激光技術

激光是20世紀60年代的新光源。由于激光具有方向性好、亮度高、單色性好等特點而得到廣泛應用.激光加工是激光應用最有發(fā)展前途的領域之一，現在已開發(fā)出20多種激光加工技術。

基本信息

激光具有單色性好、方向性強、亮度高等特點?，F已發(fā)現的激光工作物質有幾千種，波長范圍從軟X射線到遠紅外。 激光技術的核心是激光器，激光器的種類很多，可按工作物質、激勵方式、運轉方式、工作波長等不同方法分類。根據不同的使用要求，采取一些專門的技術提高輸出激光的光束質量和單項技術指標，比較廣泛應用的單元技術有共振腔設計與選模、倍頻、調諧、Q開關、鎖模、穩(wěn)頻和放大技術等。

為了滿足軍事應用的需要，主要發(fā)展了以下5項激光技術：①激光測距技術。它是在軍事上最先得到實際應用的激光技術。20世紀60年代末，激光測距儀開始裝備部隊,現已研制生產出多種類型,大都采用釔鋁石榴石激光器，測距精度為±5米左右。由于它能迅速準確地測出目標距離，廣泛用于偵察測量和武器火控系統(tǒng)。②激光制導技術。激光制導武器精度高、結構比較簡單、不易受電磁干擾，在精確制導武器中占有重要地位。70年代初，美國研制的激光制導航空炸彈在越南戰(zhàn)場首次使用。80年代以來，激光制導導彈和激光制導炮彈的生產和裝備數量也日漸增多。③激光通信技術。激光通信容量大、保密性好、抗電磁干擾能力強。光纖通信已成為通信系統(tǒng)的發(fā)展重點。機載、星載的激光通信系統(tǒng)和對潛艇的激光通信系統(tǒng)也在研究發(fā)展中。④強激光技術。用高功率激光器制成的戰(zhàn)術激光武器，可使人眼致盲和使光電探測器失效。利用高能激光束可能摧毀飛機、導彈、衛(wèi)星等軍事目標。用于致盲、防空等的戰(zhàn)術激光武器，已接近實用階段。用于反衛(wèi)星、反洲際彈道導彈的戰(zhàn)略激光武器，尚處于探索階段。⑤激光模擬訓練技術。用激光模擬器材進行軍事訓練和作戰(zhàn)演習，不消耗彈藥，訓練安全，效果逼真?，F已研制生產了多種激光模擬訓練系統(tǒng)，在各種武器的射擊訓練和作戰(zhàn)演習中廣泛應用。此外，激光核聚變研究取得了重要進展，激光分離同位素進入試生產階段，激光引信、激光陀螺已得到實際應用。

激光

激光原理:

激光英文全名為Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER)。 于1960年面世，是一種因刺激產生輻射而強化的光。

科學家在電管中以光或電流的能量來撞擊某些晶體或原子易受激發(fā)的物質，使其原子的電子達到受激發(fā)的高能量狀態(tài)，當這些電子要回復到平靜的低能量狀態(tài)時，原子就會射出光子，以放出多余的能量；而接著，這些被放出的光子又會撞擊其它原子，激發(fā)更多的原子產生光子，引發(fā)一連串的「連鎖反應」，并且都朝同一個方前進，形成強烈而且集中朝向某個方向的光；因此強的激光甚至可用作切割鋼板！

激光的特性:

激光被廣泛應用是因為它的特性。激光幾乎是一種單色光波，頻率范圍極窄，又可在一個狹小的方向內集中高能量，因此利用聚焦后的激光束可以對各種材料進行打孔。以紅寶石激光器為例，它輸出脈沖的總能量不夠煮熟一個雞蛋，但卻能在3毫米的鋼板上鉆出一個小孔。激光擁有上述特性，并不是因為它有與別不同的光能，而是它的功率密度十分高，這就是激光被廣泛應用的原因。
激光有以下三大特性：

· 單色波長

· 同調性

· 平行光束
 

激光的應用

激光加工技術:

激光的空間控制性和時間控制性很好，對加工對象的材質、形狀、尺寸和加工環(huán)境的自由度都很大，特別適用于自動化加工。激光加工系統(tǒng)與計算機數控技術相結合可構成高效自動化加工設備，已成為企業(yè)實行適時生產的關鍵技術，為優(yōu)質、高效和低成本的加工生產開辟了廣闊的前景。

熱加工和冷加工均可應用在金屬和非金屬材料，進行切割，打孔，刻槽，標記等.熱加工金屬材料進行焊接，表面處理，生產合金，切割均極有利.冷加工則對光化學沉積，激光快速成形技術，激光刻蝕，摻染和氧化都很合適。

激光快速成形：

用激光制造模型時用的材料是液態(tài)光敏樹脂， 它在吸收了紫外波段的激光能量后便發(fā)生凝固， 變化成固體材料。把要制造的模型編成程序， 輸入到計算機。激光器輸出來的激光束由計算機控制光路系統(tǒng)，使它在模型材料上掃描刻劃， 在激光束所到之處， 原先是液態(tài)的材料凝固起來。激光束在計算機的指揮下作完掃描刻劃， 將光敏聚合材料逐層固化，精確堆積成樣件，造出模型。所以， 用這個辦法制造模型， 速度快， 造出來的模型又精致。該技術已在航空航天、電子、汽車等工業(yè)領域得到廣泛應用。

激光切割：

激光切割技術廣泛應用于金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時間，降低加工成本，提高工件質量。脈沖激光適用于金屬材料，連續(xù)激光適用于非金屬材料，后者是激光切割技術的重要應用領域。但激光在工業(yè)領域中的應用是有局限和缺點的，比如用激光來切割食物和膠合板就不成功，食物被切開的同時也被灼燒了，而切割膠合板在經濟上還遠不合化算。

隨著激光產業(yè)的飛速發(fā)展，相關的激光技術與激光產品也日趨成熟。在激光切割機領域，目前呈現出YAG固體激光切割機、CO2激光切割機雙足鼎力，光纖激光切割機后來居上的局勢。 YAG固體激光切割機具有價格低、穩(wěn)定性好的特點，但能量效率低一般<3%，目前產品的輸出功率大多在600W以下，由于輸出能量小，主要用于打孔和點焊及薄板的切割。它的綠色的激光束可在脈沖或連續(xù)波的情況下應用，具有波長短、聚光性好適于精密加工特別是在脈沖下進行孔加工最為有效，也可用于切削、焊接和光刻等。YAG固體激光切割機激光器的波長不易被非金屬吸收，故不能切割非金屬材料，且YAG固體激光切割機需要解決的是提高電源的穩(wěn)定性和壽命，即要研制大容量、長壽命的光泵激勵光源，如采用半導體光泵可使能量效率大幅度地增長。

CO2激光切割機，可以穩(wěn)定切割20mm以內的碳鋼，10mm以內的不銹鋼，8mm以下的鋁合金。CO2激光器的波長為10.6um，比較容易被非金屬吸收，可以高質量地切割木材、亞克力、PP、有機玻璃等非金屬材料，但是CO2激光的光電轉化率只有10%左右。CO2激光切割機在光束出口處裝有噴吹氧氣、壓縮空氣或惰性氣體N2的噴嘴，用以提高切割速度和切口的平整光潔。為了提高電源的穩(wěn)定性和壽命，對于CO2氣體激光要解決大功率激光器的放電穩(wěn)定性。根據國際安全標準，激光危害等級分4級，CO2激光屬于危害最小的一級。

光纖激光切割機由于它可以通過光纖傳輸，柔性化程度空前提高，故障點少，維護方便，速度奇快，所以在切割4mm以內薄板時光纖切割機有著很大的優(yōu)勢，；但是受固體激光波長的影響它在切割厚板時質量較差。光纖激光器激光切割機的波長為1.06um，不易被非金屬吸收，故不能切割非金屬材料。光纖激光的光電轉化率高達25%以上，在電費消耗、配套冷卻系統(tǒng)等方面光纖激光的優(yōu)勢相當明顯。根據國際安全標準，激光危害等級分4級，光纖激光由于波長短對人體由于是眼睛的傷害大，屬于危害最大的一級，出于安全考慮，光纖激光加工需要全封閉的環(huán)境。光纖激光切割機作為一種新興的激光技術，普及程度遠遠不如CO2激光切割機。

激光焊接：

激光束照射在材料上， 會把它加熱至融熔， 使對接在一起的組件接合在一起， 即是焊接。激光焊接，用比切割金屬時功率較小的激光束，使材料熔化而不使其氣化，在冷卻后成為一塊連續(xù)的固體結構。激光焊接技術具有溶池凈化效應，能純凈焊縫金屬，適用于相同和不同金屬材料間的焊接。由于激光能量密度高，對高熔點、高反射率、高導熱率和物理特性相差很大的金屬焊接特別有利。因為用激光焊接是不需要任何焊料的，所以排除了焊接組件受污染的可能; 其次， 激光束可被光學系統(tǒng)聚成直徑很細的光束， 換言之， 激光可以作成非常精細的 焊槍， 做精密焊接工作;還有激光焊接與組件不會直接接觸， 亦即這是非接觸式的焊接， 因而材料質地脆弱也不打緊， 還可以對遠離我們身邊的組件作焊接， 也可以把放置在真空室內的組件焊接起來。因為激光焊接有這些特點， 所以它在微電子工業(yè)中尤其受歡迎。

激光雕刻:

用激光雕刻刀作雕刻， 比用普通雕刻刀更方便， 更迅速。用普通雕刻刀在堅硬的材料上， 比如在花岡巖、鋼板上作雕刻， 或者是在一些比較柔軟的材料， 比如皮革上作雕刻， 就比較吃力， 刻一幅圖案要花比較長的時間。如果使用激光雕刻則不同， 因為它是利用高能量密度的激光對工件進行局部照射，使表層材料氣化或發(fā)生顏色變化的化學反應，從而留下永久性標記的一種雕刻方法。它根本就沒有和材料接觸， 材料硬或者柔軟， 并不妨礙 雕刻 的速度。所以激光雕刻技術是激光加工最大的應用領域之一。 用這種雕刻刀作雕刻不管在堅硬的材料， 或者是在柔軟的材料上雕刻， 刻劃的速度一樣。倘若與計算機相配合， 控制激光束移動， 雕刻工作還可以自動化。把要雕刻的圖案放在光電掃描儀上， 掃描儀輸出的訊號經過計算機處理后， 用來控制激光束的動作， 就可以自動地在木板上， 玻璃上， 皮革上按照我們的圖樣雕刻出來。同時， 聚焦起來的激光束很細， 相當于非常靈巧的雕刻刀， 雕刻的線條細， 圖案上的細節(jié)也能夠給雕刻出來。激光雕刻可以打出各種文字、符號和圖案等，字符大小可以從毫米到微米量級，這對產品的防偽有特殊的意義。激光雕刻是近年巳發(fā)展至可實現亞微米雕刻，已廣泛用于微電子工業(yè)和生物工程。

激光打孔:

在組件上開個小孔是件很常見的事。但是， 如果要求在堅硬的材料上， 例如在硬質合金上打大量0.1毫米到幾微米直徑的小孔。用普通的機械加工工具恐怕是不容易辦到， 即使能夠做到， 加工成本也會很高。 激光有很好的同調性， 用光學系統(tǒng)可以把它聚焦成直徑很微少的光點(小于一微米)， 這相當于用來鉆孔的 微型鉆頭。其次， 激光的亮度很高， 在聚焦的焦點上的激光能量密度(平均每平方米面積上的能量)會很高， 普通一臺激光器輸出的激光， 產生的能量就可以高達109 焦耳/厘米2， 足以讓材料熔化并氣化， 在材料上留下一個小孔， 就像是鉆頭鉆出來的。但是，激光鉆出的孔是圓錐形的，而不是機械鉆孔的圓柱形，這在有些地方是很不方便的。

激光蝕刻:

激光蝕刻技術比傳統(tǒng)的化學蝕刻技術工藝簡單、可大幅度降低生產成本，可加工0.125～1微米寬的線，非常適合于超大規(guī)模集成電路的制造。

激光的發(fā)展

激光手術：

激光能產生高能量﹑聚焦精確的單色光﹐具有一定的穿透力﹐作用于人體組織時能在局部產生高熱量。激光手術就是利用激光的這一特點﹐去除或破壞目標組織﹐達到治療的目的。主要包括激光切割和激光換膚。

激光武器：

激光武器有它的獨特性，令它被廣泛應用于防空，反坦克，轟炸機自衛(wèi)等軍事用途.激光之所以能成為威力強大的武器，是因為它有三個層次的破壞能力:

1.燒蝕效應 跟激光熱加工原理一樣，當高能激光束射到目標時，激光的能量會被目標的材料吸收，轉化為熱能.這些熱能足以令目標部分或完全穿孔，斷裂，熔化，蒸發(fā)，甚至產生爆炸.

2.激波效應 如目標材料被氣化，目標材料會在極短時間內產生反沖作用，形成壓縮波使材料表面層裂碎開，碎片向外飛時造成進一步破壞.

3.輻射效應 目標材料氣化的同時會形成等離子體云，能產生輻射紫外線及X光線，使目標內部的電子零件被破壞。

激光能源：

激光還可應用于核能發(fā)電上。世界上現在建成的核發(fā)電站使用的核燃料是鈾， 使用氚核燃料的研究尚未成功。從研究所得， 氚核燃料比鈾核燃料更加 耐燒， 1公斤氚核燃料燃燒產生的能量比鈾核燃料高3倍多。更有吸引力的是氚核燃料在地球上的貯量大。1公斤海水中含有0.03克氚， 地球上的海洋中就裝有1021 公斤海水;或者說， 地球的海洋中就貯藏有1017 公斤氚， 把它開發(fā)出來做燃料， 就相當于給我們提供了10萬億億(1017) 噸煤， 足夠人類用上幾億年， 既然氚核燃料這么好.為甚么現在還不用? 問題就在于把它點火燃燒不是一件容易做到的事。劃一根火柴燃燒的溫度就可以把紙片， 汽油點著火， 要讓這種核燃料著火， 則需要億度的高溫。激光是目前較有可能達到這個點火溫度的技術。

激光技術應用于服裝行業(yè)

成衣激光繡花

超過三分之二的紡織服裝面料可利用激光來制作各種數碼圖案。傳統(tǒng)的紡織面料制作工藝需要后期的磨花、燙花、壓花等加工處理，而激光燒花在此方面具有制作 方便、快捷、圖案變換靈活、圖像清晰、立體感強、能夠充分表現各種面料的本色質感，以及歷久常新等優(yōu)勢。如果結合鏤空工藝更是畫龍點睛，相得益彰。

服裝面料及成衣激光繡花適合：紡織面料后整理加工廠、面料深加工廠、成衣服裝廠、面輔料及來料加工企業(yè)。

牛仔影像激光噴花

通過數控的激光照射，汽化牛仔布料表面的染料，從而在各種牛仔面料上制作出不會退色的影像圖案、漸變花形、貓須磨砂等效果，為牛仔時尚又增添了新的靚點。

牛仔噴花激光加工是一項新興的、有豐厚加工利潤和市場空間的加工項目，極適合牛仔服裝廠、水洗廠、加工型等企業(yè)和個人進行牛仔系列產品的增值深加工。

皮革面料激光標花

激光技術目前在制鞋及皮革行業(yè)中的應用也非常廣泛。激光的優(yōu)勢在于可以在各種皮革面料上快速雕刻和鏤空出各式圖案，而且操作方面靈活，同時不會使皮革表面 產生任何形變，以體現出皮革本身的顏色與質感。它更具有雕刻精度高、鏤空無毛邊、任意選形等多種優(yōu)勢，適合鞋面、鞋材、皮具、手袋、箱包、皮服等加工生產 廠家的需要。

激光雕刻是指將激光設備連接激光雕刻軟件，圖稿輸入自動雕刻的作業(yè)方式。目前，激光雕刻是激光加工領域技術最成熟，應用最廣泛的技術。利用這種技術，任 何復雜圖形都能雕刻?？梢赃M行鏤空雕刻和不穿透的盲槽雕刻，從而雕刻出深淺不一、質感不同、具有層次感和過渡顏色效果的各種神奇圖案。憑借這些優(yōu)勢，激光 雕刻迎合了國際服裝加工的新潮流。

貼布繡激光切割

電腦繡花工藝中，有兩個步驟很重要，即貼布繡前的切割和繡花后下料的切割。在傳統(tǒng)的加工工藝中，繡前切割采用的刀模加工方式的缺陷在于，容易產生織物須 邊，且加工精度受刀模限制，異性圖形難以加工，刀模的制作周期常，成本高，因此制約了貼布繡花的發(fā)展。而繡后下料切割，大多采用的是熱切加工方式，該方式 又有切邊縫隙大、邊緣發(fā)黃發(fā)硬、難以對位等缺點。異性圖形依靠人工手剪，更是容易散邊，產生廢品，所以急需有一種先進的加工方式來取代這兩種舊的加工方 式。

激光加工雖然也屬于熱加工方式，但由于激光高度的聚焦性，照射光斑纖細，熱擴散區(qū)小，因此極適合對紡織纖維面料的切割。具體表現在加工面料范圍廣泛、切 口平滑無飛邊、自動收口、無變形、圖形可通過計算機隨意設計和輸出、無需刀模等等。這使得激光加工成為業(yè)內公認的替代方式。

商標激光打標

激光打標具有打標精度高，速度快，打標清晰，可在硬、軟、脆產品的平面、弧面和飛行物上打印各種文字、符號、圖案的特點。激光打標兼容了激光切割、雕刻的 各種優(yōu)點，可在金屬及有機聚合物薄片上精密加工，加工尺寸小的復雜圖案。打印標記具有永不磨損的防偽性能，可專門制作布標、皮標、金屬標、打印圖案復雜精 細的各種司徽和LOGO，是品牌服裝服飾物加工的最佳選擇。
長期以來，商標的切邊、刺繡圖案的切邊以及刺繡圖案中的打孔拼花都存在一個對位問題。精確而高效的切割，是業(yè)界共同的期待。現有的自動視覺追蹤切割系統(tǒng) 在傳統(tǒng)的人工對位切割的基礎上前進了一大步，能夠分局對位點來自動定位切割。但對于紡織產品的隨機變形不能自動糾正，因此會產生大量的廢品?，F在行業(yè)內已 有企業(yè)成功開發(fā)出自動識別尋邊切割系統(tǒng)，能夠依據所織商標圖形的邊緣，自動生成切割路徑，并準確地利用激光沿邊切割。還能夠自動定位，對刺繡圖形中的圖案 進行切割打孔，從而根本解決了對位問題。