激光器的实际应用

激光器的实际应用（共6篇）

激光器的实际应用 篇1

分布反馈式半导体激光器在实际工程系统中的应用

摘要：DFB(Distributed Feed Back)DFB型光发射机，分布反馈（激光器）半导体激光器因其波长的扩展、高功率激光阵列的出现以及可兼容的激光导光和激光能量参数微机控制的出现而迅速发展、半导体激光器体积小、重量轻、成本低、波长可选择，其应用范围遍及的领域越来越宽广，其的出现带来了巨大的变化，使科技更发达，人们生活更加丰富多彩，应用范围遍及医学、科技、航天 交通，通信等各个领域。自从1962 年世界上第一台半导体激光器(Diode Laser)发明问世以来, 由于其体积小、重量轻、易于调制、效率高以及价格低廉等优点, 被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一.四十几年来半导体激光器逐步应用在激光唱机、光存储器、激光打印机、条形码解读器、光纤电信以及激光光谱学中, 不断扩大应用范围, 进入了一些其它类型激光器难以进入的新的应用领域。

关键字:DFB、工作波长、边模抑制比、阈值电流、输出光功率

一、分布反馈式半导体激光器简介

1、分布反馈式半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件.其工作原理是,通过一定的激励方式,在半导体物质的能带之间,或者半导体物质的能带与杂质能级之间,实现非平衡载流子的粒子数反转,当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用.半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式,光泵式和高能电子束激励式.电注入式半导体激光器,一般是由GaAS,InAS,Insb等材料制成的半导体面结型二极管,沿正向偏压注入电流进行激励,在结平面区域产生受激发射.光泵式半导体激光器,一般用N型或P型半导体单晶(如GaAS,InAs,InSb等)做工作物质,以其他激光器发出的激光作光泵激励.高能电子束激励式半导体激光器,一般也是用N型或者P型半导体单晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物质,通过由外部注入高能电子束进行激励.在半导体激光器件中,目前性能较好,应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器。DFB(Distributed Feedback Laser)，即分布式反馈激光器，其不同之处是内置了布拉格光栅（Bragg Grating），属于侧面发射的半导体激光器。目前，DFB激光器主要以半导体材料为介质，包括锑化镓、砷化镓、磷化铟、硫化锌等。DFB激光器最大特点是具有非常好的单色性（即光谱纯度），它的线宽普遍可以做到1MHz以内，以及具有非常高的边摸抑制比（SMSR），目前可高达40-50dB以上。

2、分布反馈式半导体激光器的主要参数：a.工作波长：激光器发出光谱的中心波长。b.边模抑制比：激光器工作主模与最大边模的功率比。c.-20dB光谱宽度：由激光器输出光谱的最高点降低20dB处光谱宽度。d.阈值电流：当器件工作电流超过阈值电流时激光器发出相干性很好的激光。e.输出光功率：激光器输出端口发出的光功率。

二、分布反馈式半导体激光器原理

分布反馈式半导体的能带结构。半导体材料多是晶体结构。当大量原子规则而紧密地结合成晶体时，晶体中那些价电子都处在晶体能带上。价电子所处的能带称价带（对应较低能量）。与价带最近的高能带称导带，能带之间的空域称为禁带。当加外电场时，价带中电子跃迁到导带中去，在导带中可以自由运动而起导电作用。同时，价带中失掉一个电子，则相当于出现一个带正电的空穴，这种空穴在外电场的作用下，也能起导电作用。因此，价带中空穴和导带中的电子都有导电作用，统称为载流子。

掺杂半导体与p-n结。没有杂质的纯净半导体，称为本征半导体。如果在本征半导体中掺入杂质原子，则在导带之下和价带之上形成了杂质能级，分别称为施主能级和受主能级。有施主能级的半导体称为n型半导体；有受主能级的半导体称这p型半导体。在常温下，热能使n型半导体的大部分施主原子被离化，其中电子被激发到导带上，成为自由电子。而p型半导体的大部分受主原子则俘获了价带中的电子，在价带中形成空穴。因此，n型半导体主要由导带中的电子导电；p型半导体主要由价带中的空穴导电。半导体激光器中所用半导体材料，掺杂浓度较大，n型杂质原子数一般为（2－5）×1018cm-1；p型为（1－3）×1019cm-1。在一块半导体材料中，从p型区到n型区突然变化的区域称为p-n结。其交界面处将形成一空间电荷区。n型半导体带中电子要向p区扩散，而p型半导体价带中的空穴要向n区扩散。这样一来，结构附近的n型区由于是施主而带正电，结区附近的p型区由于是受主而带负电。在交界面处形成一个由n区指向p区的电场，称为自建电场。此电场会阻止电子和空穴的继续扩散。

p-n结电注入激发机理。若在形成了p-n结的半导体材料上加上正向偏压，p区接正极，n区接负极。显然，正向电压的电场与p-n结的自建电场方向相反，它削弱了自建电场对晶体中电子扩散运动的阻碍作用，使n区中的自由电子在正向电压的作用下，又源源不断地通过p-n结向p区扩散，在结区内同时存在着大量导带中的电子和价带中的空穴时，它们将在注入区产生复合，当导带中的电子跃迁到价带时，多余的能量就以光的形式发射出来。这就是半导体场致发光的机理，这种自发复合的发光称为自发辐射。

图中光栅的周期为A，称为栅距。当电流注入激光器后，有源区内电子—空穴复合，辐射出能量相应的光子，这些光子将受到有源层表面每一条光栅的反射。在DFB激光器的分布反馈中，此时的反射是布拉格发射，光栅的栅条间入射光和反射光的方向恰好相反。

满足上式的那些特定波长的光才会受到强烈反射，从而实现动态单纵模工作。式也称为分布反馈条件（一般m取1）。

三、分布反馈半导体激光器反馈方式

普通结构的分布反馈半导体激光器(DFB-LD)，在高速调制状态下会发生多模工作现象，从而限制了传输速率。因此，设计和制作在高速调制下仍能保持单纵模工作的激光器是十分重要的，这类激光器统称为动态单模(DSM)半导体激光器。实现动态单纵模工作的最有效的方法之一，就是在半导体激光器内部建立一个布拉格光栅，依靠光栅的选频原理来实现纵模选择。分布反馈半导体激光器的特点在于光栅分布在整个谐振腔中，光波在反馈的同时获得增益。因为DFB-LD的谐振腔具有明显的波长选择性，从而决定了它们的单色性优于一般的FP-LD。

在DFB-LD中存在两种基本的反馈方式，一种是折射率周期性变化引起的布拉格反射，即折射率耦合(Index-Coupling)，另一种为增益周期性变化引起的分布反馈，即增益耦合(Gain-Coupling)。与依靠两个反射端面来形成谐振腔的FP-LD相比，DFB-LD可能激射的波长所对应的谐振腔损耗是不同的，也就是说DFB-LD的谐振腔本身具有选择模式的能力。在端面反射为零的理想情况下，理论分析指出：折射率耦合DFB-LD在与布拉格波长相对称的位置上存在两个谐振腔损耗相同且最低的模式，而增益耦合DFB-LD恰好在布拉格波长上存在着一个谐振腔损耗最低的模式。也就是说，折射率耦合DFB-LD原理上是双模激射的，而增益耦合DFB-LD是单模激射的。

四、分布式反馈激光器的制造技术

DFB激光器的光栅结构通常在波导表面掩膜，刻蚀形成。但是，在制造过程中产生的晶格损伤会降低量子效率，增大阈值电流。

避免晶格损伤产生的影响：将光栅和激光器有源层分开。主要提供了三种方法。方法1：利用扩散方法

 1.在衬底GaAs上利用离子束刻蚀形成三阶光栅  2.P区掺杂Zn  3.在交界面1um下产生p-n结

方法2：利用separate confinementheterojunction 结构  1.注入的电子被p-Ga0.83Al0.17As  2限制在有源层

 3.光子传播到p-Ga0.93Al0.07As的交界面  4.有源区不受晶格损伤的影响

方法3：利用水平耦合结构

 1.光通过横向和水平方向消逝场的重叠部分来提供光反馈  2.耦合系数k与脊的深度有关

 3.发射波长为9217埃，阈值电流为11mA

五、分布式反馈激光器特点

与一般F—P腔激光器相比，DFB激光器具有以下两大优点，因而在目前的光纤通信系统中得到广泛应用。（1）动态单纵模窄线宽输出

1、线宽窄：发射谱线宽定义为激光增益曲线和激光器的模式选择特性的卷积，由于光栅具有很好的波长选择特性，因此，发射谱宽较窄。

2、典型的端面反射型激光器的单模线宽为1到2埃，约 50 GHz，而带有光栅结构的DFB的线宽约为50–100 kHz。

3、目前商用的DFB激光器在1.55μm处的线宽小于25埃。

由于DFB激光器中光栅的栅距（A）很小，形成一个微型谐振腔，对波长具有良好的选择性，使主模和边模的阈值增益相对较大，从而得到比F—P腔激光器窄很多的线宽，并能保持动态单纵模输出。（2）波长稳定性好

1、传统的端面反射激光器的发射波长很容易受到温度的影响。

2、DFB激光器波长的稳定性较好，因为光栅能够锁定激光器输出给定的波长。

3、分析：（1）波长漂移：

4、端面反射激光器：3.7埃/摄氏度

5、DFB激光器：0.8埃/摄氏度（3）阈值电流：在m=0时，J端=JDFB

1、但J1=3J0，并且在模式转换处阈值电

2、流急剧增加（由增益曲线和激光模式

3、在此温度下不匹配导致的）

由于DFB激光器内的光栅有助于锁定给定的波长，其温度漂移约为0.8Å/℃，比F—P腔激光器要好得多。在端面激光器中，光的发射波长是由增益曲线和激光器的模式特性决定的，当达到阈值电流时，激光器通常会激发许多纵模

4、在DFB激光器中，发射波长会受到增益曲线的影响，但主要由光栅周期决定。

5、当 l 阶模和 l±1阶模的间距和增益曲线的线宽相比足够大时，只有一个模式有足够的增益产生激光。

尽管DFB激光器有很多优点，但并非尽善尽美。例如，为了制作光栅，DFB激光器需要复杂的二次外延生长工艺，在制造出光栅沟槽之后由于二次外延的回熔，可能吃掉已形成的光栅，致使光栅变得残缺不全，导致谐振腔内的散射损耗增加，从而使激光器的内量子效率降低。此外，DFB激光器的震荡频率偏离Bragg频率，故其阈值增益较高。DFB激光器的发展方向是，更宽的谐调范围和更窄的线宽，在一个DFB激光器集成两个独立的光栅，实现更宽的波长谐调范围，比如达到100nm谐调范围，以及更窄的光谱线宽。

六、分布式反馈激光器实际工程系统中的应用

分布反馈式半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器，由于它的波长范围宽，制作简单、成本低、易于大量生产，并且由于体积小、重量轻、寿命长，因此，品种发展快，应用范围广，目前已超过300种，半导体激光器的最主要应用领域是Gb局域网，850nm波长的半导体激光器适用于)1Gh/。局域网，1300nm-1550nm波长的半导体激光器适用于1OGb局域网系统[i1.半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域，已成为当今光电子科学的核心技术.半导体激光器在激光测距、激光雷达、激光通信、激光模拟武器、激光警戒、激光制导跟踪、引燃引爆、自动控制、检测仪器等方面获得了广泛的应用，形成了广阔的市场。1978年，半导体激光器开始应用于光纤通信系统，半导体激光器可以作为光纤通信的光源和指示器以及通过大规模集成电路平面工艺组成光电子系统.由于半导体激光器有着超小型、高效率和高速工作的优异特点，所以这类器件的发展，一开始就和光通信技术紧密结合在一起，它在光通信、光变换、光互连、并行光波系统、光信息处理和光存贮、光计算机外部设备的光祸合等方面有重要用途.半导体激光器的问世极大地推动了信息光电子技术的发展，到如今，它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源.半导体激光器再加上低损耗光纤，对光纤通信产生了重大影响，并加速了它的发展.因此可以说，没有半导体激光器的出现，就没有当今的光通信.GaAs/GaAlA。双异质结激光器是光纤通信和大气通信的重要光源，如今，凡是长距离、大容量的光信息传输系统无不都采用分布反馈式半导体激光器(DFB一LD).半导体激光器也广泛地应用于光盘技术中，光盘技术是集计算技术、激光技术和数字通信技术于一体的综合性技术.是大容t.高密度、快速有效和低成本的信息存储手段，它需要半导体激光器产生的光束将信息写人和读出.下面我们具体来看看几种常用的半导体激光器的应用: 量子阱半导体大功率激光器在精密机械零件的激光加工方面有重要应用，同时也成为固体激光器最理想的、高效率泵浦光源.由于它的高效率、高可*性和小型化的优点，导致了固体激光器的不断更新。

 在印刷业和医学领域。

高功率半导体激光器也有应用.另外，如长波长激光器(1976年，人们用Ga[nAsP/InP实现了长波长激光器)用于光通信，短波长激光器用于光盘读出.自从NaKamuxa实现了GaInN/GaN蓝光激光器，可见光半导体激光器在光盘系统中得到了广泛应用，如CD播放器，DVD系统和高密度光存储器可见光面发射激光器在光盘、打印机、显示器中都有着很重要的应用，特别是红光、绿光和蓝光面发射激光器的应用更广泛.蓝绿光半导体激光器用于水下通信、激光打印、高密度信息读写、深水探测及应用于大屏幕彩色显示和高清晰度彩色电视机中.总之，可见光半导体激光器在用作彩色显示器光源、光存贮的读出和写人，激光打印、激光印刷、高密度光盘存储系统、条码读出器以及固体激光器的泵浦源等方面有着广泛的用途.量子级联激光的新型激光器应用于环境检测和医检领域.另外,由于半导体激光器可以通过改变磁场或调节电流实现波长调谐，且已经可以获得线宽很窄的激光输出，因此利用半导体激光器可以进行高分辨光谱研究.可调谐激光器是深入研究物质结构而迅速发展的激光光谱学的重要工具大功率中红外(3.5lm)LD在红外对抗、红外照明、激光雷达、大气窗口、自由空间通信、大气监视和化学光谱学等方面有广泛的应用。

 绿光到紫外光的垂直腔面发射器方面

绿光到紫外光的垂直腔面发射器在光电子学中得到了广泛的应用，如超高密度、光存储.近场光学方案被认为是实现高密度光存储的重要手段.垂直腔面发射激光器还可用在全色平板显示、大面积发射、照明、光信号、光装饰、紫外光刻、激光加工和医疗等方面I2)、如前所述，半导体激光器自20世纪80年代初以来，由于取得了DFB动态单纵模激光器的研制成功和实用化，量子阱和应变层量子阱激光器的出现，大功率激光器及其列阵的进展，可见光激光器的研制成功，面发射激光器的实现、单极性注人半导体激光器的研制等等一系列的重大突破，半导体激光器的应用越来越广泛，半导体激光器已成为激光产业的主要组成部分，目前已成为各国发展信息、通信、家电产业及军事装备不可缺少的重要基础器件。

 军事方面的应用

半导体激光引信是一种光学引信, 属主动式近炸引信的技术范畴。激光引信通过激光对目标进行探测, 对激光回波信息进行处理和计算, 判断出目标, 计算出炸点, 在最佳位置适时引爆。炸弹一旦未捕获或丢失目标以及引信失灵后, 自炸机构可以引爆弹丸自毁。半导体激光引信是激光探测技术在武器系统中最成功的应用。

1.激光制导：它使导弹在激光射束中飞行直至摧毁目标。

半导体激光制导已用于地-空导弹、空-空导弹、地-地导弹等。激光制导跟踪在军事上具有十分广泛的应用。激光制导的方法之一是驾束制导, 又称激光波束制导。从制导站的激光发射系统按一定规律向空间发射经编码调制的激光束, 且光束中心线对准目标;在波束中飞行的导弹, 当其位置偏离波束中心时,装在导弹尾部的激光接收器探测到激光信号, 经信息处理后, 弹上解算装置计算出弹体偏离中心线的大小和方向, 形成控制信号;再通过自动驾驶仪操纵导弹相应的机构, 使其沿着波束中心飞行, 直至摧毁目标为止。另一种激光制导方法是光纤制导。通过一根放出的光纤把传感器的信息传送到导弹控制器, 观察所显示的图像并通过同一光纤往回发送控制指令,以达到控制操纵导弹的目的。

2.激光测距：主要用于反坦克武器以及航空、航天等领域。

测距仪采用半导体激光器作光源具有隐蔽性,略加改进, 还可测量车辆之间的距离并进行数字显示, 在低于所需安全系数时发出警报。半导体激光夜视仪和激光夜视监测仪也得到重要应用。利用半导体激光器列阵主动式夜视仪的光源具隐蔽性, 列阵功率高的特点, 可提高监测距离至1 km, 如配上扫描和图像显示装置, 则可成为激光夜视监测仪。用其对目标进行监测时, 目标的活动情况可适时通过光缆传送到指挥所。选择较长的合适波长, 可成为全天候监测仪。

3.激光雷达：与CO2 激光雷达相比

半导体激光列阵的激光雷达体积小、结构简单、波长短、精度高、具有多种成像功能及实时图像处理功能, 包括各种成像的综合、图像跟踪和目标的自动识别等。可用于监测目标, 测量大气水气、云层、空气污染;还可用作飞机防撞雷达, 机载切变风探测相干光雷达, 对来袭目标精确定位以及对直升飞机和巡航导弹的地形跟踪等。半导体激光雷达主要是波长820～850 nm 的LD 及列阵。

4.激光模拟：以半导体激光为基础发展起来的新型军训和演习技术。通过调节激光射束、周期和范围以达到模拟任何武器特征的目的。武器模拟主要使用904 nm 半导体激光器, 用对眼睛安全的激光器作为战术训练系统的基础, 最初称为激光交战系统(LES)。该系统的研制始于1973 年, 其可行性已得到了证实。1974 年引进了微处理机技术, 于是LES 发展成为多功能激光交战系统(MILES)。同年,赛罗克斯电光系统公司接受了全套MILES 工程的研制合同, 向陆军提供8 万多套装备, 用于地面作战模拟。此外, 该公司还研制了空对地作战系统以及MILES 空防样机。目前, 全世界有美、英、瑞(典)三国出售MILESII/SAWE 系统;北约国家、以色列、阿根廷、俄罗斯、中国都在开发这种系统。

5.深海光通信：半导体激光器具有抗干扰、保密性好等优点。

激光对潜通信光源蓝绿光是海水的通信窗口(460～540 nm), 穿透深度约300 ft, 潜艇可用蓝绿光和卫星或航空母舰进行通信联络。倍频半导体高功率激光器列阵(波长在920～1080 nm)就是一种这样的光源。

6.半导体激光瞄准和告警

瞄准具有两类: 一类以发射红外激光的GaAs激光器为基础, 士兵需佩戴夜视镜才能看清目标上的激光光斑, 以解决夜间士兵的瞄准射击问题;另一类激光瞄准以发射红色激光和可见光的半导体激光器为基础。美国激光装置公司在20 世纪80 年代推出的FA-4 型激光瞄准具的重量仅99 g, 长11.4 cm。为满足不同波长激光和可调谐激光器的探测要求, 激光告警的工作波段不断得到拓展, 角分辨率也不断得到提高。

7.半导体激光通信

半导体激光器在卫星通信技术中只需要较小的望远镜和较低的发射功率, 就能实现光的自由空间传输并获得极高的数据率传输。激光通信技术可用于轨道卫星间的相互通信及卫星与地面站的通信。

8.军用光纤陀螺

军用光纤陀螺是军用光纤领域中用途最广, 是目标监测和测量方面不可缺少的技术手段。由光纤绕成环形光路, 采用Sagnac 干涉原理, 检测出随转动产生的两路激光束的相位差, 由此得出转动的角速度。其主要优点是: 无运动部件, 仪器牢固, 耐冲击, 抗加速运动;机构简单, 价格低廉;启动时间极短(原理上可瞬时启动);灵敏度高, 可达10-7 rad/s;动态范围极宽(约为2 000 度/秒);寿命长等。在军用民用光纤通信、光纤制导导弹、制导鱼雷等方面广泛应用。

 其他方面的应用

下表是DFB一些主要波长在激光气体分析、原子钟应用、Nd：YAG激光器种子源等领域上的应用：

下图是Harvard所研究的Hitran数据库在750-3500nm之间的光谱吸收图，可以作为大部分气体分析的数据参考：

1．用于发电站

严格监控各气体的成分比率：

H2O, O2, CO, CO2, NH3, NO2等； 实现更快更有效的燃烧；

减少污染物的排放，减小能耗。

2．用于过程控制

监测HCl 的浓度，优化PVC材料的生产； 监测燃烧室中 O2, CO, CO2 的浓度，控制钢铁的熔炼过程。

3．用于管道检测

天然气管道成分、泄漏检测。

4．用于太空研究

比如用于NASA实验室，俄罗斯航天

局等。

结语:

现代社会对光纤通信网络传输容量的要求急剧增长,波分复用系统复用的信道数越来越多,这就需要大量不同波长激光器来作为这种通信系统的光源。如果用分立器件来构成这种通信网络的话,那么波分复用系统将十分复杂,体积巨大,维护成本随传输容量同步上升。与此同时,这种通信系统的能耗也将上升到惊人的地步。为解决日益严重的系统复杂性和能耗激增问题,最好的方法是用多种功能器件集成的光子集成芯片取代分立器件,来构建波分复用通信系统。组成光子集成芯片的最核心器件——多波长激光器阵列的制造要比单个激光器难度大得多。目前已经商用的光子集成芯片中的分布反馈式多波长半导体激光器阵列,必须采用经过特殊加工、精度高达0.1纳米的电子束刻写设备来制造,加工过程十分缓慢复杂,成品率低下,其高昂的成本使之难以大规模商业化生产 为了解决上述困难,我们提出了利用重构一等效啁啾技术来设计制作半导体激光器及阵列的方法。

参考文献:

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[6]百度百科 http://baike.baidu.com/view/3882555.htm;2013年

激光器的实际应用 篇2

一、光纤激光器的发展

光纤激光器的前身是半导体激光器, 半导体激光器于1962年问世, 拥有距今逾40年的历史, 半导体激光器的成功为人们研究光纤激光器提供了条件。

美国光学公司E Snitzer等人在当时已经有了关于光纤激光器的设想, 他们利用掺稀土元素构想出光纤激光器原理, 不过当时这种构想没能得到深入研究。

直到上世纪80年代, 光纤激光器基于激光二极管泵浦技术得到了深入的研究, 进入了蓬勃的发展局面。近年来, 国内外对光纤激光器的研究越来越多, 主要研究方面涉及到了高功率光纤激光器、窄线宽可调谐光纤激光器、超短脉冲光纤激光器等方面, 成功推动了社会各方面的发展。

二、光纤激光器的特点

光纤激光器经过更新换代, 已经具有了很大的突破, 目前的光纤激光器都提升了输出功率、调谐范围, 这两种特征是光纤激光器最显著的特点。进入21世纪之后, 第三代激光技术发展较为成熟, 作为代表的光纤激光器拥有独特的特点。

首先, 光纤激光器已经可以脱离泵浦波长的桎梏, 不再受到这种波长的限制, 光纤激光器利用了掺稀土离子, 采用这种技术能够完善激射波长, 掺稀土离子的应用有效调整光纤内的掺杂结构、浓度, 并且可以科学设计泵浦方式与泵浦波光强度, 极大的提高了激光器的性能。

其次, 光纤激光器实现了超大功率激光的输出, 第三代激光技术中的研究使得激光器的作用更加完备。光纤激光器中的光纤具备良好的柔韧性, 缩小激光器体积, 现代社会研发的激光器具备体积轻便、系统集成的优势, 而且光纤激光器的强度更胜以往, 能够长期在野外恶劣环境下工作。此外, 光纤激光器表面积增大, 有利于激光器的散热, 在制造过程中不用刻意配备专门的水冷系统, 简便了激光器的内部结构。

最后, 光纤激光器的光纤与通信光纤更加耦合, 效率非常高, 这也使得光纤激光器成为了实现全光通信的基础。

三、光纤激光器的应用

(一) 激光切割应用

光纤激光器作为切割的设备, 为多个领域提供了方便, 尤其是医疗器械行业, 汽车制造行业、造船工业等, 这些行业中需要处理的材料硬度大、数量多, 利用传统的切割设备已经无法满足现代工业的需求。而随着光纤激光器的研究和发展, 激光器功率范围不断扩大, 使得其切割作用得到更充分的发挥。光纤激光器能够利用快速斩波的方法实现连续切割, 这种方式使得光纤激光器可以被用来切割不锈钢动脉管。光纤激光器具有高光束质量, 因此可以强化聚焦直径, 利用此种特点光纤激光器可以在医疗器件工业上发挥巨大作用。

(二) 通信应用

光纤激光器的研发促进了通信领域的快速发展, 其在通信领域中发挥的最大作用就是推动了全光通信网络的发展。全光通信网络完善的过程中应用的是掺铒光纤激光器, 这种激光器具有1.30m和1.55m波段激光, 这两种波段的激光被应用于全光通信网络的低损耗窗口, 提升通信质量。

而另一种激光器双包层掺镱光纤激光器优化了放大器设备, 其有效的处理了拉曼光纤放大器中存在的泵浦源问题。解决了泵浦源问题的拉曼光纤放大器为通信领域做出突出贡献, 主要表现在这种放大器能够在通信窗口任何波长段完成工作, 促进了通信光信号实现长距离、超长距离的工作目标。

此外, 大功率光纤激光器也是促进先进通信技术发展的关键, 其主要推动了空间通讯和光孤子通讯技术的发展, 大功率光纤激光器能够连续输出激光, 并且能够产生皮秒, 甚至这种光纤激光器还能够产生超短脉冲, 使高质量、大容量信息快速传递不再成为梦想, 促进了更快、更安全信息传输的发展, 其保障了全光通信系统的正常运行。

(三) 标刻应用

标刻应用的代表光纤激光器类型是脉冲光纤激光器, 这种激光器具备优质的光束质量, 工作时能够实现长时间、连续性的工作状态, 而且脉冲光纤激光器可靠度高, 能够在标刻工作中发挥效用。这种激光器拥有高电光转换效率, 其具备体积小、运行费用低的优势, 受到了高速、高精度激光标刻方面的青睐。

(四) 材料处理应用

现代科技领域中很多材料都要经过特殊处理, 光纤激光器在处理材料中发挥了重要的作用, 其主要是利用材料吸收激光能量的部分可以快速通过热处理达到使用标准, 当前能够利用光纤激光器处理的材料涉及到多种, 例如陶瓷、塑料、金属等。

四、结语

光纤激光器属于高新技术产业研究内容, 其技术含量高, 涉及知识面复杂, 对实现智能化、科技化的社会有促进作用。当前国内外对光纤激光器的研究十分热衷, 未来我们将在更多领域中看到光纤激光器的身影。

摘要：伴随着科学技术的不断深入研究, 光纤激光器的发展有了更大的突破, 成为了近年来科研实验重点研究项目, 备受关注。本文阐述了光纤激光器的发展历史, 并分析光纤激光器具有的特点和应用趋势。

关键词：光纤激光器,特点,应用

参考文献

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[2]陈晓燕.光纤激光器的发展与应用[J].电子元器件应用, 2004, 11:1-3.

水下激光焊接技术的应用 篇3

海洋工程结构因常年在海上工作，其工作环境极为恶劣，除受到结构的工作载荷外，还要承受风暴、波浪、潮流引起的附加载荷以及海水腐蚀、砂流的磨蚀、地震或寒冷地区冰流的侵袭。此外，石油天然气的易燃易爆性对结构也存在威胁。而且海洋结构的主要部分在水下，服役后焊接接头的检查和修补很困难，费用也高，一旦发生重大结构损伤或倾覆事故，将造成生命财产的严重损失。所以对海洋工程结构的设计制造、材料选择以及焊接施工等都有严格的质量要求。而随着海洋石油和天然气工业的发展,海洋管道工程日益向深海挺进,我国作为一个发展中的沿海大国,国民经济要持续发展,就必须把海洋的开发和保护作为一项长期的战略任务。大量的海底管道施工工程对水下焊接技术提出了新的要求。

水下焊接由于水的存在，使焊接过程变得更加复杂，并且会出现各种各样陆地焊接所未遇到的问题，目前，世界各国正在应用和研究的水下焊接方法种类繁多，应用较成熟的是电弧焊。随着水下焊接技术的发展，除了常用的湿法水下焊接、局部干法水下焊接和干法水下焊接以外，又出现了一些新的水下焊接方法。但是，从各国海洋开发的前景来看，水下焊接的研究远远不能适应形势发展的需要。因此，加强这方面的研究，无论是对现在或将来，都将是一项非常有意义的工作。

湿法水下焊接

湿法焊接中，水下焊接的基本问题表现最为突出。因此采用这类方法难以得到质量好的焊接接头，尤其在重要的应用场合，湿法焊接的质量难以令人满意。但由于湿法水下焊接具有设备简单、成本低廉、操作灵活、适应性强等优点。所以，近年来各国对这种方法仍在继续进行研究，特别是涂药焊条和手工电弧焊，在今后一段时期还会得到进一步的应用。在焊条方面，比较先进的有英国Hydroweld公司发展的Hydroweld FS水下焊条，美国的专利水下焊条7018’S 焊条，以及德国Hanover大学基于渣气联合保护对熔滴过渡的影响和保护机理所开发的双层自保护药芯焊条。美国的Stephen Liu等人在焊条药皮中加入锰、钛、硼和稀土元素，改善了焊接过程中的焊接性能，细化了焊缝微观组织。水下焊条的发展促进了湿法水下焊接技术的应用。目前，在国、内外都有采用水下湿法焊条电弧焊技术进行水下焊接施工的范例。

药芯焊丝的出现和发展适应了焊接生产向高效率、低成本、高质量、自动化和智能化方向发展的趋势。英国TWI与乌克兰巴顿研究所成功开发了一套水下湿法药芯焊丝焊接的送丝结构、控制系统及其焊接工艺。华南理工大学机电工程系刘桑、钟继光等人开发了一种药芯焊丝微型排水罩水下焊接方法，从实用经济的角度出发,完全依靠焊接时自身所产生的气体以及水汽化产生的水蒸气排开水而形成一个稳定的局部无水区域,使得电弧能在其中稳定的燃烧。微型排水罩的尺寸和结构决定了焊接过程中无水区(局部排水区)的大小和稳定程度。除此之外，他们还通过复合滤光技术和水下CCD摄像系统，采集出了药芯焊丝水下焊接电弧区域图像，从而为水下湿法焊接电弧的机理分析及水下焊接过程控制奠定了基础。

激光的医学应用说课稿 篇4

我今天要说的是人民卫生出版社出版的《医学物理学》（第7版）第十八章《激光及其医学应用》第三节《激光的医学应用》的内容。我主要从教材分析、教学策略、教学程序、板书设计等方面进行阐述。

一、教材的分析

1、学情分析

本节内容是学生在学习了激光的基本原理和激光的特性知识的基础上引入的，理解和了解的内容居多。但都是最新最前沿的知识，这就导致整个知识树体系错综复杂，需要做好归纳、理清教学思路

2、教学目标的确定

通过本节知识，主要让学生理解激光的生物作用，了解激光在基础医学研究与临床中的应用、医用激光器、激光的危害与防护等方面的知识，激发学生学习的热情和临床实践的积极性。

3、教学重点、难点的确定

依据《课程标准》要求和本节教材实际，并结合学生的实际，本节课主要是让学生理解激光的生物作用，所以本节课的重点是激光的生物作用，而对激光在基础医学研究与临床中的应用知识，由于种类繁多且与其它学科有交叉，限于学生的认知水平，需要教师的合理归纳，所以激光在基础医学研究与临床中的应用为本节课的难点。

二、教学策略的制定

教法一：现代素质教学理论强调:学生的学习行为是由动机引起的，学习动机对于学生的学习可以发挥明显的推动作用。要有效地进行长期的有意义学习，动机是必不可少的。本课采用多媒体课件作为辅助手段，创设物理情景，启发引导学生，帮助建立形象、直观的认识。让学生进行探究式学习，从而激发学习兴趣。

教法二：通过实验及实例，用归纳的方法得出结论，让学生学会运用形象描述抽象的物理（物理模型的建立——科学抽象）的要领，再用分类比较，识别概念。

学法：为贯彻生本教育，落实以生为本、以学定教的教育理念，结合教材实际，培养学生的自学能力、合作能力、动手实验能力、收集数据提取信息的能力。

三、教学程序规划 【课时安排】1课时

【教具准备】教学设备：多媒体教室、课件 【教学过程】

1、引入新课

回顾前课内容，让学生先说说激光都可以干什么，在日常生活中我们能遇到哪些激光应用的例子，引出激光的五种生物作用。

2、讲解新知识

⑴激光的生物作用（重点）： ①热作用 ②机械作用 ③光化作用 ④电磁场作用 ⑤生物刺激作用

⑵激光在基础医学研究中的应用（难点）：

①激光对生物分子、细胞、组织的作用与效应

②用于基础医学研究的激光技术

小结前两个知识点，向学生提问，让学生回顾激光的五种生物作用并分析临床应用都用到了哪些生物作用。然后引出后三个知识点

⑶激光的临床应用（了解）：

①激光诊断技术

②激光治疗技术

⑷医用激光器

⑸激光的危害与防护

3、课堂总结，检验学习效果

本环节由我系统地总结新知识，指出应掌握的重点，此时学生可以根据教师对知识的总结反思自己掌握新知识的程度，进一步理顺思路。

4、布置课后作业，为后续学习打基础

让学生在课后查阅资料，写一篇小文章，详细介绍一种用于临床的激光技术。

四、板书设计

纲目式板书

我的说课结束，敬请各位评委老师批评指正。谢谢！

激光的医学应用

说课稿

激光切割技术的原理及应用 篇5

激光切割技术的原理及应用

1.激光切割技术简介.......................................................................2 1.1激光切割技术概述................................................................2 1.2激光切割技术的原理............................................................4 1.3激光切割技术的发展历史....................................................5 2.激光切割的特点.............................................................................6 2.1激光切割的总体特点............................................................6 2.2 CO2激光切割技术的特点.....................................................7 2.3半导体激光切割机................................................................8 2.4光纤激光切割机....................................................................8 3.激光切割技术的应用及发展前景.............................................10 3.1激光切割技术的市场现状..................................................10 3.2激光切割技术的应用..........................................................12 结论..................................................................................................13

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激光切割技术的原理及应用

材料12A文修曜

摘要

激光加工技术是一种先进制造技术，而激光切割是激光加工应用领域的一部分，激光切割是当前世界上先进的切割工艺。由于它具备精密制造、柔性切割、异型加工、一次成形、速度快、效率高等优点，所以在工业生产中解决了许多常规方法无法解决的难题。激光能切割大多数金属材料和非金属材料。

Abstract

The laser processing technology is a kind of advanced manufacturing technology, and laser cutting is part of the laser processing applications, laser cutting is the current advanced cutting technology in the world.Because it has flexible cutting, stone processing, precision manufacturing, a forming, fast speed, higher efficiency, so in industrial production solved many conventional methods cannot solve the problem.Can laser cutting most of the metal materials and nonmetal materials.关键词：激光切割的原理；激光切割的分类及特点；激光切割技术的应用

1.激光切割技术简介

1.1激光切割技术概述

激光切割是激光加工行业中最重要的一项应用技术。它占整个激光加工业的70%以上。激光切割与其他切割方法相比，最大区别是它具有高速、高精度及高适应性的特点。同时还具有割缝细、热影响区小、切割面质量好、切割时无噪声、切割过程容易实现自动化控制等优点。激光切割板材时，不需要模具，可以替代 2 辽宁科技大学学生论文

一些需要采用复杂大型模具的冲切加工方法，能大大缩短生产周期和降低成本。因此，目前激光切割已广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门中。

激光切割主要是CO2激光切割,激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,并使CO2激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定状的切缝。激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。

激光束聚焦成很小的光点其最小直径可小于0.1mm，使焦点处达到很高的功率密度可超过106W／cm2)。这时光束输入（由光能转换）的热量远远超过被材料反射、传导或扩散部分，材料很快加热至汽化湿度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄（如0.1mm左右）的切缝。切边热影响很小，基本没有工件变形。

切割过程中还添加与被切材料相适合的辅助气体。钢切割时得用氧作为辅助气体与溶融金属产生放热化学反应氧化材料，同时帮助吹走割缝内的熔渣。切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气，棉、纸等易燃材料切割使用惰性气体。进入喷嘴的辅助气体还能冷却聚焦透镜，防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。

大多数有机与无机都可以用激光切割。在工业制造占有分量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它具有什么样的硬度，都可进形无变形切割。当然，对高反射率材料，如金、银、铜和铝合金，它们也是好的传热导体，因此激光切割很困难，甚至不能切割。

激光切割无毛刺，皱折、精度高，优于等离子切割。对许多机电制造行业来说，由于微机程序的现代化激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件，它往往比冲切、模压工艺更被优先选用；尽管它加工速度慢于模冲，但它没有模具消耗，无需修理模具，还节约更换模具时间，从而节省加工费用，降低产品成本，所以从总体上讲在经济上更为合算。

另一方面，从如何使模具适应工件设计尺寸和形状变化角度看，激光切割也 3 辽宁科技大学学生论文

可发挥其精确、重现性好的优势。作为层叠模具的优先制造手段，由于不需要高级模具制作工，激光切割运转费用也并不昂贵，因此还能显著地降低模具制造费用。激光切割模具还带来的附加好处是模具切边会产生一个浅硬化层，提高模具运行中的耐磨性。激光切割的无接触特点给圆锯片切割成形带来无应力优势，由此提高了使用寿命。

1.2激光切割技术的原理

在激光束能量作用下（氧助切割机制下，还要加上喷氧气与到达燃点的金属发生放热反应放出的热量），材料表面被迅速（ms范围）加热到几千乃至上万度（℃）而熔化或汽化，随着汽化物逸出和熔融物体被辅助高压气体（氧气或氮气等惰性气体）吹走，切缝便产生了。脉冲激光适用于金属材料,连续激光适用于非金属材料,后者是激光切割技术的重要应用领域。

激光切割是利用高功率密度的激光束扫描过材料表面，在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或气化，再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走，达到切割材料的目的。

该技术采用激光束照射到钢板表面时释放的能量来使不锈钢熔化并蒸发。激光源一般用二氧化碳激光束，工作功率为500～2500瓦。该功率的水平比许多家用电暖气所需要的功率还低，但是，通过透镜和反射镜，激光束聚集在很小的区域。能量的高度集中能够进行迅速局部加热，使不锈钢蒸发。此外，由于能量非常集中，所以，仅有少量热传到钢材的其它部分，所造成的变形很小或没有变形。利用激光可以非常准确地切割复杂形状的坯料，所切割的坯料不必再作进一步的处理。

激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。从二十世纪七十年代以来随着CO2激光器及数控技术的不断完善和发展，目前已成为工业上板材切割的一种先进的加工方法。在五、六十年代作为板材下料切割的主要方法中：对于中厚板采用氧乙炔火焰切割；对于薄板采用剪床下料，成形复杂零件大批量的采用冲压，单件的采用振动剪。七十年代后，为了改善和提高火焰切割的切口质量，又推广了氧乙烷精 辽宁科技大学学生论文

密火焰切割和等离子切割。为了减少大型冲压模具的制造周期，又发展了数控步冲与电加工技术。各种切割下料方法都有其有缺点，在工业生产中有一定的适用范围。

1.3激光切割技术的发展历史

激光切割是激光加工行业中最量要的一项应用技术,由于具有诸多特点,已广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门。近年来，激光切割技术发展很快，国际上每年都以20％～30％的速度增长。我国自1985年以来，更以每年25％以上的速度增长。由于我国激光工业基础较差，激光加工技术的应用尚不普遍，激光加工整体水平与先进国家相比仍有较大差距，相信随着激光加工技术的不断进步，这些障碍和不足会得到解决。激光切割技术必将成为21世纪不可缺少的重要的钣金加工手段。激光切割加工广阔的应用市场，加上现代科学技术的迅猛发展，使得国内外科技工作者对激光切割加工技术进行不断探入的研究，推动着激光切割技术不断创新，激光切割技术的发展方向如下：

(1)伴随着激光器向大功率发展以及采用高性能的CNC及伺服系统,使用高功率的激光切割可获得高的加工速度,同时减小热影响区和热畸变;所能够切割的材料板厚也格进一步地提高，高功率激光可以通过使用Q 开关或加载脉冲波，从而使低功率激光器产生出高功率激光。

(2)根据激光切割工艺参数的影响情况，改进加工工艺，如：增加辅助气体对切割熔渣的吹力；加入造渣剂提高熔体的流动性；增加辅助能源，并改善能量之间的耦合；以及改用吸收率更高的激光切割。

(3)激光切割将向高度自动化、智能化方向发展。将CAD/CAPP/CAM[4]以及人工智能运用于激光切割，研制出高度自动化的多功能激光加工系统。

(4)根据加工速度自适应地控制激光功率和激光模式或建立工艺数据库和专家自适应控制系统使得激光切割整机性能普遍提高。以数据库为系统核心，面向通用化CAPP开发工具，对激光切割工艺设计所涉及的各类数据进行分析，建立相适应的数据库结构。

(5)向多功能的激光加工中心发展，将激光切割、激光焊接以及热处理等各 辽宁科技大学学生论文

道工序后的质量反馈集成在一起，充分发挥激光加工的整体优势。

(6)随着Internet和WEB技术的发展，建立基于WEB的网络数据库，采用模糊推理机制和人工神经网络来自动确定激光切割工艺参数，并且能够远程异地访问和控别激光切割过程成了不可避免的趋势。

(7)三维高精度大型数控激光切割机及其切割工艺技术，为了满足汽车和航空等工业的立体工件切割的需要，三维激光切割机正向高效率、高精度、多功能和高适应性方向民展，激光切割机器人的应用范围将会愈来愈大。激光切割正向着激光切割单元FMC、无人化和自动化方向发展。

2.激光切割的特点

2.1激光切割的总体特点

激光加工作为一种全新的加工方法，以其加工精确、快捷、操作简单、自动化程度高等优点，在皮革、纺织服装行业内逐渐得到广泛的应用。镭射激光切割机与传统的切割方式相比不仅价格低,消耗低.并且因为激光加工对工件没有机械压力,所以切割出来产品的效果,精度以及切割速度都非常良好.并且还具有操作安全,维修简单等特点.可连续24小时工作。用镭射激光机切割出来的无尘布无纺布边不发黄,自动收边不散边,不变形，不会发硬,尺寸一致且精确；可切割任意复杂形状；效率高、成本低，电脑设计图形,可切割任意形状任各种大小的花边。开发速度快：由于激光和计算机技术的结合，用户只要在计算机上设计，即可实现激光雕刻输出并且可随时变换雕刻,可边设计边出产品。

激光切割是用聚焦镜将激光束聚焦在材料表面，使材料熔化,同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定外形的切缝。

1．精度高：定位精度0.05mm，重复定位精度0.02 mm 2．切缝窄：激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的功率密度，材料很快加热至气化程度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。切口宽度一般为0.10～0.20mm。

3．切割面光滑：切割面无毛刺，切口表面粗糙度一般控制在Ra12.5以内。辽宁科技大学学生论文

4．速度快：切割速度可达50m/min，最大定位速度可达70m/min，比线切割的速度快很多。

5．切割质量好：无接触切割，切边受热影响很小，基本没有工件热变形，完全避免材料冲剪时形成的塌边，切缝一般不需要二次加工。

6．不损伤工件：激光切割头不会与材料表面相接触，保证不划伤工件。7．不受被切材料的硬度影响：激光可以对布料，橡皮等柔软材质进行加工，不管什么样的硬度，都可以进行无变形切割。

8．不受工件外形的影响：激光加工柔性好，可以加工任意图形，可以切割管材及其它异型材。

9．可以对非金属进行切割加工：如塑料、木材、PVC、皮革、纺织品、有机玻璃等。

10．节约模具投资：激光加工不需模具，没有模具消耗，无须修理模具，节约更换模具时间，从而节省了加工费用，降低了生产成本，尤其适合大件产品的加工。

2.2 CO2激光切割技术的特点

1.切割质量好

切口宽度窄（一般为0.1--0.5mm）、精度高（一般孔中心距误差0.1--0.4mm，轮廓尺寸误差0.1--0.5mm）、切口表面粗糙度好（一般Ra为12.5--25μm），切缝一般不需要再加工即可焊接。2.切割速度快

例如采用2KW激光功率，8mm厚的碳钢切割速度为1.6m/min；2mm厚的不锈钢切割速度为3.5m/min，热影响区小，变形极小。3.清洁、安全、无污染

大大改善了操作人员的工作环境。当然就精度和切口表面粗糙度而言，CO2激光切割不可能超过电加工；就切割厚度而言难以达到火焰和等离子切割的水平。但是就以上显著的优点足以证明：CO2激光切割已经和正在取代一部分传统的切割工艺方法，特别是各种非金属材料的切割。它是发展迅速，应用日益广泛的一种先进加工方法。

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2.3半导体激光切割机

1简介

半导体激光切割机采用半导体泵浦激光器，半导体泵浦激光器是近年来国际上发展最快，应用较广的新型激光器。该类型的激光器利用输出固定波长的半导体激光器代替了传统的氪灯或氙灯来对激光晶体进行泵浦，从而取得了崭新的发展，被称为第二代的激光器。这是一种高效率、长寿命、光束质量高、稳定性好、结构紧凑小型化的第二代新型固体激光器，目前在空间通讯，光纤通信，大气研究，环境科学，医疗器械，光学图象处理，激光打印机等高科技领域有着独具特色的应用前景。

2特点

1、采用半导体泵浦源和德国高速标记振镜头，光电转化效率高、光束质量好。

2、采用全数字化激光标记和独特的激光选模及深雕技术，确保了设备具有极高的稳定性、精确性和友好的操作性。并可选配自动测焦和调焦系统，满足精确切割和多样化打标需求。

3、周到的防护设计：缺水保护，激光谐振腔光路和激光腔腔体双重密封，防潮装置，防长出光装置。

4、多样的外围装置设计：自动上、下料系统，旋转标记转台，排风除尘系统，激光防护罩及灯光警示装置。

5、光路预览功能，焦点指示功能：在激光的光轴上叠加了可见红光，用于指示激光束的位置，实现对打标范围的预览。增加了指示对焦红光，直观方便的实现了对焦功能。

半导体激光切割机GDBEC-130250，选用进口半导体泵浦源和德国高速标记振镜头，光电转化效率高，光束质量好，可在金属、非金属等各类固性材料上进行精确、快速的打标和划线，并可根据加工材料厚度，调整激光焦距，确保加工的最佳效果。适用于各类普通金属及合金（铁、铜、铝、镁、锌等所有金属）、稀有金属及合金（金、银、钛）、金属氧化物、ABS料（电器用品外壳、日用品）、油墨（透光按键、印刷制品），环氧树脂（电子元件的封装、绝缘层）等材料。

2.4光纤激光切割机

1简介 辽宁科技大学学生论文

光纤激光切割机是利用光纤激光发生器作为光源的激光切割机。光纤激光器是国际上新发展的一种新型光纤激光器输出高能量密度的激光束，并聚集在工件表面上，使工件上被超细焦点光斑照射的区域瞬间熔化和气化，通过数控机械系统移动光斑照射位置而实现自动切割。同体积庞大的气体激光器和固体激光器相比具有明显的优势，已逐渐发展成为高精度激光加工、激光雷达系统、空间技术、激光医学等领域中的重要候选者。

光纤激光切割机它既可做平面切割,也可做斜角切割加工,且边缘整齐、平滑,适用于金属板等高精度的切割加工，同时加上机械臂可以进行三维切割代替原本进口的五轴激光。比起普通二氧化碳激光切割机更节省空间和气体消耗量，光电转化率高，是节能环保的新产品，也是世界上领先技术产品之一。2光纤激光切割机较CO2激光切割机的优势：

1）卓越的光束质量：聚焦光斑更小，切割线条更精细，工作效率更高，加工质量更好；

2）极高的切割速度：是同等功率CO2激光切割机的2倍；

3）极高的稳定性：采用世界顶级的进口光纤激光器，性能稳定，关键部件使用寿命可达10万小时；

4）极高的电光转换效率：光纤激光切割机光电转换效率达30%左右，是CO2激光切割机高3倍，节能环保；

5）极低的使用成本：整机耗电量仅为同类CO2激光切割机的20-30%； 6）极低的维护成本：无激光器工作气体；光纤传输，无需反射镜片；可节约大量维护成本；

7）产品操作维护方便：光纤传输，无需调整光路；

8）超强的柔性导光效果：体积小巧，结构紧凑，易于柔性加工要求。

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当然了，与二氧化碳激光切割机相比，光纤的切割范围相对狭窄。因为波长的原因，其只能切金属材料，对非金属不容易被其吸收，从而影响其切割范围。3与YAG激光切割机相比的优势：

1）切割速度：光纤激光切割机的速度是YAG的4-5倍，适用于大量加工与生产

2）使用成本：光纤激光切割机的使用成本比YAG固体激光切割更少 3）光电转换效率：光纤激光切割机的光电转换效率是YAG的10倍左右 相应的光纤激光器的价格较高，所以光纤激光切割机价高比之YAG激光切割机要高出不少，但比二氧化碳激光切割机要低很多。但其性比价确实三者中最高的。

3.激光切割技术的应用及发展前景

激光切割的应用领域非常广泛, 比如汽车行业、计算机、电气机壳、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、2mm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、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钦合金等等。近年来, 激光切割的新应用层出不穷, 令人耳目一新。

3.1激光切割技术的市场现状

我国激光产业的发展，虽然是一个初步发展，但在国际科技带领下已经完成了飞跃的发展，并且比同等质量有一个高阶段的突出。以激光切割机来讲，市场的需求高达千万，为广阔的市场添加了新的生机。自从60年代第一台激光设备的诞生和应用开始，我国就有多位专家在激光行业付出了努力，并达到了国际一个微小的差值。在激光行业的发展同时，激光成套工业设备也进入了生产的市场，摆脱了长期依靠国外的局面，解决了国内激光行业的尴尬局面。

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国内经济的飞速发展，成为激光市场的高产业支柱，并且可以达到每年20%以上的增长速，成为全球激光市场的一个新起点，根据专家预测，国内的激光市场仍处于高速的增长阶段，在未来可以在进行翻倍的增加，来最大的扩充激光切割设备的市场，填补国内空白，将国内高端激光设备摆脱受困的状态，成为国际上的顶梁柱。目前国内的激光产业主要在深圳、武汉两地聚集，其中深圳是国内的重要销售市场，并且以多年的发展经验，领先了其他区域。

激光切割指采用激光发射性光束在产品上面打孔，根据水平移动来对应产生的缝隙称为激光切割，激光可以在多产品材料上面切割，如亚克力、刀模板、布料、皮革等行业都能运用激光进行切割，因此激光切割是一种在多行业切割的新型方案。对于这样一种新型的切割方法，相对于传统切割有着什么样的优势呢，下面光博士带您分析下。

激光是利用物质激发产生光，这种光带有强烈的温度，在接触材料时候，能够迅速的在材料表面融化，形成打孔，根据对位对点的移动形成了切割，因此这样的一种切割方法相对于传统的切割方法，缝隙更小，更能够省去大部分材料，然而根据切割效果来定义分析，根据激光进行切割的材料，其切割效果能够满意，精准度又高，这是继承了激光的优势，也是普通切割方式不能够媲美的。

相对于传统切割方式中，激光切割更易懂、易学、在商家需求的加工效果，速度方面都有着绝对的优势，因此相信在未来的切割方式选择中，激光切割机将是大众的需求。

激光切割加工是指采用激光设备来给产品进行加工，这种模式是针对那种初入激光行业，并且小型的加工户，然而这种模式在现今的社会都不提倡了，因为激光设备的价格不再是那种高高在上的设备了，完美的技术发展，优良的加工精细，使得现今的激光设备不再是那样的昂贵，因为它们的设备有针对行业性的，这样能够省去了以往那种高贵的大功率设备加工，现今的小功率设备也能进行加工了，这让这些想购买激光切割机的加工不在需要借用他人的设备进行加工了，激光切割加工模式逐渐被取代了，这是必然性。

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下面分析下激光切割市场以及加工效果，在激光切割市场，凡事了解一点的都清楚，激光切割能够加工多行业，然而需要购买加工多行业的设备，价格是不菲的，然而如果购买的是单行业，如刀模激光切割机、皮革激光切割机等，这些针对行业的设备，价格就不是那样昂贵了，这就是未来的市场，在其加工效果方面，单行业的加工效果，肯定针对单行业其功能是最好的，能够满足此行业的要求，这些在这些行业设备介绍中，光博士有提到，因此在如果想采用激光切割加工的商户们，不妨去尝试着使用激光切割设备直接自己购买进行加工，这样能够帮助你实现以及解决很多的问题！

3.2激光切割技术的应用

大多数激光切割机都由数控程序进行控制操作或做成切割机器人。激光切割作为一种精密的加工方法，几乎可以切割所有的材料，包括薄金属板的二维切割或三维切割。

在汽车制造领域，小汽车顶窗等空间曲线的切割技术都已经获得广泛应用。德国大众汽车公司用功率为500W的激光器切割形状复杂的车身薄板及各种曲面件。在航空航天领域，激光切割技术主要用于特种航空材料的切割，如钛合金、铝合金、镍合金、铬合金、不锈钢、氧化铍、复合材料、塑料、陶瓷及石英等。用激光切割加工的航空航天零部件有发动机火焰筒、钛合金薄壁机匣、飞机框架、钛合金蒙皮、机翼长桁、尾翼壁板、直升机主旋翼、航天飞机陶瓷隔热瓦等。

激光切割成形技术在非金属材料领域也有着较为广泛的应用。不仅可以切割硬度高、脆性大的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等；还能切割加工柔性材料，如布料、纸张、塑料板、橡胶等，如用激光进行服装剪裁，可节约衣料10%～12%，提高功效3倍以上。

从技术经济角度不宜制造模具的金属钣金件，特别是轮廓形状复杂，批量不大,一般厚度；12mm的低碳钢、；6mm厚的不锈钢，以节省制造模具的成本与周期。已采用的典型产品有：自动电梯结构件、升降电梯面板、机床及粮食机械外罩、各种电气柜、开关柜、纺织机械零件、工程机械结构件、大电机硅钢片等。辽宁科技大学学生论文

装饰、广告、服务行业用的不锈钢（一般厚度3mm）或非金属材料（一般厚度20mm）的图案、标记、字体等。如艺术照相册的图案，公司、单位、宾馆、商场的标记，车站、码头、公共场所的中英文字体。

要求均匀切缝的特殊零件。最广泛应用的典型零件是包装印刷行业用的模切版，它要求在20mm厚的木模板上切出缝宽为0.7~0.8mm的槽，然后在槽中镶嵌刀片。使用时装在模切机上，切下各种已印刷好图形的包装盒。国内近几年来应用的一个新领域是石油筛缝管。为了挡住泥沙进入抽油泵，在壁厚为6~9mm的合金钢管上切出0.3mm宽的均匀切缝，起割穿孔处小孔直径不能大于0.3mm，切割技术难度大，已有不少单位投入生产。

国外除上述应用外，还在不断扩展其应用领域。

⑴采用三维激光切割系统或配置工业机器人，切割空间曲线，开发各种三维切割软件，以加快从画图到切割零件的过程。

⑵为了提高生产效率，研究开发各种专用切割系统，材料输送系统，直线电机驱动系统等，如今切割系统的切割速度已超过100m/min。

⑶为扩展工程机械、造船工业等的应用，切割低碳钢厚度已超过30mm，并特别注意研究用氮气切割低碳钢的工艺技术，以提高切割厚板的切口质量。因此在中国扩大CO2激光切割的工业应用领域，解决新的应用中一些技术难题仍然是工程技术人员的重要课题。

结论

激光从提出到变为现实的发展史用了几十年，从初生到今天无处不再又是几十年，激光及应用实际上是随着社会需求的进步而得以发展。激光的出现和发展又带动了光学，实验等学科的发展。从社会角度看，激光的产生改变了人们的生活，使之更加方便快捷。随着科技的发展，激光技术必将得到更加广泛的应用于我们世界的各个方面，使人类的科技不断进步。我也坚信，我国的激光技术也将会达到世界领先的水平，为我国各行各业的发展提供有利的条件！

参考文献

[1] 董锋,陆雅娟.激光切割工艺及设备[J].CAD/CAM与制造业信息化,2003,(04)[2] 江海河.激光加工技术应用的发展及展望[J]光电子技术与信息,2001,(04)辽宁科技大学学生论文

激光器的实际应用 篇6

关键词：半导体激光器,轻武器,瞄准仪

在战争中, 激光器得到了广泛的使用。它有效的辅助了枪手所射击目标的精确性, 以致达到伤害或者击毙敌人的目的。激光器按照不同的工作性质可分为:气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器, 这四类。在轻武器瞄准仪上, 半导体激光器做出了重大贡献, 半导体激光器凭借着体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高等优点, 有效方便的解决了枪手的使用。在轻武器瞄准仪的世界里, 半导体激光器是首屈一指的公认的大哥!

一、简析轻武器及其轻武器瞄准仪

1.1、轻武器的重要性

首先来看下轻武器的定义:在一九九七九月, 由国家总参谋部, 总政治部, 总后勤部出版的《军语》上是这么给轻武器下的定义:“枪械和可由单兵、小组携带使用的武器的统称。”在百度百科上有:“轻武器大致包括各类枪械, 手榴弹, 火箭发射器, 单兵导弹, 榴弹发射器, 小型迫击炮, 刀具, 地雷, 枪榴弹及其他便携式武器与相应器具组成。”在战场上, 毫无疑问, 重武器的杀伤力要比轻武器大的多。但是, 重武器也有他的局限性。首先, 重武器一般体积大, 一般情况下, 需要装载工具将重武器托运至应用场地, 显然这是比较麻烦的, 这就决定了它的灵活性是多么的笨拙。轻武器就不同了, 轻武器可以拿在手里, 带在身上。几乎可以出现在任何场地。其次, 重武器多是依靠爆炸和冲击波来杀伤目标, 杀伤面积比较大, 但是, 精度不高 (相对轻武器而言) 。即使它的误差范围在一厘米之间, 但是它的杀伤半径往往是以毫米来计算的。在这种情况下, 即使精确度再低的轻武器让然可以在区域内有效杀伤敌人, 保存我方实力。倘若在山地、丘陵地带。重武器也就是起着威力震慑的作用。真正打起仗来, 在这种情况下, 起重要作用的还是轻武器。它灵活便携, 特种小分队的深入、侦查、突击、斩首, 这些都是靠的轻武器装备。如果你说靠重武器突击、斩首, 这绝对是在开玩笑。

1.2、轻武器上瞄准仪的重要性

轻武器的瞄准仪所发出的红外光, 是枪手射击目标是否能够命中的重要依据, 唯一的依据。红外光的获取是要经过多步骤的。比如:红外工具所发出的光线射到所对应的目标上, 然后, 又会经过目标反射回来一束光线到所发出的红外工具上的荧光品上。由射手获得所返回的信息, 做出有效的合理判断。最后由射手实施扣动扳机瞄准射击即可。瞄准仪是否可靠, 直接决定了射手能否击中目标。尤其是夜间瞄准仪的使用, 一个良好的瞄准仪更为关键。在一个深夜, 枪手不但要有一个好的军事素质, 其自身装备也起到至关重要的作用。

1.3、轻武器与瞄准仪

俗话说的好:好钢使在刀刃上。不管什么事物, 其实都是在这样的。每种物品都有着优劣等级之分。在战争中, 不同的兵种, 有着不同任务。有的冲锋在战争一线, 有的在搞后鞧。不管怎么样, 大家都是有着共同的目标。即保存我方实力, 歼灭敌方, 达到战争所要达到的目的。武器的配备何尝不是这样。武器的配备上, 不得有一丝的马虎。那是战争取胜的重要组成部分。瞄准仪与轻武器的结合配备, 尤为重要。将两者合二为一, 可堪完美佳作。优秀的枪手再配备上良好的轻武器与瞄准仪, 胜算就大了好多。

二、半导体激光器简介及其在轻武器上的应用

2.1、半导体激光器

欧美等几大公司在上世纪九十年代, 生产出了商用的半导体二极管, 使激光的应用价值得到了很大的提高。由于其他种类的激光器, 产生激光的原理过于复杂麻烦, 体积大、重量大, 耗能高等原因, 很大程度上限制了激光产业的发展与应用。但是, 半导体激光器的出现, 都把这些问题解决了。随着技术的不断更新, 科技的进步。半导体激光器的技术进一步的到发展, 其领域不断的扩展。由于半导体具有、转换率高、耗能低等优点。被军事科技研究人员所看中。于是, 便应用到轻武器的配备上。使轻武器有了很大的发展。

2.2、半导体激光器在轻武器上的应用

半导体激光器与轻武器的结合, 可堪完美。激光制导, 它使导弹在激光射束中飞行直至摧毁目标。激光制导跟踪在军事上具有十分广泛的应用。比如:激光制导炸弹;激光测距;激光雷达;激光模拟;半导体激光通信等。其功能的强大可不言而喻。尤其在半导体激光器在瞄准方面的应用上。瞄准具有两类:一类是发射红外激光, 士兵需佩戴夜视镜, 只有这样才能看清楚所射击目标上的光点, 以解决射手夜间使用枪的问题;另一类是以发射红色激光和可见光激光瞄准的半导体激光器。美国激光装置公司在20世纪80年代推出的FA-4型激光瞄准具的重量仅99 g, 长11.4 cm。半导体激光器与武器结合的佳作, 为射手提供了强大的有力的保障。可以让射手尽情的展示自己的才能, 和在战场上勇敢的杀敌。保障我方的军事有效力量。半导体激光器的使用, 提高了轻武器的性能, 是轻武器有了较大的质的飞跃;半导体激光器的使用, 让世界的军工产业有了一个质的提高;半导体激光器的使用, 让士兵有了更好的射击工具。

三、总结

未来战争史复杂多变的。未来战争中, 不仅打的是信息战, 而且还是一个具有高科技武器的战争。谁能在未来战争中取得胜利, 无论是信息化, 重武器化, 轻武器化, 单兵种, 多兵种协作等, 都要有所创新, 不断提高。“科技是进步的第一生产力”。不错, 正是有了科技的进步, 才会有一个个科技结晶的产品问世。装备在军事武器中, 强我国防, 时刻准备着!

参考文献

[1]梁妍.枪用瞄具零位走动量测试系统研究[D].长春理工大学2008

[2]王建伟.光电瞄具冲击强度模拟试验技术研究[D].长春理工大学2008

[3]黄光磊.激光集群射击训练系统设计[D].长春理工大学2011

[4]杜丽婷.枪用微光瞄准镜可靠性试验设备——光、电应力系统设计[D].长春理工大学2002