【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 種典型固體激光器。 表 典型固體激光器的比較 第四章 固體激光器的應(yīng)用 固體激光器由于功率能 量較大而機(jī)械工作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，現(xiàn)在在各行各業(yè)都有很好的應(yīng)用，并且朝著更加發(fā)展的方向邁進(jìn)。 它常用于測(cè)距、跟蹤、制導(dǎo)、打孔、切割和焊接、半導(dǎo)體材料退火、電子器內(nèi)容 激光器 工作物質(zhì) 輸出波長(zhǎng) 能級(jí)系統(tǒng) 常用泵浦方式 紅寶石激光器 Cr3+:Al2O3 ?m ?m 三能級(jí) 光泵浦 摻釹釔鋁石榴石激光器 Nd3+:YAG ?m ?m 四能級(jí) 光泵浦 摻鉺固體激光器 Er:YAG ?m 四能級(jí) 光泵浦 可調(diào)諧固體激光器 鈦藍(lán)寶石 ~?m 四能級(jí) 光泵浦 13 件微加工、大氣檢測(cè)、光譜研究、外科和眼科手術(shù)、等離子體診斷、脈沖全息照相以及激光核聚變等方面在科研與研發(fā)方面 ,涉及面很廣 ,包括作核聚變研究的高峰值功率激光器系統(tǒng)、作光譜研究和新材料開(kāi)發(fā)用的超短脈沖激光器和可調(diào)諧激光器以及由同體激光器泵浦的染料可調(diào)諧激光器、作脈沖全息攝影用的紅寶石激光器、作高速攝影用的超短脈沖激光器、測(cè)人造地球星軌跡和地球表面用的高精度激光 測(cè)距儀、遙感用的激光雷達(dá)等 [10]。下圖 為通過(guò)紅寶石激光器中拍攝的剛破殼的小雞圖。 圖 紅寶石激光器拍攝的剛出殼的小雞的反射全息圖 工業(yè)加工中的應(yīng)用 在工業(yè)加工領(lǐng)域，激光加工是最為常見(jiàn)的一種應(yīng)用形式 ,我們一般將其分為光熱和光化學(xué)反應(yīng)兩類(lèi)激光加工 ,包括光化學(xué)沉積、立體光刻、激光刻蝕等 [11]。 。前者主要是指通過(guò)激光束的照射作用，讓物體的表面發(fā)生熱效應(yīng)，進(jìn)而達(dá)到我們想要的結(jié)果，這類(lèi)有焊接、切割、性能改變、鉆孔以及微小處理等。而后者的作用原理則主要是指利用激光束投射，借助光子或者光化學(xué)反映的 作用來(lái)對(duì)物體進(jìn)行處理。 14 采用激光加工技術(shù)能大幅度提高制造精度、加工強(qiáng)度和生產(chǎn)效率。 1）激光切割 這種方式是利用光在聚集以后產(chǎn)生非常強(qiáng)的能量，然后實(shí)現(xiàn)切割的功能。在物體加工的過(guò)程中，由于這種方式能夠大大的降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和成本，而且還可以保證加工物件的質(zhì)量，所以得到了人們的普遍運(yùn)用。 同傳統(tǒng)的板材加工方法對(duì)比，激光切割的切割質(zhì)量更高、切割速度更快、柔性更高，材料適應(yīng)性更廣泛。 2）激光焊接 這類(lèi)技術(shù)是激光器用于物體加工過(guò)程中最常用的一種方法。整個(gè)過(guò)程是熱傳導(dǎo)型，即通過(guò)激光器產(chǎn)生的高熱量激光對(duì)物體的表面進(jìn)行 加熱，然后經(jīng)過(guò)傳導(dǎo)作用，最終使加工的物件達(dá)到我們想要的結(jié)果。 由于它的優(yōu)點(diǎn)較獨(dú)特，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于小型的焊接工作中。與其它的焊接相比，它具有明顯的焊接效率高、質(zhì)量好以及能在常溫條件下焊接的優(yōu)點(diǎn)，而且設(shè)備構(gòu)造也較簡(jiǎn)單。 3）激光鉆孔 隨著人們對(duì)電子產(chǎn)品向小型化的需求發(fā)展，就要求我們的電子線(xiàn)路向集成化的方向邁進(jìn)，然而這種技術(shù)需要在線(xiàn)路板上安裝越來(lái)越多的微型過(guò)孔以及盲孔。而我們傳統(tǒng)的手工加工方式肯定達(dá)不到想要的精度，而隨之這種激光器鉆孔技術(shù)的發(fā)展，很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，具有很好的應(yīng)用前景。 軍事領(lǐng)域的應(yīng) 用 固體激光器如今應(yīng)用于軍事領(lǐng)域也顯示出了越來(lái)越旺盛的生命力。在激光器軍事應(yīng)用的過(guò)程中，固體激光器算是后起之秀。 直到 1990 年，有專(zhuān)家研發(fā)了大功率的 LD 激光器，這才使得激光器在軍事方面大顯身手，如圖 所示為 諾思羅普格魯曼公司研制的高功率固體激光器。 由于激光器的輸出的波長(zhǎng)較小，這就很好的在空氣中傳輸，進(jìn)而可以達(dá)到長(zhǎng)距離作戰(zhàn)的使用要求，并且它的體積還比較小，使用起來(lái)非常的方便，工作效率較高，對(duì)于后期的維護(hù)保障比較簡(jiǎn)單，可以在各種平臺(tái)上操作。在具體的使用方面，固體激光器在常規(guī)武器中比較受青睞，比如軍事專(zhuān)用的 測(cè)量距離的機(jī)器，有導(dǎo)航功能的炸彈等。 而且它還有非常大的可能向定向武器方面發(fā)展，可以用于導(dǎo)彈的防御、防控以及還是軍艦的自我防衛(wèi)等 。 激光器在軍事領(lǐng)域的成功運(yùn)用，對(duì)于戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的轉(zhuǎn)變有非常大的變化，而且隨著技術(shù)的發(fā)展，它很能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化的批量生產(chǎn)，這就使得在軍事領(lǐng)域更加的方面快捷，更有甚至可以成為單邊作戰(zhàn)的重要元器件。 15 圖 諾思羅普格魯曼公司研制的高功率固體激光器 激光器在未來(lái)的作戰(zhàn)使用中占據(jù)著非常重要額地位，那能夠?qū)Ψ磦刹?、保護(hù)以及清楚障礙等有很好的作用，下圖 為美國(guó)軍隊(duì)的激光武器理想效果圖： 圖 美軍未來(lái)車(chē)載激光武器效果圖 在早期的軍事領(lǐng)域中，激光器主要是用來(lái)測(cè)量距離和作戰(zhàn)時(shí)候的照明作用。在上世界 60 年代紅 寶石激光測(cè)距機(jī)成功發(fā)明以后，隨后的第二年就成功的運(yùn)用到了軍事領(lǐng)域。 生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的成功運(yùn)用還是從眼部手術(shù)開(kāi)始的， 1962 年，人們第一次將人的視網(wǎng)膜和眼球利用激光進(jìn)行連接，這樣就可以做到不用對(duì)眼球進(jìn)行切開(kāi)就能達(dá) 16 到治療的效果。 固體激光器在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用有醫(yī)學(xué)研究工具、激光診斷和激光治療三類(lèi)。 1）醫(yī)學(xué)研究工具 研究醫(yī)學(xué)病理、生理、生化時(shí)，可以用固體激光器的激光照射各個(gè)細(xì)胞，以便對(duì)細(xì)胞的生理進(jìn)行研究，也可利用激光進(jìn)行細(xì)胞手術(shù)。固體激光器是研究遺傳學(xué)和胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)的工具。 2）激光診斷 利用 這種測(cè)試方法可以很好的對(duì)活體組織進(jìn)行內(nèi)部的檢測(cè)。所以在對(duì)人體的手指、牙齒以及小孩的腦積水方面都有很好的應(yīng)用。比如現(xiàn)在科學(xué)家正在研究利用能量為 400J、輸出寬度為半毫米的激光器對(duì)牙齒進(jìn)行檢測(cè)。 利用激光器來(lái)檢測(cè)血藥流動(dòng)方面的內(nèi)容的時(shí)候，在不需要血藥進(jìn)行擾亂的情況下就可以成功的測(cè)量。 當(dāng)對(duì)生物的組織進(jìn)行定量測(cè)試的時(shí)候，我們可以很簡(jiǎn)單的測(cè)定被測(cè)對(duì)象身體各個(gè)部位的細(xì)胞成分，來(lái)檢查對(duì)象內(nèi)的元素成分。 激光喇曼光譜學(xué)則可用于生物化學(xué)領(lǐng)域。 3）激光治療 在激光治療方面，現(xiàn)在最為常用的方法就是利用激光器的凝結(jié)機(jī)。在進(jìn)行手術(shù)的時(shí)候，我們通過(guò)激光手術(shù)刀的作用就可以對(duì)身體內(nèi)的手術(shù)部位進(jìn)行治療，這樣就可以很好的減輕血量的流失，而且后期恢復(fù)較快，沒(méi)有干擾等。在視網(wǎng)膜、青光眼以及鞏膜的手術(shù)上紅寶石激光器也非常的方便，紅寶石激光器是全球第一臺(tái)激光器，也是最早在醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用的激光器 [12]。而且由于它的工作波長(zhǎng)是可見(jiàn)光范圍，不宜與血紅蛋白進(jìn)行作用，所以在各種色素引起的病變中非常的實(shí)用。 臨床常用紅寶石激光器的長(zhǎng)脈沖模式，深入皮膚真皮層，破壞毛囊，永久性去除身體多余毛發(fā)。紅寶石激光器的調(diào) Q 模式使黑色素細(xì)胞大量吸熱，并在超脈沖波的作用下破裂分 解，可有效治療藍(lán)、黑和綠色紋身及各種良性色素性病發(fā)[13]。 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的固體激光器是 Nd3+： YAG 激光器，由于 Nd3+：YAG 激光器具有多種優(yōu)良特性：相當(dāng)高的轉(zhuǎn)換率，超級(jí)大的輸出功率，其中輸出功率在單根晶體工作時(shí)高達(dá)百瓦，與 CO2 氣體激光器相比，具有更好的止血和凝固作用，因此在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中經(jīng)常起手術(shù)刀的作用，在普外科、耳鼻喉科、泌尿科和骨科及整形科經(jīng)皮椎間盤(pán)手術(shù)等的應(yīng)用非常廣泛，它的作用是切割血管豐富的組織，使出血量極低。這類(lèi)激光器的激光輸出脈沖能量相當(dāng)大，很難被水和血紅蛋白吸收，因此具有較深 的穿透組織。 雖然血管中的血紅蛋白對(duì)于 532nm的光波長(zhǎng)吸收不如 585nm波長(zhǎng)的效果好， 17 但是可以利用這種波長(zhǎng)的激光進(jìn)行一定的疾病手術(shù)。 由于其穿透較淺，因而一般僅限于對(duì)較淺的血管性病變進(jìn)行治療。另外，倍頻 Nd3+： YAG 激光也可廣泛應(yīng)用于胃出血、血管瘤的的治療及顯微外科手術(shù)，對(duì)于由紅的染料顆粒所引起的文身、文唇等人為的皮膚色素變異亦具有一定的治療效果 [14]。如下圖 為激光手術(shù)示意圖。 圖 激光手術(shù)示意圖 第四章 展望 固體激光器是以摻有少量激活離子的晶體、玻璃或陶瓷作為 工作物質(zhì)的激光器，固體激光器具有體積小、效率高、壽命長(zhǎng)、覆蓋波段長(zhǎng)，堅(jiān)固耐用、激光加工方式多樣、使用方便、輸出功率大等優(yōu)良特性 [15]。自 1960 年世界上第一臺(tái)固 18 體激光器誕生以來(lái)，激光技術(shù)的發(fā)展日新月異，要適應(yīng)新環(huán)境下的應(yīng)用，固體激光器就必須向著全固化、超短脈沖、短波長(zhǎng)的方向發(fā)展，目前也取得了一定的成績(jī)。第一，改進(jìn)了增益介質(zhì)。最開(kāi)始的增益介質(zhì)是紅寶石，后來(lái)是釹玻璃、摻釹釔鋁石榴石、摻釹鎵釓石榴石，而現(xiàn)在的新型激光材料的基質(zhì)是陶瓷。第二，對(duì)于泵浦的光源有很大的改善。從之前的閃光、弧光燈發(fā)展到現(xiàn)在的 LD 泵浦。第三，對(duì)于增益介質(zhì)的構(gòu)造也有較大的改善，由原來(lái)傳統(tǒng)的棒、板條式的構(gòu)造更新為現(xiàn)在的盤(pán)片、光纖式的構(gòu)造。 目前激光器發(fā)展方向是體積更小、重量更輕、效率更高、光束質(zhì)量更好、可靠性更高、壽命更長(zhǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)更靈便的全固態(tài)激光器。 全固態(tài)激光器的應(yīng)用擴(kuò)展到了各個(gè)領(lǐng)域，它的結(jié)構(gòu)、輸出功率、轉(zhuǎn)換效率以及光束質(zhì)量都取得了非常大的進(jìn)步，具有強(qiáng)大的生命力。 參考文獻(xiàn) [1]耿愛(ài)叢 .固體激光器及其應(yīng)用 [M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社 ,:13 [2]周炳琨，高以智 .激光原理（第 6 版） [M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社， ： 19 [3]楊鵬 .激光無(wú)線(xiàn)電力傳輸效率的研究 [J].南京航空航天大學(xué)， 2021 [4]趙偉力 .化學(xué)激光器的工作機(jī)理與應(yīng)用 [N].海軍大連艦艇學(xué)院學(xué)報(bào)， 2021 [5]張俊 .高功率摻鐿雙包層光纖激光器的理論與實(shí)驗(yàn)研究 [R].國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)， 2021 [6]周炳琨，高以智 .激光原理（第 6 版） [M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社， :339 [7]閆毓禾 ,鐘敏霖 .高功率激光加工及其應(yīng)用 [M].天津 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children andteenag June 6, China39。s annual National Day for Eye Care, the China Youth Development ServiceCenter and Zhejiang Medicine, a leading listed Chinese pharmaceutical pany, jointlyannounced the kickoff of the about one month, a questionnaire piled by top eye care medical experts in China willbe distributed through multiple online partners, including m, as well asthrough offline survey events held in universities, middle schools and primary schools acrossthe report will be released based on the survey statistics and analysis, and most importantly,guidelines for parents and youth on