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激光是20世纪以来继核能、电脑、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”。英文名Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,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 犹太 裔物理学家爱因斯坦发现。
原子 受激辐射 的光,故名“激光”。激光:原子中的电子吸收能量后从 低能级 跃迁到高能级,再从高能级回落到低能级的时候,所释放的能量以光子的形式放出。被引诱(激发)出来的光子束(激光),其中的光子光学特性高度一致。因此激光相比普通光源单色性、 方向性 好,亮度更高。
光与物质的相互作用,实质上是组成物质的 微观粒子 吸收或辐射光子,同时改变自身运动状况的表现。
微观粒子 都具有特定的一套能级(通常这些能级是分立的)。任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态(或者简单地表述为处在某一个能级上)。与光子相互作用时,粒子从一个 能级跃迁 到另一个能级,并相应地吸收或辐射 光子 。光子的能量值为此两能级的能量差△E,频率为ν=△E/h(h为 普朗克常量 )。
1. 受激吸收 (简称吸收)
处于较低能级的粒子在受到外界的激发(即与其他的粒子发生了有 能量交换 的相互作用,如与光子发生 非弹性碰撞 ),吸收了能量时,跃迁到与此能量相对应的较高能级。这种跃迁称为受激吸收。
粒子受到激发而进入的 激发态 ,不是粒子的 稳定状态 ,如存在着可以接纳粒子的较 低能级 ,即使没有外界作用,粒子也有一定的概率,自发地从高能级激发态(E2)向低能级 基态 (E1)跃迁,同时辐射出能量为(E2-E1)的 光子 ,光子频率 ν=(E2-E1)/h。这种辐射过程称为自发辐射。众多原子以自发辐射发出的光,不具有相位、 偏振态 、传播方向上的一致,是物理上所说的非相干光。
3. 受激辐射 、激光
1917年,爱因斯坦从理论上指出:除自发辐射外,处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。他指出当频率为 ν=(E2-E1)/h的光子入射时,也会引发粒子以一定的概率,迅速地从能级E2跃迁到能级E1,同时辐射两个与外来 光子 频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的 光子 ,这个过程称为 受激辐射
可以设想,如果大量原子处在高能级E2上,当有一个频率 ν=(E2-E1)/h的光子入射,从而激励E2上的原子产生受激辐射,得到两个特征完全相同的光子,这两个光子再激励E2能级上原子,又使其产生受激辐射,可得到四个特征相同的光子,这意味着原来的光信号被放大了。这种在受激辐射过程中产生并被放大的光就是激光。
爱因斯坦1917提出受激辐射, 激光器 却在1960年问世,相隔43年,为什么?主要原因是,普通光源中 粒子产生 受激辐射的概率极小。当频率一定的光射入工作物质时,受激辐射和受激吸收两过程同时存在,受激辐射使 光子数 增加,受激吸收却使光子数减小。物质处于 热平衡态 时,粒子在各能级上的分布,遵循 平衡态 下粒子的 统计分布 律。按统计分布规律,处在较低能级E1的 粒子数 必大于处在较高能级E2的粒子数。这样光穿过工作物质时,光的能量只会减弱不会加强。要想使受激辐射占优势,必须使处在高能级E2的粒子数大于处在低能级E1的粒子数。这种分布正好与平衡态时的粒子分布相反,称为 粒子数反转分布 ,简称 粒子数反转 。如何从技术上实现粒子数反转是产生激光的 必要条件
理论研究表明,任何工作物质,在适当的 激励条件 下,可在粒子体系的特定高低能级间实现粒子数反转。若原子或分子等微观粒子具有高能级E2和低能级E1,E2和E1能级上的 布居数 密度为 N2 和N1,在两能级间存在着 自发发射 跃迁、 受激发射 跃迁和 受激吸收 跃迁等三种过程。受激发射跃迁所产生的受激发射光,与 入射光 具有相同的频率、 相位 、传播方向和偏振方向。因此,大量粒子在同一相干 辐射场 激发下产生的受激发射光是相干的。受激发射 跃迁几率 和受激吸收跃迁几率均 正比 于入射辐射场的单色能量密度。当两个能级的 统计权重 相等时,两种过程的几率相等。在 热平衡 情况下N2<N1,所以受激吸收跃迁占优势,光通过物质时通常因受激吸收而衰减。外界能量的激励可以破坏热平衡而使N2>N1,这种状态称为 粒子数反转 状态。在这种情况下, 受激发射跃迁 占优势。光通过一段 长为 l的处于粒子数反转状态的 激光工作物质 (激活物质)后,光强增大eGl倍。G为正比于(N2-N1)的系数,称为增益系数,其大小还与激光工作物质的性质和光波频率有关。一段激活物质就是一个 激光放大器 。如果,把一段激活物质放在两个 互相平行 的反射镜(其中至少有一个是部分透射的)构成的 光学谐振腔 中(图1),处于高能级的粒子会产生各种方向的自发发射。其中,非 轴向 传播的光波很快逸出谐振腔外:轴向传播的光波却能在腔内往返传播,当它在激光物质中传播时, 光强 不断增长。如果 谐振腔 内单程 小信号增益 G0l大于单程损耗δ(G0l是小信号增益系数),则可产生 自激振荡 。原子的运动状态可以分为不同的能级,当原子从高能级向低能级跃迁时,会释放出相应能量的光子(所谓自发辐射)。
激光的理论基础起源于物理学家爱因斯坦,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。
1951年,美国物理学家 查尔斯·哈德·汤斯 设想如果用分子,而不用电子线路,就可以得到波长足够小的 无线电波 。分子具有各种不同的 振动形式 ,有些分子的振动正好和微波波段范围的辐射相同。问题是如何将这些振动转变为辐射。就氨分子来说,在适当的条件下,它每秒振动24,000,000,000次(24GHz),因此有可能发射波长为1.25厘米的微波。 他设想通过热或电的方法,把能量泵入氨分子中,使它们处于“激发“状态。然后,再设想使这些受激的分子处于具有和氨分子的 固有频率 相同的微波束中---这个微波束的能量可以是很微弱的。一个单独的氨分子就会受到这一微波束的作用,以同样波长的束波形式放出它的能量,这一能量又继而作用于另一个氨分子,使它也放出能量。这个很微弱的入射微波束相当于起立脚点对一场雪崩的促发作用,最后就会产生一个很强的微波束。最初用来激发分子的能量就全部转变为一种特殊的辐射。
1953年12月,汤斯和他的学生阿瑟·肖洛终于制成了按上述原理工作的的一个装置,产生了所需要的微波束。这个过程被称为“受激辐射的微波放大”。按其英文的首字母缩写为M.A.S.E.R,并由之造出了单词“maser”( 脉泽 )(这样的单词称为首字母缩写词,在技术语中越来越普遍使用)。
1958年,美国科学家肖洛(Schawlow)和 汤斯 (Townes)发现了一种神奇的现象:当他们将氖光灯泡所发射的光照在一种 稀土 晶体 上时,晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。根据这一现象,他们提出了"激光原理",即物质在受到与其分子固有 振荡频率 相同的能量激发时,都会产生这种不发散的强光--激光。他们为此发表了重要论文,并获得1964年的 诺贝尔物理学奖
1960年5月15日,美国 加利福尼亚州 休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为0.6943微米的激光,这是人类有史以来获得的第一束激光,梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。
1960年7月7日, 西奥多·梅曼 宣布世界上第一台激光器诞生,梅曼的方案是,利用一个高强闪光灯管,来激发 红宝石 。由于红宝石其实在物理上只是一种掺有铬原子的刚玉,所以当红宝石受到刺激时,就会发出一种红光。在一块表面镀上 反光镜 的红宝石的表面钻一个孔,使红光可以从这个孔溢出,从而产生一条相当集中的纤细红色 光柱 ,当它射向某一点时,可使其达到比太阳表面还高的温度。
苏联 科学家 尼古拉·巴索夫 于1960年发明了 半导体激光器 。半导体激光器的结构通常由p层、n层和形成 双异质结 有源 层构成。其特点是:尺寸小、耦合效率高、响应速度快、波长和尺寸与光纤尺寸适配、可 直接调制 、相干性好。
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: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。
2011年3月,研究人员研制的一种牵引波激光器能够移动物体,未来有望能移动 太空飞船
2013年1月,科学家已经成功研制出可用于医学检测的 牵引光束
2014年6月5日 美国航天 局利用激光束把一段时长37秒、名为“你好,世界!”的 高清视频 ,只用了3.5秒就成功传回,相当于 传输速率 达到每秒50兆,而传统技术下载需要至少10分钟。

激光 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。
激光的颜色
激光的颜色取决于激光的波长,而波长取决于发出激光的 活性物质 ,即被刺激后能产生激光的那种材料。刺激 红宝石 就能产生深玫瑰色的激光束,它应用于医学领域,比如用于 皮肤病 的治疗和 外科手术 。公认最贵重的气体之一的氩气能够产生 蓝绿色 的激光束,它有诸多用途,如激光 印刷术 ,在显微 眼科 手术中也是不可缺少的。半导体产生的激光能发出 红外光 ,因此我们的眼睛看不见,但它的能量恰好能"解读" 激光唱片 ,并能用于 光纤通讯 。但有的激光器可调节输出激光的波长。
激光分离技术主要指 激光切割技术 激光打孔技术 。激光分离技术是将能量聚焦到微小的空间,可获得105~1015W/cm2极高的辐照 功率密度 ,利用这一 高密度 的能量进行非接触、高速度、高精度的加工方法。在如此高的 光功率 密度照射下,几乎可以对任何材料实现 激光切割 和打孔。激光切割技术是一种摆脱传统的 机械切割 、热处理切割之类的全新切割法,具有更高的切割精度、更低的 粗糙度 、更灵活的切割方法和更高的 生产效率 等特点。 激光打孔 方法作为在固体材料上加工孔方法之一,已成为一项拥有特定应用的加工技术,主要运用在航空、航天与 微电子 行业中。

激光 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0.00001纳米,因此氖灯发出的红光,若仔细辨认仍包含数十种红色。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2×10^(-9)米级别,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。

激光 能量极大

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 3.846×10^(14)Hz到7.895×10^(14)Hz。
电磁波谱 可大致分为:
(1) 无线电波 ——波长从几千米到0.3米左右,一般的电视和 无线电广播 的波段就是用这种波;
(2)微波——波长从0.3米到10^-3米,这些波多用在雷达或其它通讯系统;
(3) 红外线 ——波长从10^-3米到7.8×10^-7米;
(4) 可见光 ——这是人们所能感光的极狭窄的一个波段。波长从780—380nm。光是原子或分子内的电子 运动状态 改变时所发出的 电磁波 。由于它是我们能够 直接感受 而察觉的电磁波极少的那一部分;
(5) 紫外线 ——波长从3 ×10^-7米到6×10^-10米。这些波产生的原因和光波类似,常常在放电时发出。由于它的能量和一般 化学反应 所牵涉的能量大小相当,因此 紫外光 的化学效应最强;
激光波长与眼睛伤害:在激光的伤害中,以机体中眼睛的伤害最为严重。波长在可见光和 近红外光 的激光,眼 屈光介质 吸收率 较低, 透射率 高,而屈光介质的聚焦能力(即 聚光 力)强。强度高的可见或近红外光进入眼睛时可以透过人眼屈光介质,聚积光于 视网膜 上。此时视网膜上的 激光能量密度 及功率密度提高到几千甚至几万倍,大量的光能在瞬间聚中于视网膜上,致视网膜的 感光细胞 层温度迅速升高,以至使感光细胞凝固 变性 坏死而失去感光的作用。激光聚于感光细胞时产生过热而引起的 蛋白质 凝固变性是不可逆的损伤。一旦损伤以后就会造成眼睛的永久失明。
激光的波长不同对眼球作用的程度不同,其后果也不同。 远红外 激光对眼睛的损害主要以角膜为主,这是因为这类波长的激光几乎全部被角膜吸收,所以 角膜损伤 最重,主要引起 角膜炎 结膜炎 ,患者感到眼睛痛,异物样刺激、怕光、流眼泪、眼球充血,视力下降等。发生远红外 光损伤 时应遮住保护伤眼,防止感染发生,对症处理。
紫外激光 对眼 的损伤主要是角膜和 晶状体 ,此波段的紫外激光几乎全部被眼的晶状体吸收,而中远以角膜吸收为主,因而可致晶状体及 角膜混浊
激光器通常都会标示有着 安全等级 编号的激光警示标签:
第1级 (Class I/1):通常是因为光束被完全的封闭在内,例如在CD或DVD播放器内。
第2级 (Class II/2):在正常使用状况下是安全的,这类设备通常功率低于1mW,例如 激光指示器
第3 a/ R级 (Class IIIa/3R):功率通常会达到5mW,注视这种光束几秒钟会对视网膜造成立即的伤害。
第3b/ B级 (Class IIIb/3B):在暴露下会对眼睛造成立即的损伤。
第4级 (Class IV/4):激光会烧灼皮肤,即使散射的激光光(200W以上)也会对眼睛和皮肤造成伤害。利用激光的热能,可以制造新型的烹饪工具。
以上情况是指在激光直射眼睛的情况下所发生的。如果间接观察激光,任何200W以下的激光的 丁达尔效应 都不会对眼睛造成影响。
激光、雷射、镭射、Laser
中华人民共和国 的《中国民用航空法》、《 民用机场管理条例 》规定,禁止在 民用机场 净空保护区域“设置影响民用机场 目视助航设施 使用或者飞行员视线的灯光、标志或者物体”,使用 激光照射 飞行器最高可处10万元罚款。
自2012年起,美国开始把用激光束照射飞机的行为列为犯罪,违者最多可被判5年监禁并处以25万美元罚款。
2019年, 日本 警方逮捕了一名用激光照射横田基地美军飞机的男子,并对其住所进行了搜查,发现了多个 激光笔
激光功率已不足以描述切割能力的大小,亮度(Brightness)才是。亮度的定义是“单位 面积单位 立体角 的激光功率”。
对比 CO2激光器 、碟片 激光器 光纤激光器 ,可以得出这样的结论:直到5千瓦,以光纤激光的亮度最大,切割金属板最快最厚的当属光纤激光。但实际上切割 厚板 尚不如CO2激光,尽管碳钢对 近红外 的1.07 掺镱光纤 激光的 吸收率 数倍于 中红外 10.6的CO2激光,但10倍于光纤 激光波长 的CO2激光之 切缝 比光纤的宽得多(一般2mm),氧气易于吹入。 这就是CO2激光46年来一直独占固体激光之鳌头的缘由。第一,国产 激光切割机 的量产与 自主开发 力度的加大,外国一线公司在华本土化的生产,缩小了二者的产品差距与价格差距。用户对国产机的 认同度 不断提高,其在2010年 国内市场 的占比高达80%。
第二,2010年我国千瓦以上大功率 CO2激光切割机 销量达1000台,占全球市场的20%-25%。上海团结普瑞玛、 大族激光 武汉 法利莱、奔腾楚天等一线厂商都有大幅的增长。最多一家竟占了国内市场的30%。
市场兴旺得力于 扩大内需 ,但主要是这种加工手段的魅力,特别在铁路钢铁、 工程机械 、汽车造船、 航空航天 和军工等 高端市场 的旺盛需求。
2014年市场难料,但可深信一点,2013年大起,2014年绝不会大落,作为制造大国的中国, 保有量 不会低于10000台。须知2000年前的10年我国的总量才280台。
第三,我国大功率 激光切割 装备的产业链远未形成,尚无 自主知识产权 的新型 大功率激光器 ,无论激光器还是切割机的关键元部件都得依赖进口。价昂的电容切割头及作为耗材的光学镜片等的研发生产,迄今都无人问津。成不了国内配套,进军海外市场不过是梦想。唯有待到国产整机批量出口之日,才是我国这一产业的形成之时。
第四,光纤激光是当前的 热门话题 。ROFIN与TRUMPF分别收购NUFERN与SPI公司发展光纤激光已三年,今春上海 慕尼黑 激光展上,ROFIN展出了2KW 光纤激光器 ,但全球高功率光纤激光器市场依然是 IPG 一统天下。继上年SALVAGNINI与LASER PHOTONICS等公司展出用其的光纤激光器之切割机后,2010年11月在 亚特兰大 的FABTECH 与 汉诺威 的EUROBLECH 展会上又推出愈来愈多的 光纤激光切割机 。欣喜的是一批海归博士矢志回国创业,创建了 武汉锐科 光纤激光、 西安 炬光等公司,研发生产高功率 光纤激光器 二极管 激光泵源,相信有自主知识产权的4KW 连续波 光纤激光器不久将会呈现在国人面前。
发展前景
激光的空间 控制性 和时间控制性很好,对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大,特别适用于 自动化加工 激光加工系统 与计算机 数控技术 相结合可构成高效自动化加工设备,已成为企业实行适时生产的 关键技术 ,为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。透过将激光束集中在单分子上,ETH Zurich的科学家只用单个分子就产生激光运作的 基本条件 ──受激发射(stimulated emission)。由于在低温下,分子会增加它们的外表面积(apparent surface area)来跟光线互动,因此研究人员将分子冷却到 摄氏 零下272度,也就是只比 绝对零度 高1度两条光束瞄准单分子
在受控制的模式下,利用一道激光束来让单个分子进入 量子态 (controlled fashion),研究人员如此能明显的缩减或是放大第二道激光束。这种 运作模式 与传统的 晶体管 如出一辙;晶体管内的电位(electrical potential)能用来调变第二个信号。不过ETH Zurich并未透露其单分子的 化学方程式 。由于其性能与散热效能的优势, 光子 运算技术是科学家们长期追求的目标;光子(photon)不仅 发热 比电子少,也能达到高出相当多的 数据传输速率 。不过光 通讯技术 却只能逐步地从长距离通讯,进展到短距离通讯,再进入单系统中。
激光加工技术 是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、 表面处理 、打孔、 微加工 以及做为光源,识别物体等的一门技术,传统应用最大的领域为激光加工技术。 激光技术 是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门 综合技术 ,传统上看,它的研究范围一般可分为:
1. 激光加工系统 。包括激光器、 导光系统 、加工机床、控制系统及 检测系统
2. 激光加工工艺 。包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、 微雕 等各种加工工艺。
激光焊接 汽车车身 厚薄板、汽车零件、锂电池、 心脏起搏器 密封继电器 等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。2013年使用的激光器有 YAG激光器 CO2激光器 和半导体泵浦激光器。
激光切割:汽车行业、计算机、电气 机壳 、木刀模业、各种 金属零件 和特殊材料的切割、圆形锯片、 压克力 、弹簧 垫片 、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属 网板 、钢管、 镀锡 铁板、镀亚铅钢板、 磷青铜 电木板 、薄 铝合金 石英玻璃 硅橡胶 、1mm以下 氧化铝陶瓷片 航天工业 使用的 钛合金 等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。
激光笔 :又称为 激光指示器 指星笔 等,是把可见激光设计成便携、手易握、激光模组( 二极管 )加工成的笔型发射器。常见的激光笔有红光(650-660nm, 635nm)、绿光(515-520nm, 532nm)、蓝光(445-450nm)和蓝紫光(405nm)等,功率通常以毫瓦为单位。通常在会报、教学、导赏人员都会使用它来投映一个 光点 或一条光线指向物体,但激光会伤害到眼睛,任何情况下都不应该让激光直射眼睛。
激光治疗 :可以用于手术开刀,减轻痛苦,减少感染。
激光打标 :在各种材料和几乎所有行业均得到广泛应用,2013年使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半导体泵浦激光器。
激光打孔 :激光打孔主要应用在 航空航天 、汽车制造、 电子仪表 、化工等行业。激光打孔的迅速发展,主要体现在打孔用YAG激光器的平均 输出功率 已由2008年的400w提高到了800w至1000w。国内2013年比较成熟的激光打孔的应用是在 人造金刚石 天然金刚石 拉丝模 的生产及钟表和仪表的 宝石轴承 、飞机叶片、多层 印刷线路板 等行业的生产中。2013年使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主,也有一些准分激光器、 同位素 激光器和半导体泵浦激光器。
激光热处理 :在 汽车工业 中应用广泛,如 缸套 曲轴 活塞环 换向器 、齿轮等零部件的热处理,同时在航空航天、 机床行业 和其它 机械行业 也应用广泛。我国的激光热处理应用远比国外广泛得多。2013年使用的激光器多以YAG激光器,CO2激光器为主。
激光快速成型 :将激光加工技术和计算机 数控技术 柔性制造技术 相结合而形成。多用于模具和模型行业。2013年使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主。
激光涂敷 :在航空航天、模具及机电行业应用广泛。2013年使用的激光器多以大功率YAG激光器、CO2激光器为主。
激光成像 :利用激光束扫描物体,将反射光束反射回来,得到的排布顺序不同而成像。用图像落差来反映所成的像。激光成像具有超视距的 探测能力 ,可用于卫星激光 扫描成像 ,未来用于 遥感测绘 等科技领域。

激光 医学

激光在医学上的应用 主要分三类:激光 生命科学 研究、激光诊断、激光治疗,其中激光治疗又分为: 激光手术 治疗、 弱激光 生物 刺激作用 的非手术治疗和激光的 光动力 治疗。
应用于牙科的 激光系统 依据激光在牙科应用的不同作用,分为几种不同的激光系统。区别激光的重要特征之一是:光的波长,不同波长的激光对组织的作用不同,在 可见光 及近 红外光 谱范围的光线,吸 光性 低,穿透性强,可以穿透到牙体组织较深的部位,例如氩离子激光、 二极管 激光或Nd:YAG激光(如图1)。而Er:YAG激光和CO,激光的光线穿透性差,仅能穿透牙体组织约0.01毫米。区别激光的重要特征之二是:激光的强度(即功率),如在 诊断学 中应用的二极管激光,其强度仅为几个毫瓦特,它有时也可用在 激光显示器 上。
用于治疗的激光,通常是几个瓦特中等强度的激光。激光对组织的作用,还取决于 激光脉冲 发射方式 ,以典型的连续脉冲发射方式的激光有:氩离子激光、二极管激光、CO2,激光;以短脉冲方式发射的激光有:Er:YAG激光或许多Nd:YAG激光,短脉冲式的激光的强度(即功率)可以达到1,000瓦特或更高,这些强度高、吸光性也高的激光,只适用于清除 硬组织
(1)激光在美容界的用途越来越广泛。色素沉着,如 太田痣 鲜红斑痣 雀斑 老年斑 毛细血管扩张 等,以及去纹身、 洗眼线 、洗眉、治疗 瘢痕 等;而2013年以前一些新型的激光仪,高能超脉冲CO2激光, 铒激光 进行除皱、磨皮换肤、治疗打鼾, 美白牙齿 等等,取得了良好的疗效,为 激光外科 开辟越来越广阔的领域。
(2)激光手术有传统手术无法比拟的优越性。首先激光手术不需要住院治疗,手术切口小,术中不出血,创伤轻,无瘢痕。例如:眼袋的治疗传统手术法存在着由于剥离范围广、术中出血多,术后愈合慢,易形成瘢痕等缺点,而应用高能超脉冲CO2激光仪治疗眼袋,则以它术中不出血,不需缝合,不影响正常工作,手术部位水肿轻,恢复快,无瘢痕等优点,令传统手术无法比拟。而一些由于出血多而无法进行的内窥镜手术,则可由 激光切割 代替完成。(注:有一定的适应范围)
(3)激光在 血管性皮肤病 以及色素沉着的治疗中成效卓越。使用 脉冲染料激光 治疗鲜红斑痣,疗效显著,对周围 组织损伤 小,几乎不落疤。它的出现,成为鲜红斑痣治疗史上的一次革命,因为鲜红斑痣治疗史上,放射、冷冻、 电灼 、手术等方法,其瘢痕 发生率 均高,并常出现 色素脱失 或沉着。激光治疗血管性皮肤病是利用含氧 血红蛋白 对一定波长的激光选择性的吸收,而导致 血管组织 的高度破坏,其具有高度 精确性 与安全性,不会影响周围邻近组织。因此,激光治疗毛细血管扩张也是疗效显著。
此外,由于可变 脉冲激光 等相继问世,使得不满意纹身的去除,以及各类 色素性皮肤病 如太田痣,老年斑等的治疗得到了重大突破。这类激光根据选择性 光热效应 理论,(即不同波长的激光可选择性地作用于不同颜色的 皮肤损害 ),利用其强大的 瞬间功率 ,高度集中的 辐射能量 及色素选择性,极短的 脉宽 ,使激光能量集中作用于色素颗粒、将其直接汽化、击碎,通过 淋巴组织 排出体外,而不影响周围正常组织,并且以其疗效确切,安全可靠,无瘢痕,痛苦小而深入人心。
(4)激光外科开创了 医学美容 新纪元 。高能超脉冲CO2激光磨皮换肤术开拓了 美容外科 的新技术。它利用高能量,极短脉冲的激光,使老化、损伤的皮肤组织瞬间被汽化,不伤及周围组织,治疗过程中几乎不出血,并可精确的 控制作用 深度。其效果得到国际医学 整形美容 界充分肯定,被誉为“开创了医学美容新纪元”;此外,更有高能超脉冲CO2激光仪治疗眼袋、打鼾、甚至激光美白牙齿等,以其安全精确的疗效,简便快捷的治疗在医学美容界创造了一个又一个奇迹。 激光美容 使得医学美容向前迈进了一大步,并且赋予医学美容更新的内涵。
激光去除面部 黑痣
激光去 黑痣 的原理就在于将激光在瞬间爆发出的巨大能量置于 色素组织 中,把色素打碎并分解,使其可以被 巨噬细胞 吞并掉,而后会随着淋巴 循环系统 排出体外,由此达到将色素去去掉的目的。
激光去痣 可以适用的痣的类型很多,比如包括上面提到的三种 色素痣 、太田痣、鲜红斑痣等,疗效都很明显,并且不容易留疤, 风险性 小。用 二氧化碳激光 亦能去 黑痣
激光治疗近视
提示下情况的患者不适合接受激光治疗:第一. 眼部活动性炎症及病变;第二. 眼周化脓性病灶;第三. 已确诊的 圆锥角膜 ;第四. 严重 干眼症 ,伴有系统性 干燥综合征 ;第五. 中央角膜厚度低于450μm;第六. 严重的 眼附属器 病变:眼睑缺损、变形、 慢性泪囊炎 等;第七. 全身 结缔组织病 及严重 自身免疫性疾病 ,如 系统性红斑狼疮 类风湿性关节炎 多发性硬化
相对禁忌证
1. 超高度近视 后巩膜葡萄肿 者;2. 初次手术前角膜中央 平均曲率 低于39D或高于47D应慎重;3. 暗光下瞳孔直径大于7mm;4. 对 侧眼 法定盲 眼;5. 2年内曾患 单纯疱疹性角膜炎 ;6. 轻度白内障;7. 有 视网膜脱离 黄斑出血 病史;8. 轻度干眼症;9. 轻度 睑裂闭合不全 ;10. 可疑 青光眼 患者;11. 月经期及妊娠期;12. 瘢痕体质 ;13. 糖尿病;14. 感冒发烧 等身体不适;15. 癫痫 ;16. 焦虑症 抑郁症 以及对手术期望过高者。
激光除皱是通过电脑控制的、低能量的二氧化碳激光,能准确地控制汽化皮肤表层的深度,完成分层汽化、无碳化的 面部除皱 护肤技术。激光用于消除皱纹的技术,是激光技术应用于临床以后,并几经改进、完善与不断更新后的结果。
原理:皱纹产生的主要原因是皮肤胶原减少, 真皮层 变薄。运用最新激光-射频联合 技术照射 皮肤,可使真皮层增厚、减少皱纹,其原理是:刺激受损的胶原层,产生新的 胶原质 ,从而填平因胶原减少而出现褶皱的皮肤;加热真皮组织层,利用人体自身修复机能刺激 组织再生 重建,使真皮层增厚。
合理设计的激光可以通过皮肤中的 黑色素 、血红蛋白,尤其是水吸收激光释放的能量,并产生光热效应使之转化为热量,从而激活真皮中成 纤维细胞 等各种 基质细胞 产生新生的 胶原蛋白 弹性蛋白 以及各种细胞间基质,并发生组织重构,就象是给慵懒的皮肤做运动一样,使其通过锻炼而重新焕发年轻活力。数次治疗之后的皮肤 含水量 及弹性增加,质地改善,细小皱纹减少。
适应症 :1、 原发性 症状:[3] 口周皱纹 、眶周皱纹、萎缩性(凹陷性)疤痕、良性 皮肤赘生物 肿瘤 );2、 皮肤粗糙 毛孔粗大 、细小皱纹等 皮肤老化 表现以及炎性 痤疮 或痤疮后瘢痕等。
高能超脉冲激光能够把周围组织的 热损伤 降到最低程度。微小皱纹和凹陷疤痕也可进行精确磨削。超脉冲激光能避免以往机械磨皮法、 化学剥脱术 出血多,飞溅的血液、组织细屑可使 病毒 在病人与病人间、病人与医务人员间传播等不足,通过气化病变组织来彻底消除皮肤损害,并使正常皮肤的热损伤极小,这一过程的作用时间快于使周围的正常组织也被加热的所需时间,具有磨皮去皱的功能。

激光 军事

激光武器 是一种利用定向发射的激光束直接毁伤目标或使之失效的 定向能武器 。根据作战用途的不同, 激光武器 可分为 战术激光武器 战略激光武器 两大类。 武器系统 主要由激光器和跟踪、瞄准、 发射装置 等部分组成,2013年通常采用的激光器有 化学激光器 固体激光器 、CO2激光器等。激光武器具有攻击速度快、转向灵活、可实现 精确打击 、不受电磁干扰等优点,但也存在易受天气和 环境影响 等弱点。
激光武器已有30多年的发展历史,其 关键技术 也已取得突破,美国、 俄罗斯 、法国、 以色列 等国都成功进行了各种激光打靶试验。2013年 低能激光武器 已经投入使用,主要用于干扰和 致盲 较近距离的 光电传感器 ,以及攻击人眼和一些增强型观测设备; 高能激光 武器主要采用化学激光器,按照现有的水平,今后5—10年内可望在地面和空中平台上部署使用,用于 战术防空 、战区反导和反卫星作战等。
激光武器特点高度集束的激光,能量也非常集中。举例说;在日常生活中我们认为太阳是非常亮的,但一台 巨脉冲 红宝石激光器 发出的激光却比太阳还亮200亿倍。当然,激光比太阳还亮,并不是因为它的总能量比太阳还大,而是由于它的能量非常集中。例如,红宝石激光器发出的激光 射束 ,能穿透一张1/3厘米厚的钢板,但总能量却不足以煮熟一个鸡蛋。
激光作为武器,有很多独特的优点。首先,它可以用光速飞行,每秒30万公里,任何武器都没有这样高的速度。它一旦瞄准,几乎不要什么时间就立刻击中目标,用不着考虑 提前量 。另外,它可以在极小的面积上、在极短的时间里集中超过 核武器 100万倍的能量,还能很灵活地改变方向,没有任何发射性污染。激光武器分为三类:一是致盲型。(激光剑)前面我们讲过的机载 致盲武器 ,就属于这一类。二是近距离战术型,可用来击落导弹和飞机。1978年美国进行的用激光打 陶式反坦克导弹 的试验,就是用的这类武器。还有科幻电影中,通过对激光武器的形变,产生的激光盾翼三是远距离战略型。这类的研制困难最大,但一旦成功,作用也最大,它可以反卫星、反 洲际弹道导弹 ,成为最先进的防御武器。
激光怎样 击毁目标 呢?科学家们认为有两个方面:一是穿孔,二是 层裂 。所谓穿孔,就是高 功率密度 的激光束使 靶材 表面急剧熔化,进而汽化蒸发,汽化物质向外喷射, 反冲力 形成 冲击波 ,在靶材上穿一个孔。所谓层裂,就是靶材表面吸收激光能量后,原子被电离,形成等离体“云”。“云”向外膨胀喷射形成 应力波 向深处传播。应力波的反射造成靶材被拉断,形成“层裂”破坏。除此以外, 等离子体 “云”还能辐射 紫外线 或X光,破坏目标结构和 电子元件 。 激光武器作用的面积很小,但破坏在目标的 关键部位 上,可造成目标的毁灭性破坏。这和惊天动地的核武器相比,完全是两种风格。
激光武器的分类:不同功率密度,不同 输出波形 ,不同波长的激光,在与不同目标材料相互作用时,会产生不同的杀伤破坏效应。用激光作为“死光”武器,不能像在 激光加工 中那样借助于透镜聚焦,而必须大大提高激光器的输出功率,作战时可根据不同的需要选择适当的激光器。2013年时,激光器的种类繁多,名称各异,有体积整整占据一幢大楼、功率为上万亿瓦、用于引发 核聚变 的激光器,也有比人的指甲还小、输出功率仅有几毫瓦、用于光电通信的 半导体激光器 。按 工作介质 区分,目前有固体激光器、 液体激光器 和分子型、离子型、准分子型的 气体激光器 等。同时,按其发射位置可分为 天基 、陆基、舰载、车载和机载等类型,按其用途还可分为战术型和战略型两类。
1.战术激光武器
战术激光武器是利用激光作为能量,是像 常规武器 那样直接杀伤敌方人员、击毁坦克、飞机等,打击距离一般可达20公里。这种武器的主要代表有 激光枪 激光炮 ,它们能够发出很强的激光束来打击敌人。1978年3月,世界上的第一支激光枪在美国诞生。激光枪的样式与普通步枪没有太大区别,主要由四大部分组成:激光器、 激励器 、击发器和枪托。2013年,国外已有一种 红宝石 袖珍式激光枪,外形和大小与美国的 派克钢笔 相当。但它能在距人几米之外烧毁衣服、烧穿皮肉,且无声响,在不知不觉中致人死命,并可在一定的距离内,使火药爆炸,使 夜视仪 、红外或 激光测距仪 等光电 设备失效 。还有7种稍大重量与机枪相仿的小巧激光枪,能击穿铜盔,在1500米的距离上 烧伤 皮肉、致瞎眼睛等。 战术激光武器的"挖眼术"不但能造成飞机失控、机毁人亡,或使炮手丧失 战斗能力 ,而且由于参战士兵不知对方激光武器会在何时何地出现,常常受到沉重的 心理压力 。因此,激光武器又具有常规武器所不具备的威慑作用。1982年英阿 马岛 战争中,英国在 航空母舰 和各类 护卫舰 上就安装有 激光致盲武器 ,曾使 阿根廷 的多架飞机失控、坠毁或误入英军的射击火网。
2.战略激光武器
战略激光武器可攻击数千公里之外的 洲际导弹 ;可攻击太空中的 侦察卫星 通信卫星 等。例如,1975年11月,美国的两颗监视 导弹发射井 的侦察卫星在飞抵 西伯利亚 上空时,被前 苏联 的“反卫星”陆基激光武器击中,并变成“瞎子”。因此,高基高能激光武器是夺取 宇宙空间 优势的理想武器之一,也是军事大国不惜耗费巨资进行激烈争夺的根本原因。据外刊透露,自70年代以来,美俄两国都分别以多种名义进行了数十次 反卫星激光武器 的试验。 2013年,反 战略导弹 激光武器的研制种类有化学激光器、 准分子激光器 自由电子激光器 和调射线激光器。例如: 自由电子 激光器具有输出功率大、光束质量好、转换效率高、可调范围宽等优点。但是,自由电子激光器体积庞大,只适宜安装在地面上,供陆基激光武器使用。作战时,强激光束首先射到处于空间 高轨道 上的中断 反射镜 。中断反射镜将激光束反射到处于 低轨道 的作战反射镜,作战反射镜再使激光束瞄准目标,实施攻击。通过这样的两次反射,设置在地面的自由电子激光武器,就可攻击从世界上任何地方发射的战略导弹。 高基高能激光武器是高能激光武器与 航天器 相结合的产物。当这种激光器沿着空间轨道游弋时,一旦发现对方目标,即可投入战斗。由于它部署在宇宙空间,居高临下,视野广阔,更是如虎添翼。在实际战斗中,可用它对对方的空中目标实施闪电般的攻击,以摧毁对方的侦察卫星、 预警卫星 、通信卫星、 气象卫星 ,甚至能将对方的洲际导弹摧毁在助推的 上升阶段
既然太阳不足以推动恒星际太空飞船,于是有科学家提出了激光动力推进器技术,利用一束强大的激光让物体飞行。
激光 雷达 (laser radar)是指用激光器作为 辐射源 的雷达。 激光雷达 是激光技术与雷达技术相结合的产物 。由 发射机 、天线 、 接收机 、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器,如 二氧化碳激光器 、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及 波长可调谐 的固体激光器等;天线是 光学望远镜 ;接收机采用各种形式的 光电探测器 ,如 光电倍增管 半导体光电二极管 雪崩光电二极管 红外 和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或 连续波 2种工作方式,探测方法分直接探测与 外差 探测。

激光 通信

激光通信 ,是激光在大气空间传输的一种 通信方式 。激光 大气通信 的发送设备主要由激光器(光源)、 光调制器 、光学 发射天线 (透镜)等组成; 接收设备 主要由光学 接收天线 光检测器 等组成。
信息发送时,先转换成 电信号 ,再由光调制器将其调制在激光器产生的激光束上,经 光学天线 发射出去。信息接收时,光学接收天线将接收到的光信号聚焦后,送至光检测器恢复成电信号,再还原为信息。 大气激光通信 的容量大、 保密性 好,不受电磁干扰。但激光在大气中传输时受雨、雾、雪、霜等影响,衰耗要增大,故一般用于边防、海岛、跨越江河等近距离通信,以及 大气层 外的卫星间通信和 深空通信
早期的激光大气通信所用光源多数为二氧化碳激光器、氦-氖激光器等。二氧化碳激光器输出 激光波长 为10.6微米,此波长正好处在大气信道传输的低损耗窗口,是较为理想的通信光源。从70年代末到80年代中期,由于在技术实现上难以解决好全天候、高 机动性 、高灵活性、稳定性等问题,激光大气通信的研究陷入低潮。
1988年, 巴西 宣布研制成功一种便携式半导体激光大气 通信系统 。这种通过激光器联通线路的军用 红外通信 装置,其外形如同一架 双筒望远镜 ,在上面安装了 激光二极管 麦克风 。使用时,一方将双筒镜对准另一方即可实现通信,通信距离为1千米,如果将光学天线固定下来,通信距离可达15千米。1989年,美国成功地研制出一种短距离、隐蔽式的大气激光通信系统。1990年,美国试验了适用于 特种战争 低强度战争 需要的紫外光波通信,这种通信系统完全符合战术任务的要求,通信距离为2~5千米;如果对光束进行适当处理,通信距离可达5~10千米。
90年代初,俄罗斯研制成功了大功率 半导体激光器 ,并开始了激光大气通信 系统技术 的实用化研究。不久便推出了10千米以内的半导体激光大气通信系统并在 莫斯科 、瓦洛涅什、 图拉 等城市应用。在瓦涅什河两岸相距4千米的两个电站之间,架设起了半导体激光大气通信系统,该系统可同时传输8路数字电话。在距离瓦洛涅什城约200千米以及在距莫斯科不远的地方,也开通了半导体激光大气通信系统线路。
随着半导体激光器的不断成熟、光学天线制作技术的不断完善、信号压缩编码等技术的 合理使用 ,激光大气通信正重新焕发出生机。
激光测速 是对被测物体进行两次有特定 时间间隔 激光测距 ,取得在该一时段内被测物体的移动距离,从而得到该被测物体的 移动速度 。因此,激光测速具有以下几个特点:
1、由于该激光光束基本为射线,估测速距离相对于 雷达测速 有效距离 远,可测1000M外;
2、测速精度高,误差<1公里;
3、鉴于激光测速的原理,激光光束必须要瞄准垂直与激光光束的平面反射点,又由于被测车辆距离太远、且处于移动状态,或者车体平面不大,而导致激光测速成功率低、难度大,特别是执勤警员的工作强度很大、很易疲劳;
4、鉴于激光测速的原理,激光测速器不可能具备在运 动中使用,只能在 静止状态 下应用;因此, 激光测速仪 不能称之为“ 流动电子警察 ”。在静止状态下使用时,司机很容易发现有检测,因此达不到预期目的;
5、价格昂贵,2013年经过正规途径进口的激光测速仪(不含取景和控制部分)价格至少在一万美金左右。

激光 工业

激光在工业上,也应用极为广泛,因为激光在 激光束聚焦 材料表面 的时候能够使材料熔化,使激光束与材料沿一定轨迹作 相对运动 ,从而形成一定形状的 切缝 。七十年代后,为了改善和提高 火焰切割 的切口质量,又推广了氧乙烷精密火焰切割和 等离子切割 。在 工业生产 中有一定的适用范围。
激光玻璃 是一种以玻璃为基质的固体 激光材料 。它广泛应用于各类型固体激光光器中,并成为高功率和高能量激光器的主要激光材料。
激光玻璃 由基质玻璃和激活离子两部分组成。激光玻璃各种 物理化学 性质主要由基质玻璃决定,而它的光谱性质则主要由激活离子决定。但是基质玻璃与激活离子彼此间互相作用,所以激活 离子对 激光玻璃的物理化学性质有一定的影响,而基质 玻璃对 它的光谱性质的影响有时还是相当重要的。
激光冷却 (laser cooling )利用激光和原子的相互作用减速原子运动以获得 超低温 原子的高新技术。这一重要技术早期的主要目的是为了精确测量各种原子参数,用于高分辨率 激光光谱 和超高精度的 量子频标 原子钟 ),后来却成为实现原子玻色-爱因斯坦凝聚的关键实验方法。激光冷却有许多应用,如: 原子光学 、原子刻蚀、原子钟、 光学晶格 光镊子 、玻色-爱因斯坦凝聚、 原子激光 、高分辨率光谱以及光和物质的相互作用的 基础研究 等等。
光谱(laser spectra)以激光为光源的光谱技术。与普通光源相比, 激光光源 具有单色性好、亮度高、 方向性 强和 相干性 强等特点,是用来研究光与物质的相互作用,从而辨认物质及其所在体系的结构、组成、状态及其变化的理想光源。激光的出现使原有的光谱技术在灵敏度和分辨率方面得到很大的改善。由于已能获得强度极高、 脉冲宽度 极窄的激光,对 多光子过程 、非线性光化学过程以及分子被激发后的 弛豫过程 的观察成为可能,并分别发展成为新的光谱技术。激光光谱学已成为与物理学、化学、生物学及 材料科学 等密切相关的研究领域。
激光传感器 (laser transducer)利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、 激光检测器 测量电路 组成。 激光传感器 是新型 测量仪表 ,它的优点是能实现无接触 远距离测量 ,速度快,精度高,量程大,抗光、电干扰能力强等。激光是最准的尺。
利用激光在大气层中的衰减来判断云层。具体的是当激光在大气层中传越时,由于发射的能量与接收的能量之间有能量差,利用能量的衰减度与云层的 分子的含量多少来判断云层结构和距离的仪器。
核聚变
我国著名物理学家 王淦昌 院士1964年就提出了 激光核聚变 的初步理论,从而使我国在这一领域的科研工作走在当时世界各国的前列。1974年,我国采用一路激光驱动聚氘 乙烯 靶发生 核反应 ,并观察到氘氘反应产生的中子。此外,著名 理论物理学家 于敏院士在20世纪70年代中期就提出了激光通过入射口、打进重金属外壳包围的空腔、以 X光辐射 驱动方式 实现激光核聚变的概念。1986年,我国激光核聚变实验装置“神光”研制成功,聂荣臻元帅还专门写信祝贺。

激光 操作激光

美国得克萨斯州大学的科学家研制出世界上功率最强大的可操作激光,这种激光每万亿分之一秒产生的能量是美国所有发电厂 发电量 的2000倍,输出功率超过1 拍瓦-相当于10的15次方瓦。这种激光第一次启动是在1996年。马丁尼兹说,希望他的项目能够在2008年打破这一纪录,也就是说,让激光的功率达到1.3拍瓦到1.5拍瓦之间。超级激光项目负责人麦卡尔·马丁尼兹表示:“我们可以让材料进入一种极端状态,这种状态在地球上是看不到的。我们打算在德州观察的现象相当于进入太空观察一颗正在爆炸的恒星。”
激光“抓住” 碳纳米管 并使之移动
美国 伊利诺伊州 纽约大学 的科学家和一家光学公司的 科研人员 试验了一种名为“光学捕获”的技术,试图更便利地操纵碳纳米管。光学捕获技术就是利用激光能捕获微小粒子的能力,在移动激光束时使微小粒子跟随激光移动。由于激光能捕获微小粒子,因此在它移动时就会像 镊子 一样,“夹”着微小粒子移动。科学家把这种现象称为“ 激光镊子 ”。2013年时生物学家已能用激光镊子夹住单个细胞。例如,从血液中分离出单个血 红细胞 用于研究镰刀状血红细胞 贫血症 疟疾 治疗研究。激光镊子能“夹”住微小粒子,是因为激光束中心强度大于 边缘强度 ,因此当激光束照射一个微小粒子时,从中心折射的光线要比向前的光线多。
当折射的光线获得向外的冲力时,粒子上的 反作用力 就使冲力指向激光束中心,因此粒子总是被吸引到激光束中心。如果粒子非常小且具有很小的重力或 摩擦力 ,当激光束移动时,粒子就会跟着移动。
然而,激光镊子移动的 血细胞 直径有几微米,但2013年以前要移动直径仅2~20纳米的碳纳米管会麻烦得多。因此想利用单个激光镊子移动大量碳纳米管到一定位置,可能会与用 原子力显微镜 一样费事。
为此,科学家用一种液晶激光 分离器 把激光束分成200个可单独控制的小激光束,研究人员可以控制这些激光束使之形成 三角形 四边形 五边形 六边形 等形状,从而移动大量的 纳米管 群,使它们在显微镜载片表面定位,达到移动碳纳米管的目的。
光学捕捉技术的成功,受到美国 加利福尼亚大学 的纳米管专家、物理学家 亚历克斯·泽特尔 的称赞,他说,因为2013年还没有一种可靠的技术能操纵大量的纳米管,而这种新的光学捕获技术有可能应用于工业。

激光 传媒实验

NASA 演示激光束传视频实验 传速达每秒1000多兆
2014年4月美国国家航空航天局 喷气推进实验室 成功完成了一项光学技术演示验证实验,其特定程序“ 激光通讯 科学的光学 有效载荷 ”(OPALS)可将NASA未来航天器的通信速率提高10至100倍。这是NASA第一次在 轨道实验室 试验 光通信
太空任务 中,使用的科学仪器越来越需要更高的通信速率将收集到的 数据发送 回地球,或者支持 高数据速率 的应用,如高清 视频流 。光通信也称为“激光通信”,是一种新兴的通过激光束传送数据的技术。其可提供更高的 数据速率 ,超过当前采用的射频( RF 传输速度 ,并且具有在 频带 操作不受当前 美国联邦通信委员会 监管的优点。
该项目经理马特·亚伯拉罕森表示,光通信已具有改变 游戏规则 的潜力。许多 深空探测 飞行任务在执行每秒200到400 千比特 的通信任务。OPALS将展示高达每秒50 兆比特 的传输速度,未来深空 光通信系统 甚至会提供每秒1000多兆比特的传速。

激光 首次捕捉

2015年1月27日,《 新科学家 》(New Scientist)报道,利用能探测到单光子,每秒200亿帧的 超高速摄像机 ,科学家首次捕捉到了激光在空气中飞行的画面。在10分钟内,研究者记录了光子与空气碰撞时产生的200万次激光脉冲。该技术可用于巡查环境角落, 显示屏幕 上看不到的物体,还可用在需要精准计量时间信息的地方。
苏格兰赫利瓦特大学的主要研究者加里皮说:“这是我们第一次看到光经过身边时的情形。”在通常情况下,科学家只能通过物体上的反射来看到光。想看到激光器发出的激光则更加棘手,因为光子是在聚焦光束中运动,而且方向都相同。
该相机由 爱丁堡大学 开发,其感光部件由单光子光敏像素阵列构成。这些像素有两种特性:一是对单个光子敏感的能力——每个像素的 敏感性 是人眼的10倍左右;二是它们的速度——每个像素被激活只要67 皮秒 (万亿分之一秒),比人眨一下眼的时间要快10亿倍。“这些特性让我们能实现‘飞光成像’。”里奇说,当光在空中飞行,从物体上散射开来时,这种成像方法连光本身也能拍下来。
超快激光器 是太阿激光基于SESAM 锁模技术 的Amberpico系列 皮秒激光器 、Amberfemto系列 飞秒激光器 开发的激光器。 Amberpico系列皮秒激光器具有 超短脉冲 宽度(小于15ps)、高单 脉冲能量 (最大单脉冲能量30mJ)、高重复频率(1kHz以上)和值得信赖的优良输出性能, Amberfemto系列飞秒激光器脉冲宽度小于200fs,重复频率1Hz—100kHz可选,具有优异的空间模式和卓越的功率稳定性。可以实现高效的二倍频、 三倍频 、甚至四倍频光的输出。 波长范围 遍及红外、绿光、紫外,波长最短可以达到266/263nm。
皮秒连续 锁模激光器 就是脉冲宽度压缩到ps量级(10-12s) 的“超短”脉冲连续 锁模 激光器。按照泵浦方式,可以分为灯泵浦皮秒连续锁模激光器和半导体泵浦皮秒连续锁模激光器;按照锁模方式,可以分为半导体 可饱和吸收体 连续锁模皮秒激光器和 染料 连续锁模皮秒锁模激光器;按照激光 媒质 ,可以分为固体皮秒连续锁模激光器和光纤皮秒连续锁模激光器等。 一般采用 半导体可饱和吸收镜 作为锁模器件, LD泵浦 的皮秒连续锁模激光器。所谓半导体可饱和吸收镜,一般是采用外延法将半导体可饱和吸收体直接生长在半导体布拉格反射镜上,因此被叫做可饱和半导体布拉格反射镜(Saturable Bragg Reflector,简称SBR)或半导体可饱和吸收镜(Semiconductor Saturable Absorber Mirror,简称SESAM)。