激光技术原理及应用论文题目大全高中生物

激光快速成型技术特点大概可分为一下集中：1、制造速度快，成本低，节约了时间和成本。2、采用非接触的加工模式，没有传统加工的残余力问题，工具的更新问题，无切割、噪声等，有利于保护环境。3、可实现快速铸造，快速模具制造，特别适用于新品的开发和单件零件的生产。激光快速成形却是采用一种全新的成形原理——分层加工、迭加成形。他是多种先进制造技术的集成。目前，按照这种分层加工、迭加成形原理开发出的激光快速成形机有很多种，主要几种是：1、液态光敏聚合物选择性固化这种激光快速成形机所使用的构形材料是一种液态光敏聚合物，在紫外光的照射下会发生聚合固化反应，由液态变成固态，其优点是：能直接得到类似塑料的树脂件，且表面粗糙度较小。其缺点是：(1)成形过程中的化学和物理变化使得尺寸精度不易保证，且会发生蠕变；(2)须对整个截面进行扫描固化，成形时间较长，成形后要进一步固化处理；(3)由于未被激光束照射的部分仍为液态，因此对于悬伸部分要事先设计支撑，固化后再去除；(4)光敏树脂固化后较脆，易断裂，可加工性不好，工作温度不能超过100℃，会吸湿膨胀，抗腐蚀能力不强，且价格昂贵(140-2404 /kg)；(5)产生紫外激光的激光管寿命2000小时左右。2、薄型材料选择性切割这种激光快速成形所使用的构形材料是事先涂有热熔胶的纸，其成形过程与前面所述的制作地形模型的过程相似，其优点是：(1)尺寸精度较高；(2)只须对轮廓线进行切割，制作效率高；(3)无需设计支撑；(4)制成的样件有类似木质制品的硬度，稍作处理后可在200℃以下环境中使用，可进行一定的切削加工；(5)所用二氧化碳激光器寿命达20000小时；(6)构形材料价格便宜(8/kg)。其缺点是：(1)不能直接制作塑料件；(2)表面粗糙度较高，工件表面有明显的台阶纹，成型后要进行打磨；(3)易吸湿膨胀，成形后要尽快表面防潮处理；(4)工件缺少弹性。3、丝状材料选择性熔复这种快速成型机所使用的构形材料是丝状热塑性材料，其工作原理类似于标花蛋糕的制作，丝状材料由供丝机构送进喷头，在喷头中加热到熔融态，按照截面形状涂覆在工作台上，并快速冷却固化，一层完成后喷头上升一个层高，再进行下一层的涂覆，其优点是：(1)能直接制作ABS塑料；(2)尺寸精度较高；(3)材料利用率高。其缺点是：(1)表面粗糙度较高，需后处理；(2)成形时间较长；(3)材料昂贵(250-458/kg)；(4)悬臂结构处要设置支撑，不过新型FDM快速成形机上设置了两个喷头，一个喷成形材料，另一个喷支撑材料，并且支撑材料可以进行水溶去除，减小了后处理时间。4、粉末材料选择性烧结这种快速成型机的工作原理与SLA相仿，不过所用成形材料不是液态的光敏树脂，而是粉末状的高分子材料、金属或陶瓷与粘结剂的混合物等，粉粒直径为50-125靘，成形时先在工作台上铺一层粉末材料，并加热至略低于熔化温度，然后激光束按照截面形状进行扫描，被扫描的部分材料熔化、粘接成形，不被扫描的粉未材料仍呈粉粒状作为工件的支撑，一层完成成形后，工作台下降一个层高，再进行下一层的铺料和烧结，其优点是：(1)可直接得到塑料、陶瓷或金属件，可加工性好；(2)无需设计支撑。其缺点是：(1)成形件结构疏松多孔，表面粗糙度较高；(2)成形效率不高；(3)得到的塑料、陶瓷或金属件远不如传统成形方法得到的同类材质工件，需进行渗铜等后处理，但在后处理中难于保证制件尺寸精度。

一、原理原子的运动状态可以分为不同的能级，当原子从高能级向低能级跃迁时，会释放出相应能量的光子（所谓自发辐射）。同样的，当一个光子入射到一个能级系统并为之吸收的话，会导致原子从低能级向高能级跃迁（所谓受激吸收）；然后，部分跃迁到高能级的原子又会跃迁到低能级并释放出光子（所谓受激辐射）。这些运动不是孤立的，而往往是同时进行的。当我们创造一种条件，譬如采用适当的媒质、共振腔、足够的外部电场，受激辐射得到放大从而比受激吸收要多，那么总体而言，就会有光子射出，从而产生激光。二、分类根据产生激光的媒质，可以把激光器分为液体激光器、气体激光器和固体激光器等。而现在最常见的半导体激光器算是固体激光器的一种。三、构成激光器大多由激励系统、激光物质和光学谐振腔三部分组成。激励系统就是产生光能、电能或化学能的装置。目前使用的激励手段，主要有光照、通电或化学反应等。激光物质是能够产生激光的物质，如红宝石、铍玻璃、氖气、半导体、有机染料等。光学谐振控的作用，是用来加强输出激光的亮度，调节和选定激光的波长和方向等。四、应用激光应用很广泛，主要有 fiber communication，激光测距、激光切割、激光武器、激光唱片等等。五、历史1958年，美国科学家肖洛和汤斯发现了一种神奇的现象：当他们将内光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时，晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。根据这一现象，他们提出了"激光原理"，即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激励时，都会产生这种不发散的强光--激光。

激光加工属于无接触加工，它具有以下优点：光点小，能量集中，热影响区小；不接触加工工件，对工件无污染； 3不受电磁干扰，与电子束加工相比应用更方便； 4激光束易于聚焦、导向，便于自动化控制。 5范围广泛：几乎可对任何材料进行雕刻切割。6安全可靠：采用非接触式加工，不会对材料造成机械挤压或机械应力。7精确细致：加工精度可达到1mm8效果一致：保证同一批次的加工效果几乎完全一致。9高速快捷：可立即根据电脑输出的图样进行高速雕刻和切割，且激光切割的速度与线切割的速度相比要快很多。10成本低廉：不受加工数量的限制，对于小批量加工服务，激光加工更加便宜。11热变形小：激光加工的激光割缝细、速度快、能量集中，因此传到被切割材料上的热量小，引起材料的变形也非常小。12适合大件产品的加工：大件产品的模具制造费用很高，激光加工不需任何模具制造，而且激光加工完全避免材料冲剪时形成的塌边，可以大幅度地降低企业的生产成本提高产品的档次。

激光产生的过程如下：1、介质分子在外来能量的激发下跃迁到可以产生受激辐射的能级。2、一些在高能级的介质分子随机跃迁到低能级，并发射出一个光子。3、由于该能级可以产生受激辐射，所以在该光子击中另一个处于该能级的介质分子时，该介质分子产生受激辐射现象。即受入射光子的激发而从该能级跃迁至低能级，同时发射出一个和入射光子一模一样的光子。4、以上过程在谐振腔内进行，谐振腔两端是两块平行放置的反射镜，反射镜间距是受激辐射波长的整数倍。以使得只有完全垂直于两块反射镜的辐射被选择留下。5、被选择方向上的辐射不断增殖形成相干性非常好的激光光束。跃迁到低能级的介质分子在外来能量的激发下重新回到高能级，保证持续提供可激发的介质分子。6、谐振腔的一端放置的反射镜有一定的透射率，通过此端反射镜透射出来的光束就是我们可以使用的激光束。以上是激光发生原理的简述，请参考。至于应用，由于激光是方向性和相干性非常好的光，所以有很多适合激光的应用。如激光切割、激光美容、激光存储等等。

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通俗讲就是能量转换！！

[编辑本段]【激光产生】　　若原子或分子等微观粒子具有高能级E2和低能级E1，E2和E1能级上的布居数密度为N2和N1，在两能级间存在着自发发射跃迁、受激发射跃迁和受激吸收跃迁等三种过程。受激发射跃迁所产生的受激发射光，与入射光具有相同的频率、相位、传播方向和偏振方向。因此，大量粒子在同一相干辐射场激发下产生的受激发射光是相干的。受激发射跃迁几率和受激吸收跃迁几率均正比于入射辐射场的单色能量密度。当两个能级的统计权重相等时，两种过程的几率相等。在热平衡情况下N2＜N1，所以受激吸收跃迁占优势，光通过物质时通常因受激吸收而衰减。外界能量的激励可以破坏热平衡而使N2＞N1，这种状态称为粒子数反转状态。在这种情况下，受激发射跃迁占优势。光通过一段长为l的处于粒子数反转状态的激光工作物质(激活物质)后，光强增大eGl倍。G为正比于(N2-N1)的系数，称为增益系数，其大小还与激光工作物质的性质和光波频率有关。一段激活物质就是一个激光放大器。　　如果，把一段激活物质放在两个互相平行的反射镜（其中至少有一个是部分透射的）构成的光学谐振腔中（图1），处于高能级的粒子会产生各种方向的自发发射。其中，非轴向传播的光波很快逸出谐振腔外：轴向传播的光波却能在腔内往返传播，当它在激光物质中传播时，光强不断增长。如果谐振腔内单程小信号增益G0l大于单程损耗δ(G0l是小信号增益系数)，则可产生自激振荡。原子的运动状态可以分为不同的能级，当原子从高能级向低能级跃迁时，会释放出相应能量的光子（所谓自发辐射）。同样的，当一个光子入射到一个能级系统并为之吸收的话，会导致原子从低能级向高能级跃迁（所谓受激吸收）；然后，部分跃迁到高能级的原子又会跃迁到低能级并释放出光子（所谓受激辐射）。这些运动不是孤立的，而往往是同时进行的。当我们创造一种条件，譬如采用适当的媒质、共振腔、足够的外部电场，受激辐射得到放大从而比受激吸收要多，那么总体而言，就会有光子射出，从而产生激光。

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4个激光技术的前沿应用

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激光——人类创造的神奇之光　　激光的最初中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词。意思是“受激辐射的光放大”。激光的英文全名已完全表达了制造激光的主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。　　激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。它的原理早在 1916 年已被著名的物理学家爱因斯坦发现，但要直到 1958 年激光才被首次成功制造。激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。激光可使人们有效地利用前所未有的先进方法和手段，去获得空前的效益和成果，从而促进了生产力的发展。　　激光的产生原理：　　受激辐射基于伟大的科学家爱因斯坦在1916年提出的一套全新的理论。这一理论是说在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”，一段激活物质就是一个激光放大器。　　激光的特点：　　（一）定向发光　　普通光源是向四面八方发光。要让发射的光朝一个方向传播，需要给光源装上一定的聚光装置，如汽车的车前灯和探照灯都是安装有聚光作用的反光镜，使辐射光汇集起来向一个方向射出。激光器发射的激光，天生就是朝一个方向射出，光束的发散度极小，大约只有001弧度，接近平行。1962年，人类第一次使用激光照射月球，地球离月球的距离约38万公里，但激光在月球表面的光斑不到两公里。若以聚光效果很好，看似平行的探照灯光柱射向月球，按照其光斑直径将覆盖整个月球。　　（二）亮度极高　　在激光发明前，人工光源中高压脉冲氙灯的亮度最高，与太阳的亮度不相上下，而红宝石激光器的激光亮度，能超过氙灯的几百亿倍。因为激光的亮度极高，所以能够照亮远距离的物体。红宝石激光器发射的光束在月球上产生的照度约为02勒克斯（光照度的单位），颜色鲜红，激光光斑明显可见。若用功率最强的探照灯照射月球，产生的照度只有约一万亿分之一勒克斯，人眼根本无法察觉。激光亮度极高的主要原因是定向发光。大量光子集中在一个极小的空间范围内射出，能量密度自然极高。　　（三）颜色极纯　　光的颜色由光的波长（或频率）决定。一定的波长对应一定的颜色。太阳光的波长分布范围约在76微米至4微米之间，对应的颜色从红色到紫色共7种颜色，所以太阳光谈不上单色性。发射单种颜色光的光源称为单色光源，它发射的光波波长单一。比如氪灯、氦灯、氖灯、氢灯等都是单色光源，只发射某一种颜色的光。单色光源的光波波长虽然单一，但仍有一定的分布范围。如氪灯只发射红光，单色性很好，被誉为单色性之冠，波长分布的范围仍有00001纳米，因此氪灯发出的红光，若仔细辨认仍包含有几十种红色。由此可见，光辐射的波长分布区间越窄，单色性越好。　　激光器输出的光，波长分布范围非常窄，因此颜色极纯。以输出红光的氦氖激光器为例，其光的波长分布范围可以窄到2×10-9纳米，是氪灯发射的红光波长分布范围的万分之二。由此可见，激光器的单色性远远超过任何一种单色光源。　　（四）能量密度极大　　光子的能量是用E=hγ来计算的，其中h为普朗克常量，γ为频率。由此可知，频率越高，能量越高。激光频率范围846*10^(14)Hz到895*10^(14)H　　激光能量并不算很大，但是它的能量密度很大（因为它的作用范围很小，一般只有一个点），短时间里聚集起大量的能量，用做武器也就可以理解了。　　目前激光技术及其应用研究内容包括：　　⑴超快超强激光：超快超强激光主要以飞秒激光的研究与应用为主，作为一种独特的科学研究的工具和手段，飞秒激光的主要应用可以概括为三个方面，即飞秒激光在超快领域内的应用、在超强领域内的应用和在超微细加工中的应用。其中飞秒激光超微细加工是当今世界激光、光电子行业中的一个极为引人注目的前沿研究方向。　　⑵新型激光器研究：激光测距仪是激光在军事上应用的起点，将其应用到火炮系统，大大提高了火炮射击精度。激光雷达相比于无线电雷达，由于激光发散角小，方向性好，因此其测量精度大幅度提高。由于同样的原因，激光雷达不存在"盲区"，因此尤其适宜于对导弹初始阶段的跟踪测量。但由于大气的影响，激光雷达并不适宜在大范围内搜索，还只能作为无线电雷达的有力补足。　　⑶激光医疗：激光在医学上的应用分为两大类：激光诊断与激光治疗，前者是以激光作为信息载体，后者则以激光作为能量载体。多年来，激光技术已成为临床治疗的有效手段，也成为发展医学诊断的关键技术。它解决了医学中的许多难题，为医学的发展做出了贡献。现在，在基础研究、新技术开发以及新设备研制和生产等诸多方面都保持持续的、强劲的发展势头。　　⑷激光化学：激光化学的应用非常广泛。制药工业是第一个得益的领域。应用激光化学技术，不仅能加速药物的合成，而又可把不需要的副产品剔在一旁，使得某些药物变得更安全可靠，价格也可降低一些。又如，利用激光控制半导体，就可改进新的光学开关，从而改进电脑和通信系统。激光化学虽然尚处于起步阶段，但其前景十分光明。　　目前全球业界公认的发展最快的、应用日趋广泛的最重要的高新技术就是光电技术。而在光电技术中，其基础技术之一就是激光技术。21世纪的激光技术与产业的发展将支撑并推进高速、宽带、海量的光通信以及网络通信，并将引发一场照明技术革命，小巧、可靠、寿命长、节能半导体(LED)将主导市场。光电技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命和进步，激光产品已成为现代武器的"眼睛"和"神经"。激光的研究必将对相关领域进步起到巨大推动作用。