畢業(yè)論文--激光原理與應(yīng)用技術(shù)簡(jiǎn)介-全文預(yù)覽
【正文】 傷 ” 激光武器，和破壞目標(biāo)殼體等為主的 “ 硬殺傷 ” 激光武器。從經(jīng)濟(jì)上來(lái)講，激光武器與常規(guī)導(dǎo)彈相比是極為經(jīng)濟(jì)的 ， 如一枚巡航導(dǎo)彈需幾百萬(wàn)美元，而發(fā)射一個(gè)激光脈沖僅需幾千美元。在高空激光偵察中用于機(jī)載的激光偵察設(shè)備有激光側(cè)視雷達(dá)、激光行掃描傳感器、激光幀掃描傳 感器等。激光制導(dǎo)方式分為尋的制導(dǎo)和波束制導(dǎo)（亦稱(chēng)駕束制導(dǎo)）。實(shí)際上，特別 是我 國(guó)， 農(nóng)村有許多空白需要建設(shè)；3G 移動(dòng)通信 網(wǎng)的建設(shè)也需要光纖網(wǎng)來(lái)支持；隨著寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)需要擴(kuò)容等，光纖通信仍有巨大的市場(chǎng)。光纖通信的建設(shè)費(fèi)用正隨著使用數(shù)量的增大而降低，同時(shí)它具有體積小，重量輕，使用金屬少，抗電磁干擾、抗輻射性強(qiáng)，保密性好，頻帶寬，抗干擾性好，防竊聽(tīng)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn) [10] 。 光纖由內(nèi)芯和包層組成，內(nèi)芯一般為幾十微米或幾微米，比一根頭發(fā)絲還細(xì)；外面層稱(chēng)為包層，包層的作用就是保護(hù) 光纖 [9]。經(jīng)過(guò)近二十年的發(fā)展，空間激光通信系統(tǒng)的諸多關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)得到了突破，不斷提高了現(xiàn)代信息化的需求 [8]。 1981 年 5 月，美國(guó)在圣地亞哥海域上空，用一架飛行在 13000 米高度的飛機(jī)，采用波長(zhǎng)為 微米的激光束發(fā)出 信息，穿透大氣層和海水，與一艘巡航在 300 米深度的導(dǎo)彈核潛艇進(jìn)行了成功的通信試驗(yàn)。按激光光波傳輸途經(jīng)的不同，激光通信有大氣激光通信與水下激光通信兩種方式。 又如，CO2 激光喉內(nèi)顯微手術(shù)與顯微鏡相結(jié)合，手術(shù)無(wú)切口，出血少，對(duì)聲帶的解剖損傷小，術(shù)后發(fā)聲質(zhì)量變化不大，手術(shù)效果要優(yōu)于常規(guī)手術(shù)切除、解凍及藥物涂抹等傳統(tǒng)方法 [7]。比如血管癌，一動(dòng)刀就會(huì)出血，往往危及生命，是碰不得 地方，醫(yī)生醫(yī)術(shù)再高明也愛(ài)莫能助。一般來(lái)說(shuō)， 切骨手術(shù)要使用鋸子和鑿子，比如打開(kāi)一小塊頭骨就要用一個(gè)小時(shí)，醫(yī)生 費(fèi)力，病人受苦。全息 照片的實(shí)質(zhì)是將來(lái)自物體的波前和另一個(gè) 參考 波 (通常是平面波或球面波 )相干涉，底片記錄干涉條紋，將同樣的參考波照射此底片時(shí)，可在相應(yīng)位置重新出現(xiàn)三維物體?，F(xiàn)在，在基礎(chǔ)研究、新技術(shù)開(kāi)發(fā)以及新設(shè)備研制和生產(chǎn)等諸多方面都保持持續(xù)的、強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。 從激光技術(shù)在材料加工和測(cè)量等方面的重要應(yīng)用來(lái)看，激光在未來(lái)的工業(yè)中必將發(fā)揮更重要的作用。為了確保測(cè)量精度，一般要在被測(cè)目標(biāo)上安裝激光反射器 ， 它測(cè)量的相對(duì)誤差為百萬(wàn)分之一。脈沖式激光測(cè)距原理與雷達(dá)測(cè)距相似，測(cè)距儀向目標(biāo)發(fā)射激光信號(hào)，碰到目標(biāo)就要被反射回來(lái)，由于光的傳播速度是已知的，所以只要記錄下光信號(hào)的往返時(shí)間，用光速（ 30 萬(wàn)千米 /秒）乘以往返時(shí)間的二分之一，就是所要測(cè)量的距離。多用于模具和模型行業(yè)。目前使用的激光器多以 YAG 激光器、 CO2激光器為主，也有一些準(zhǔn)分子激光器、同位素激光器和半導(dǎo)體泵浦激光器。 ⑵ 激光切割： 汽車(chē)行業(yè)、計(jì)算機(jī)、電氣 機(jī)殼、木刀模業(yè)、各種金屬零件和特殊材料的切割、圓形鋸片、 彈簧墊片、 2mm 以下的電子機(jī)件用銅板、一些金屬網(wǎng)板、鋼管、鍍錫鐵板、鍍亞鉛鋼板、磷青銅、電木板、薄鋁合金、石英 玻璃、硅橡膠、 1mm 以下氧化鋁陶瓷片、航天工業(yè)使用的鈦合金等等。激光加工工藝包括切割、焊接、表面處理、打孔、打標(biāo)、劃線(xiàn)、微調(diào)等各種加工工藝。下面主要從激光在工業(yè)、醫(yī)療、信息和軍事四個(gè)方面來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下激光技術(shù)的應(yīng)用： 激光技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用 工業(yè)應(yīng)用中，主要有材料加工和測(cè)量控制。其作用分別是使激光物質(zhì)成為激活物質(zhì)、對(duì)弱光信號(hào)進(jìn)行放大、模式選擇和提供軸向光波模的反饋。而且，光強(qiáng)越大， 21( ) ( )n z n z? 減少的越多，所以， 21( ) ( )n z n z? 隨 I 的增加而減少，增益系數(shù)也隨 I增加而減少，這一現(xiàn)象稱(chēng)為增益飽和效應(yīng) [2]。實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)的手段有：激勵(lì)或泵浦或抽運(yùn)，由外界能源向粒子系統(tǒng)輸入能量，使大量粒子躍遷到高能級(jí)。因此，處于熱平衡狀態(tài)下的物質(zhì)只能吸收光子。這樣，沿軸向傳播的光波模在兩反射鏡間往返傳播，就等于增加放大器長(zhǎng)度。如果端面壁對(duì)光的反射系數(shù)很高，則沿垂直端面的腔軸方向傳播的光在腔內(nèi)多次反射不逸出腔外， 6 而所有其他方向的光則很容易逸出腔外。要是光子簡(jiǎn)并度高進(jìn)而相干性越好，需要波長(zhǎng)盡量長(zhǎng)，溫度盡量高?？梢?jiàn)，普通光源在紅外和可見(jiàn)光波段實(shí)際上是非相干光源。 受激輻射和自發(fā)輻射的重要區(qū)別在于相干性。 2E 1E 1E 自 發(fā) 輻 射 光21h E E? ?? 2E 圖 2 原子自發(fā)輻射 1E 2E 圖 1 二能級(jí)原子能級(jí)圖 4 ⑵ 受激輻射 處于高能級(jí) 2E 的原子在滿(mǎn)足 21()E E h? ?? ⑵ 的輻射場(chǎng)作用下，躍遷至低能級(jí) 1E 并輻射出一個(gè)能量為 h? 且與入射光子全同光子，如圖 3 所示。 光的受激輻射 過(guò)程 光與物質(zhì)的共振相互作用，特別是這種相互作用中的受激輻射過(guò)程是激光器的物理 基礎(chǔ)。 2. 激光原理 激 光 產(chǎn)生的物理 基礎(chǔ) 光子基本性質(zhì) 光量子學(xué)說(shuō)認(rèn)為，光是一種以光速 c 運(yùn)動(dòng)的光子流，光子和其他基本粒子一樣 ，具有能量、動(dòng)量和質(zhì)量。而某種激光的波長(zhǎng)只集中在十分窄的光譜波段或頻率范圍內(nèi)。激光打孔、切割、焊接和激光外科手術(shù)就是利用了這一特性。這就叫做 “ 受激輻射的光放大 ” ，簡(jiǎn)稱(chēng)激光。文章 最后 從工業(yè)、醫(yī)療、信息、軍事等領(lǐng)域論述 了激光技術(shù)的重要應(yīng)用及其發(fā)展前景。 本文簡(jiǎn)要的介紹了激光的 這四個(gè)特性 ，又在 激光 產(chǎn)生 的物質(zhì)基礎(chǔ)和 激光的基本原理 與方法等 方面做了 主要 介紹 。 1. 激光特性簡(jiǎn)介 激光的最初中文名叫做 “ 鐳射 ”、“ 萊塞 ”， 是它的英文名稱(chēng) LASER 的音譯，是取自英文 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 的各單詞 2 的頭一個(gè)字母組成的縮寫(xiě)詞 ， 意思是 “ 受激輻射的光放大 ”， 受激輻射 是 基于愛(ài)因斯坦的理論 ： 在組成物質(zhì)的原子中，有不同數(shù)量的電子分布在不同的能級(jí)上，在高能級(jí)上的 電 子受到某種光子的激發(fā)，會(huì)從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)上，這時(shí)將會(huì)輻射出與激發(fā)它的光相同性質(zhì)的光，而且在某種狀態(tài)下，能出現(xiàn)一個(gè)
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