有很多的發(fā)展。這是第二個發(fā)展方向，就是說波長可以調(diào)。30激光產(chǎn)業(yè)化第三個重大發(fā)展方向，就是把已有的激光，為了產(chǎn)業(yè)化應用，為了更大地發(fā)揮支撐作用，向產(chǎn)業(yè)化方向去發(fā)展，降低價格，批量生產(chǎn)，提高性能。值得指出的是大功率半導體激光器，它可以提高效率，從50%提高到80%。第二個是它可以提高亮度。第三個是產(chǎn)業(yè)化，就是一致性，成批量的產(chǎn)業(yè)化。31信息產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展“十一五”

規(guī)劃和2020年中長期規(guī)劃綱要

根據(jù)信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢、戰(zhàn)略需求和發(fā)展思路，提出未來5～15年以下15個領(lǐng)域發(fā)展的重點技術(shù)。其中與激光技術(shù)相關(guān)的領(lǐng)域有以下一些。32(四)電子材料技術(shù)

重點發(fā)展與元器件性能密切相關(guān)的半導體材料、光電子材料、壓電與聲光材料、電子功能陶瓷材料、磁性材料、電池材料和傳感器材料等；在電子裝備及元器件中用于支撐、裝聯(lián)和封裝等使用的金屬材料、非金屬材料、高分子材料及各種復合材料等；在生產(chǎn)工藝與加工過程中使用的光刻膠、化學試劑、特種氣體、各種焊料、助焊劑等。

重點技術(shù)：

——半導體材料技術(shù)

——新型顯示器件材料技術(shù)

——激光晶體材料技術(shù)

——光纖、光纖預制棒材料生產(chǎn)技術(shù)

——磁性材料技術(shù)

——壓電晶體材料技術(shù)33(五)網(wǎng)絡和通信技術(shù)

圍繞寬帶多媒體、新一代移動通信、數(shù)字內(nèi)容應用、農(nóng)村通信、智能信息處理與智能通信等業(yè)務，重點開發(fā)下一代網(wǎng)絡產(chǎn)品、新一代移動通信設(shè)備、寬帶無線接入/數(shù)字集群設(shè)備、家庭網(wǎng)關(guān)、智能終端、智能信息處理和無處不在的通信網(wǎng)絡設(shè)備、寬帶多媒體網(wǎng)絡設(shè)備和數(shù)字內(nèi)容產(chǎn)品。

重點技術(shù)：

——高性能多業(yè)務承載網(wǎng)技術(shù)

——寬帶無線與移動通信技術(shù)

——業(yè)務控制與媒體處理技術(shù)

——寬帶多媒體網(wǎng)絡技術(shù)

——光通信技術(shù)

——家庭網(wǎng)絡技術(shù)

——智能終端技術(shù)

——智能信息處理和無處不在的通信網(wǎng)絡技術(shù)

——數(shù)字內(nèi)容與應用開發(fā)技術(shù)34(七)存儲技術(shù)

重點發(fā)展小尺寸硬盤盤片和硬盤驅(qū)動器，能適應播放和下載高清晰度視頻節(jié)目的高密度光盤及光盤機，適應消費和移動應用的各種存儲卡，低功耗、小型便攜式磁盤陣列系統(tǒng)和高安全性、智能化網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)。

重點技術(shù)：

——磁存儲技術(shù)

——光存儲技術(shù)

——固體存儲器技術(shù)

——存儲系統(tǒng)技術(shù)35(十)光電子技術(shù)

重點發(fā)展激光器、光電探測器、光傳輸和光傳感設(shè)備、微光機電系統(tǒng)、半導體照明等產(chǎn)品。

重點技術(shù)：

——激光技術(shù)

——光電探測技術(shù)

——光通信及光傳感技術(shù)

——微光機電系統(tǒng)技術(shù)

——半導體照明技術(shù)

36(十一)顯示技術(shù)

重點發(fā)展液晶、等離子、有機電致發(fā)光和投影等顯示器件。

重點技術(shù)：

——液晶顯示技術(shù)

——等離子顯示技術(shù)

——有機電致發(fā)光顯示技術(shù)

——投影顯示技術(shù)