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第29章 激光的应用(1)

我们知道,由激光器产生的光叫激光。激光有三大特点:第一是亮度极高,比太阳的光亮度高100万倍;第二是方向性好,激光器产生的光几乎是一束理想的平行光;第三是单色性好,激光器产生的某一波长的单色光,其波长浮动范围极小。

激光示意图一激光是在一种专门设计的激光器中产生的。激光器主要由激励系统、激光物质和光学谐振腔三部分组成。简单说,激励系统的作用就是为能产生激光创造条件、提供能量,激光物质就是能产生激光的物质(如红宝石、钕玻璃、氖气、半导体等)。

在工业上,激光可以轻而易举地切割几厘米厚的钢板,能把陶瓷和金属焊接在一起,能在一块茶杯口大小的面积上钻出上万个比头发丝还细的小眼。激光还被应用到光纤通讯之中。

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、微加工以及作为光源、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:

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。

激光加工工艺。包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、画线、微调等各种加工工艺。

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。

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、2毫米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、1毫米以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等。

激光打标:在各种材料和几乎所有行业均得到广泛应用。

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。国内目前比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和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。

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、机床行业和其他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。

激光示意图二激光快速成型:将激光加工技术和计算机数控技术及柔性制造技术相结合而形成。多用于模具和模型行业。

激光涂敷:在航空航天、模具及机电行业应用广泛。激光测速仪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皮瓦——相当于10×1014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1.3~1.5皮瓦之间。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。”

激光测速是对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距。

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1000米外。

(2)测速精度高,误差小于1千米。

(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,现在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1万美金左右。

激光标记相比传统标记方式(如喷墨、腐蚀、电火花、冲压、丝网印刷等)具有以下特点:

(1)能标记任意图形、文字、条形码、二维码,可实现自动编号,打印序列号、批号、日期。

(2)激光标记后,不会因环境关系(如潮湿、酸性及碱性)自然消退,而是永久保持,不易被人假冒,具有良好的防伪功能。

(3)无刀具磨损,无毒,无环境污染,高环保。

(4)标记质量好——属于非接触式加工,对加工材料不产生机械应力,不损坏被加工物品,精确、精美。

(5)可进行超精微细图文标记。

(6)图文精美、加工快捷、个性化设计。

其主要应用范围:金银首饰、钟表、眼镜、服饰、餐具、烟酒、饮料、礼品、模具、医疗器械、仪表仪器、卫生洁具、办公用品、家居用品、五金工具、灯光音响、商标标牌、电子元件、汽车制造及航天航空等行业。

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,在还原为信息。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。

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和麦克风。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和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。

20世纪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。

激光的军事用途

我国古代传说中就有“用光杀人”的记载。《封神演义》中有“哼”“哈”二将,可从鼻中喷出光来,使敌人丧命。科学幻想中也早有“魔光”、“死光”之说。但只有到1960年出现激光后,这些幻想才变成了现实。

1975年10月18日,美国北美防空司令部一片混乱。事情是从一个报警电话开始的。

“哈罗,我是控制中心的监测员。我们在印度洋上空的647预警卫星的在外探测器,受到来自苏联西部的强红外闪光的干扰,不能正常工作。”

这是怎么回事?