激光技術



激光加工技術是利用激光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、微加工以及做爲光源，識別物體等的一門技術，傳統應用最大的領域爲激光加工技術。激光技術是涉及到光、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爲：
　　


1.激光加工系統。包括激光器、導光系統、加工機床、控制系統及檢測系統。
　　


2.激光加工工藝。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。
　　


激光焊接：汽車車身厚薄板、汽車零件、锂電池、心髒起搏器、密封繼電器等密封器件以及各種不允許焊接汙染和變形的器件。目前使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半導體泵浦激光器。
　　


激光切割：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、硅橡膠、1mm以下氧化鋁陶瓷片、航天工業使用的钛合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。
　　


激光治療：可以用于手術開刀，減輕痛苦，減少感染。
　　


激光打標：在各種材料和幾乎所有行業均得到廣泛應用，目前使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半導體泵浦激光器。
　　


激光打孔：激光打孔主要應用在航空航天、汽車制造、電子儀表、化工等行業。激光打孔的迅速發展，主要體現在打孔用YAG激光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激光打孔的應用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生産及鍾表和儀表的寶石軸承、飛機葉片、多層印刷線路板等行業的生産中。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器爲主，也有一些准分子激光器、同位素激光器和半導體泵浦激光器。
　　


激光熱處理：在汽車工業中應用廣泛，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、機床行業和其它機械行業也應用廣泛。我國的激光熱處理應用遠比國外廣泛得多。目前使用的激光器多以YAG激光器，CO2激光器爲主。
　　

激光快速成型：將激光加工技術和計算機數控技術及柔性制造技術相結合而形成。多用于模具和模型行業。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器爲主。
　　


激光塗敷：在航空航天、模具及機電行業應用廣泛。目前使用的激光器多以大功率YAG激光器、CO2激光器爲主。
　　
美國得克薩斯州大學的科學家研制出世界上功率最強大的可操作激光，這種激光每萬億分之一秒産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——相當于10的15次方瓦。這種激光第一次啓動是在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，讓激光的功率達到1.3皮瓦到1.5皮瓦之間。超級激光項目負責人麥卡爾·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于進入太空觀察一顆正在爆炸的恒星。”
　　


激光“抓住”碳納米管並使之移動。最近，科學家開發出用激光“抓住”碳納米管並使之移動的新技術。這種技術可以爲芯片制造工程師提供一種把納米元件移動到預定位置的新方法，從而制造出以納米管爲基礎的微型芯片。
　　


直徑只有幾納米、長約100納米的碳納米管具有半導體性能，這意味著碳納米管可能在某天成爲低功率超快速計算機芯片的基礎。迄今，安裝碳納米管的惟一方法是利用一種名爲原子力顯微鏡的昂貴設備，設法推動納米管至預定位置，然而這種方法操縱起來十分費事。
　　

爲了改變這種狀況，美國伊利諾伊州紐約大學的科學家和一家光學公司的科研人員試驗了一種名爲“光學捕獲”的技術，試圖更便利地操縱碳納米管。光學捕獲技術就是利用激光能捕獲微小粒子的能力，在移動激光束時使微小粒子跟隨激光移動。由于激光能捕獲微小粒子，因此在它移動時就會像鑷子一樣，“夾”著微小粒子移動。科學家把這種現象稱爲“激光鑷子”。現在生物學家已能用激光鑷子夾住單個細胞。例如，從血液中分離出單個血紅細胞用于研究鐮刀狀血紅細胞貧血症或瘧疾治療研究。激光鑷子能“夾”住微小粒子，是因爲激光束中心強度大于邊緣強度，因此當激光束照射一個微小粒子時，從中心折射的光線要比向前的光線多。
　　


當折射的光線獲得向外的沖力時，粒子上的反作用力就使沖力指向激光束中心，因此粒子總是被吸引到激光束中心。如果粒子非常小且具有很小的重力或摩擦力，當激光束移動時，粒子就會跟著移動。
　　


然而，激光鑷子移動的血細胞直徑有幾微米，但現在要移動直徑僅2～20納米的碳納米管會麻煩得多。因此想利用單個激光鑷子移動大量碳納米管到一定位置，可能會與用原子力顯微鏡一樣費事。
　　


爲此，科學家用一種液晶激光分離器把激光束分成200個可單獨控制的小激光束，研究人員可以控制這些激光束使之形成三角形、四邊形、五邊形和六邊形等形狀，從而移動大量的納米管群，使它們在顯微鏡載片表面定位，達到移動碳納米管的目的。
　　


光學捕捉技術的成功，受到美國加利福尼亞大學的納米管專家、物理學家亞曆克斯·澤特爾的稱贊，他說，因爲目前還沒有一種可靠的技術能操縱大量的納米管，而這種新的光學捕獲技術有可能應用于工業。