《激光的应用》导学案1

激光的应用

一、什么是激光技术

激光技术是经国家科学技术部(原国家科委)批准向国内外公开发行的学术性刊物，是我国无线电电子学、电信技术类及物理类中文核心期刊，属国家级科学技术刊物。本刊紧密跟踪国内外高技术的进展和开拓性新领域的动态，主要报道国内外与激光有关的光学、电子学等领域内不同发展时期的新材料、新工艺、新技术、新元件、新的工程应用中有创新的学术论文和有创见的综述性文章。

二、激光在生活中应用

（一）、激光特性

1、方向性极好的强光束--------准直、测距、切削、医学、武器、核聚变研究等。

2、相干性极好的光束-------精密测厚、测角，全息摄影等。

3、单色性极好且频率可调的光束-----高分辨激光光谱，研究原子、分子结构.

4、超强、超快的激光脉冲------时间分辨、超快过程激光光谱学.

（二）、在生活中的应用实例

1、激光打印机

激光打印机是由激光器、声光调制器、高频驱动、扫描器、同步器及光偏转器等组成，其作用是把接口电路送来的二进制点阵信息调制在激光束上，之后扫描到感光体上。感光体与照相机构组成电子照相转印系统，把射到感光鼓上的图文映像转到打印纸上。

2、激光切割

激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。

激光切割的应用（1）、大多数激光切割机都由数控程序进行控制操作或做成切割机器人；（2）、在汽车制造领域，小汽车顶窗等空间曲线的切割技术都已经获得广泛应用；（3）、激光切割成形技术在非金属材料领域也有着较为广泛的应用。

3、舞台灯光

舞台灯光也叫“舞台照明”，简称“灯光”。舞台美术造型手段之一。运用舞台灯光设备（如照明灯具、幻灯、控制系统等）和技术手段，随着剧情的发展，以光色及其变化显示环境、渲染气氛、突出中心人物，创造舞台空间感、时间感，塑造舞台演出的外部形象，并提供必要的灯光效果（如风、雨、云、水、闪电）等。

4、激光打标

激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标可以打出各种文字、符号和图案等，字符大小可以从毫米到微米量级，这对产品的防伪有特殊的意义。

激光打标的基本原理是由激光发生器生成高能量的连续激光光束，当激光作用于承印材料时，处于基态的原子跃迁到较高能量状态；处于较高能量状态的原子是不稳定的，会很快回到基态，当原子返回基态时，会以光子或量子的形式释放出额外的能量，并由光能转换为热能，使表面材料瞬间熔融，甚至气化，从而形成图文标记。

5、激光鼠标

激光鼠标，又称镭射鼠标。也可以说是一种特殊的光电鼠标，其核心部件同样是4

部分。最大的不同就是把原来的红光LED换成激光镭射.大家知道激光与普通光最大的不同就在于激光发光的集中性，他发出的一束光而不是像普通光学LED那样发出的光向四周散射出去。由于激光的集中性，相应发出的光当然远远比普通光强烈，在碰到界面时发出的一束光会完全的折射回来反映到鼠标的sensor上。

三、激光在医疗上的应用

(一)、激光在医疗上的应用主要分类：

激光美容、激光治病、激光打孔、激光换肤、激光切割

（二）、激光应用的措施：

1、激光美容：激光能产生高能量、聚焦精确的单色光，具有一定的穿透力，作用于人体组织时能在局部产生高热量。激光美容就是利用激光的这一特点，去除或破坏目标组织，各种不同波长的脉冲激光可治疗各种血管性皮肤病及色素沉着，达到美容治疗的目的。

激光美容手术有传统手术无法比拟的优越性。激光能够彻底治疗各种皮肤症状，全面修复肌肤质地，可以达到一举两得的目的。首先激光手术不需要住院治疗，手术切口小，术中不出血，创伤轻，无斑痕；其次，激光手术恢复周期快，不影响日常生活，并且不会出现反复的情况。

2、激光治病：治病的原理是不同颜色的组织对不同波长的激光吸收率不同，当用这些特定波长的激光对病变部位进行照射时，病变部位受激光破坏最重，而周围的正常组织受损伤轻微，当遭受破坏的病变组织逐渐被身体吸收，疾病或皮肤内的色素便得到治愈。

近年来，出现酒糟鼻等浅表血管性疾病的治疗，雀斑、浅表的先天性色素痣等先天

性色素疾病，以及老年斑、部分后天性色素沉着的治疗，以及体毛过多、人工纹身或浅表的外伤性纹身的消除，激光在上述领域都已经成为当之无愧的首选方法，这是一场造福患者与医生双方的革命，对于未来激光技术在医疗上的应用值得我们全人类共同期待。

3、激光打孔：打孔主要用于医疗上的穿耳孔和接骨打孔，用于此可以减少疼痛，也方便恢复。

4、激光切割：激光切割的最大优点是切口出血少，手术视野清晰。目前使用的超脉冲激光，将激光器发出的能量聚集，并通过特殊开关使能量在瞬间释放，强大的能量将组织迅速气化，不仅切割快捷，同时也使切口周围的热传导减少到最小，对切口周围组织的损伤程度极小。用于重睑术、眼袋整形、面部除皱等方面，取得了良好的效果。

（三）、对人体的危害：

对眼睛的危害：在激光对人体的伤害中，以对眼睛的伤害最为严重。强度高的可见或近红外光进入眼睛时可以透过人眼屈光介质，聚积光于视网膜上，致视网膜的感光细胞层温度迅速升高，以至使感光细胞凝固变性坏死而失去感光的作用。一旦损伤以后就会造成眼睛的永久失明。

对皮肤的危害：激光损害皮肤的严重程度是由皮肤对激光吸收率决定的，皮肤对激光的吸收率由激光的波长所决定。红外激光对皮肤主要作用是热烧伤，此类激光照射皮肤，功率比较小时而致毛细血管扩张，皮肤发红发热。随着激光功率密度增大，热损伤程度也随着增大。相反的是，紫外激光对皮肤的作用主要是光作用。在紫外激光照射皮肤时可以引起皮肤红斑、老化，过量时严重的致癌变。

四、激光在军事上的应用

（一）、激光武器的定义

激光武器主要指高功率强激光武器，它是一种利用激光束摧毁飞机、导弹、卫星等目标或使之失效的定向能武器。

按搭载的载体不同，激光武器可分为：舰载式、车载式、机载式、地基式、星载式（天基）激光武器系统。

（二）、激光武器的原理

原理就是把别的能量转换成高能量高功率的激光束，由于激光方向性非常高，远距离传输很远距离仍然很集中，另外光速很高，不用考虑瞄准时候的提前量，这些特点使得激光也被用在军事领域。

具体说就是激光介质能吸收泵浦能量后发生能级跃迁，这样就有光释放出来，光在特定的振荡腔内来回发射，只有方向频率高度一致的激光被释放出来。这束激光如果在途中进入增益介质，增益介质将所吸收的泵浦能量的一部分转换成激光能量，这样激光拥有了更多的能量，光变得更强了。

（三）、激光武器的特点

高速度，激光以光速进行传输，从激光器出口到目标的时间可以不计，争取了作战时间。

杀伤力可控，可通过调整和控制激光武器发射激光束的时间或功率以及射击距离来对不同目标分别实现非杀伤性警告，功能性损失，结构性破坏.

抗电子干扰能力强，激光武器射出的是激光束，现有的电子干扰手段对其不起作用。基于这众多优势，激光武器将在反导，反卫星和破坏敌方信息系统中得到广泛应用。

命中精度高，激光武器是将能量汇聚成很细的光束准确的对准某一方向射出。

反应灵敏，激光器射出的光束质量近于零，可在短时间内对不同方向的来袭目标进行打击。

激光武器的缺点是不能全天候作战，受限于大雾、大雪、大雨，且激光发射系统属精密光学系统，在战场上的生存能力有待考验。

（四）、激光武器分类

1、按工作介质区分为化学激光器、气体激光器、固体激光器等

化学激光器是利用工作物质的化学反应所释放的能量激励工作物质产生激光。可用作激光武器的化学激光器有：氟化氘激光器、氟化氢激光器和氧-碘激光器等。化学激光器具有激光武器所需要的许多特性：比能量高（可达500~1000J/g）；易制成高功率激光器（能制成数百万瓦或千万瓦功率的激光器）；光束质量好；不需要外电源等。特别是氟化氘激光器，输出波长为3.8μm，大气传输特性好。化学激光器的主要缺点是要排放有害气体。

气体激光器主要有气动CO2激光器和电激励CO2激光器。CO2激光器的发射功率可达兆瓦级以上，波长位于大气窗口（10.6μm），光束穿透性好。气动CO2激光器是利用气体动力学原理，通过燃烧压缩的CO2和O2产生高压CO2气体，使其绝热膨胀而产生激光。气动CO2激光器的输出功率高，但体积大，能量转换效率低，光束质量不高。另一种CO2气体激光器是电激励CO2激光器，它是对由CO2、N2、He、Xe和H2O等构成的混合气体进行放电激励输出激光。电激励CO2激光器具有输出功率高、能量转换效率高、结构简单、工艺成熟等优点。缺点是电源技术不完善，光束质量不高。

固体激光器制成的激光武器适用于作软杀伤武器，目前可实现的平均输出功率在千瓦级

或万瓦级，可在10km内损坏光电探测设备、目标指示设备以及使人眼暂时致盲或永久致盲。固体激光器体积小、重量轻、性能稳定，适用于制成便携式、车载和机载等轻型战术激光武器。目前，采用板条状的Nd:Y AG激光器可实施8km内的设备和人员的软杀伤。

2、按其发射位置可分为天基、陆基、舰载。

天基激光武器的主要目的是在全球范围内对付由携带化学和生物弹头的弹道导弹袭击所造成的不断增长的威胁，它还可用于防御巡航导弹和远程战略轰炸机。

陆基激光武器是在反卫星的军事需求下发展起来的。在天气好的情况下，数百瓦激光照射就可使400km高空卫星的传感器饱和，但要使其永久性破坏，需提高激光器的功率。

舰载激光武器是希望用高能激光武器和高功率微波武器防御反舰导弹。

战略激光武器可攻击数千公里之外的洲际导弹；可攻击太空中的侦察卫星和通信卫星等。例如，1975年11月，美国的两颗监视导弹发射井的侦察卫星在飞抵西伯利亚上空时，被前苏联的“反卫星”陆基激光武器击中，并变成“瞎子”。

3、按其用途还可分为战术型和战略型两类。

战术激光武撂是利用激光作为能量，是像常规武器那样直接杀伤敌方人员、击毁坦克、飞机等，打击距离一般可达20公里。这种武器的主要代表有激光枪和激光炮，它们能够发出很强的激光束来打击敌人。

战术激光武器的" 挖眼术" 不但能造成飞机失控、机毁人亡，或使炮手丧失战斗能力，而且由于参战士兵不知对方激光武器会在何时何地出现，常常受到沉重的心理压力。因此，激光武器又具有常规武器所不具备的威慑作用。1982年英阿马岛战争中，英国在航空母舰和各类护卫舰上就安装有激光致盲武器，曾使阿根廷的多架飞机失控、坠毁或误入英军的射击火网。