激光应用综述

激光技术的应用

（仪器仪表工程 牛贺 138009030263）

摘要：激光技术是六十年代初发展起来的一门以原子理论、量子理论、光学技术和电子技术为基础的一门高新技术。目前激光技术已经被推广应用于农业、工业、医疗、科学研究、军用武器及航天技术等多个领域，带来了巨大的效益。本文将对这门新兴技术的发展应用及前景进行一个简单的讨论。

关键字：激光技术；工业；医学；军事

Abstract: Laser Technology is a high-tech subject developed in the early 1960s based on atomic theory,quantum theory,optics and electronics technology.Now it has been extended and brought huge benefits to the multiple areas such as agriculture,industrial,medical,scientific research, military weapons and aerospace technology.This paper will conducted a brief discussion for application development and prospects of this high-tech.

Key words: Laser technology;industry;medical science;military

前言：激光于1960年面世，是一种因刺激产生辐射而强化的光。这种光能量很强，甚至可用作切割钢板。激光技术就是各个领域应用激光而产生的一系列技术，激光技术是各个行业上的顶尖技术，各国对激光技术的研究都给予最重视、最严肃和严谨的态度[1]。本文对激光技术在工业、医学、军事等领域的应用研究做简要的介绍。

一、激光技术在工业上的应用

在工业上最广为人知的就是激光加工技术，激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工。激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。

热加工和冷加工均可应用在金属和非金属材料，进行切割，打孔，刻槽，标记等。热加工金属材料进行焊接，表面处理，生产合金，切割均极有利。冷加工则对光化学沉积，激光快速成形技术，激光刻蚀，掺染和氧化都很合适。激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。脉冲激光适用于金属材料，连续激光适用于非金属材料，后者是激光切割技术的重要应用领域。激光焊接功率密度高、焊接速度快和热影响区小，加上不需搭边和焊缝成形好,不仅生产效率高，而且焊接质量好，焊缝强度等于或超过母材。激光焊接与只能进行单调焊接的点焊相比几乎是无所不能, 实际上激光可以在计算机控制下沿任意轨迹进行焊接。所以被广泛应用于汽车门板、挡板、仪表板、动力传动齿轮等零部件的制造，也被用于车顶和侧围、发动机架、散热器架等部件的装配[2]。由于激光容易集中于一点和高能量，激光焊接、激光雕刻这两门技术也有了质的飞跃，由以前的纯人工操作到现在的高精准高效率技术，无论在质还是量的方面都是以前的几何倍增幅。激光可以作成非常精细的焊，做精密焊接工作;还有激光焊接与组件不会直接接触，亦即是非接触式的焊接，因而材料质地脆弱也不打紧，还可以对远离我们身边的组件作焊接，也可以把放置在真空室内的组件焊接起来。因为激光焊接有这些特点，所以它在微电子工业中尤其受欢迎。同时激光在打孔、刻蚀方面同样有杰出的贡献[3]。

二、激光技术在医学方面的应用

医学方面，激光同样属于高端技术。激光医学在临床上的应用主要分为三大部分，包括：①激光在基础医学研究中的应用，主要是通过激光与人体器官组织、细胞和生物分子的相互作用来研究激光的生物效应。②激光诊断，是以激光作为信息载体，利用激光单色性好的特点，对组织病理形态、病理情况下的功能及找出某些致病因素等方面进行光谱分析。③激光治疗，是以激光作为能量载体，利用激光对组织的生物学效应进行治疗。多年来，激光技术已成为临床治疗的有效手段。激光在眼科的应用最为成功。目前，激光已经应用于屈光性角膜切除术、巩膜切除术、虹膜切除术和眼底组织凝固术等领域。准分子激光矫正视力是当前主要的前沿课题之一。利用 ArF激光对角膜的光蚀除作用，进行屈光性角膜切除术，不产生组织热损伤，切口精细，切缝精细无疤痕，对光透明[4]。激光手术就是利用激光能产生高能量、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。激光手术就是利用激光的这一特点，去除或破坏目标组织，达到治疗的目的。主要包括激光切割和激光换肤。这避免了以前人为出现的误差或者误操，因为激光可以直接连接计算机并在计算机全面显示出当前状况，最大限度减少了负面的影响。我国在80年代中后期开始激光心肌血管重建术的研究，研究内容广泛且较为深入，例如：不同激光对心肌的效应，激光打孔后心室功能的改变，心肌酶学的变化，心肌营养状况的改善，心肌电生理的影响以及心肌血管形态学的变化等。实验证实，心肌血管重建术可以改善缺血心肌的血运，缩小心肌梗塞范围，使心功能改善[5]。

激光还广泛应用于肿瘤、癌症等疾病方面的治疗。早期用激光治疗癌肿，主要是利用激光作为外科手段切除或气化肿瘤。由于激光能量高度集中，局部温度很高,血管和淋巴管在瞬间内被切割和凝固,因而可以防止肿瘤细胞的扩散转移。另外，由于癌细胞与正常组织细胞对激光的吸收状况不同，结合光敏材料，利用光纤传输激光在腔内治癌。光动力学和光化学疗法，目前已从研究走向临床应用阶段。相应的激光系统是具有爆发性的医用器械的潜在市场。从现在状态看，氢离子激光适用于诊断，可调谐染料激光器和铜、亚铜、金蒸气激光器适用于治疗。日本东京医大的多和正树等人试用准分子激光泵浦脉冲染料激光

诊断和治疗肺癌[6]。

激光在医学上的应用虽然取得了较为瞩目的成就，但是激光的许多重要特性远未被应用于医学，医学上许多重大的难题完全有理由指望用激光新技术去攻克。随着人类对激光的不断研究和应用，相信不久的将来，激光定能为人类做出更多更大的贡献。

三、激光技术在农业上的应用

中国是个农业大国，农业在中国起码在当今时代的中国还是大部分人的主要经济来源，中国农业的发展能否取得更大的进展关乎着更多人的利益。激光技术在农业领域也有很广泛的应用。激光技术在农业领域的应用现状主要有：农作物组分检测、基因导入等。

近年来，激光技术在农业领域中的研究开始得到广泛关注，激光技术已成功用于检测农作物和农产品品质、培养新型种子、土地平整等。基于激光的农作物检测技术是将激光作为光源，用相应的光电元件和软件系统辅助,获取携带农作物信息的光电信号，以达到检测农作物的目的。激光在农作物检测中的技术主要涉及3个主要方面，分别是激光漫反射技术、激光诱导荧光技术、激光拉曼光谱技术。这些技术具有检测精度高、测量范围大、检测速度快、非接触等特点，从而使得这些检测技术的应用范围很广，主要包括农作物组分检测、生物量检测、农作物病虫害检测等方面[7]。

油菜是世界四大油料作物之一，也是我国主要的经济作物。在油菜生产上，能大面积发生并造成严重减产的害虫有10多种，其中包括鳞翅目的小菜蛾和小菜粉蝶等。近年来，人们利用基因工程技术将外源抗虫基因导入农作物，为抗虫育种提供了一条新的途径。将抗虫基因导入油菜，虽已有一些报道，但都采用了农杆菌介导法，该法操作复杂，而且需经过共培养和抑菌筛选阶段，容易造成外植体的褐化甚至死亡，影响转基因植株再生。利

用激光微束穿刺法将外源基因导入植物细胞，因具有操作简单、定位准确、对细胞损伤小以及外植体适用性广泛而受到重视[8]。

四、激光技术在军事上的应用

激光技术在军事上的应用主要是利用激光方向性强、单色性好、高亮度和高度的时空相干性特点实施常规打击、侦察与反侦察、精确制导、保密通信、姿态定位分析以及航空航天中的点火推进控制燃烧等。在攻防方面，占主动权的进攻更具优势，因此，激光在军事上最吸引人的应用莫过于激光武器。

激光武器是指利用激光束直接摧毁目标或使之失效的定向武器，主要由激光器、精密瞄准跟踪系统和光束控制与发射系统等部分组成。激光武器以其攻击速度快、转向灵活、可实现精确打击、不受电磁干扰等优点倍受青睐。激光武器一般分为高能激光武器和低能激光武器两类。高能激光武器又称强激光武器，它是一种大型的激光装置，能在很短的时间内发出高能激光束。击中目标时，极大的光能量被目标吸收，转变为热能，产生可达几百万度的高温和可达几百万个大气压的高压，使目标被烧蚀、击穿，甚至引起爆炸[9]。根据作战用途的不同，可分为战术激光武器和战略激光武器。战术激光武器是利用激光作为能量，发出很强的激光束来打击敌人。这种武器能够象常规武器那样直接杀伤敌方人员，使某些光电测量仪器的光敏元件损坏甚至失效，击毁坦克、飞机等；打击距离可达20km，主要代表有激光和激光炮。战略激光武器是指可攻击数千公里之外的洲际导弹、太空中的侦察卫星和通信卫星等的高能激光武器。例如，在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”。在著名的英一阿马岛战争中，英国就曾经使用激光武器对付阿根廷飞机而机毁人亡。因此，高能激光武器有望成为未来高科技战争中夺取空间优势的杀手锏武器[10]。但是目前高能激光武器技术尚未成熟，按照现有的水平，今后五到十年可望在地面和空中

甚至太空平台上部署，用于战术防空、战区反导和反卫星作战等。目前，美、俄、英、以色列等国已研制出车载和机载激光武器。

总结：目前激光已经应用于各个领域，我们的生活处处都有应用激光技术的身影，无论工业、农业、医疗、军事还是平时日常生活都离不开激光的应用。虽然激光技术给我们带来了许多好处，让我们的生活变得舒服、方便，让我们的工作更加轻松、高效，但是它同样也给我们带来一些危害，例如利用不当对人体的伤害等等。总之，不管是什么东西，我们只要仔细研究，合理利用，认真管理，它就会为人类造福，把我们的生活变得越来越好。

参考文献：

[1] 高旸.激光技术应用现状与分析[J].物理通报，2007，（11）：50-52

[2] 郎旭元，张元中.激光技术在汽车工业中的应用[J].机械工程师，2006（6）：20-22

[3] 戴波.激光技术与工业应用[J].装备制造技术，2009，（2）：127-128

[4] 刘莉.激光技术在医学中的应用及发展前景[J].2005,18（10）：17-21

[5] 顾英.国内外医用激光仪器的现状与发展[J].光学技术，1997,6：52-56

[6] 钱焕文,单清.激光技术在医学应用的若干进展[J].激光技术，1994,18（5）：317-320

[7] 周光华，朱大洲，王成.激光技术在农作物检测中的应用进展[J].2010,38（26）：14206-14208

[8] 侯丙凯,周奕华,刘桂珍等.激光微束穿刺法获得抗虫转基因油菜及其后代的研究[J].中国激光，2001,28（1）：93-96

[9] 潘爱民.激光技术的军事应用[J].控制与制导，2013，（3）：-66,69

[10] 周嘉炜.激光技术的军事应用与前景[J].商品储运与养护，2008，30（9）：111-112