激光技術(shù)課件

《激光技術(shù)》

桂林電子科技大學(xué)電子工程

與自動(dòng)化學(xué)院

1緒論

激光的誕生

激光特點(diǎn)

激光技術(shù)的應(yīng)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(shì)《激光技術(shù)》課程的主要研究?jī)?nèi)容2

激光的誕生世界上第一臺(tái)紅寶石激光器：1960年7月，美國(guó)工程師梅曼在加州休斯研究室3基態(tài)高能級(jí)激光上能級(jí)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(guó)第一臺(tái)固體紅寶石激光器：1961年9月，王之江院士等，長(zhǎng)春光機(jī)所。4激光特點(diǎn)單色性好：指光強(qiáng)按頻率的分布狀況，激光的頻譜寬度非常窄。相干性好：時(shí)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(yīng)用現(xiàn)狀

激光在工業(yè)上的應(yīng)用

激光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

激光在軍事上的應(yīng)用

激光在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

激光在通信中的應(yīng)用

激光在科研中的應(yīng)用6激光在工業(yè)上的應(yīng)用激光已經(jīng)廣泛應(yīng)用于焊接、切割、打標(biāo)、熱處理、快速成型、涂敷和化學(xué)工業(yè)中。7激光打標(biāo)激光在工業(yè)上的應(yīng)用8用激光焊接汽車激光在工業(yè)上的應(yīng)用激光切割飛行員頭盔9激光在工業(yè)上的應(yīng)用激光熔覆航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片10激光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)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(yīng)用激光測(cè)距激光雷達(dá)激光對(duì)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(dá)測(cè)距儀13激光在軍事上的應(yīng)用激光雷達(dá)14激光在軍事上的應(yīng)用機(jī)載激光武器15美國(guó)小布什政府將激光武器用于其國(guó)家導(dǎo)彈防御系統(tǒng)中，用來摧毀助推階段的敵方導(dǎo)彈。美研發(fā)的新型低能激光武器16在過去的十年中，美國(guó)軍方一直習(xí)慣性的認(rèn)為美軍需要的是能夠立即融化導(dǎo)彈外殼的高能量激光武器，但是美國(guó)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(guó)軍方發(fā)現(xiàn)低能量激光武器能夠有效的引爆來襲導(dǎo)彈的戰(zhàn)斗部和安放在路邊的炸彈。對(duì)此，美國(guó)國(guó)防部也已經(jīng)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)以驗(yàn)證低能激光武器的作戰(zhàn)效能。17測(cè)距、敵我識(shí)別、通信與制導(dǎo)18激光核聚變19激光核聚變的四個(gè)階段激光駕束制導(dǎo)20激光在光纖通信中的應(yīng)用21全球激光技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的

發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)22激光技術(shù)全球發(fā)展現(xiàn)狀激光技術(shù)是二十世紀(jì)與原子能、半導(dǎo)體及計(jì)算機(jī)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(shì)頭迅猛，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應(yīng)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(gè)領(lǐng)域，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展已經(jīng)做出了重要貢獻(xiàn)，今后在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中的戰(zhàn)略地位還將會(huì)進(jìn)一步提升。

發(fā)達(dá)國(guó)家為了在全球競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中占據(jù)世界信息技術(shù)的制高點(diǎn)，贏得主動(dòng)權(quán)，紛紛加緊實(shí)施激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃，如美國(guó)的“激光核聚變計(jì)劃”，德國(guó)的“激光2001行動(dòng)計(jì)劃”，英國(guó)實(shí)施

“阿維爾計(jì)劃”，日本啟動(dòng)“激光研究五年計(jì)劃”等。這些項(xiàng)目的實(shí)施，有效推動(dòng)了全球激光產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展階段。由于受美國(guó)光通信泡沫的影響，自2001年開始，全球激光產(chǎn)業(yè)的形勢(shì)比較嚴(yán)峻，特別是電訊和半導(dǎo)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(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，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(jìn)一步增加到62億美元。

23242002－2006年的統(tǒng)計(jì)結(jié)果我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

全球激光市場(chǎng)的萎縮對(duì)中國(guó)激光市場(chǎng)雖然帶來了一定的影響，而整個(gè)中國(guó)的激光市場(chǎng)還是處于一個(gè)穩(wěn)定增長(zhǎng)的局面。自1999年——2003年，中國(guó)激光產(chǎn)品市場(chǎng)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(gè)中國(guó)的激光產(chǎn)業(yè)中，激光材料加工近幾年的發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，且有很大的空間，激光加工在中國(guó)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(guó)激光市場(chǎng)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(dāng)前，武漢、廣州、深圳、長(zhǎng)春等地都建立起了光電子產(chǎn)業(yè)群,這無疑將給我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造更大的發(fā)展空間。

國(guó)內(nèi)激光器及設(shè)備生產(chǎn)市場(chǎng)主要分布在廣東、湖北、北京、江蘇、上海這幾個(gè)省市。以光通訊、激光等產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的“武漢.中國(guó)光谷”，擁有光電子信息企業(yè)300多家，顯現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。北京、上海以其特殊的地理位置，也推動(dòng)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(zhǎng)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(guó)激光技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向27中國(guó)科學(xué)院院士許祖彥漫談激光(實(shí)錄)

國(guó)家“十一五”計(jì)劃當(dāng)中，列出四項(xiàng)高科技項(xiàng)目作為國(guó)家重點(diǎn)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(gè)方向：一個(gè)方向就是高功率，高亮度。就是提高激光輸出的功率。第二個(gè)發(fā)展方向，激光波長(zhǎng)是可調(diào)控的。第三個(gè)重大發(fā)展方向，就是激光產(chǎn)業(yè)化。

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一個(gè)方向就是高功率，高亮度固體激光做到萬瓦了。同時(shí)可能會(huì)有一個(gè)基礎(chǔ)問題：隨著激光功率的提高，光束質(zhì)量不會(huì)跟著提高，甚至于激光功率提高到一定程度的時(shí)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(gè)基本的問題。在這個(gè)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(shí)達(dá)到。這個(gè)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(dǎo)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(gè)激光器對(duì)準(zhǔn)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(gè)量級(jí)。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(zhǎng)，幾十米長(zhǎng)，幾個(gè)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(zhǎng)是可調(diào)控

其一是變頻激光，其二是朝寬頻段發(fā)展。長(zhǎng)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(zhǎng)波研究的熱點(diǎn)是亞毫米波與遠(yuǎn)紅外之間那一段，叫太赫茲波。如果作為安檢，一個(gè)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(duì)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(gè)發(fā)展方向，就是說波長(zhǎng)可以調(diào)。30激光產(chǎn)業(yè)化第三個(gè)重大發(fā)展方向，就是把已有的激光，為了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)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(jià)格，批量生產(chǎn)，提高性能。值得指出的是大功率半導(dǎo)體激光器，它可以提高效率，從50%提高到80%。第二個(gè)是它可以提高亮度。第三個(gè)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(zhǎng)期規(guī)劃綱要

根據(jù)信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、戰(zhàn)略需求和發(fā)展思路，提出未來5～15年以下15個(gè)領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)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(diǎn)發(fā)展與元器件性能密切相關(guān)的半導(dǎo)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(fù)合材料等；在生產(chǎn)工藝與加工過程中使用的光刻膠、化學(xué)試劑、特種氣體、各種焊料、助焊劑等。

重點(diǎn)技術(shù)：

——半導(dǎo)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(yù)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(luò)和通信技術(shù)

圍繞寬帶多媒體、新一代移動(dòng)通信、數(shù)字內(nèi)容應(yīng)用、農(nóng)村通信、智能信息處理與智能通信等業(yè)務(wù)，重點(diǎn)開發(fā)下一代網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、新一代移動(dòng)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(luò)設(shè)備、寬帶多媒體網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和數(shù)字內(nèi)容產(chǎn)品。

重點(diǎn)技術(shù)：

——高性能多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)技術(shù)

——寬帶無線與移動(dòng)通信技術(shù)

——業(yè)務(wù)控制與媒體處理技術(shù)

——寬帶多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

——光通信技術(shù)

——家庭網(wǎng)絡(luò)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(luò)技術(shù)

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

重點(diǎn)發(fā)展小尺寸硬盤盤片和硬盤驅(qū)動(dòng)器，能適應(yīng)播放和下載高清晰度視頻節(jié)目的高密度光盤及光盤機(jī)，適應(yīng)消費(fèi)和移動(dòng)應(yīng)用的各種存儲(chǔ)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(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)。

重點(diǎn)技術(shù)：

——磁存儲(chǔ)技術(shù)

——光存儲(chǔ)技術(shù)

——固體存儲(chǔ)器技術(shù)

——存儲(chǔ)系統(tǒng)技術(shù)35(十)光電子技術(shù)

重點(diǎn)發(fā)展激光器、光電探測(cè)器、光傳輸和光傳感設(shè)備、微光機(jī)電系統(tǒng)、半導(dǎo)體照明等產(chǎn)品。

重點(diǎn)技術(shù)：

——激光技術(shù)

——光電探測(cè)技術(shù)

——光通信及光傳感技術(shù)

——微光機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)

——半導(dǎo)體照明技術(shù)

36(十一)顯示技術(shù)

重點(diǎn)發(fā)展液晶、等離子、有機(jī)電致發(fā)光和投影等顯示器件。

重點(diǎn)技術(shù)：

——液晶顯示技術(shù)

——等離子顯示技術(shù)

——有機(jī)電致發(fā)光顯示技術(shù)

——投影顯示技術(shù)