激光技术相关科技论文范文 第1篇

【关键词】激光加工技术 相关理论 发展 应用

一、前言

近年来重大的发明之一是激光技术。随着社会经济的快速发展，把激光器当成基础的激光加工的技术得到了快速发展。目前其正在被广泛应用在生产、通讯、医疗、军事及科研等多种领域。并且在这些领域都取得了非常好的经济与社会的效益，是我国未来经济的发展的关键。

二、激光加工技术相关理论

笔者认为，了解与应用激光加工技术需要对其相关理论深入的研究。以下笔者从其原理和特点来介绍激光加工技术。

（一）原理

激光加工能够获得极高的能量密度与极高的温度是因为采用的光学系统能够让激光聚焦成为一个非常小的光斑，在这样的高温下，每种坚硬的材料都会被瞬间熔化与气化，然后熔化物被气化而产生的蒸汽压力推动，以很高的速度喷射出来，从而实现了对工件加工的特种加工方法。

（二）特点

激光加工的技术对于加工工具与特殊环境没有要求，不会造成工具的磨损，易于使用自动控制来进行连续加工，且加工效率极高；同时激光的强度极高，聚焦后差不多能够熔化和气化全部的材料，所以能够加工所有硬度的金属与非金属的材料；加上激光加工是属于非接触的加工，及加工速度非常的快，工件没有受力与受热而产生变形；其还能聚焦成为极小的光斑（微米级），能够调节输出的功率，所以可进行精密且细微的加工。这些均是激光加工优点。但由于其设备的投资比较大，及操作和维护技术要求比较高；且在精微加工的时候，重复的精度与表面的粗糙度难以保证等。这些缺点尽管在一定的程度上缩小了其应用规模，也限制了其发展，但是由于进一步的研究，越来越成熟的技术，激光加工技术有着非常广阔的发展前景。

三、激光加工技术的发展及应用

近年来，由于激光加工技术的快速发展，其被应用于许多的领域。以下是笔者从激光器与激光加工技术领域来介绍激光加工技术的发展，同时介绍目前激光加工技术的具体应用。

（一）激光加工技术的发展

了解激光加工技术的发展，就要研究激光器以及其应用的领域的变化。只有这样才能从根本上了解其发展。

迅速发展的激光器。我国研制出的第一台激光器是在1961年。通过几十年的努力，我国的激光器技术快速的发展起来了，从固体的激光器到气体的激光器，再到如今光纤的激光器、半导体的激光器与飞秒的激光器。光纤的激光器与传统激光器来比较，其优势是功率输出大，光束的质量较好，转换的效率较高，良好的柔性传输等。其在使用激光加工技术加工材料中有着极大的吸引力。现在应用于使用激光来打标、切割以及焊接。而飞秒的激光器则能够使超精微的加工可以实现。其在高技术的领域如微电子、光子学等应用的前景极宽广。同时半导体的激光器正在被直接用在焊接、热处理等方面。总之激光器的迅速发展导致了激光加工技术的快速发展。

广泛的应用领域。激光加工是在机械加工、力加工、火焰加工与电加工之后新产生的一种的加工技术，是借助激光束和物质相互作用的特性，对材料进行切割、焊接、表面处理、打孔以及微加工的综合性技术。激光焊接广泛应用在汽车的零件、密封的器件等多种要求焊接无污染与无变形的器件。激光切割主要应用在汽车的行业、航天的工业等领域。而激光打孔则应用在汽车的制造、化工等产业。广泛的应用领域也使得激光加工技术快速发展。

（二）激光加工技术的应用

激光加工技术在我国的许多领域里占据着重要的位置，以下是笔者简单的介绍一些具体的应用，如打孔、切割以及焊接等。

（1）激光来打孔的应用。激光打孔借助了激光的功率密度极高的特性，使得加工的材料瞬间被熔化与气化，熔化的物质被蒸汽巨大的压力推出来，形成了孔洞。激光打孔正在被广泛应用在钟表与仪表有关工件的加工。其应用的领域广泛，包括衣服与鞋子的制作、工艺品与礼品的制作、机械设备与零件的制作等。

（2）激光切割的应用。激光切割则利用了激光束，由于其能够聚焦而形成极高的功率密度光斑，因此能够将材料迅速加温到气化室的温度，形成了小孔洞后，再借助光束和材料的相对运动，从而产生细小以及连续的切缝，达到了切割的目的。激光切割被广泛用来切割非金属材料。此外，激光切割也应用在服装行业如对皮革和布料的切割。

（3）激光焊接的应用。激光焊接把符合功率密度要求的激光束照射到需要焊接的材料表面，将其局部的温度升高到熔点，使得材料的结合部位熔化为液体，然后进行冷却凝固，从而使得两种材料熔接在一起，达到了焊接的目的。激光焊接被广泛应用于航天行业、船舶制造业等各种领域。尤其是珠宝首饰业利用激光焊接的技术改变了人们首饰设计的传统思维。利用激光焊接能够制作具有特殊结构的首饰。此外，激光焊接还广泛应用在钢铁行业。

四、结语

激光加工技术是一种21世纪发展迅速的新技术，各国的政府与工业部门都要积极的发展视激光器与激光加工技术的设备。随着激光加工技术应用市场的日益扩大与国际竞争新格局的产生，我国的激光加工技术一定有巨大的发展，具有极其广阔的市场前景，而且在社会经济与工业的发展中起到非常重要的作用。

参考文献：

[1]贾燕.激光加工技术及其应用[J]_中国科技投资，2012，（08）.

激光技术相关科技论文范文 第2篇

在前面的分析中，本文具体讨论了光学细分系统的设计方案。运动距离测量实验选取光学四细分的光学系统，实验系统如图6所示。系统分为光路部分和信号处理部分。mW和0．5mW，反射镜M4由硅片制成，其反射率大约为0．4。硅片反射镜M4可调节反射方向。角锥棱镜M1、M2和M3的型号为Agilent10767A，具有非常好的光学性能。测量导轨选用的是PI公司的M－5x1．DD型号。二维精密电控平移台（直流电机驱动）单向重复定位分辨率达0．1μm，直线度参数为0．1μm／200mm，最高运行速度50mm／s，量程为200mm。2个测量角锥棱镜被安装在导轨上，通过PI公司的控制软件在计算机上对导轨的运动进行控制，实现对外腔长度的改变。通过运动距离测量结果与PI导轨运动参数的一致性可验证测量方案的可行性。信号处理部分中，由PD探测到的激光自混合干涉信号首先由低噪声前置放大器（Standford，SR560C）进行滤波和放大，一路送入示波器而另一路接着由NI公司的数据采集卡（NI6251）进行AD转换。采集到的数字信号送入PC机中由专业的数据分析软件（LabVIEW）实现信号再次细分以及实时处理重构目标物体的运动距离。测量过程中，示波器可定性观察光学细分的现象，而数据采集卡采集到的信号经过计算机的处理可进行运动距离测量。

2实验过程与结果分析

实验在同一测量环境条件下进行：恒温（20℃±1℃），恒湿（50％±3％）。使激光器预热2h，激光波长稳定在632．8334nm，让导轨以某一速度匀速运动，然后对采集的信号加入电子五细分处理。在本实验系统中，由自混合干涉光路细分原理可知，一个条纹对应的运动距离为λ／8，将此波形通过阈值为0的比较器后得到对应的方波信号，再将方波信号n细分，通过计数方波的个数来得到外部物体实际的运动距离。这样处理后，可以得到的分辨率为λ／8n。一个周期内的正弦波通过过零比较器整形成方波信号，五细分后的波形如图7所示。这样通过计数的方法就可以再次提高分辨率。此外，细分处理前对干涉信号进行了整形，可以显著增强对于叠加在自混合干涉信号上的高斯噪声的抗干扰能力，使测量结果更加稳定可靠。在数字域进行细分时，将上面得到的方波信号改写成二进制码（1111100000），然后将其右移9次，将其奇数次和偶数次的右移结果两两异或，则可以得到（1010101010），即对应的五细分信号及其互补信号（0101010101），实现了对原自混合干涉信号的细分。将PD探测到的微弱信号进行电流－电压（I－V）转换后，变成电压信号，经高通电路去直流后，再经放大电路放大，通过NI公司的数据采集卡USB－6251采集，在PC机上编写LabVIEW程序进行细分计数处理。信号经数字域电子细分后，进行计数后就可以重构并显示物体的实时运动距离。测量实验使用PI精密导轨对实时测量数据进行校准。导轨的移动范围设置为0～200mm，每次匀速步进20mm，移动速度设置为5mm／s，步进10次，每次导轨的示数作为标准；该运动过程由电机自动完成，系统对每次的步进长度进行自动测量记录并给出实时误差，连续记录几十组，选择其中的5组实验数据进行分析。通过拟合曲线与误差分析可以看出，实验结果与实际运动距离有良好的线性关系，且重复性非常的好，实现了使用光学细分与电子细分相结合的方法对物体的运动距离进行实时监测，实验结果与理论分析吻合。

3讨论

激光器作为测量光路的一部分而不能成为一个独立的、波长稳定的光源，其稳定性对测量准确度有很大的影响。空气折射率的变化和角锥棱镜的直角误差也会影响系统的测试精度。1）激光器频率稳定性带来的累计误差。实验中的氦氖激光器输出光在空气中传播的中心波长为632．8334nm，短期频率稳定性为1．5×10－6，因此，在没有反馈时，激光器波长稳定性为δλ＝λδν／ν≈0．9492×10－6μm。当自混合效应反馈系数很低时，频率波动极小。理论计算表明，当外腔长度在百毫米量级时，波长稳定度可以达到10－8的测量准确度，测量不确定度小于0．4μm［9－10］。2）空气折射率变化带来的误差。测量环境的初始条件：空气压强101325Pa，室温20℃，湿度1333Pa。测量过程中，由温度、湿度以及压强传感器可知，只有环境温度会有最大不超过1℃的改变。因此得到折射率的变化为δn≈0．929×10－6。当测量长度为200mm时，测距不确定度小于0．3μm［9］。3）角锥棱镜的直角误差。角锥棱镜的直角误差会直接影响其对光路的反射特性。对于Agilent10767A型号的角锥棱镜，其3个直角误差δθ＜5″。玻璃的折射率为1．56，则测量长度为200mm的测距误差小于0．002μm［11］。由于本实验系统存在3个角锥，则测距不确定度应小于0．006μm。由以上讨论可以知道，影响测量精度的最大因素来自于激光的频率的稳定度。理论上实验系统的测量分辨率可达到波长的1／40。而实际上，受制于激光频率的稳定程度，在弱反馈条件下，百毫米量级运动距离的测量只能达到微米级的测量精度。

4结语

激光技术相关科技论文范文 第3篇

关键词 激光原理 教学改革 课程建设

激光是二十世纪人类的重大科技发明之一，被誉为继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”“最准的尺”“最亮的光”，它对人类社会生活产生了广泛而深刻的影响。作为高技术的研究成果，它不仅广泛应用于科学技术研究的各个前沿领域，而且已经在人类生产和生活的许多方面得到了大量的应用，与激光相关的产业已在全球形成了超过千亿美元的年产值。由于各行各业都应用激光进行技术改造和新技术的开发研究，除了文科的几乎所有理工农医的高等院校都开设了激光原理和应用的课程。

《激光原理》是光信息科学与技术和应用物理学专业重要的专业基础课，通过本课程的学习使学生对激光的基本概念、基本技术和基本器件有比较全面、系统的认识，培养学生分析和解决工程技术问题的能力，为进一步学习相关专业课打下基础。然而，《激光原理》又是一门理论性很强的专业基础课，该课程物理概念抽象和理论性强，基础知识面广，学生往往因缺乏感性认识，不易理解，感到难学，这对老师的教学水平和教学方法提出了考验。笔者结合自己的教学实践，从以下几个方面对《激光原理》课程教学改革进行了探索。

一、教学内容的改革

《激光原理》课程主要介绍激光的产生条件、激光器的工作原理和激光器的输出特性，这部分内容理论性强，需要应用原子物理、量子力学、热力学统计物理、光学和高等数学等课程的结论和基础，公式繁多、推导复杂、理论抽象，具有相当的难度和深度。在《激光原理》的教学过程中，我们还增加了部分激光技术的内容，比如激光器输出的选模技术、激光器的稳频、激光束的光束变换，以及激光的调制、偏转、调Q和锁模技术等，这部分内容是从事光信息科学与技术人员必须掌握的基本知识，通过对这些知识的学习能够加深学生对激光器原理的理解和掌握。为了进一步加深印象，我们对典型的激光器进行了介绍，比如红宝石激光器、汝玻璃激光器、Nd：YAG激光器等固体激光器，He-Ne激光器、CO2激光器、Ar+激光器等气体激光器，以及燃料激光器和半导体激光器等都做了简要的介绍。

在教材方面，我们选择了上海理工大学陈家璧教授编写的《激光原理及应用》（电子工业出版社）作为教材。这本教材的内容章节安排合理，知识点覆盖面广，理论体系较为完整，同时这本教材是在大学的普通物理学的基础上编写的，从激光的物理学基础出发，着重阐明物理概念以及激光输出特性与激光器的参数之间的关系，尽量避免过多的理论计算，以掌握激光器的选择和使用为主要目的。因此这本教材的内容对学生来讲不难理解，所讲授的内容比较容易掌握。我们还增加了一本国际公认的经典教材作为参考书：Christopher C. Davis编写的《Lasers and Electro-Optics：Fundamentals and Engineering》， Cambridge University Press。

二、教学手段的改革

在教学过程中建立师生平等的民主教学氛围。改变“教师为主，学生从属”的教学模式，本着师生平等的原则，以参与者的身份在教学活动中创造一种愉快轻松的氛围，挖掘和调动学生的潜力，培养学生的创新能力。

教学方式以课堂授课为主，同时考虑到激光中有很丰富生动的现象，注重和提倡采用多种手段进行多种形式的教学，充分体现光学这门课丰富多彩、形象生动的特性，辅助的教学手段主要是利用计算机的多媒体功能。比如为了增强激光原理教学中关于激光器的光场分布的直观性，采用快速傅立叶变换法求解傍轴近似波动方程，计算模拟激光器的光场分布，可以直观地给出三维稳态分布图，融合计算机的灵活性、新颖性和光学现象的直观性及趣味性。通过演示实验，让同学们观察到各种激光现象，展现了“百闻不如一见”的效果，使学生进一步加深了对课程内容的理解，激发学生的求知欲和好奇心，刺激同学们的思考。

另外，在教学过程中开展启发式和讨论式教学。从人才培养的角度来说，学生与老师应该具有互动性。开展启发式和讨论式教学，甚至适当运用跳跃式的教学方法来组织教学内容。给学生留出钻研的空间。这不仅有利于提高教师教学研究的积极性，更能挖掘学生的开放性思维和独立、大胆地学习和思考问题的能力，从而达到培养学生全面的科学素质和教学相长的目的。

三、考核方式的改革

考核方式已成为课程改革的一部分，与课程的实施方法相辅相成。传统理工科院校的考核主要以闭卷笔试加平时成绩的形式进行。在实际的考核过程中，我们逐渐加大平时成绩的比例，减少闭卷笔试成绩的比例。平时成绩的考核形式可以多种多样。比如，在授课过程中，对课程中某几个重要的知识能力点，设立几个小课题。让学生们查找资料，撰写论文，通过让他们深入实践，促进对知识点的掌握，强化学生自己思考的过程，达到培养学生自学意识、独立科研意识和能力，达到素质型人才培养之目的。

如何提高《激光原理》课程的教学质量，如何优化和深化理论教学是一个长期的课题。针对教学内容、教学手段和考核方式等方面进行改革，调动学生的学习主动性和积极性，培养他们的创新思维、从事科学研究和撰写学术论文的能力，提高他们的综合素质和竞争力。

参考文献：

[1]陈家璧，彭润玲主编.激光原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2]马再如.关于提高激光原理与激光技术课教学质量的探讨[J].高等教育研究，2012，（1）.

[3]袁杰，王飞，赵洪常，杨开勇，罗晖，张斌，许光明.浅谈在本科生基础课程《激光原理》教学中的几点体会[J].中国教育导刊，2009，（34）.