畢業(yè)論文--激光原理與應(yīng)用技術(shù)簡(jiǎn)介

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p>　　1.激光特性簡(jiǎn)介1</p><p><b>　　2.激光原理2</b></p>

2、;<p>　　2.1 激光產(chǎn)生的物理基礎(chǔ)2</p><p>　　2.2 激光產(chǎn)生的基本原理和方法5</p><p>　　3.激光技術(shù)的應(yīng)用8</p><p>　　3.1 激光技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用8</p><p>　　3.2 激光技術(shù)在醫(yī)療方面的應(yīng)用10</p><p>　　3.3 激光技術(shù)在信息

3、方面的應(yīng)用11</p><p>　　3.4 激光技術(shù)在軍事上的應(yīng)用12</p><p><b>　　4.結(jié)束語13</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)14</b></p><p><b>　　致謝15</b></p><p>　　激光

4、原理與應(yīng)用技術(shù)簡(jiǎn)介</p><p>　　摘 要：由于激光具有方向性好、亮度高、單色性好和高相干性的特點(diǎn)，激光被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、信息、軍事和其他一些領(lǐng)域。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。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。</p><p>　　關(guān)鍵詞：激光；輻射；光學(xué)諧振腔；激光

5、技術(shù)</p><p>　　The Introduction of Laser Principle and Application Technology</p><p>　　Abstract：Because of its good direction, and high brightness, good color, high coherent, laser is now widely us

6、ed in industrial, medical, information, military and several other areas. This paper briefly describes the four characteristics of it and then introduces the material foundation, basic principles and the methods of laser

7、. It discusses the important application of laser technology and its development prospect from the field of industrial, medical, information, military and others in the l</p><p>　　Key Words：Laser；Radiation；O

8、ptical Resonator；Laser Technology</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　激光是上世紀(jì)最大的、也是最實(shí)用的發(fā)明，是與熱核技術(shù)、半導(dǎo)體、電子計(jì)算機(jī)和航天技術(shù)相媲美的一個(gè)舉世矚目的重大科技成就。經(jīng)過50多年的發(fā)展，激光的應(yīng)用已經(jīng)遍及科技、經(jīng)濟(jì)、軍事和社會(huì)發(fā)展的許多領(lǐng)域，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人們?cè)械念A(yù)想：激光針灸、激光裁剪、

9、激光切割、激光焊接、激光淬火、激光唱片、激光測(cè)距儀、激光陀螺儀、激光鉛直儀、激光手術(shù)刀、激光炸彈、激光雷達(dá)、激光槍、激光炮……，在不久的將來，激光肯定會(huì)有更廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　1. 激光特性簡(jiǎn)介</b></p><p>　　激光的最初中文名叫做“鐳射”、“萊塞”，是它的英文名稱LASER的音譯，是取自英文Light Amplification b

10、y Stimulated Emission of Radiation的各單詞的頭一個(gè)字母組成的縮寫詞，意思是“受激輻射的光放大”， 受激輻射是基于愛因斯坦的理論：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)弱光激發(fā)出一個(gè)強(qiáng)光的現(xiàn)象。這就叫做“受激輻射的光放大”，簡(jiǎn)稱激光。激光主要有四大特性：激光高

11、亮度、高方向性、高單色性和高相干性[1]。</p><p>　　⑴亮度高：激光是當(dāng)代最亮的光源，只有氫彈爆炸瞬間強(qiáng)烈的閃光才能與它比擬。但是，激光的總能量并不一定很大，由于激光能量高度集中，很容易在某一微小點(diǎn)處產(chǎn)生高壓和幾萬攝氏度甚至幾百萬攝氏度高溫。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。</p><p>　?、品较蛐院茫浩胀ü庠聪蛩拿姘朔桨l(fā)光，而激光的發(fā)光方向可以限制在小

12、于幾毫弧度立體角內(nèi)，這就使得在照射方向上的照度提高千萬倍。激光準(zhǔn)直、導(dǎo)向和測(cè)距就是利用方向性好這一特性。</p><p>　　⑶單色性好：普通光源發(fā)出的光通常包含著各種波長(zhǎng)，是各種顏色光的混合。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)。由于激光的單色性好，為精密儀器測(cè)量和激勵(lì)某些化學(xué)反應(yīng)等科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了極為有利的手段。</p><p>　?、认喔尚院茫焊缮媸遣▌?dòng)現(xiàn)象的一種屬性。

13、基于激光具有高方向性和高單色性的特性，它必然相干性極好，激光的這一特性使全息照相成為現(xiàn)實(shí)。</p><p><b>　　2. 激光原理</b></p><p>　　2.1 激光產(chǎn)生的物理基礎(chǔ)</p><p>　　2.1.1光子基本性質(zhì)</p><p>　　光量子學(xué)說認(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

14、樣，具有能量、動(dòng)量和質(zhì)量。它的粒子屬性和波動(dòng)屬性之間的關(guān)系如下：⑴光子能量E與光波頻率對(duì)應(yīng)E=h；⑵光子具有運(yùn)動(dòng)質(zhì)量m，并可表示為，光子的靜止質(zhì)量為零；⑶光子的動(dòng)量與單色平面波的波矢對(duì)應(yīng)；⑷光子具有兩種可能的獨(dú)立偏振狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于光波場(chǎng)的兩個(gè)獨(dú)立偏振方向；⑸光子具有自旋，并且自旋量子數(shù)為整數(shù)。上述基本關(guān)系式為康普頓散射實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，并在現(xiàn)代量子電動(dòng)力學(xué)中得到理論解釋。量子電動(dòng)力學(xué)從理論上把光的電磁理論和光子理論在電磁場(chǎng)量子化的基礎(chǔ)上統(tǒng)一起來

15、，闡明了光的波粒二象性[2]。</p><p>　　2.1.2光的受激輻射過程</p><p>　　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程是激光器的物理基礎(chǔ)。愛因斯坦認(rèn)為光和物質(zhì)原子的相互作用過程包含原子的自發(fā)輻射躍遷、受激輻射躍遷和受激吸收躍遷三種過程。為了簡(jiǎn)化問題，我們只考慮原子的兩個(gè)能級(jí)和，則</p><p><b>　?、?lt

16、;/b></p><p><b>　　如圖1所示。</b></p><p><b>　?、?自發(fā)輻射</b></p><p>　　處于高能級(jí)的一個(gè)原子自發(fā)地向低能級(jí)躍遷，并發(fā)射一個(gè)能量為的光子，這種過程稱為自發(fā)輻射過程，如圖2所示。</p><p><b>　?、?受激輻射<

17、;/b></p><p>　　處于高能級(jí)的原子在滿足</p><p><b>　?、?lt;/b></p><p>　　的輻射場(chǎng)作用下，躍遷至低能級(jí)并輻射出一個(gè)能量為且與入射光子全同光子，如圖3所示。受激輻射躍遷發(fā)出的光波稱為受激輻射。</p><p><b>　?、?受激吸收</b></p

18、><p>　　受激輻射的反過程就是受激吸收。處于低能級(jí)的一個(gè)原子，在頻率為的</p><p>　　輻射場(chǎng)作用下吸收一個(gè)能量為的光子，并躍遷至高能級(jí)，這種過程稱為受激吸收，如圖4所示。</p><p>　　受激輻射和自發(fā)輻射的重要區(qū)別在于相干性。自發(fā)輻射是不受外界輻射場(chǎng)影響的自發(fā)過程，因此，大量原子的自發(fā)輻射場(chǎng)的相位是無規(guī)則分布的，因而是不相干的；受激輻射是在外界輻射場(chǎng)控

19、制下的發(fā)光過程，受激輻射光子與入射光子屬于同一光子態(tài)，特別是大量粒子在同一輻射場(chǎng)激勵(lì)下產(chǎn)生的受激輻射處于同一光場(chǎng)模式或同一光子態(tài)，因而受激輻射是相干的[2]。</p><p>　　2.2 激光產(chǎn)生的基本原理和方法</p><p>　　2.2.1光學(xué)諧振腔及其選模和反饋?zhàn)饔?lt;/p><p>　　由受激輻射和自發(fā)輻射相干性可知，相干輻射的光子簡(jiǎn)并度很大。根據(jù)黑體輻射源的

20、光子簡(jiǎn)并度關(guān)系式：</p><p><b>　?、?lt;/b></p><p>　　在室溫T=300K的情況下，對(duì)于=30cm的微波輻射，；對(duì)于的遠(yuǎn)紅外輻射，；對(duì)于的可見光輻射，。可見，普通光源在紅外和可見光波段實(shí)際上是非相干光源。應(yīng)用黑體輻射的普朗克公式和愛因斯坦系數(shù)的基本關(guān)系式⑴可改寫為</p><p>　　由此式可以看出，如果能夠創(chuàng)造這樣一種

21、情況：使得腔內(nèi)某一特定模式的很大，而其他所有模式的都很小，就能夠在這一特定模式內(nèi)形成很高的光子簡(jiǎn)并度。也就是說，使相干的受激輻射光子集中在某一特定模式內(nèi)，而不是平均分配在所有模式中。由⑵式可知，在同一熱力學(xué)溫度下，頻率越?。úㄩL(zhǎng)越長(zhǎng)）的光，光子簡(jiǎn)并度越大，相干性越好。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。受激輻射和自發(fā)輻射分別產(chǎn)生相干和非相干光子，若能設(shè)法使某一模式的大大增加，而其他的則大大減少，則此特定模式的光子

22、簡(jiǎn)并度就會(huì)大大增加。激光器就是采用各種技術(shù)措施減少腔內(nèi)光場(chǎng)模式數(shù)、使介質(zhì)的受激輻射恒大于受激吸收等來提高光子簡(jiǎn)并度，從而達(dá)到產(chǎn)生激光的目的。</p><p>　　光腔選模作用:為了減少腔內(nèi)光場(chǎng)模式數(shù)，將一個(gè)充滿物質(zhì)原子（或分子）的柱體腔（黑體）去掉側(cè)壁，只保留兩個(gè)端面壁，形成開腔。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，而所有其他方向的光則很容易逸出腔外。這相當(dāng)于在腔

23、內(nèi)能夠存在的光場(chǎng)模式只有少數(shù)幾個(gè)，達(dá)到了光波模式的選擇作用。</p><p>　　光腔的反饋?zhàn)饔?光放大器在許多大功率裝置中廣泛地用來把弱的激光束逐級(jí)放大，但在光放大的同時(shí)通常還存在著光的損耗，根據(jù)研究光強(qiáng)達(dá)到穩(wěn)定的極限值只與放大器本身的參數(shù)有關(guān)，而與初始光強(qiáng)無關(guān)。特別是，不管初始光強(qiáng)多么弱，只要放大器足夠長(zhǎng)，就總能形成確定大小的光強(qiáng)穩(wěn)定極限值，而實(shí)際上，既不需要給激活物質(zhì)輸入一個(gè)弱光信號(hào)，也不需要真正把激活物質(zhì)

24、的長(zhǎng)度無限增加，而只要在具有一定長(zhǎng)度的光放大器兩端放置前述的光學(xué)諧振腔。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。這種作用稱為光學(xué)諧振腔的反饋?zhàn)饔肹2]。</p><p>　　2.2.2光的受激輻射放大條件</p><p>　　實(shí)現(xiàn)光放大的兩個(gè)條件：⑴激勵(lì)能源——把介質(zhì)中的粒子不斷地由低能級(jí)抽運(yùn)到高能級(jí)去；⑵增益介質(zhì)——能在外界激勵(lì)能源的作用下形成粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分

25、布狀態(tài)。</p><p>　　在熱平衡狀態(tài)，腔內(nèi)物質(zhì)原子數(shù)按能級(jí)分布應(yīng)服從波爾茲曼分布： </p><p>　?。╣為能級(jí)簡(jiǎn)并度），可知，因，所以，即在熱平衡狀態(tài)下，高能級(jí)粒子集居數(shù)恒小于低能級(jí)集居數(shù)，當(dāng)頻率 的光通過物質(zhì)時(shí)，受激吸收光子數(shù)恒大于受激輻射光子數(shù)。因此，處于熱平衡狀態(tài)下的物質(zhì)只能吸收光子。但是，在一定的條件下物質(zhì)的光吸收可

26、以轉(zhuǎn)化為光放大。這個(gè)條件就是，稱其為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。一般來說，當(dāng)物質(zhì)處于熱平衡狀態(tài)時(shí)，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是不可能的，只有當(dāng)外界向物質(zhì)提供能量，從而使物質(zhì)處于非平衡狀態(tài)時(shí)，才可能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。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)。處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的物質(zhì)稱為激活物質(zhì)，一段激活物質(zhì)就是一個(gè)光放大器。</p><p>　　光放大作用通常用增益系數(shù)G來描述，設(shè)在光傳播方向上z處的

27、光強(qiáng)為，則</p><p><b>　　積分得</b></p><p>　　這就是線性增益情況如圖5所示。</p><p>　　實(shí)際上光強(qiáng)的增加是由于高能級(jí)粒子向低能級(jí)受激躍遷的結(jié)果，或者說光放大是以單位體積內(nèi)粒子反轉(zhuǎn)數(shù)差值的減小為代價(jià)的。而且，光強(qiáng)越大，減少的越多，所以，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)象稱為增益飽和效應(yīng)[2

28、]。</p><p>　　2.2.3產(chǎn)生激光的基本條件及激光器的組成部分</p><p>　　產(chǎn)生激光的基本條件是：⑴能在外界激勵(lì)能源的作用下形成粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的增益介質(zhì)；⑵要使受激發(fā)射光強(qiáng)超過受激吸收，必須實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（方法是利用外界激勵(lì)能源把大量粒子激勵(lì)到高能級(jí)。）；⑶要使受激發(fā)射光強(qiáng)超過自發(fā)發(fā)射，必須提高光子簡(jiǎn)并度（方法：利用光學(xué)諧振腔造成強(qiáng)輻射場(chǎng)，以提高腔內(nèi)光場(chǎng)的相干性）

29、。</p><p>　　激光器的組成部分及其作用：一個(gè)激光器應(yīng)包含泵浦源、光放大器和光學(xué)諧振腔三部分。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。</p><p>　　3. 激光技術(shù)的應(yīng)用</p><p>　　世界上第一臺(tái)激光器誕生于1960年，我國(guó)于1961年研制出第一臺(tái)激光器，40多年來，激光技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展迅猛，已與多

30、個(gè)學(xué)科相結(jié)合形成多個(gè)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，比如光電技術(shù)，激光醫(yī)療與光子生物學(xué)，激光加工技術(shù)，激光檢測(cè)與計(jì)量技術(shù)，激光全息技術(shù)，激光光譜分析技術(shù)，非線性光學(xué)，超快激光學(xué)，激光化學(xué)，量子光學(xué)，激光雷達(dá)，激光制導(dǎo)，激光分離同位素，激光可控核聚變，激光武器等等。這些交叉技術(shù)與新的學(xué)科的出現(xiàn)，大大地推動(dòng)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。激光應(yīng)用的領(lǐng)域，主要有工業(yè)、醫(yī)療、商業(yè)、科研、信息和軍事六個(gè)領(lǐng)域。下面主要從激光在工業(yè)、醫(yī)療、信息和軍事四個(gè)方面來簡(jiǎn)單介紹一下

31、激光技術(shù)的應(yīng)用：</p><p>　　3.1 激光技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用</p><p>　　工業(yè)應(yīng)用中，主要有材料加工和測(cè)量控制。激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對(duì)材料(包括金屬與非金屬)進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工以及做為光源，識(shí)別物體等的一門技術(shù)。它的應(yīng)用范圍一般可分為激光加工系統(tǒng)和激光加工工藝。激光加工系統(tǒng)包括激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、加工機(jī)床、控制系統(tǒng)及檢測(cè)系統(tǒng)。激光加

32、工工藝包括切割、焊接、表面處理、打孔、打標(biāo)、劃線、微調(diào)等各種加工工藝。</p><p>　　下面簡(jiǎn)單介紹幾種激光加工工藝：</p><p>　?、偶す夂附樱浩囓嚿砗癖“濉⑵嚵慵?、鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等密封器件以及各種不允許焊接污染和變形的器件。目前使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半導(dǎo)體泵浦激光器。目前，激光—等離子弧復(fù)合焊接技術(shù)正在被研究和投入使用，它具有剛性好、溫

33、度高、方向性強(qiáng)、電弧引燃性好、加熱區(qū)窄等優(yōu)點(diǎn)，適用于薄板對(duì)接、鍍鋅板搭接、鈦合金、鋁合金等高反射率和高熱導(dǎo)率材料的焊接及切割、表面合金化等[3]。</p><p>　?、萍す馇懈睿浩囆袠I(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

34、用的鈦合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。</p><p>　?、羌す獯蚩祝杭す獯蚩字饕獞?yīng)用在航空航天、汽車制造、電子儀表、化工等行業(yè)。國(guó)內(nèi)目前比較成熟的激光打孔的應(yīng)用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產(chǎn)及鐘表和儀表的寶石軸承、飛機(jī)葉片、多層印刷線路板等行業(yè)的生產(chǎn)中。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。</p>&

35、lt;p>　　⑷激光熱處理：在汽車工業(yè)中應(yīng)用廣泛，如缸套、曲軸、活塞環(huán)、換向器、齒輪等零部件的熱處理，同時(shí)在航空航天、機(jī)床行業(yè)和其它機(jī)械行業(yè)也應(yīng)用廣泛。目前使用的激光器多以YAG激光器，CO2激光器為主。</p><p>　?、杉す饪焖俪尚停簩⒓す饧庸ぜ夹g(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)及柔性制造技術(shù)相結(jié)合而形成。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。</p><p&

36、gt;　　激光在測(cè)量方面的應(yīng)用主要為測(cè)距和測(cè)繪：</p><p>　　⑴激光測(cè)距：這是利用激光的單色性和、相干性好、方向性強(qiáng)等特點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)高精度的計(jì)量和檢測(cè)，如測(cè)量長(zhǎng)度、距離、速度、角度等等。激光測(cè)距在技術(shù)途徑上可分為脈沖式激光測(cè)距和連續(xù)波相位式激光測(cè)距。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，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（30萬千米

37、/秒）乘以往返時(shí)間的二分之一，就是所要測(cè)量的距離?，F(xiàn)在廣泛使用的手持式和便攜式測(cè)距儀，作用距離為數(shù)百米至數(shù)十千米，測(cè)量精度為五米左右。我國(guó)研制的對(duì)衛(wèi)星測(cè)距的高精度測(cè)距儀，測(cè)量精度可達(dá)到幾厘米。連續(xù)波相位式激光測(cè)距是用連續(xù)調(diào)制的激光波束照射被測(cè)目標(biāo)，從測(cè)量光束往返中造成的相位變化，可換算出被測(cè)目標(biāo)的距離。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)誤差為百萬分之一。激光測(cè)距儀與微波雷達(dá)結(jié)合，還可以發(fā)揮激光波速窄的特長(zhǎng)，

38、彌補(bǔ)微波雷達(dá)低仰角工作時(shí)受地面干擾的不足[4]。</p><p>　?、萍す鉁y(cè)繪：目前，在工程建筑與物體三維測(cè)量的領(lǐng)域，三維激光測(cè)繪技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，其具有高速率、高精度的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。在以道路和相關(guān)地物地形修測(cè)為主的地形圖修測(cè)、城市三維空間信息采集、更新、立體建模和城市建設(shè)等方面，具備低成本、高效率、快速測(cè)量等特點(diǎn)的車載激光測(cè)繪對(duì)我國(guó)數(shù)字化城市建設(shè)，以及軍事測(cè)繪等測(cè)繪工程提供了有力的技術(shù)支持[5]。從激光技術(shù)在材

39、料加工和測(cè)量等方面的重要應(yīng)用來看，激光在未來的工業(yè)中必將發(fā)揮更重要的作用。</p><p>　　3.2 激光技術(shù)在醫(yī)療方面的應(yīng)用</p><p>　　激光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用分為兩大類：激光診斷與激光治療，前者是以激光作為信息載體，后者則以激光作為能量載體。多年來，激光技術(shù)已成為臨床治療的有效手段，也成為發(fā)展醫(yī)學(xué)診斷的關(guān)鍵技術(shù)。它解決了醫(yī)學(xué)中的許多難題，為醫(yī)學(xué)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。現(xiàn)在，在基礎(chǔ)研究、

40、新技術(shù)開發(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。</p><p>　　當(dāng)前激光醫(yī)學(xué)的出色應(yīng)用研究主要表現(xiàn)在以下方面：光動(dòng)力療法治癌；激光治療心血管疾??；準(zhǔn)分子激光角膜成形術(shù)；激光纖維內(nèi)窺鏡手術(shù)；激光腹腔鏡手術(shù)；激光胸腔鏡手術(shù)；激光關(guān)節(jié)鏡手術(shù)；激光碎石術(shù)；激光外科手術(shù)；激光在吻合術(shù)上的應(yīng)用；激光在口腔、頜面外科及牙科方面的應(yīng)用；弱激光療法等。</p><p>　　下面簡(jiǎn)

41、單介紹一下激光全息成像和激光手術(shù)：</p><p>　?、偶す馊⒊上瘢喝⒄障嘈g(shù)與一般照相不同，照相是記錄物體信息的一種技術(shù)，一般是將物體通過透鏡成像在底片上，底片乳膠只記錄光強(qiáng)(振幅)，而不能記錄相位，因而失掉了三維特征。而全息照相底片上不只記錄光強(qiáng)(振幅)，也記錄相位(各點(diǎn)間的相互位相關(guān)系)，也就是記錄物的全部信息，所以稱為全息。全息照片的實(shí)質(zhì)是將來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，

42、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。例如，利用全息可以拍到活體眼的角膜、晶狀體和視網(wǎng)膜相片，從而對(duì)眼的各層介質(zhì)進(jìn)行活體觀察，這是用其它方法難以辦到的眼全息圖，亦可表示出眼內(nèi)的異物的大小、形狀和位置[6]。</p><p>　?、萍す馐中g(shù)：激光可作為良好的手術(shù)刀用，它不但運(yùn)用于一切手術(shù)開刀，而且具有良好的選擇性，與常規(guī)手術(shù)刀相比，激光手術(shù)的最大特點(diǎn)是失血少，對(duì)于某些部位和器官

43、用激光作手術(shù)最有優(yōu)越性。用激光“刀”來切開骨頭，幾乎和切皮膚一樣“快”，這就比普通手術(shù)刀優(yōu)越多了。一般來說，切骨手術(shù)要使用鋸子和鑿子，比如打開一小塊頭骨就要用一個(gè)小時(shí)，醫(yī)生費(fèi)力，病人受苦。使用激光“刀”就可以大大減輕醫(yī)生的勞動(dòng)強(qiáng)度，并減輕病人的痛苦。激光“刀”的另一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是激光對(duì)生物組織有熱凝固效應(yīng)，應(yīng)此它可以封閉切開的血管，減少出血。醫(yī)生在激光“刀”的幫助下，向手術(shù)禁區(qū)發(fā)動(dòng)了進(jìn)攻，攻克了一個(gè)個(gè)頑固堡壘。比如血管癌，一動(dòng)刀就會(huì)出血，

44、往往危及生命，是碰不得地方，醫(yī)生醫(yī)術(shù)再高明也愛莫能助。自從有了防止出血的激光手術(shù)“刀”，醫(yī)生就大膽地闖入了這片禁地了。用激光“刀”為病人治療口腔血管癌，手術(shù)成功率高達(dá)90%。醫(yī)務(wù)工作者還用激光“刀”成功地對(duì)血管十分豐富的肝臟禁區(qū)進(jìn)行了手術(shù)。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]。</p><p

45、>　　與傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)診斷和治療方法對(duì)比，激光診斷技術(shù)對(duì)病體的診斷更準(zhǔn)確方便，激光手術(shù)刀更是有其快速、精確、安全可靠、出血少、傷口愈合快等傳統(tǒng)手術(shù)無法比擬的突出優(yōu)點(diǎn)，在不久的將來，激光診斷和治療將會(huì)成為醫(yī)療的重要手段。</p><p>　　3.3 激光技術(shù)在信息方面的應(yīng)用</p><p>　　激光技術(shù)在信息領(lǐng)域的應(yīng)用主要為激光通信方面。下面簡(jiǎn)單從水下激光通信、空間激光通信和光纖通信三個(gè)方向

46、論述激光技術(shù)的應(yīng)用：</p><p>　?、潘录す馔ㄐ牛杭す馐穷l率單一的電磁波，頻率高達(dá)幾億兆赫，用它作載波傳送話音信號(hào)時(shí)，由于每路電話所占的頻帶寬度為4000赫茲，故可容納上百億路電話同時(shí)通話；若用它傳送電視節(jié)目，由于每套電視節(jié)目所占用的頻帶寬度為10兆赫，故可同時(shí)播送1000萬套電視節(jié)目而互不干擾。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。大氣激光通信與微波通信相比，具有保密性

47、強(qiáng)，抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。而水下潛艇過去一直使用超長(zhǎng)波通信，電波穿透海水的能力只有幾十米，又極不安全，這一向是個(gè)難題。而激光能穿透幾千米的海水。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0.530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)。這種藍(lán)綠激光的對(duì)潛通信，今后還可從地面、艦艇上發(fā)射激光，經(jīng)由衛(wèi)星上的反射鏡反射到水下。</p>

48、<p>　　⑵空間激光通信：隨著衛(wèi)星、空間平臺(tái)、航空平臺(tái)搭載的有效載荷逐漸向高分辨率、款覆蓋方向發(fā)展，對(duì)海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)囊笤絹碓狡惹?，而?dāng)前的射頻通信的速率已接近理論極限，不能滿足傳輸速率的要求，因而阻礙了現(xiàn)代信息化的發(fā)展。而空間激光通信技術(shù)恰恰能在通信速率和通信帶寬上有效地克服射頻通信的技術(shù)瓶頸，所以，今年來運(yùn)用激光技術(shù)的空間激光通信傳輸速率越來越高。經(jīng)過近二十年的發(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，

49、不斷提高了現(xiàn)代信息化的需求[8]。</p><p>　?、枪饫w通信：光纖通信全稱為光導(dǎo)纖維通信，光導(dǎo)纖維通信就是利用光導(dǎo)纖維傳輸信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)信息傳遞的一種通信方式。可以把光纖通信看成是以光導(dǎo)纖維為傳輸媒介的“有線”光通信。實(shí)際上光纖通信系統(tǒng)使用的不是單根的光纖，而是許多光纖聚集在一起的組成的光纜。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)；外面層稱為包層，包層的作用就是保護(hù)光纖[9]。光纖

50、通信能實(shí)現(xiàn)低損耗、低色散傳輸，使傳輸容量幾百倍、幾千倍甚至上萬倍的增長(zhǎng)。光纖通信在單位時(shí)間內(nèi)能傳輸?shù)男畔⒘看?。一?duì)單模光纖可同時(shí)開通35000個(gè)電話，而且它還在飛速發(fā)展。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、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)[10] 。我國(guó)已建立了一定規(guī)模的光纖通信產(chǎn)業(yè)。我國(guó)生產(chǎn)的光纖光纜、半導(dǎo)體電子激光器件和光纖通信系統(tǒng)能供國(guó)內(nèi)建

51、設(shè)，并有少量出口。光纖本身制造屬性決定，光纖仍然有較大的發(fā)展空間：新光纖研制和光子晶體。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)來支持；隨著寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)需要</p><p>　　3.4 激光技術(shù)在軍事上的應(yīng)用</p><p>　　激光在軍事上的應(yīng)用主要有激光制導(dǎo)、激光偵查和激光武器三個(gè)方面,下面分別簡(jiǎn)單對(duì)其闡述。</p><p

52、>　?、偶す庵茖?dǎo)：這是繼雷達(dá)、紅外、電視制導(dǎo)之后發(fā)展起來的一種精確制導(dǎo)技術(shù)。已經(jīng)研制成功的激光制導(dǎo)武器有激光制導(dǎo)炸彈、空地導(dǎo)彈、地空導(dǎo)彈、反坦克導(dǎo)彈、炮彈等。激光制導(dǎo)方式分為尋的制導(dǎo)和波束制導(dǎo)（亦稱駕束制導(dǎo)）。激光制導(dǎo)的主要缺點(diǎn)是易受云、霧、雨、雪和煙塵等影響，不能全天候使用；另外，在激光制導(dǎo)武器飛向目標(biāo)的過程中，需要激光指示器持續(xù)不斷地照射目標(biāo)，這就會(huì)使地面的觀察人員或空中的指示飛機(jī)較長(zhǎng)時(shí)間暴露于敵火力之下。</p>

53、<p>　?、萍す鈧刹欤涸谲娛录夹g(shù)偵察中，這可算是在20世紀(jì)60年代后出現(xiàn)的一支“新軍”，它具有反應(yīng)靈敏，分辨率高，適于夜間使用等特點(diǎn)。戰(zhàn)略激光偵察技術(shù)中又分為高空激光偵察和空間激光監(jiān)視。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。在空間監(jiān)視中，激光多用于預(yù)警衛(wèi)星和偵察衛(wèi)星等觀察設(shè)備上，用這些設(shè)備可以監(jiān)視敵方兵力的調(diào)動(dòng)和大型兵器的部署，并可完成對(duì)交通要道、機(jī)場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)及其他軍事

54、設(shè)施的監(jiān)視。</p><p>　?、羌す馕淦鳎河眉す庾鳛槲淦鞯脑O(shè)想主要是基于激光的高熱效應(yīng)。同時(shí)激光以光速（每秒鐘30萬千米）直線射出，也沒有彎曲的彈道，指哪打哪，因此不需要提前量 ，另外激光武器沒有后坐力，可以迅速轉(zhuǎn)移打擊目標(biāo)。從經(jīng)濟(jì)上來講，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)彈需幾百萬美元，而發(fā)射一個(gè)激光脈沖僅需幾千美元。 </p><p>　　戰(zhàn)略激光武器分為反衛(wèi)星激光武

55、器和反戰(zhàn)略導(dǎo)彈激光武器兩種。反衛(wèi)星激光武器指的是用來摧毀敵方各種偵察衛(wèi)星、預(yù)警衛(wèi)星；反戰(zhàn)略導(dǎo)彈激光武器主要用于攔截?cái)撤教幱谥贫物w行的戰(zhàn)略導(dǎo)彈。20世紀(jì)80年代初，美國(guó)政府提出了星球大戰(zhàn)計(jì)劃，其重點(diǎn)是建立“第一階段戰(zhàn)略防御系統(tǒng)”，而激光武器就是這個(gè)戰(zhàn)略防御系統(tǒng)選用的主要攔截手段。戰(zhàn)術(shù)激光武器則有攻擊傳感器為主的“軟殺傷”激光武器，和破壞目標(biāo)殼體等為主的“硬殺傷”激光武器。激光反傳感武器又稱激光致盲武器，是一種用激光干擾或破壞飛機(jī)、坦克、

56、導(dǎo)彈、火炮以及艦船上用于監(jiān)視、偵測(cè)、觀瞄、火控、導(dǎo)航的光電傳感器的新型武器。前蘇聯(lián)早在20世紀(jì)80年代就研制一種激光致盲武器系統(tǒng)，把它裝在FST－1坦克上，用于致傷人眼或觀瞄器材[4]。目前，美國(guó)也在發(fā)展這類武器。</p><p>　　未來的軍事領(lǐng)域，金屬?gòu)楊^和炸藥將慢慢退出歷史舞臺(tái)，取而代之的必是激光武器和電子武器，激光和電子技術(shù)的發(fā)達(dá)與否將成為衡量一個(gè)國(guó)家軍事力量的標(biāo)準(zhǔn)。</p><p&g

57、t;<b>　　4. 結(jié)束語</b></p><p>　　激光的發(fā)明不僅導(dǎo)致了一個(gè)新的學(xué)科的產(chǎn)生，而且生動(dòng)地體現(xiàn)了人們知識(shí)和技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)是如何推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展從而造福人類的物質(zhì)與精神生活的。展望未來，激光在科學(xué)發(fā)展和技術(shù)應(yīng)用方面都還有巨大的機(jī)遇、挑戰(zhàn)和創(chuàng)新的空間。這就需要我們?cè)诩す饪茖W(xué)和技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域繼續(xù)努力，使激光為人類的文明進(jìn)步做出更大貢獻(xiàn)。</p><p>&l

58、t;b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 周炳琨,高以智,陳家驊，等.激光原理[M].6版.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2010: 3-4.</p><p>　　[2] 安毓英,劉繼芳,李慶輝.光電子技術(shù)[M].2版.北京:電子工業(yè)出版社,2007: 14-18.</p><p>　　[3] 袁小川,趙虎,王平平.激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)的

59、研究和應(yīng)用[J]. 焊接技術(shù),2010,</p><p>　　39(5): 1-7.</p><p>　　[4] 王威.激光戰(zhàn)也電子戰(zhàn)[N].中國(guó)國(guó)防報(bào),2008-07-18.</p><p>　　[5] 沈嚴(yán),李磊,阮友田.車載激光測(cè)繪技術(shù)[J].紅外與激光工程,2009,38(3): 437-441.</p><p>　　[6] 盧彥紅.

60、激光技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)雜志,2005,4(2): 21-25.</p><p>　　[7] 許海波,趙榮祥.CO2激光喉內(nèi)顯微手術(shù)治療進(jìn)展[J].中國(guó)醫(yī)藥指南,2008,6(15): 82-83.</p><p>　　[8] 佟首峰,姜會(huì)林,張立中.高速率空間激光通信系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].紅外與激光工程,2010, 39(4): 649-654.</p><

61、;p>　　[9] 顧生華.光纖通信技術(shù)[M].2版.北京:北京郵電大學(xué)出版社,2008: 15-27.</p><p>　　[10] 孫學(xué)康,張金菊.光纖通信技術(shù)[M].1版.北京:人民郵電出版社,2004: 10-26.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本論文是在導(dǎo)師**老師的悉心指導(dǎo)下完成的。*老

62、師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，平易近人的人格魅力對(duì)我影響很大。不僅使我樹立了長(zhǎng)遠(yuǎn)的學(xué)術(shù)目標(biāo)，掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文從選題到完成，每一步都得到了周老師的指導(dǎo)，在此，謹(jǐn)向周老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！</p><p>　　另外，要特別向我的朋友**等表示感謝，他們?cè)谖宜鸭牧线^程中給我提供了很多幫助，在我撰寫論文過程中也給我提出了很多建議。我非常珍視我們之間的友誼，在友誼里，不