雷射技术--中文百科全书

历史发展

雷射具有单色性好、方向性强、亮度高等特点。现已发现的雷射工作物质有几千种，波长範围从软X射线到远红外。雷射技术的核心是雷射器，雷射器的种类很多，可按工作物质、激励方式、运转方式、工作波长等不同方法分类。根据不同的使用要求，採取一些专门的技术提高输出雷射的光束质量和单项技术指标，比较广泛套用的单元技术有共振腔设计与选模、倍频、调谐、Q开关、锁模、稳频和放大技术等。

为了满足军事套用的需要，主要发展了以下5项雷射技术:①雷射测距技术。它是在军事上最先得到实际套用的雷射技术。20世纪60年代末，雷射测距仪开始装备部队,现已研製生产出多种类型,大都採用钇铝石榴石雷射器，测距精度为±5米左右。由于它能迅速準确地测出目标距离，广泛用于侦察测量和武器火控系统。②雷射製导技术。雷射製导武器精度高、结构比较简单、不易受电磁干扰，在精确製导武器中佔有重要地位。70年代初，美国研製的雷射製导航空炸弹在越南战场首次使用。80年代以来，雷射製导飞弹和雷射製导炮弹的生产和装备数量也日渐增多。③雷射通信技术。雷射通信容量大、保密性好、抗电磁干扰能力强。光纤通信已成为通信系统的发展重点。机载、星载的雷射通信系统和对潜艇的雷射通信系统也在研究发展中。④强雷射技术。用高功率雷射器製成的战术雷射武器，可使人眼致盲和使光电探测器失效。利用高能雷射束可能摧毁飞机、飞弹、卫星等军事目标。用于致盲、防空等的战术雷射武器，已接近实用阶段。用于反卫星、反洲际弹道飞弹的战略雷射武器，尚处于探索阶段。⑤雷射模拟训练技术。用雷射模拟器材进行军事训练和作战演习，不消耗弹葯，训练安全，效果逼真。现已研製生产了多种雷射模拟训练系统，在各种武器的射击训练和作战演习中广泛套用。此外，雷射核聚变研究取得了重要进展，雷射分离同位素进入试生产阶段，雷射引信、雷射陀螺已得到实际套用。

原理

雷射英文全名为Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER)。于1960年面世，是一种因刺激产生辐射而强化的光。

科学家在电管中以光或电流的能量来撞击某些晶体或原子易受激发的物质，使其原子的电子达到受激发的高能量状态，当这些电子要回复到平静的低能量状态时，原子就会射出光子，以放出多余的能量;而接着，这些被放出的光子又会撞击其它原子，激发更多的原子产生光子，引发一连串的「连锁反应」，并且都朝同一个方前进，形成强烈而且集中朝向某个方向的光;因此强的雷射甚至可用作切割钢板!

特徵

雷射被广泛套用是因为它的特徵。雷射几乎是一种单色光波，频率範围极窄，又可在一个狭小的方向内集中高能量，因此利用聚焦后的雷射束可以对各种材料进行打孔。以红宝石雷射器为例，它输出脉沖的总能量不够煮熟一个鸡蛋，但却能在3毫米的钢板上钻出一个小孔。雷射拥有上述特徵，并不是因为它有与别的光不同的光能，而是它的功率密度十分高，这就是雷射被广泛套用的原因。

雷射有以下三大特徵:

· 单色波长

· 同调性

· 平行光束

套用

雷射加工技术

雷射的空间控製性和时间控製性很好，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。雷射加工系统与电脑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闢了广阔的前景。

热加工和冷加工均可套用在金属和非金属材料，进行切割，打孔，刻槽，标记等.热加工金属材料进行焊接，表面处理，生产合金，切割均极有利.冷加工则对光化学沉积，雷射快速成形技术，雷射刻蚀，掺染和氧化都很合适。

雷射快速成型

用雷射製造模型时用的材料是液态光敏树脂，它在吸收了紫外波段的雷射能量后便发生凝固，变化成固体材料。把要製造的模型编成程式，输入到电脑。雷射器输出来的雷射束由电脑控製光路系统，使它在模型材料上扫描刻划，在雷射束所到之处，原先是液态的材料凝固起来。雷射束在电脑的指挥下作完扫描刻划，将光敏聚合材料逐层固化，精确堆积成样件，造出模型。所以，用这个办法製造模型，速度快，造出来的模型又精致。该技术已在航空航天、电子、汽车等工业领域得到广泛套用。

雷射切割

雷射切割技术广泛套用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。脉沖雷射适用于金属材料，连续雷射适用于非金属材料，后者是雷射切割技术的重要套用领域。但雷射在工业领域中的套用是有局限和缺点的，比如用雷射来切割食物和胶合板就不成功，食物被切开的同时也被灼烧了，而切割胶合板在经济上还远不合化算。

随着雷射产业的飞速发展，相关的雷射技术与雷射产品也日趋成熟。在雷射切割机领域。呈现出YAG固体雷射切割机、CO2雷射切割机双足鼎力，光纤雷射切割机后来居上的局势。YAG固体雷射切割机具有价格低、稳定性好的特点，但能量效率低一般<3%。产品的输出功率大多在600W以下，由于输出能量小，主要用于打孔和点焊及薄板的切割。它的绿色的雷射束可在脉沖或连续波的情况下套用，具有波长短、聚光性好适于精密加工特别是在脉沖下进行孔加工最为有效，也可用于切削、焊接和光刻等。YAG固体雷射切割机雷射器的波长不易被非金属吸收，故不能切割非金属材料，且YAG固体雷射切割机需要解决的是提高电源的稳定性和寿命，即要研製大容量、长寿命的光泵激励光源，如採用半导体光泵可使能量效率大幅度地成长。

CO2雷射切割机，可以稳定切割20mm以内的碳钢，10mm以内的不锈钢，8mm以下的铝合金。CO2雷射器的波长为10.6um，比较容易被非金属吸收，可以高质量地切割木材、亚克力、PP、有机玻璃等非金属材料，但是CO2雷射的光电转化率只有10%左右。CO2雷射切割机在光束出口处装有喷吹氧气、压缩空气或惰性气体N2的喷嘴，用以提高切割速度和切口的平整光洁。为了提高电源的稳定性和寿命，对于CO2气体雷射要解决大功率雷射器的放电稳定性。根据国际安全标準，雷射危害等级分4级，CO2雷射属于危害最小的一级。

光纤雷射切割机由于它可以通过光纤传输，柔性化程度空前提高，故障点少，维护方便，速度奇快，所以在切割4mm以内薄板时光纤切割机有着很大的优势，;但是受固体雷射波长的影响它在切割厚板时质量较差。光纤雷射器雷射切割机的波长为1.06um，不易被非金属吸收，故不能切割非金属材料。光纤雷射的光电转化率高达25%以上，在电费消耗、配套冷却系统等方面光纤雷射的优势相当明显。根据国际安全标準，雷射危害等级分4级，光纤雷射由于波长短对人体由于是眼睛的伤害大，属于危害最大的一级，出于安全考虑，光纤雷射加工需要全封闭的环境。光纤雷射切割机作为一种新兴的雷射技术，普及程度远远不如CO2雷射切割机。

雷射焊接

雷射束照射在材料上，会把它加热至融熔，使对接在一起的组件接合在一起，即是焊接。雷射焊接，用比切割金属时功率较小的雷射束，使材料熔化而不使其气化，在冷却后成为一块连续的固体结构。雷射焊接技术具有溶池凈化效应，能纯凈焊缝金属，适用于相同和不同金属材料间的焊接。由于雷射能量密度高，对高熔点、高反射率、高导热率和物理特徵相差很大的金属焊接特别有利。因为用雷射焊接是不需要任何焊料的，所以排除了焊接组件受污染的可能; 其次，雷射束可被光学系统聚成直径很细的光束，换言之，雷射可以作成非常精细的焊枪，做精密焊接工作;还有雷射焊接与组件不会直接接触，亦即这是非接触式的焊接，因而材料质地脆弱也不打紧，还可以对远离我们身边的组件作焊接，也可以把放置在真空室内的组件焊接起来。因为雷射焊接有这些特点，所以它在微电子工业中尤其受欢迎。

雷射雕刻

用雷射雕刻刀作雕刻，比用普通雕刻刀更方便，更迅速。用普通雕刻刀在坚硬的材料上，比如在花冈岩、钢板上作雕刻，或者是在一些比较柔软的材料，比如皮革上作雕刻，就比较吃力，刻一幅图案要花比较长的时间。如果使用雷射雕刻则不同，因为它是利用高能量密度的雷射对工件进行局部照射，使表层材料气化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记的一种雕刻方法。它根本就没有和材料接触，材料硬或者柔软，并不妨碍雕刻的速度。所以雷射雕刻技术是雷射加工最大的套用领域之一。用这种雕刻刀作雕刻不管在坚硬的材料，或者是在柔软的材料上雕刻，刻划的速度一样。倘若与电脑相配合，控製雷射束移动，雕刻工作还可以自动化。把要雕刻的图案放在光电扫瞄器上，扫瞄器输出的讯号经过电脑处理后，用来控製雷射束的动作，就可以自动地在木板上，玻璃上，皮革上按照我们的图样雕刻出来。同时，聚焦起来的雷射束很细，相当于非常灵巧的雕刻刀，雕刻的线条细，图案上的细节也能够给雕刻出来。雷射雕刻可以打出各种文字、符号和图案等，字元大小可以从毫米到微米量级，这对产品的防伪有特殊的意义。雷射雕刻巳发展至可实现亚微米雕刻，已广泛用于微电子工业和生物工程。

雷射打孔

在组件上开个小孔是件很常见的事。但是，如果要求在坚硬的材料上，例如在硬质合金上打大量0.1毫米到几微米直径的小孔。用普通的机械加工工具恐怕是不容易办到，即使能够做到，加工成本也会很高。雷射有很好的同调性，用光学系统可以把它聚焦成直径很微少的光点(小于一微米)，这相当于用来钻孔的微型钻头。其次，雷射的亮度很高，在聚焦的焦点上的雷射能量密度(平均每平方米面积上的能量)会很高，普通一台雷射器输出的雷射，产生的能量就可以高达109 焦耳/釐米2，足以让材料熔化并气化，在材料上留下一个小孔，就像是钻头钻出来的。但是，雷射钻出的孔是圆锥形的，而不是机械钻孔的圆柱形，这在有些地方是很不方便的。

雷射蚀刻

雷射蚀刻技术比传统的化学蚀刻技术工艺简单、可大幅度降低生产成本，可加工0.125~1微米宽的线，非常适合于超大规模积体电路的製造。

雷射手术

雷射能产生高能量﹑聚焦精确的单色光﹐具有一定的穿透力﹐作用于人体组织时能在局部产生高热量。雷射手术就是利用雷射的这一特点﹐去除或破坏目标组织﹐达到治疗的目的。主要包括雷射切割和雷射换肤。

雷射武器

雷射武器有它的独特徵，令它被广泛套用于防空，反坦克，轰炸机自卫等军事用途.雷射之所以能成为威力强大的武器，是因为它有三个层次的破坏能力:

1.烧蚀效应跟雷射热加工原理一样，当高能雷射束射到目标时，雷射的能量会被目标的材料吸收，转化为热能.这些热能足以令目标部分或完全穿孔，断裂，熔化，蒸发，甚至产生爆炸.

2.激波效应如目标材料被气化，目标材料会在极短时间内产生反沖作用，形成压缩波使材料表面层裂碎开，碎片向外飞时造成进一步破坏.

3.辐射效应目标材料气化的同时会形成电浆云，能产生辐射紫外线及X光线，使目标内部的电子零件被破坏。

雷射能源

雷射还可套用于核能发电上。世界上建成的核发电站使用的核燃料是铀，使用氚核燃料的研究尚未成功。从研究所得，氚核燃料比铀核燃料更加耐烧， 1公斤氚核燃料燃烧产生的能量比铀核燃料高3倍多。更有吸引力的是氚核燃料在地球上的贮量大。1公斤海水中含有0.03克氚，地球上的海洋中就装有1021 公斤海水;或者说，地球的海洋中就贮藏有1017 公斤氚，把它开发出来做燃料，就相当于给我们提供了10万亿亿(1017) 吨煤，足够人类用上几亿年，既然氚核燃料这麽好.为甚麽还不用? 问题就在于把它点火燃烧不是一件容易做到的事。划一根火柴燃烧的温度就可以把纸片，汽油点着火，要让这种核燃料着火，则需要亿度的高温。雷射是较有可能达到这个点火温度的技术。

图书

简介

书名: 雷射技术

作者:蓝信鉅

出版社:科学出版社

出版时间: 2009年09月

ISBN: 9787030 255129

开本: 16开

定价: 38.00 元

内容简介

《雷射技术(第3版)》系统地介绍了各种主要雷射技术的原理与实施方法，内容包括雷射调製与偏转技术、调Q技术、超短脉沖技术、雷射放大技术、模式选择技术、稳频技术、非线性光学技术和雷射传输技术，并对各种雷射技术的新进展进行了简要介绍。《雷射技术(第3版)》注重物理概念和基本原理的论述，并适当结合一定的实例，叙述深入浅出，便于自学。

《雷射技术(第3版)》可作为高等院校光电子技术、光信息技术、技术物理、光电仪器、套用物理等专业的大学部生教材，也可作为物理电子学等专业研究生的教学参考书，并可供从事光电子技术的科技人员参考。

信息

作者:蓝信矩主编

出版社:华中科技大学出版社

出版时间: 1995-12-1

字数: 444000

页数: 278

I S B N : 978756 0912660

包装: 平装

定价:24.80

内容简介

本书系统地介绍了各种主要雷射技术的基本原理与实施方法，内容包括雷射调製技术、调Q技术、超短脉沖技术、放大技术、模式选择技术、稳频技术、非线性光学技术以及雷射传输技术，并对各种雷射技术新的进展也作了简要介绍。本书着重物理概念和基本原理的论述，并适当结合一定的实例，叙述深入浅出，便于自学。

本书可作为高等工科院光电子技术、光电仪器、套用物理等专业大学部生教材;也可以作为高等院校有关专业师生及从事光电子技术的科技人员的参考书。

技术期刊

雷射技术杂志是经国家科学技术部(原国家科委)批準向国内外公开发行的学术性刊物，是我国无线电电子学、电信技术类及物理类中文核心期刊，属国家级科学技术刊物。本刊紧密跟蹤国内外高技术的进展和开拓性新领域的动态，主要报道国内外与雷射有关的光学、电子学等领域内不同发展时期的新材料、新工艺、新技术、新元件、新的工程套用中有创新的学术论文和有创见的综述性文章。

雷射技术封皮

期刊名称:雷射技术

英文名称:Laser Technology

主办单位:西南技术物理研究所

出版周期:双月

出版地:四川省成都市

语言种类:中文

期刊尺寸:大16开

国际标準刊号:ISSN 1001-3806

国内统一刊号:CN 51-1125/TN

邮发代号:62-74

复合影响因子:0.564

综合影响因子:0.431

历史沿革

现用刊名:雷射技术

创刊时间:1971

资料库收录

CA 化学文摘(美)(2011)

SA 科学文摘(英)(2011)

JST 日大学部学技术振兴机构资料库(日)(2012年计画收录)

Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2011)

中国科学引文资料库(CSCD-2008)

期刊目录

1.雷射线上修整青铜金刚石砂轮数值仿真与试验陈根余，陈沖，卜纯，贾天阳，CHEN Gen-yu，CHEN Chong，BU Chun，JIA Tian-yang

2.基于全光纤M-Z干涉仪的单通道光开关研究罗华栋，黄勇林，LUO Hua-dong，HUANG Yong-lin

3.雷射合金化引入亚微米MC型增强相的研究韩甜，王爱华，彭锦，吴宝业，黄朝，HAN Tian，WANG Ai-hua，PENG Jin，WU Bao-ye，HUANG Zhao

4.o偏振光对光折变禁止光伏空间孤子的影响吉选芒，姜其畅，刘劲松，JI Xuan-mang，JIANG Qi-chang，LIU Jin-song

5.电子束蒸发製备掺钕钇铝石榴石薄膜特徵研究任豪，曾群，庞振华，周应恆，梁锡辉，REN Hao，ZENG Qun，PANG Zhen-hua，ZHOU Ying-heng，LIANG Xi-hui

6.铝合金连续-脉沖雷射焊接工艺对比实验研究张大文，张宏，刘佳，石岩，ZHANG Da-wen，ZHANG Hong，LIU Jia，SHI Yan

7.基于雷射散射图像小麦叶片叶绿素检测研究张翠红，张小娟，朱大洲，王成，ZHANG Cui-hong，ZHANG Xiao-juan，ZHU Da-zhou，WANG Cheng

8.用于CO2探测的高功率1572nm可调谐光源程杰，傅焰峰，龚威，CHENG Jie，FU Yan-feng，GONG Wei

9.基于特殊雷射微造型工艺的平面阵列加工研究符永宏，高兴东，华希俊，潘国平，符昊，FU Yong-hong，GAO Xing-dong，HUA Xi-jun，PAN Guo-ping，FU Hao

10.严格耦合波法计算体布喇格光栅衍射效率张茜，赵尚弘，楚兴春，ZHANG Xi，ZHAO Shang-hong，CHU Xing-chun

11.多参考光合成孔径DMIPH术的细胞相位重构巩文迪，卢兆林，刘佳毅，GONG Wen-di，LU Zhao-lin，LIU Jia-yi

12.八边形低色散高非线性光子晶体光纤的设计陈娟，葛文萍，王晓薇，CHEN Juan，GE Weng-ping，WANG Xiao-wei

13.雷射大气传输光波相位不连续性问题研究进展葛筱璐，冯晓星，範承玉，GE Xiao-lu，FENG Xiao-xing，FAN Cheng-yu

14.自然地物对星载雷射测高仪回波特徵的影响崔云霞，牛燕雄，颜国强，冯丽爽，王彩丽，张鹏，CUI Yun-xia，NIU Yan-xiong，YAN Guo-qiang，FENG Li-shuang，WANG Cai-li，ZHANG Peng

15.气泡尾流光束衰减测量中的复散射校正鲁刚，孙春生，张晓晖，LU Gang，SUN Chun-sheng，ZHANG Xiao-hui

服装运用

成衣雷射綉花

超过三分之二的纺织服装面料可利用雷射来製作各种数码图案。传统的纺织面料製作工艺需要后期的磨花、烫花、压花等加工处理，而雷射烧花在此方面具有製作方便、快捷、图案变换灵活、图像清晰、立体感强、能够充分表现各种面料的本色质感，以及历久常新等优势。如果结合镂空工艺更是画龙点睛，相得益彰。

服装面料及成衣雷射綉花适合:纺织面料后整理加工厂、面料深加工厂、成衣服装厂、面辅料及来料加工企业。

牛仔影像喷花

通过数控的雷射照射，汽化牛仔布料表面的染料，从而在各种牛仔面料上製作出不会退色的影像图案、渐变花形、猫须磨砂等效果，为牛仔时尚又增添了新的靓点。

牛仔喷花雷射加工是一项新兴的、有丰厚加工利润和市场空间的加工项目，极适合牛仔服装厂、水洗厂、加工型等企业和个人进行牛仔系列产品的增值深加工。

皮革面料标花

雷射技术在製鞋及皮革行业中的套用也非常广泛。雷射的优势在于可以在各种皮革面料上快速雕刻和镂空出各式图案，而且操作方面灵活，同时不会使皮革表面产生任何形变，以体现出皮革本身的颜色与质感。它更具有雕刻精度高、镂空无毛边、任意选形等多种优势，适合鞋面、鞋材、皮具、手袋、箱包、皮服等加工生产厂家的需要。

雷射雕刻是指将雷射设备连线雷射雕刻软体，图稿输入自动雕刻的作业方式。雷射雕刻是雷射加工领域技术最成熟，套用最广泛的技术。利用这种技术，任何复杂图形都能雕刻。可以进行镂空雕刻和不穿透的盲槽雕刻，从而雕刻出深浅不一、质感不同、具有层次感和过渡颜色效果的各种神奇图案。凭借这些优势，雷射雕刻迎合了国际服装加工的新潮流。

贴布綉切割

电脑綉花工艺中，有两个步骤很重要，即贴布綉前的切割和綉花后下料的切割。在传统的加工工艺中，綉前切割採用的刀模加工方式的缺陷在于，容易产生织物须边，且加工精度受刀模限製，异性图形难以加工，刀模的製作周期常，成本高，因此製约了贴布綉花的发展。而綉后下料切割，大多採用的是热切加工方式，该方式又有切边缝隙大、边缘发黄发硬、难以对位等缺点。异性图形依靠人工手剪，更是容易散边，产生废品，所以急需有一种先进的加工方式来取代这两种旧的加工方式。

雷射加工虽然也属于热加工方式，但由于雷射高度的聚焦性，照射光斑纤细，热扩散区小，因此极适合对纺织纤维面料的切割。具体表现在加工面料範围广泛、切口平滑无飞边、自动收口、无变形、图形可通过电脑随意设计和输出、无需刀模等等。这使得雷射加工成为业内公认的替代方式。

商标雷射打标

雷射打标具有打标精度高，速度快，打标清晰，可在硬、软、脆产品的平面、弧面和飞行物上列印各种文字、符号、图案的特点。雷射打标兼容了雷射切割、雕刻的各种优点，可在金属及有机聚合物薄片上精密加工，加工尺寸小的复杂图案。列印标记具有永不磨损的防伪性能，可专门製作布标、皮标、金属标、列印图案复杂精细的各种司徽和LOGO，是品牌服装服饰物加工的最佳选择。

长期以来，商标的切边、刺綉图案的切边以及刺綉图案中的打孔拼花都存在一个对位问题。精确而高效的切割，是业界共同的期待。现有的自动视觉追蹤切割系统在传统的人工对位切割的基础上前进了一大步，能够分局对位点来自动定位切割。但对于纺织产品的随机变形不能自动纠正，因此会产生大量的废品。行业内已有企业成功开发出自动识别寻边切割系统，能够依据所织商标图形的边缘，自动生成切割路径，并準确地利用雷射沿边切割。还能够自动定位，对刺綉图形中的图案进行切割打孔，从而根本解决了对位问题。