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激光的用途

浏览次数: 日期:2015-03-28

以下为激光的用处:

(1)激光通讯 
    用光传送信息,在今天非常普遍。比方,舰船用灯语通讯,交通灯用红、黄、绿三色彩度。但是一切这些用普通光传送信息的方式,都只能局限在短间隔内。要想把信息经过光直接传送到悠远的中央,就不能用普通光,而只能动用激光。 

    激光通讯先进在哪里?激光通讯的优点首先是容量大。它的容量有多大呢?当我们平常打电话时,讲着讲着有时会串进来不相干的说话声。这种打架现象是由于一对电话线上只能经过一路电话,假如另外串进来一路电话,正常的通话双方就会遭到干扰。假设有10对人同时用一对电话线通话,就等于20个人同时讲话,那就基本无法通话了。为理解决这个问题,就必需采用载波等办法,使各路电话分别处在各个频段上。由于普通电话的频率范围为300~400赫,而在一对电话线上最高频率只要1500千赫,所以在一对电话线上只能同时经过十几路电话。显然,这样的电信容量是远远不能满足当今信息社会的请求的。

 

 

    特别令人诧异的是,光纤通讯特别合适于电视、图像和数字的传送。据报道,一对光纤可在一分种内传送全套《大英百科全书》。

    此外,制造光导纤维的资料是地球上四处都有的砂子——石英,只需几克石英就能制造出1千米长的光纤。这样,不只原资料取之不尽、用之不竭,还能够大大节约铜和铝材。正由于如此,目前世界上兴旺国度都在竞相研讨激光通讯。于是激光通讯成了争相开展的宠儿。

 

 

    在通讯技术史上,光纤通讯技术的开展之快是史无前例的。拿通讯技术史上的几个里程碑来看,电话从创造到应用,破费了60年左右的时间,并且电话通讯至今仍大量、普遍运用。无线电技术(例如电报)从创造到应用也花了30年左右时间。电视技术固然开展较快,但依然孕育了约14年。而激光通讯,从第一根低损耗光导纤维的降生到应用,总共只要5年时间。如今激光通讯不只应用普遍,而且构成了宏大的光纤市场。

 

 

    总之,工业兴旺国度都已树立了全国性的光纤通讯网络,以便彻底替代目前的铜质电线电缆,这项浩荡的技术工程估量到2000年可告完成。到那时分,激光通讯将给我们这个地球带来宏大变化。例如,深居简出就能够应用光纤网络在家中处置文件或参与一个会议;或者将家中的光纤网络与购物中心相连,好像置身在超级市场一样,坐在家当选购需求的商品,货款只须与电子金融购物系统结算。各地的医疗中心也能够从屏幕上查看病人的病情和化验报告,并据此开出处方单,从而真正做到“秀才不出门,可知天下事”,“运筹于帷幄之中,决胜于千里之外”。

 

 

    激光和光纤还能够传送图像。首先,要将直径比人头发丝还要细的单根光导纤维组合成纤维束。在传送信息过程中,常用的纤维束有两种:一种叫传光束,另一种叫传像束。传光束的任务是将光从一头传到另一头。传光束构造比拟简单,它是由多根单丝胶合在一同,再将其端面抛光、研磨,以便减少光进入光纤时的反射和散射损失,然后在传光束外面套上塑料护套。

 

 

    由于一根光纤只能传送一个光点,要传送整幅图像就必需将光导纤维一根一根划一地排列起来,这样组成的光纤束就叫传像束。

    在传像束中,全部光纤都排列得整划一齐,两个端头所处的位置都逐个严厉对应,一点也不紊乱,就像一把划一的筷子那样。比方,某根光纤的一头在传像束中处于第八排第八列的位置上,那么它的另一头也同样是处于八、八位置上。

 

 

    传像束在传送图像时,首先将图像分割成网眼状,即一幅图像被无数根光纤合成成无数个像元,然后再传送进来。一根光纤担任传送一个像元,无数根光纤便能将整幅图像传送到另一端。假如要使图像传送得明晰,就要尽可能选用直径较细的光纤,由于光纤越细,在一定的传像束上就能包容进更多的光束,这样就能传送更多的像元。显然,像元越多,图像就越明晰。

 

 

    如今应用的传像束由上万根光纤组成,要把这么多光纤划一地排列起来可不是一件容易的事。排列好后,再用一种叫作环氧树脂的有机粘合剂将两端胶合,使光纤粘结固定,保证两端光纤逐个对应。对两个端面还要磨平和抛光。至于中间局部则不用粘牢,而是像二胡的弦那样松懈,只须在外面加上维护的塑料套管,这样的传像束既柔软,又能够恣意弯曲。 

 


    除了传送图像处,传像束还能传送普通的符号或数字,以及放大图像或减少图像。 
    如要放大图像,能够将传像束做成一端大、一端小,就像锥体那样。当图像元从小端传到大端时,整幅图像就被放大。反之,如将图像从大端发送到小端,整幅图像就被减少了。 

 


    此外,应用光纤还能够改动图像。假如依据需求有意打乱光导纤维的排列,就能够使出口端的像元并不落在原先对应的点上,而落到客观构思的点上,于是图像就改动了。假如将图像元进口端的光纤做成方形,而将出口端光纤做成圆环形,就能将方形的图像元变成圆环形的像元。 
    总之,光纤传像束有很大的开展潜力,在将来的光信息处置技术中将日益显现其共同的作用。 

 


(2)资料加工 
    钻孔、切割、焊接以及淬火,是加工金属资料时最常用的操作。自从引进了激光后,在加工的强度、质量以及范围等方面创始了全新的场面。除了金属资料外,激光还能加工许多非金属资料。 
    激光钻孔机在激光钻孔机问世之前,对各种机械零件钻孔靠的是电动钻孔机或冲床。但机械钻孔不只效率低,而且钻出的孔洞外表不够光亮。 

 


    激光钻孔的原理,是应用激光束汇集使金属外表焦点温度疾速上升,温升可达每秒l00万度。当热量尚未发散之前,光束就烧熔金属,直至汽化,留下一个个小孔。激光钻孔不受加工资料的硬度和脆性的限制,而且钻孔速度异常快,快到能够在几千分之一秒,乃至几百万分之一秒内钻出小孔。 

 


    比方,假如需求在金属薄板上钻出几百个连人眼都难以发觉出来的微孔,用电动钻孔机显然是不能胜任的,但用激光钻孔机却能在1~2秒钟内全部完成。假如用放大镜对这些微孔作一番细查的话,可发现微孔面非常划一光亮。 
    激光钻孔还可用来加工手表钻石。它每秒钟可钻 20~30个孔,比机械加工效率高几百倍,而且质量高。同时,激光钻孔与下面我们就要讲到的激光切割一样,加工过程是非接触式的,即不像机械加工那样靠钢钻头逐步钻透金属资料。因而,激光操作能够在自动化连续加工,或者在超净、真空的特殊环境中发挥作用。 

 


    激光切割机晓得了激光钻孔的原理,就容易了解激光为什么能够切割金属资料了:只需挪动工件或者挪动激光束,使钻出的孔洞连边成线,就自然能将资料切割下来了。而且,不管是什么样的资料,如钢板、钛板、陶瓷、石英、橡胶、塑料、皮革、化纤、木材等,激光都如一柄削铁如泥,削木如灰的光剑,而且,切割的边缘十分光亮。 

 


    激光焊接机激光之所以能用来焊接,是由于它的功率密度很高。所谓功率密度高,是指在每平方厘米面积上能集中极高的能量。激光的功率密度有多高呢?我们能够作个比拟:工厂里通常用于焊接的乙炔火焰能将两块钢板焊在一同,这种火焰的功率密度能够到达每平方厘米1000瓦;氩弧焊设备的功率密度还要高,能够到达每平方厘米10000瓦。但这两种焊接火焰基本无法与激光相比,由于激光的功率密度要比它们高出千万倍。这样高的功率密度不只能够焊接普通的金属资料,还能够焊接又硬又脆的陶瓷。 

 


    激光淬火传统的淬火办法非常简单,先将刀刃烧红,然后骤然浸到冷水里,经过这一热一冷的处置,刀刃的硬度就大为进步。不过,这样淬火显然不太便当,效果也不一定理想。 
激光淬火,是用激光扫描刀具或零件上需求淬火的部位,使被扫描区域的温度升高,而未被扫描到的部位仍维持常温。由于金属散热快,激光束刚扫过,这部位的温度就急骤降落。降温越快,硬度也就越高。假如再对扫描过的部位喷速冷剂,就能取得远比普通淬火要理想得多的硬度。

 

 

(3)激光照相排版

    照相排版实践上是引入了光学摄影原理。用活字排版,必需依据书稿,依样画葫芦地检出各种大小、字体不同的铅字和符号停止排版。而照相排版要烦琐很多,它是经过排字机上的透镜,来改动字样的大小和外形的。至于用透镜为什么就能改动字样的大小和外形,这实践上就等于我们照“哈哈镜”。

 

 
    用照相排版时,只需将光源经过透镜把需求的文字和符号,在感光相纸上成像,再经过显影和定影就构成了照相底片。然后,只需像印照片那样印刷就行。 

 


    照相排版可运用两种光源,方才讲的是普通光源,相比之下,激光排版省时省力。由于激光亮度高,颜色浅,能够大大改善图像的明晰度,印出来的书质量自然就高。它的原理是怎样的呢?首先经过计算机把文字变成一个个点,然后用点来控制激光扫描感光底片,才真正拍摄出全息照相。 

 


    全息照相与平面照相是两回事。虽然平面彩色照片看上去颜色鲜艳、层次清楚,富有平面感,但它总归仍是单面图像,再好的平面照也替代不了真实的实物。比方,一个正方形木块的平面照,不管我们怎样改动察看角度,只能看到照片上的那个画面,但全息照就不同了,我们只需改动一下察看角度,就能够看到这个正方块的六个方面。由于全息技术能将物体的全部几何特征信息都记载在底片上,这也是全息照相最重要的一个特性。 

 


    全息照相的第二个重要特性是,能以一斑而知全豹。当全息照被损坏,即便是大半损坏的状况下,我们依然能够从剩下的那一小半上看到这张全息照上原有物体的全貌。这关于普通照片来说就不行,即便是损失一只角,那只角上的画面也就看不到了。 


    全息照的第三个特性是,在一张全息底片上能够分层记载多幅全息照,而且在它们显现画面时不会相互干扰。正是这种分层记载,使得全息照可以存储宏大的信息量。激光全息照的底片,能够是特种玻璃,也能够是乳胶、晶体或热塑等。一块小小的特种玻璃,能够把一个大型图书馆里的上百万册藏书内容全部存储进去。全息照相的用处日益普遍。 

 


    全息照相能够将宝贵的历史文物记载下来,万一有文物古迹遭到严重毁坏,即便荡然无存,我们依然能够依据全息照相重建。比方像北京圆明园那样的名胜,当年被八国联军焚毁,如今固然打算重建,由于不晓得原来的整个相貌,就难以完整恢复。假如全息照相提早100年创造的话,事情就好办了。 

 


    全息照相在工业上还能够用作无损检测。什么是无损检测呢?就是说,用激光全息技术既能够检查出产品有没有微小的缺点,又一点也不会损伤这些产品。 更令人感兴味的是,目前全息照相还被用来拍摄全息电影和电视,不久观众会看到真实生活的图像画面了。即用激光“撞”击底片上的感光涂料,留下无数个对应的点,这些点经显影、定影后就重新变成文字或图像。这里,激光束相当于电子束,感光底片相当于电视机荧屏。接下来,用载有文字和图像的底片就能够去印书报杂志了。彩色电视机之所以能显现红、绿、蓝三色,是由于荧屏上涂有三色荧光粉,它们在电子撞击下会显出三种颜色。而激光照相排版也能够采用相似的原理,印刷出漂亮的彩色画面来。

 

 

(4)激光在医学上的应用

    激光应用在医疗器械范畴的成果是很多的,它能够扮演钻头、手术刀、焊枪等多种角色。 
    焊枪和钻头在眼科,激光主要是用来治疗视网膜剥离。视网膜剥离是一种很棘手的疾病,患者的视网膜与眼球内壁脱开,无法产生视觉。在激光没有问世之前,病人恐怕难免失明的灾难。 
    如今,医生能够用激光器对准病人眼底,使激光器发射出一束激光,经过加热使视网膜重新与眼球内壁合在一同。整个过程要不了几分钟,激光束就像焊枪一样,将病人的视网膜焊接好了。 
    除了焊接外,激光这把焊枪也能够用于切割。 

 


    白内障是老年人的常见病。病人的眼球前部的凸透镜——晶状体,由原来透明的弹性体慢慢变得混浊无弹性,光线就不能经过晶状体,落到眼底的视网膜上,病人逐步看不见东西。治疗白内障的传统方法是,将眼球前部切开一条口子,然后从小口子中伸进一根细金属针。这根金属针温度极低,将混浊的晶状体冻得粘在针上,然后一同从小口子中带出,显然,整个手术比拟费事。 

 

 


    假如用医用激光器来治疗,不只便当,而且效果好。只需将激光束对准眼球内晶状体的前外表或后外表发射,就能够疾速切除掉晶状体外表的混沌膜。 

 

 


    在牙科,激光能够替代牙钻。依据世界卫生组织统计,儿童的龋齿发病率是相当高的,大约到达75%。用激光治牙,病人简直没有不舒适的觉得,而且只需不发炎,一次治疗就能处理问题。牙科激光器是激光器中的小弟弟,它的功率很小,只要3瓦,相当于一支节能灯,简直不产生热量。它的发射端实践上是像头发丝那么细的光导纤维。 


    治疗时,只须将光纤发射端接近龋齿灶,发出激光束,龋处组织会合成,然后用清水冲洗掉。假如龋齿仅是浅度的牙珐琅质受损,激光束会将受损处的细微孔隙逐个封死,这样便能够阻止乳酸腐蚀牙实质。假如已呈现了龋孔,用激光束钻孔、清洗后,即可将人造珐琅质资料填入空泛中,再用激光加热接合处,使人造珐琅质资料与牙珐琅质融为一体。激光治牙不只无痛、疾速,而且治疗后的效果也好。 

 

 


    激光手术刀假如要运用激光刀给病人的膀胱、心脏、肝脏、胃、肠等重要内脏入手术,难度就大了。激光怎样能进入到人的内脏里去呢?这就要靠医生手中的一件宝贝了,这件宝贝就是激光纤维内窥镜。 

 

 


    所谓内窥镜,是医生用来插到人体内直接察看器官的光学安装。但通常的内窥镜体积比拟大,也比拟粗糙,只能从病人口腔沿食道插到胃里察看。插胃是非常难受的,病人会感到很痛苦。激光纤维内窥镜则完整不同。用光导纤维做成的内窥镜又软、又细、又能弯曲,当它插入病人胃里时,不会有痛苦。除了胃,光纤内窥镜还能进入其他重要的脏器内。激光纤维内窥镜一方面可用来检查病人的脏器能否有病变,更主要的是能够将激光能量输入体内脏器中,对病变组织停止映照,也即加以切除,起到手术刀的作用。而且,用激光刀切割,伤口能自动止血,不需求结扎出血点,大大缩短了手术时间,伤口也不会发炎。假如用激光刀切除恶性肿瘤,还能够避免癌细胞扩散呢。

 

 

 

(5)激光武器 
    激光导弹在海湾战争中,以美国为首的多国部队向伊拉克境内发起大范围空袭,摧毁伊拉克的许多重要军事目的。最后,这场战争以伊拉克的失败而告终。有人说,海湾战争是一场先进武器的比赛,这话确有道理。 

 


    美国的飞机上装有激光瞄准器,它能发射出红外激光。当一架担任侦查任务的飞机在空中发现空中目的时,就边在空中回旋,边用激光瞄准器不时地向目的发射激光束。这种激光束实践上起着导游的作用。这时,担任攻击任务的另一些飞机就随后飞来,向目的扔下激光制导导弹。这些激光制导导弹上装有自动跟踪系统。这种自动跟踪系统等于导弹的眼睛,当导弹扑向目的时,它能依据从目的上反射回来的导游激光,不时地修正飞行中的航向,从而精确无误地击中目的。 

 


    其实,这类激光制导导弹,早在70年代,美国在越南战场上就运用过。如今不只有空对地导弹,而且有地对地、空对空、地对空等多种激光导弹。 
今天,人们已可以将无线电搜索雷达、激光雷达分离起来,组成作战系统。比方,当无线电雷达发现空中目的(敌机或导弹)后,就能够将目的的高度、方位和速度精确丈量出来。只需目的进入一定范围内,激光雷达就会开启,发射出一束很细的激光束,紧紧盯住并准确丈量出目的的位置,然后发射的激光导弹,会依据激光雷达提供的导游激光束,精确地命中目的,将其摧毁。这类激光导弹能够便当地部署在卡车上,也能够改装成反坦克导弹。 

 


    目前研制成的反坦克激光导弹,既能够从空中上发射,也能够从直升飞机上发射。导弹上装有半导体激光器,起着自动跟踪目的的作用,使导弹能百发百中地击中坦克。 
激光雷达固然精度高、体积小、操作乖巧、转移便当,但它也有缺陷,就是容易遭到气候条件的限制,也不适于在大范围内搜索目的。因而,它普通都与无线电雷达配合运用,相互扬长避短。 

 


    激光枪和激光炮所谓激光枪和激光炮都属于激光战术武器。它们的外形像枪和炮,但它们发射的不是子弹和炮弹,而是激光束,使敌方人员伤亡或失明。这类枪炮的能力大小,与自身的能量和射击间隔有关。如今激光枪和激光炮的有效射程还不远,所以死光的能力有限.

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