各显神通—激光的应用

7．各显神通—激光的应用

激光作为一种新型能源，在生活中某些领域所发挥的作用是“神通广大”的，其他任何能源都无法替代，因而其具有不可替代性。现在，我们主要来了解以下它的几个方面的作用。

激光测距仪

（1）激光武器

激光是20世纪60年代的新型光源，由于其方向性好、亮度高、单色性好、相干性好的特点而得到广泛应用，如激光测距、激光手术、地震监测等。同时，它在军事领域的应用也得到最为充分的发挥，如激光防空武器、激光反卫星武器、激光窃听器、激光等离子武器等。

激光测距瞄准仪

激光武器有很多优点：

①使用激光武器进行射击时，无需进行弹道计算。

②无后坐力。因为光束基本没有质量，所以，在使用时，不存在用普通武器射击时出现的巨大后坐力和噪声。

激光测距系统

③提高射击的命中率，有效地打击敌人。

④使用激光武器便于隐蔽自己，减少伤亡。

⑤它是一种无放射性污染，效费比高的能源武器。

⑥激光武器操作简便，机动灵活，使用范围广。

科幻电影中的激光武器

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战神的利斧

很久以前，就有人幻想出一种“死光武器”。在古希腊的时代，阿基米德就曾利用巨大的反光聚焦镜摧毁了入侵者的兵舰，尽管那时的船还是木制的。现代的激光技术可使人们有可能实现古代的梦想，制造出可摧毁一切的激光武器。当今的美国，计划用激光束来击毁入侵的导弹，正在全力研制一种“星球大战”防卫体系。在强激光的照射下，一枚载着核弹头的导弹，迅速化为一阵烟雾消散在天空中，这该是一种多么奇妙的力量啊!

（2）信息传播中的激光技术

激光的应用范围广泛，如激光照排技术、激光唱片机、激光影碟机的发明，已经大大地改变了周围的世界，让人们的生活变得越来越多姿多彩。

①激光照排技术

激光扫描仪

现代社会中，信息的作用变得越来越重要，这是因为谁掌握信息速度越快、内容越丰富，谁就在社会的生活和竞争中，掌握了主动权，也就是说拥有了更多成功的机会。所以，在信息的传播中，加快印刷速度，缩短出版周期也就有了相当重要的意义。20世纪激光的出现，引发了印刷工业中的一场革命。其中一项重大的革命就是现在已经得到广泛应用的激光照排技术。在排版效率上，它至少是古老的铅字排版速度的5倍。目前我国已广泛应用的汉字排版技术，采用的就是激光照排术。

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激光照排技术

所谓激光照排，实际上是电子排版系统的大众化简称。在印刷工业中，图文信息从光信号变成电信号，就要用输入扫描仪，而经过处理后的电信号复原为光信号，在胶片上进行曝光输出，那就需要输出记录仪,激光照排机就是能同时输出文字和图像的光机电一体化设备

激光照排是将文字通过计算机分解为点阵，然后控制激光在感光底片上扫描，用曝光点的点阵组成文字和图像。现在我国已广泛应用的汉字排版技术就采用了激光照排，它比古老的铅字排版工效至少提高5倍。

激光照排机

②激光唱片机

激光唱片机简称激光唱机、CD机，同时，又被称为音频光盘机，是“综合信号激光盘系统”中的一种。实际上，它包括激光唱片和唱机这两个部分。其中，激光唱片是一张表面上镀有一层极薄金属膜、以玻璃或树脂为材料的圆盘。它通过激光束的烧蚀作用，然后将发出的声音信号以一连串凹痕的形式，刻写存储在圆盘上，这样，就形成了与胶木唱片相似的信号轨迹。之后，人们把它放到激光唱机里，用激光束来读取激光唱片上的光信号，并使之转换为电信号。然后，再将电信号通过音响播放装置转化为声音信号。

激光唱片机

1980年，荷兰的飞利浦公司与日本的索尼公司开发了Compact Disc Digital Audio(简称为CD)的小型教学激光唱片，也称为数字音频光盘，而且还制定了它的技术标准。起初激光唱片只用来存储音乐以供人们欣赏。1982年，激光唱片及唱机纷纷上市，具有音质好、容量大、体积小等优点，还可以连在计算机上听。

激光唱片

③激光影碟机

激光影碟机

激光影碟机的工作原理与激光唱片机相同，其不同的是它所录制、读取和播放的信号包括音响、静止动态画面以及文字等多种信号。这种光盘经常应用于教学、娱乐等。在激光影碟机的发展历史中，出现过LD、CD─G、CD─V、VCD、DVD等几种形式。

LD（激光影碟）。1978年，世界上的第一张激光影碟机问世，它所拥有的出色的视听效果令人为之惊叹。它开创了音频、视频录放的数字化时代，首次实现了激光与数字技术相结合的音频—视频信号的录放。

CD─Graphic。简称为CD─G，这种唱片在其相应的碟盘上可存储70分钟的静止画面、音乐及歌词字幕，并利用专用机，使其通过电视机与音响重现立体声音乐、歌词字幕等。近期的组合音响中都已带有视频输出。

VCD

CD─V。全名CD─Video，简称为CD电视唱片。CD─V是一种录有数字音频加模拟视频信息的音像碟，其活动的画面比CD─G更为诱人。1987年荷兰飞利普公司颁布了CD─V的标准，1988年，世界上第一台CD电视唱片问世。

VCD。全称为Video─CD，又名CD视盘。Video─CD放出的音频与CD唱片一样，但其图像比LD和CD─V都要粗糙、模糊。但是呢，它在视听系列产品市场上，仍然有很强的竞争力，因为它制作成本小、产品体积小，价格远远低于LD等。

VCD机

VCD的视频压缩和解码技术是美国人发明的，而第一台家用VCD机（实验用机）在1992年12月由中国安徽现代电视技术研究所研制成功。它可在计算机上播放，计算机上的CD视盘可以存放录像、存放电子游戏。现在，VCD给人们的生活带来了更大的乐趣。人们可通过操作计算机达到双向交流，能看到精彩的画面，能听到动听的声音，同时，还可参与其中，扮演角色。

DVD机

DVD：全称为Digital Video DISK，即数字视频光盘机，它是1994年诞生的新型机种。从原理上来看，DVD只是产品在各个方面上有了全面的提高，与VCD并没有本质的不同。如DVD光盘储存的数据可达4个G，一个DVD电影光盘可存多部电影，这大大降低了光盘的生产成本，方便了消费者携带。在产品分辨率和声道效果上， DVD都远远优于VCD。同时，其高清晰度也对它所配套的产品提出了更高的要求。但不管怎样比较，DVD仍然是VCD的下一代产品，它代表了数字视听产品的发展方向。

（3）医学领域里的激光

医学上的应用是激光大显身手的另一领域，如外科手术中的激光刀及激光在眼科、牙科、皮肤科与整容科上的独到应用。

激光刀模

激光刀切割的同时也进行了灼烧，这样可恰好封闭血管，防止手术中的出血问题及减少感染危险。这是激光刀的巧妙之处。

利用激光对牙齿进行无痛钻孔和去牙蛀，可使以前令人望而生畏的牙科手术大大地轻松简单起来。它不像以前的机械打孔，激光钻孔不会产生大量的摩擦热，不会对牙的健康组织产生影响。其所蒸发掉的仅仅是被腐蚀处的黑色牙区，因此，在手术过程中，疼痛感会大大减轻。

激光可以用于牙科手术

激光在眼科上的应用是令人叹为观止的，它不仅可焊接脱开的视网膜，封闭破漏的血管，而且还能够彻底摧毁漂浮在眼睛冻胶状液体中的微小的沙粒。通常，在不需要切开眼睛的前提下，就能完成手术，而且手术的疼痛感还大为缓和，这是激光手术最大的优点。对于当今社会的不治之症—癌症，激光也提供了有效的武器。一方面来讲，人们可利用激光刀来切除肿瘤。另一方面，激光技术的运用，在癌症的早期诊断方面也起到很大作用，及早诊断，及早治疗。人们可借助激光准确地分辨肿瘤细胞和正常细胞，同时，激光还能提供一个新的治疗途径，即激光化疗。人们可以利用一些特殊的化学物质，进行激光化疗，这些特殊物质在激光的作用下杀死肿瘤细胞，就可以达到治疗癌症的目的。

激光焊接

（4）层出不穷的激光技术

激光因其单色性、相干性和方向性的特点，特别适用于材料加工。激光材料的加工是激光应用中最有发展前途的领域，目前已经开发出了20多种激光加工技术。

激光特别适用于自动化加工，因为激光的空间控制性和时间控制性很好。现在，由激光加工系统和计算机数控技术相结合而成的高效自动化加工设备，已经是企业实行适时生产的关键技术。这种技术为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。目前，已经成熟的激光加工技术有激光快速成形技术、激光切割技术、激光焊接技术、激光打标技术、激光存储技术、激光清洗技术、激光蚀刻技术、激光划线技术、激光微调技术、激光热处理和表面处理技术等多种。

激光焊接的车体

①激光快速成形技术激光快速成形技术集激光技术、材料技术和CAD/CAM技术（计算机辅助设计）于一体，是这三种技术相互结合的最新成果。人们可根据零件的CAD模型，利用激光束将光敏聚合材料逐层固化，使其精确堆积成样件。在不需要任何模具和刀具的情况下，便可快速精确地制造形状复杂的零件。这一技术已经在航空航天、电子、汽车等工业领域得到了广泛的应用。

②激光切割技术

激光切割机

这种技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中。通过其广泛而有效地运用，可大大减少加工时间、提高工件的质量、降低制作加工成本。科学研究证明，连续激光适用于非金属材料，而脉冲激光适用于金属材料。激光切割技术是连续激光的重要应用领域。现代的激光技术似乎已经实现了人们所追求的“削铁如泥般”的梦想。

③激光焊接技术

激光焊接机

由于激光焊接技术具有溶池净化效应，可纯净焊缝金属，因而其适用于相同和不同金属材料间的焊接。这种焊接技术能量密度高，特别有利于那些熔点高、导热率及反射率高且物理特性相差很大的金属焊接。不过，如果人们用激光来切割实物和胶合板，实物和胶合板在被切开的同时也被灼烧了，从经济的角度来看，是远远不合适的。这是激光在工业领域中应用的局限和缺点。

④激光打标技术

激光打标机

激光打标是指人们利用高能量密度的激光对工体进行局部的照射，然后使表层的材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而使其留下永久性标记的一种打标方法。激光打标技术是激光加工最大的应用领域之一，它具有精度高、效率高、通用性强、成本低和综合经济效益显著等诸多优点，是现代制造领域的关键技术之一。

这种打标方法可打出各种文字、符号和图案等，字符大小有从微米到毫米的量级，这些都对产品的防伪保护有特殊的意义。近年来发展起来的新技术—准分子激光打标，特别适用于金属打标，并可实现亚微米打标，已经广泛地应用于微电子工业和生物工程领域。

激光存储

⑤激光存储技术

这是一种利用激光来记录视频、音频、文字资料及计算机信息的技术，是信息化时代的支撑技术之一。

⑥激光清洗技术

它的广泛采用能够提高精密器件的成品率，可大大减少加工器件的微粒污染。

激光清洗机

⑦激光蚀刻技术

这种技术能够大幅降低生产的成本，特别适合于超大规模集成电路的制造，比传统的化学蚀刻技术工艺简单。

⑧激光划线技术

这是一种生产集成电路的关键技术，成品率可达99.5%以上，其划线细、精度高、加工速度快。

⑨激光微调技术

这种微调技术，可对指定的电阻进行自动精密微调，其精度、效率与传统的加工方法相比都要高，且成本要低。激光微调包括薄膜电阻与厚膜电阻的微调、混合集成电路微调和电容微调等。

⑩激光热处理和表面处理技术

激光热、表处理技术有激光相变硬化技术、激光包覆技术、激光表面合金化技术、激光强化电镀技术等很多种。这些技术对改变材料的机械性能、耐腐蚀性及耐热性等都有很重要的作用。