激光技術(shù)做法一、激光技術(shù)概述

激光（LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation）技術(shù)是一種利用受激輻射原理產(chǎn)生相干光束的技術(shù)，具有高亮度、高方向性、高單色性和高相干性等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工、醫(yī)療治療、科學(xué)研究、通信傳輸?shù)阮I(lǐng)域。

（一）激光技術(shù)的基本原理

1.受激輻射：當(dāng)光子通過介質(zhì)時，若光子能量與介質(zhì)中原子能級差相匹配，可誘導(dǎo)原子從高能級躍遷至低能級并釋放光子。

2.光放大：通過泵浦源（如電、化學(xué)或光能）提供能量，使介質(zhì)中處于激發(fā)態(tài)的粒子數(shù)量大于低能級粒子，形成光放大效應(yīng)。

3.光束形成：通過諧振腔（反射鏡系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)光束的多次反射和放大，最終輸出方向性好、亮度高的激光束。

（二）激光技術(shù)的分類

按工作物質(zhì)分類：

(1)固體激光器：如紅寶石激光器、Nd:YAG激光器，輸出功率高，穩(wěn)定性好，適用于工業(yè)加工和科研。

(2)氣體激光器：如氦氖激光器、二氧化碳激光器，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，用于激光焊接、測距等。

(3)半導(dǎo)體激光器：如激光二極管，體積小，功耗低，廣泛用于光纖通信、激光打印等。

(4)液體激光器：如染料激光器，波長可調(diào)諧，用于光譜分析和精密測量。

按輸出方式分類：

(1)連續(xù)激光器：輸出連續(xù)光束，適用于長時間穩(wěn)定加工。

(2)脈沖激光器：輸出短暫高能光束，適用于打孔、切割等快速加工。

二、激光技術(shù)的應(yīng)用

（一）工業(yè)加工領(lǐng)域

1.激光切割：利用高能激光束熔化或汽化材料，實(shí)現(xiàn)精確切割。

-步驟：

(1)加載工件并設(shè)定切割路徑。

(2)調(diào)整激光功率和速度參數(shù)。

(3)啟動激光切割系統(tǒng)，完成加工。

-應(yīng)用：汽車零部件、服裝皮革加工等。

2.激光焊接：通過激光束實(shí)現(xiàn)材料熔接，具有熱影響區(qū)小、強(qiáng)度高的特點(diǎn)。

-參數(shù)控制：焊接速度、激光功率、保護(hù)氣體流量。

3.激光打標(biāo)：利用激光束在材料表面形成永久性標(biāo)記。

-應(yīng)用：產(chǎn)品溯源、防偽標(biāo)識等。

（二）醫(yī)療領(lǐng)域

1.激光手術(shù)：利用激光束進(jìn)行組織切割、凝固或汽化。

-優(yōu)勢：出血少、精度高。

-應(yīng)用：眼科手術(shù)、皮膚手術(shù)等。

2.激光美容：如激光脫毛、光子嫩膚，通過選擇性光熱效應(yīng)改善皮膚問題。

（三）科研與通信領(lǐng)域

1.激光光譜分析：利用激光與物質(zhì)相互作用檢測元素成分。

-技術(shù)：激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）、拉曼光譜等。

2.光纖通信：激光二極管作為光源，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。

三、激光技術(shù)的安全操作規(guī)范

（一）設(shè)備準(zhǔn)備

1.檢查激光器輸出功率是否正常。

2.確認(rèn)防護(hù)眼鏡和防護(hù)服符合安全標(biāo)準(zhǔn)。

3.清理工作區(qū)域，避免雜物干擾。

（二）操作步驟

1.開啟設(shè)備前，確認(rèn)周圍無人暴露在激光路徑中。

2.啟動激光時，先以低功率測試光束穩(wěn)定性。

3.加工過程中，定期檢查焦點(diǎn)位置和參數(shù)設(shè)置。

（三）應(yīng)急措施

1.若發(fā)生激光泄漏，立即關(guān)閉設(shè)備并疏散人員。

2.受傷時，用無菌紗布覆蓋傷口并送醫(yī)處理。

3.定期維護(hù)設(shè)備，確保安全防護(hù)裝置完好。

四、激光技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

（一）高亮度激光器：發(fā)展超快激光技術(shù)，提升加工效率。

（二）智能化控制：結(jié)合人工智能優(yōu)化參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)加工。

（三）綠色化應(yīng)用：降低能源消耗，推廣環(huán)保型激光材料。

**一、激光技術(shù)概述**

激光（LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation，受激輻射光放大）技術(shù)是一種通過受激輻射原理產(chǎn)生方向性好、亮度高、相干性強(qiáng)且單色性佳的光束的技術(shù)。其核心在于利用特定介質(zhì)在外界能量激勵下，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，從而使光在傳播過程中得到放大。激光技術(shù)在工業(yè)制造、醫(yī)療美容、科學(xué)研究、信息通信、材料分析等多個領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

（一）激光技術(shù)的基本原理

1.**受激輻射（StimulatedEmission）**:當(dāng)一個具有特定能量（頻率）的光子穿過含有粒子（如原子、分子）的介質(zhì)時，如果該粒子恰好處于高能級（激發(fā)態(tài)），光子會誘導(dǎo)該粒子從高能級躍遷到低能級，同時釋放出一個與入射光子完全相同（頻率、相位、方向、偏振態(tài)）的光子。這個過程使得光子數(shù)量增加，即光被放大了。這與自發(fā)輻射（粒子自發(fā)從高能級躍遷到低能級并發(fā)射光子，但光子特性隨機(jī)）和受激吸收（光子被粒子吸收使其躍遷到高能級）形成對比。

2.**粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（PopulationInversion）**:為了實(shí)現(xiàn)光放大，介質(zhì)中處于高能級的粒子數(shù)必須大于處于低能級的粒子數(shù)。這是激光產(chǎn)生的必要條件，因?yàn)橹挥挟?dāng)受激輻射的概率大于受激吸收的概率時，光束才能被凈放大。通過外部能量源（稱為泵浦源，如電激發(fā)、化學(xué)能、光能等）輸入能量，可以將介質(zhì)中的粒子從低能級泵浦到高能級，從而實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。常見的泵浦方式包括光泵浦（常用氙燈或氪燈）、電泵浦（直接用電流激發(fā)，如激光二極管）和化學(xué)泵浦等。

3.**光諧振腔（OpticalResonator）**:為了使光放大能夠持續(xù)進(jìn)行并形成強(qiáng)光束，通常將激光器諧振腔設(shè)計為兩個反射鏡（全反射鏡和部分透射鏡）構(gòu)成的腔體。光束在腔內(nèi)來回反射，每次經(jīng)過工作物質(zhì)時都會誘導(dǎo)更多的受激輻射，從而不斷增強(qiáng)光束強(qiáng)度。部分透射鏡允許一部分光束以激光形式輸出。諧振腔的設(shè)計直接影響激光束的方向性、發(fā)散角和輸出功率。輸出光束通常從部分透射鏡處耦合出腔。

（二）激光技術(shù)的分類

按工作物質(zhì)分類：

(1)**固體激光器（Solid-StateLasers）**:

-**原理**:利用摻雜有激活離子的固體晶體作為工作物質(zhì)，如紅寶石（摻Cr3?的氧化鋁）、釹釔鋁石榴石（Nd:YAG，或摻雜其他離子如YVO?、YLF等）。泵浦源通常是強(qiáng)光脈沖氙燈。

-**特點(diǎn)**:輸出功率范圍廣（從毫瓦級到千瓦級甚至兆瓦級），能量轉(zhuǎn)換效率相對較高（可達(dá)15-30%），結(jié)構(gòu)相對堅固，工作穩(wěn)定。

-**應(yīng)用**:Nd:YAG激光器廣泛用于工業(yè)切割、焊接、打標(biāo)；紅寶石激光器是早期研究的重要對象，可用于激光武器模擬、科研。

(2)**氣體激光器（GasLasers）**:

-**原理**:工作物質(zhì)為氣體或氣體混合物。通過放電（電激發(fā)）或化學(xué)反應(yīng)（化學(xué)激發(fā)）實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。

-**類型與特點(diǎn)**:

-**氦氖激光器（HeNe）**:最常見的氣體激光器之一，通常輸出可見光（632.8nm紅光），結(jié)構(gòu)簡單，輸出穩(wěn)定，單色性好，成本低，但功率較低（毫瓦級）。常用于準(zhǔn)直、指示、激光干涉儀、光譜分析等。

-**二氧化碳激光器（CO?）**:工作物質(zhì)為CO?、N?、He的混合氣。通常輸出紅外光（10.6μm），屬于中紅外激光。輸出功率較高（瓦級到千瓦級），能量轉(zhuǎn)換效率相對較低（約<10%），但成本低廉，操作維護(hù)簡便。廣泛用于工業(yè)切割、焊接（尤其是非金屬和塑料）、激光焊接、表面處理、醫(yī)療（如激光美容、理療）等。

-**氬離子激光器（ArgonIon）**:輸出多種波長的可見光（藍(lán)綠光488nm、藍(lán)光457nm等），功率較高（瓦級到千瓦級），單色性好。常用于材料表面處理、激光刻線、半導(dǎo)體晶圓加工、醫(yī)療手術(shù)等。

-**應(yīng)用**:CO?激光器在家用和工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最廣；HeNe激光器多用于精密測量和科研；氬離子激光器用于高精度加工和醫(yī)療。

(3)**半導(dǎo)體激光器（SemiconductorLasers/DiodeLasers）**:

-**原理**:基于半導(dǎo)體PN結(jié)的受激輻射效應(yīng)。當(dāng)注入電流時，電子與空穴復(fù)合會釋放光子。通過選擇不同的半導(dǎo)體材料（如GaAs、InGaAsP、InGaAlP等），可以精確調(diào)諧激光器的輸出波長（從紫外到中紅外）。

-**特點(diǎn)**:體積小、重量輕、功耗低、壽命長、響應(yīng)速度快、易于調(diào)制（用于數(shù)據(jù)傳輸），成本相對較低。是迄今為止應(yīng)用最廣泛的激光器類型。

-**分類**:按結(jié)構(gòu)可分為單片激光器、邊發(fā)射激光器（Edge-Emitting，常見于光纖通信，輸出功率較高）、垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL，常用于數(shù)據(jù)存儲、投影顯示，面陣輸出）。按輸出波長可分為可見光二極管激光器、紅外二極管激光器。

-**應(yīng)用**:光纖通信（作為光發(fā)射端和光接收端的光源）、激光打?。⊕呙璩上瘢?、激光鼠標(biāo)、條碼掃描、消費(fèi)電子（顯示）、醫(yī)療（低功率激光治療）、激光指示器等。

(4)**液體激光器（LiquidLasers/DyeLasers）**:

-**原理**:工作物質(zhì)為染料溶液或懸浮液。染料分子具有較寬的吸收光譜和可調(diào)諧的發(fā)射光譜。通過泵浦光（通常是紫外或可見光）激發(fā)染料分子實(shí)現(xiàn)受激輻射。

-**特點(diǎn)**:波長可調(diào)諧范圍寬（通常在紫外到近紅外區(qū)域），輸出功率較高，但穩(wěn)定性相對較差，壽命較短（染料易分解），需要泵浦光源。

-**應(yīng)用**:高分辨率光譜學(xué)、光化學(xué)研究、非線性光學(xué)實(shí)驗(yàn)、光束整形等科研領(lǐng)域。

按輸出方式分類：

(1)**連續(xù)波激光器（ContinuousWave,CWLasers）**:持續(xù)輸出穩(wěn)定激光束。

-優(yōu)點(diǎn)：功率穩(wěn)定，適合需要長時間連續(xù)工作的應(yīng)用。

-缺點(diǎn)：對于高功率連續(xù)波激光器，散熱是個挑戰(zhàn)。

-應(yīng)用：某些工業(yè)加工、穩(wěn)頻激光干涉儀、科研設(shè)備。

(2)**脈沖激光器（PulsedLasers）**:在極短的時間內(nèi)（納秒、皮秒甚至飛秒）輸出極高的峰值功率或平均功率。

-**類型**:

-**Q開關(guān)激光器（Q-switchedLasers）**:通過快速改變激光腔的Q因子（品質(zhì)因子），在極短時間內(nèi)將存儲在腔內(nèi)的能量以高峰值功率釋放出來，形成“巨脈沖”。

-**鎖模激光器（Mode-LockedLasers）**:通過穩(wěn)定激光器諧振腔內(nèi)不同模式之間的相位關(guān)系，使激光在極短時間（皮秒-飛秒）內(nèi)以一系列超短脈沖形式輸出。

-**優(yōu)點(diǎn)**:峰值功率高，可用于打孔、切割、燒蝕等需要瞬間高能量的應(yīng)用。

-應(yīng)用：材料加工（微孔加工、表面改性）、激光測距、激光雷達(dá)、非線性光學(xué)研究、醫(yī)療（眼科手術(shù)、去除色素病變）。

三、激光技術(shù)的應(yīng)用**

（一）工業(yè)加工領(lǐng)域**

1.**激光切割（LaserCutting）**:利用高能量密度的激光束照射材料表面，使其熔化、汽化或燒蝕，同時用輔助氣體（如氧氣、氮?dú)狻⒖諝猓┐底呷廴谖?，形成切縫。

-**步驟**:

(1)**準(zhǔn)備與設(shè)置**:

-材料固定：將待切割材料平整放置在切割平臺上，確保無振動。對于較厚材料，可能需要夾緊。

-設(shè)備校準(zhǔn)：檢查激光焦點(diǎn)位置是否與切割頭同軸，確保切割精度。

-參數(shù)設(shè)定：根據(jù)材料類型、厚度、切割要求（速度、精度、邊緣質(zhì)量），在激光切割軟件中輸入或調(diào)整切割路徑和工藝參數(shù)（激光功率、切割速度、輔助氣體壓力、氣體類型）。常見的參數(shù)組合有：

-**碳鋼切割**:通常使用CO?激光器或光纖激光器，配合氧氣作為輔助氣體以實(shí)現(xiàn)高效燃燒切割。功率和速度需匹配以獲得理想的切縫寬度和邊緣質(zhì)量。

-**不銹鋼切割**:多使用光纖激光器或CO?激光器，有時也用氮?dú)馇懈钜垣@得更干凈的邊緣。

-**木材/塑料切割**:CO?激光器常用，參數(shù)調(diào)整相對簡單，注意避免過熱變形。

-路徑編程：導(dǎo)入或手動繪制切割路徑，優(yōu)化走絲順序以減少輔助時間。

(2)**切割過程**:

-啟動激光切割機(jī)，切割頭沿預(yù)定路徑移動。激光束聚焦在材料表面，高能量導(dǎo)致材料熔化/汽化，輔助氣體將熔融物吹走。

-實(shí)時監(jiān)控：觀察切割過程，確保切縫均勻、邊緣光滑，無過度燒焦或切割不徹底現(xiàn)象。如有需要，微調(diào)參數(shù)。

-清理：切割完成后，清理工作區(qū)域，移除廢料。

-**應(yīng)用**:汽車制造（車身覆蓋件、排氣管）、家具制造（異形板材切割）、服裝皮革（服裝裁剪）、鈑金加工、廣告標(biāo)識制作等。

2.**激光焊接（LaserWelding）**:通過激光束作為熱源，熔化并連接兩個或多個工件。相比傳統(tǒng)焊接，激光焊接熱影響區(qū)小、變形小、焊縫強(qiáng)度高、可進(jìn)行精密焊接。

-**參數(shù)控制**:

-**激光功率**:決定熔池大小和溫度。功率越高，熔化區(qū)域越大，焊接速度可能越快。

-**焊接速度**:影響熔池的冷卻速度和焊縫形態(tài)。速度過快可能導(dǎo)致未熔合，過慢可能導(dǎo)致熔池過大或氧化。

-**焦點(diǎn)位置**:焦點(diǎn)相對于工件表面的位置（焦點(diǎn)上移或下移）影響焦點(diǎn)直徑和熔深。通常焊縫質(zhì)量在焦點(diǎn)居中時最佳。

-**輔助氣體**:常用氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)熔池免受氧化，有時氧氣可用于某些金屬（如鋼）的激光熔深增強(qiáng)焊接。氣體流量和類型需根據(jù)材料和工藝選擇。

-**離焦量**:焦點(diǎn)相對于最佳焊接位置的距離，影響焊縫寬度和熔深。

-**應(yīng)用**:精密電子元器件焊接、航空航天結(jié)構(gòu)件連接、醫(yī)療器械制造、汽車零部件焊接、首飾制作等。

3.**激光打標(biāo)（LaserMarking/Engraving）**:利用激光束在材料表面產(chǎn)生永久性標(biāo)記，如文字、圖案、條形碼等。通過控制激光能量、掃描速度和脈沖頻率，可以實(shí)現(xiàn)不同深度和對比度的標(biāo)記。

-**技術(shù)類型**:

-**燒蝕打標(biāo)**:激光能量熔化或汽化材料表面少量物質(zhì)，達(dá)到顯影效果。適用于大多數(shù)金屬和非金屬材料。

-**熱敏打標(biāo)**:激光能量加熱材料表面特定區(qū)域，使其與基體材料發(fā)生物理或化學(xué)變化（如顏色變深），形成標(biāo)記。適用于某些塑料、木材等。

-**冷加工打標(biāo)**:激光束誘導(dǎo)材料內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋或相變，形成標(biāo)記。適用于脆性材料，如玻璃、陶瓷。

-**光子誘導(dǎo)化學(xué)變化打標(biāo)**:激光光子能量引發(fā)材料表面化學(xué)反應(yīng)，改變顏色或形成新物質(zhì)。適用于特定化學(xué)性質(zhì)的材料。

-**應(yīng)用**:產(chǎn)品防偽、序列號打印、零件識別、醫(yī)療器械信息標(biāo)注、電子產(chǎn)品元件標(biāo)記、藝術(shù)品制作等。

4.**激光表面處理（LaserSurfaceTreatment）**:利用激光束改變材料表面的物理或化學(xué)性質(zhì)，如硬度、耐磨性、耐腐蝕性、生物相容性等。

-**方法**:

-**激光相變硬化**:高速激光掃描材料表面，使表層快速加熱并相變硬化，而基體保持原狀。適用于提高零件表面耐磨損能力。

-**激光熔覆**:將熔融的合金粉末（或陶瓷粉末）在激光束作用下沉積在基材表面，形成耐磨、耐腐蝕或特殊功能的涂層。

-**激光表面改性**:通過激光誘導(dǎo)材料表面產(chǎn)生微觀結(jié)構(gòu)變化或化學(xué)反應(yīng)，改善表面性能。如激光誘導(dǎo)表面重熔（改善表面質(zhì)量）、激光沖擊硬化（提高表面強(qiáng)度）。

-**應(yīng)用**:工具刃具硬化、軸承表面耐磨處理、船舶或橋梁結(jié)構(gòu)的防腐蝕處理、生物醫(yī)用植入物表面改性等。

（二）醫(yī)療領(lǐng)域**

1.**激光手術(shù)（LaserSurgery）**:利用激光束進(jìn)行組織切割、凝固、汽化或止血。

-**原理**:激光能量被組織吸收后轉(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致組織溫度升高，發(fā)生蛋白變性、凝固、汽化或炭化，從而達(dá)到切割或封閉血管的目的。

-**設(shè)備**:手術(shù)激光器通常設(shè)計有光纖傳輸系統(tǒng)，將激光束引導(dǎo)至手術(shù)部位，并配備相應(yīng)的手術(shù)器械（如激光刀頭、光纖探頭）。常配有實(shí)時控制手柄，可調(diào)節(jié)激光功率和輸出模式（連續(xù)波或脈沖）。

-**類型與應(yīng)用**:

-**切割**:激光刀替代傳統(tǒng)手術(shù)刀，切割精度高、出血少、熱損傷范圍小。常用于眼科（角膜切割）、耳鼻喉科（黏膜切割）、皮膚科（切除病變組織）。

-**凝固/止血**:中等功率的激光束可使組織蛋白變性凝固，封閉小血管，用于減少手術(shù)出血。

-**汽化/消融**:高能量密度的激光束可將組織瞬間汽化，用于去除表面病變組織，如皮膚燒灼治療、子宮內(nèi)膜消融等。

-**焊接**:激光束可用于吻合血管或組織，但應(yīng)用相對較少。

-**優(yōu)勢**:精度高、出血少、術(shù)后瘢痕小、感染風(fēng)險低、可進(jìn)行微創(chuàng)甚至無創(chuàng)操作。

-**注意事項(xiàng)**:需要精確控制激光參數(shù)，防止對周圍健康組織造成損傷；操作人員需經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)。

2.**激光美容（LaserCosmetology/AestheticMedicine）**:利用特定波長激光的選擇性光熱效應(yīng)或光化學(xué)效應(yīng)，改善皮膚外觀或治療皮膚疾病。

-**原理**:

-**選擇性光熱效應(yīng)**:特定波長的激光能量被皮膚中目標(biāo)組織（如色素斑、毛發(fā)）選擇性吸收，轉(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致目標(biāo)組織溫度升高并受損，而周圍正常皮膚吸收的能量少。

-**光化學(xué)效應(yīng)**:激光能量誘導(dǎo)光敏劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生破壞目標(biāo)組織的效果（如PDT光動力療法）。

-**常見項(xiàng)目**:

-**激光脫毛**:使用特定波長（如Alexandrite或Diode激光）照射毛囊，破壞毛囊細(xì)胞，達(dá)到永久性或半永久性脫毛效果。需多次治療。

-**色素性疾病治療**:如激光治療雀斑、黃褐斑、文身、老年斑等。使用特定波長的激光選擇性地破壞色素細(xì)胞。

-**光子嫩膚（IPL）**:使用寬光譜強(qiáng)脈沖光，同時作用于皮膚中的色斑、紅血絲和皺紋，刺激膠原蛋白再生，改善皮膚質(zhì)地和色澤。屬于非激光類但原理相近。

-**毛孔縮小/控油**:低能量激光或光子照射，刺激膠原蛋白再生，改善毛孔粗大和油脂分泌。

-**面部年輕化**:如點(diǎn)陣激光（FractionalLaser），通過在皮膚上制造微小的熱損傷區(qū)，刺激深層膠原蛋白再生，達(dá)到緊致提升的效果。

-**優(yōu)勢**:靶向性好、效果相對顯著、恢復(fù)期較短（多數(shù)項(xiàng)目后僅有輕微紅腫）。

-**注意事項(xiàng)**:需選擇正規(guī)醫(yī)療機(jī)構(gòu)和經(jīng)驗(yàn)豐富的醫(yī)生操作；治療前需評估皮膚類型和病史，避開光敏性藥物；治療后需嚴(yán)格防曬。

（三）科研與通信領(lǐng)域**

1.**激光光譜分析（LaserSpectroscopy）**:利用激光作為光源，通過檢測物質(zhì)與激光束相互作用后產(chǎn)生的吸收、發(fā)射、散射等光譜信號，進(jìn)行物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)等信息分析。

-**技術(shù)**:

-**激光吸收光譜**:通過測量樣品對特定波長激光的吸收程度變化來檢測物質(zhì)濃度或分子振動/轉(zhuǎn)動能級。如拉曼光譜（RamanSpectroscopy）、傅里葉變換紅外光譜（FTIR，常使用激光源）。

-**激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）**:用高能量激光脈沖在固體或液體表面產(chǎn)生等離子體，通過分析等離子體發(fā)射的光譜來識別元素成分。具有快速、便攜、可原位分析等優(yōu)點(diǎn)。

-**光聲光譜（PhotoacousticSpectroscopy）**:利用激光照射樣品產(chǎn)生光聲信號（光熱效應(yīng)導(dǎo)致樣品快速熱膨脹），通過測量聲信號探測樣品吸收光譜。靈敏度高。

-**應(yīng)用**:化學(xué)成分分析、物質(zhì)結(jié)構(gòu)鑒定、環(huán)境監(jiān)測（氣體檢測）、食品安全檢測、地質(zhì)勘探、臨床診斷（如血氧飽和度測量）等。

2.**光纖通信（FiberOpticCommunication）**:利用半導(dǎo)體激光器作為光源，將電信號調(diào)制到光載波上，通過光纖傳輸信息。

-**原理**:

-**光發(fā)射**:半導(dǎo)體激光器在電流驅(qū)動下發(fā)射特定波長的光脈沖或連續(xù)光信號。激光器的調(diào)制速率（每秒可變化次數(shù)）決定了數(shù)據(jù)傳輸速率。

-**光纖傳輸**:光信號在低損耗的光纖中傳輸，可傳輸極遠(yuǎn)距離（數(shù)十甚至數(shù)千公里），同時保持信號質(zhì)量。

-**光檢測**:接收端使用光電二極管將光信號轉(zhuǎn)換回電信號。

-**優(yōu)勢**:傳輸速率高（可達(dá)Tbps級別）、帶寬寬、抗電磁干擾能力強(qiáng)、信號衰減小、保密性好。

-**應(yīng)用**:互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)、長途電話通信、有線電視網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心內(nèi)部互聯(lián)、傳感系統(tǒng)等。是現(xiàn)代信息社會的基礎(chǔ)設(shè)施之一。

3.**其他科研應(yīng)用**:

-**激光干涉測量**:利用激光極高的相干性和穩(wěn)定性，進(jìn)行精密長度測量、位移測量、振動測量等。如邁克爾遜干涉儀、法布里-珀羅干涉儀。

-**非線性光學(xué)**:在高強(qiáng)度激光與介質(zhì)相互作用下，產(chǎn)生倍頻、和頻、差頻等新頻率光，用于產(chǎn)生紫外、紅外激光，或研究材料的非線性特性。

-**激光冷卻與陷俘**:利用激光與原子相互作用產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)和光子反沖，使原子溫度降至接近絕對零度（微開爾文量級），并利用特定光場設(shè)計將其限制在微小空間內(nèi)。這是實(shí)現(xiàn)玻色-愛因斯坦凝聚（BEC）等前沿物理研究的關(guān)鍵技術(shù)。

-**天體物理研究**:激光干涉測量（如LIGO、VIRGO）用于探測引力波；激光測距可用于精確測定天體距離。

**二、激光技術(shù)的安全操作規(guī)范**

激光技術(shù)雖然應(yīng)用廣泛，但其高亮度、高方向性和高能量特性也帶來了潛在的安全風(fēng)險，主要是對眼睛和皮膚的傷害。必須嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程。

（一）設(shè)備準(zhǔn)備與環(huán)境檢查

1.**個人防護(hù)**:

-必須佩戴經(jīng)過認(rèn)證、具有合適波長防護(hù)等級（如符合IEC60825標(biāo)準(zhǔn)）的激光防護(hù)眼鏡。眼鏡必須能阻擋激光器可能產(chǎn)生的所有相關(guān)波長和足夠高的能量密度。不同激光器、不同工作模式（連續(xù)波/脈沖）可能需要不同類型的眼鏡。

-根據(jù)需要佩戴防護(hù)面罩、防護(hù)服、手套等，防止激光反射或散射到皮膚。

-穿著長袖、長褲等封閉式服裝，避免皮膚暴露。

2.**設(shè)備檢查**:

-檢查激光器電源連接是否牢固，無破損。

-檢查激光器輸出功率或能量設(shè)置是否在安全范圍內(nèi)，初始操作應(yīng)從低功率開始。

-檢查激光傳輸光纖、反射鏡、切割頭等光學(xué)元件是否清潔、無損傷、安裝牢固。

-檢查安全互鎖裝置（如門控開關(guān)、安全門鎖）是否功能正常。確保當(dāng)激光器防護(hù)門打開或相關(guān)區(qū)域有人時，激光器無法啟動。

3.**工作環(huán)境**:

-工作區(qū)域應(yīng)保持整潔，減少激光束可能遇到的反射面（如高光澤表面、鏡面、水面）。對必要的反射面進(jìn)行漫反射處理（如貼覆防反貼膜）。

-確保操作空間足夠，避免人員隨意走動。

-在激光加工區(qū)域附近設(shè)置警示標(biāo)識，告知存在激光危險。

-保持室內(nèi)通風(fēng)良好，特別是使用CO?激光器等可能產(chǎn)生有害氣體的設(shè)備時。

（二）操作步驟與注意事項(xiàng)

1.**啟動前**:

-確認(rèn)所有人員已佩戴合適的防護(hù)裝備，且不在激光光路上。

-按照設(shè)備說明書規(guī)定的順序啟動激光器及輔助設(shè)備（如氣源）。

-觀察設(shè)備是否有異常聲音、氣味或指示燈報警。

2.**啟動與測試**:

-先開啟輔助氣體（如氧氣、氮?dú)?、空氣）?/p>

-啟動激光器，選擇最低安全功率或能量設(shè)置。

-打開激光器防護(hù)門，將光束導(dǎo)向安全的測試屏或漫射板（如白紙、漫射筒），不要直視光束。

-調(diào)整光束位置和焦點(diǎn)，確認(rèn)光路正確。

-在安全距離外，用防護(hù)眼鏡（低等級或?qū)ｉT測試鏡）觀察光束是否有異常（如散焦、不穩(wěn)定）。

3.**操作中**:

-嚴(yán)禁直視激光束或在激光束路徑上窺視。即使是看似功率低的激光（如HeNe），長時間直視也可能造成視網(wǎng)膜損傷。

-操作激光加工設(shè)備時，必須使用腳踏開關(guān)或遠(yuǎn)離眼睛的距離開關(guān)控制激光輸出，確保手部或身體不意外進(jìn)入光路。

-定期檢查防護(hù)眼鏡的清潔度和防護(hù)等級是否依然有效，鏡片scratched或老化會降低防護(hù)效果。

-如需離開操作臺，必須關(guān)閉激光器輸出或確保安全互鎖生效。

-處理激光加工后的廢料時，注意可能存在的反射或散射風(fēng)險，必要時佩戴防護(hù)手套。

4.**特殊情況**:

-**脈沖激光**:特別注意高峰值功率可能帶來的額外風(fēng)險。確保防護(hù)措施針對所使用的脈沖能量和重復(fù)頻率。

-**高功率激光**:操作高功率激光器時，必須采取更嚴(yán)格的安全措施，并確保所有接觸人員均經(jīng)過充分培訓(xùn)。

（三）應(yīng)急措施與事故處理

1.**緊急停止**:

-立即按下急停按鈕（EmergencyStop）或關(guān)閉激光器電源。

-如果可能，手動關(guān)閉防護(hù)門，激活安全互鎖。

2.**人員暴露**:

-**眼睛受傷**:立即停止工作，小心移除防護(hù)眼鏡（如有異物嵌入請勿自行操作）。用干凈的紗布或布覆蓋傷眼，迅速送往醫(yī)院眼科急診。告知醫(yī)生可能接觸到的激光類型和能量。

-**皮膚受傷**:立即用大量流動清水沖洗受傷部位至少15分鐘。如果傷勢嚴(yán)重（如大面積燒傷、深度燙傷），立即送往醫(yī)院急救。

3.**火災(zāi)處理**:

-激光束可能點(diǎn)燃易燃材料。工作區(qū)域必須配備合適的滅火器（如干粉滅火器、二氧化碳滅火器），且操作人員應(yīng)知道如何使用。

-禁止用水撲滅由激光引起的普通電氣火災(zāi)（除非設(shè)備已斷電且無短路風(fēng)險）。

-一旦發(fā)生火災(zāi)，立即啟動應(yīng)急程序，切斷電源，使用滅火器滅火。

4.**設(shè)備故障**:

-發(fā)現(xiàn)激光器或光學(xué)元件故障，立即停止使用，貼上“故障待修”標(biāo)識，并報告給專業(yè)人員處理。嚴(yán)禁自行拆卸維修。

5.**事故記錄**:

-任何安全事件或事故，無論嚴(yán)重程度，都應(yīng)記錄在案，分析原因，并采取預(yù)防措施。

**三、激光技術(shù)的未來發(fā)展趨勢**

激光技術(shù)作為一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)技術(shù)，正不斷向更高功率、更高精度、更高效率、智能化和綠色化方向發(fā)展。

（一）高亮度與超快激光技術(shù)**

1.**更高平均功率與峰值功率**:

-發(fā)展新型激光介質(zhì)（如光纖、晶體）和泵浦技術(shù)，實(shí)現(xiàn)千瓦級甚至兆瓦級平均功率的固體激光器，以及更高峰值功率的脈沖激光器，滿足極端材料加工（如微納結(jié)構(gòu)制造）、慣性約束聚變（ICF）研究等需求。

2.**超短脈沖激光**:

-發(fā)展飛秒（fs）甚至阿秒（as）量級超短脈沖激光器。利用其極短的持續(xù)時間對應(yīng)極高的瞬時功率密度，實(shí)現(xiàn)“冷加工”——對材料進(jìn)行選擇性非熱損傷加工，如精密微納結(jié)構(gòu)雕刻、超快動力學(xué)研究等。

（二）智能化與精密化控制**

1.**智能加工路徑規(guī)劃**:

-結(jié)合人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML），根據(jù)材料特性、加工要求，自動優(yōu)化激光切割、焊接、打標(biāo)的路徑和參數(shù)，提高加工效率和質(zhì)量，適應(yīng)復(fù)雜零件的加工需求。

2.**自適應(yīng)閉環(huán)控制**:

-在加工過程中，利用傳感器（如攝像頭、光譜儀、位移傳感器）實(shí)時監(jiān)測加工狀態(tài)（如切縫寬度、焊縫熔深、表面形貌），并將信息反饋給控制系統(tǒng)，自動調(diào)整激光功率、速度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度、高穩(wěn)定性的自動化加工。

3.**機(jī)器人集成**:

-將激光系統(tǒng)與高精度工業(yè)機(jī)器人（如六軸機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)器人）深度融合，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面、異形零件的柔性自動化加工，提高生產(chǎn)效率和適應(yīng)多變市場的能力。

（三）綠色化與可持續(xù)發(fā)展**

1.**提高能量轉(zhuǎn)換效率**:

-研發(fā)更高效的激光器，如改進(jìn)型光纖激