雷射技術套用
雷射加工技術是利用雷射束與物質相互作用的特性對材料(包括金屬與非金屬)進行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工以及做為光源,識別物體等的一門技術,傳統套用最大的領域為雷射加工技術。雷射技術是涉及到光、機、電、材料及檢測等多門學科的一門綜合技術,傳統上看,它的研究範圍一般可分為:
1.雷射加工系統。包括雷射器、導光系統、加工工具機、控制系統及檢測系統。
2.雷射加工工藝。包括切割、焊接、表面處理、打孔、打標、劃線、微調等各種加工工藝。
雷射焊接:汽車車身厚薄板、汽車零件、鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等密封器件以及各種不允許焊接污染和變形的器件。目前使用的雷射器有YAG雷射器,CO2雷射器和半導體泵浦雷射器。
雷射切割:汽車行業、計算機、電氣機殼、木刀模業、各種金屬零件和特殊材料的切割、圓形鋸片、壓克力、彈簧墊片、2mm以下的電子機件用銅板、一些金屬網板、鋼管、鍍錫鐵板、鍍亞鉛鋼板、磷青銅、電木板、薄鋁合金、石英玻璃、矽橡膠、1mm以下氧化鋁陶瓷片、航天工業使用的鈦合金等等。使用雷射器有YAG雷射器和CO2雷射器。
雷射打標:在各種材料和幾乎所有行業均得到廣泛套用,目前使用的雷射器有YAG雷射器、CO2雷射器和半導體泵浦雷射器。
雷射打孔:雷射打孔主要套用在航空航天、汽車製造、電子儀表、化工等行業。雷射打孔的迅速發展,主要體現在打孔用YAG雷射器的平均輸出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。國內目前比較成熟的雷射打孔的套用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產及鐘錶和儀表的寶石軸承、飛機葉片、多層印刷線路板等行業的生產中。目前使用的雷射器多以YAG雷射器、CO2雷射器為主,也有一些準分子雷射器、同位素雷射器和半導體泵浦雷射器。
雷射熱處理:在汽車工業中套用廣泛,如缸套、曲軸、活塞環、換向器、齒輪等零部件的熱處理,同時在航空航天、工具機行業和其它機械行業也套用廣泛。我國的雷射熱處理套用遠比國外廣泛得多。目前使用的雷射器多以YAG雷射器,CO2雷射器為主。
雷射快速成型:將雷射加工技術和計算機數控技術及柔性製造技術相結合而形成。多用於模具和模型行業。目前使用的雷射器多以YAG雷射器、CO2雷射器為主。
雷射塗敷:在航空航天、模具及機電行業套用廣泛。目前使用的雷射器多以大功率YAG雷射器、CO2雷射器為主。
美國德克薩斯州大學的科學家研製出世界上功率最強大的可操作雷射,這種雷射每萬億分之一秒產生的能量是美國所有發電廠發電量的2000倍,輸出功率超過1皮瓦——相當於10的15次方瓦。這種雷射第一次啟動是在1996年。馬丁尼茲說,希望他的項目能夠在2008年打破這一紀錄,也就是說,讓雷射的功率達到1.3皮瓦到1.5皮瓦之間。超級雷射項目負責人麥卡爾·馬丁尼茲表示:“我們可以讓材料進入一種極端狀態,這種狀態在地球上是看不到的。我們打算在德州觀察的現象相當於進入太空觀察一顆正在爆炸的恆星。”
雷射歷史
1958年,美國科學家肖洛和湯斯發現了一種神奇的現象:當他們將內光燈泡所發射的光照在一種稀土晶體上時,晶體的分子會發出鮮艷的、始終會聚在一起的強光。根據這一現象,他們提出了"雷射原理",即物質在受到與其分子固有振盪頻率相同的能量激勵時,都會產生這種不發散的強光--雷射。他們為此發現了重要論文。
肖洛和湯斯的研究成果發表之後,各國科學家紛紛提出各種實驗方案,但都未獲成功。1960年5月15日,美國加利福尼亞州休斯實驗室的科學家梅曼宣布獲得了波長為0.6943微米的雷射,這是人類有史以來獲得的第一束雷射,梅曼因而也成為世界上第一個將雷射引入實用領域的科學家。
1960年7月7日,梅曼宣布世界上第一台雷射器由誕生,梅曼的方案是,利用一個高強閃光燈管,來刺激在紅寶石色水晶里的鉻原子,從而產生一條相當集中的纖細紅色光柱,當它射向某一點時,可使其達到比太陽表面還高的溫度。
前蘇聯科學家H.Γ.巴索夫於1960年發明了半導體雷射器。半導體雷射器的結構通常由P層、N層和形成雙異質結的有源層構成。其特點是:尺寸小,耦合效率高,回響速度快,波長和尺寸與光纖尺寸適配,可直接調製,相干性好。