激光技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

關(guān)于激光技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用第一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二第一講激光技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用1激光發(fā)展史

1）激光50年大事件

2）國(guó)外發(fā)展史

3）國(guó)內(nèi)發(fā)展史2）激光技術(shù)3激光技術(shù)的應(yīng)用（產(chǎn)業(yè)方面）

1）國(guó)外激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

2）我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的主要問題第二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二1激光發(fā)展史

1）激光50年大事件第一束激光。1960年，西奧多·梅曼（TheodoreMaiman）在加利福尼亞州馬里布的休斯研究實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)和建造了一臺(tái)小型的激光發(fā)生器。將閃光燈線圈纏繞在指尖大小的紅寶石棒上，產(chǎn)生了第一條激光，從此開啟了激光時(shí)代。

第三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二1激光發(fā)展史1961年8月王之江院士設(shè)計(jì)制造?！爸袊?guó)激光之父”第四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二激光武器。軍事機(jī)構(gòu)和小說家目睹了射線槍從漫畫書里的虛構(gòu)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的過程，所以他們?cè)诩す鈩倓偙话l(fā)明時(shí)，就看到了激光作為武器的潛力。1964年，007電影《金手指》中大反派“金手指”奧瑞克威脅邦德，要用激光將他鋸成兩半——這在當(dāng)時(shí)，還是純粹的幻想。1激光發(fā)展史第五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二1激光發(fā)展史激光輕武器第六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二1激光發(fā)展史美國(guó)激光攻擊機(jī)試驗(yàn)機(jī)第七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二1激光發(fā)展史美國(guó)地基激光武器第八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二三維激光。全息技術(shù)發(fā)明于1948年，以提高電子顯微鏡的分辨率，但埃米特·利斯（EmmettLeith）和朱瑞斯·烏帕特尼克斯（JurisUpatnieks）在1964年使用激光對(duì)全息技術(shù)進(jìn)行了徹底改造，發(fā)明了第一個(gè)不需要特制眼鏡就能看到的三維圖像。他們用分裂的激光光束將全息圖記錄在感光片上，其中一束激光先被反射到被攝物體上，然后再與另一束會(huì)合，在感光片上成像。用一束與成像時(shí)相同方向的激光照射感光片，就會(huì)在觀看者眼前產(chǎn)生一幅逼真的三維圖像。這張玩具火車圖是這兩位科學(xué)家在密歇根大學(xué)的威洛·魯恩實(shí)驗(yàn)室第一次記錄的全息圖。1激光發(fā)展史第九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二1激光發(fā)展史《蒙娜麗莎》三維成像分析第十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二夢(mèng)幻激光：剛開始時(shí)，激光的色彩是相當(dāng)有限的：氦氖激光器和紅寶石發(fā)出紅光，其他激光器則產(chǎn)生不可見的紅外光。第一次實(shí)現(xiàn)七彩激光的是離子激光器，它通過在氬或氪中的高壓放電產(chǎn)生激光。氬氣產(chǎn)生藍(lán)色和綠色的光，氪產(chǎn)生其他幾種顏色，兩種氣體的混合可以產(chǎn)生整個(gè)可見光譜中的顏色。激光秀從此誕生。

1激光發(fā)展史第十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二1激光發(fā)展史廣州亞運(yùn)會(huì)開幕式激光表演第十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二1激光發(fā)展史激光投影電視第十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二無處不在的激光。激光技術(shù)第一次走進(jìn)日常生活，是美國(guó)超市使用發(fā)出紅色氦氖激光的條形碼掃描槍實(shí)現(xiàn)收款自動(dòng)化。若爾斯·阿爾費(fèi)羅夫（ZhoresAlferovand）和赫伯特·克勒默（HerbertKroemer）發(fā)明了制作半導(dǎo)體二極管激光器的改進(jìn)方法，讓激光真正地?zé)o處不在。他們因此獲得了2000年的諾貝爾物理獎(jiǎng)。（圖中所示為一個(gè)半導(dǎo)體二極管激光器和五美元鈔票大小的對(duì)比。）如今，這樣的芯片隨處可見，比如說CD播放器、藍(lán)光播放器、紅色激光筆和全球電信網(wǎng)絡(luò)的骨干中。1激光發(fā)展史第十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二無盡的刀片。在工業(yè)上，激光被用來作為鋸和鉆頭，而且它永遠(yuǎn)不會(huì)變鈍。激光第一次作此用途是加工硬度很高的材料，如鉆石，或非常柔軟的材料，例如嬰兒奶瓶的奶嘴。低功率激光可以切割和焊接塑料；高功率激光可以切割和焊接金屬。早期的工業(yè)激光器，必須要非常龐大才能提供足夠的能量，但新的固態(tài)激光器卻令人吃驚的小巧：如今一段細(xì)光纖或幾分之一毫米厚、撲克大小的盤片就能產(chǎn)生千瓦級(jí)的能量，足以切開幾厘米厚的金屬片。1激光發(fā)展史第十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二1激光發(fā)展史國(guó)產(chǎn)激光焊接機(jī)第十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二1激光發(fā)展史激光數(shù)控切割機(jī)第十七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二1激光發(fā)展史進(jìn)口高精度激光雕刻機(jī)第十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二激光外科手術(shù)。激光在醫(yī)學(xué)上的首次成功應(yīng)用是進(jìn)行眼內(nèi)手術(shù)，但是不需要切開眼球。早在1962年，一臺(tái)紅寶石激光器將病人脫落的視網(wǎng)膜與眼球重新連接，使他恢復(fù)了視力。更大的成功在1968年到來，外科醫(yī)生弗朗西斯·萊斯佩朗斯和貝爾實(shí)驗(yàn)室的工程師使用氬離子激光器破壞異常的血管，以避免這些血管在視網(wǎng)膜中擴(kuò)散，致使糖尿病人失明。這種治療方法已經(jīng)挽救了數(shù)百萬人的視力。如今，激光也被用來切割角膜，以矯正視力，或者使胎記和刺青褪色。1激光發(fā)展史第十九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二1激光發(fā)展史1064nm激光醫(yī)療設(shè)備（去斑等）心臟動(dòng)脈血管支架第二十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二激光之母。受控核聚變很久以來都是人們認(rèn)為最理想的清潔能源發(fā)電方式。1962年，勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家約翰·納科爾斯（JohnNuckolls）在加利福尼亞州利弗莫爾，提出用激光脈沖加熱和壓縮的重氫同位素塊實(shí)現(xiàn)受控核聚變。從那以來，利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室一直追尋著這個(gè)理念，他們使用的激光器也越來越大，終于在美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)設(shè)施中達(dá)到巔峰。這是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，可以同時(shí)發(fā)出192束激光，去年，在十億分之幾秒的時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生了能量達(dá)到100萬焦耳的激光脈沖，使之成為有史以來能量最強(qiáng)的激光器。（美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)設(shè)施

(NIF)是美國(guó)出于研究核聚變反應(yīng)設(shè)想而建造的試驗(yàn)裝置。）1激光發(fā)展史第二十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二1激光發(fā)展史超連續(xù)譜激光器第二十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二1激光發(fā)展史鈦寶石激光器高次諧波能產(chǎn)生as脈沖第二十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二1激光發(fā)展史摻鐿光纖超短脈沖激光器脈沖寬度：33fs中心波長(zhǎng)：1030nm重復(fù)頻率：29MHz單脈沖能量：1nJOLV.31,P1340,2006

美國(guó)，康奈兒大學(xué)

第二十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二1激光發(fā)展史飛秒摻鉺光纖激光器脈沖寬度：46.2fs中心波長(zhǎng)：1550nm重復(fù)頻率：38.3MHz單脈沖能量：2.08nJOLV.32,P41,2007第二十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二1激光發(fā)展史無鎖模飛秒激光脈沖脈寬：516fs能量：3.5nJ中心波長(zhǎng)：1550nmOLV.32,P1408,2007,美國(guó)，康奈兒大學(xué)第二十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二1激光發(fā)展史CCLRCRutherfordAppletonLaboratory,Chilton,Didcot,Oxon.,OX110QX,UK(2006)outputpulsewithenergyof35JCompressionto85fs(70nminFWHM)potentialpowerofbetween300TWand400TW(350TW)第二十七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二名稱研制成功時(shí)間研制人He-Ne激光器1963年7月鄧錫銘等摻釹玻璃激光器1963年6月干福熹等GaAs同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器1963年12月王守武等脈沖Ar+激光器1964年10月萬重怡等CO2分子激光器1965年9月王潤(rùn)文等CH3I化學(xué)激光器1966年3月鄧錫銘等YAG激光器1966年7月屈乾華等激光國(guó)內(nèi)大事記

1激光發(fā)展史第二十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二激光概述（產(chǎn)業(yè)）第二十九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二2激光概述（產(chǎn)業(yè)方面）

國(guó)外激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀根據(jù)《激光集錦》1997年報(bào)導(dǎo)，世界激光器市場(chǎng)可劃分為三大區(qū)域：美國(guó)（包括北美）占55%，歐州占22%，日本及太平洋地區(qū)占23%。在世界激光市場(chǎng)上日本在光電子技術(shù)方面占首位，美國(guó)占第二位；在激光醫(yī)療及激光檢測(cè)方面則美國(guó)占首位；而在激光材料加工設(shè)備方面則是德國(guó)占首位。因此我們選擇美國(guó)、日本、德國(guó)三個(gè)國(guó)家，介紹他們激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，也就反映了世界激光市場(chǎng)的基本情況及其發(fā)展趨勢(shì)。第三十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的主要問題2激光概述（產(chǎn)業(yè)方面）

主要問題是：

(1)科研與生產(chǎn)結(jié)合得不好，科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的能力較差，許多具有市場(chǎng)前景的成果仍停留在實(shí)驗(yàn)樣機(jī)階段；

(2)資金投入不足，市場(chǎng)開拓不夠，一些重要激光產(chǎn)品尚未形成規(guī)模生產(chǎn)，效益較低；

(3)產(chǎn)品質(zhì)量較差，在安全性、穩(wěn)定性、可靠性及標(biāo)準(zhǔn)化等方面還有待進(jìn)一步提高；

(4)激光系統(tǒng)的配套能力較差，增加了用戶使用的困難；

(5)創(chuàng)新能力較差，高檔次的激光產(chǎn)品少，智能化、自動(dòng)化程度較低，缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力；

(6)從技術(shù)管理上看，激光產(chǎn)品缺少國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，激光產(chǎn)業(yè)沒有歸口主管部門，產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督不夠，這些都不利于激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。第三十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二3輻射與物質(zhì)的相互作用1)普通光源的發(fā)光——受激吸收和自發(fā)輻射第三十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二2)受激輻射和光的放大3)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)3輻射與物質(zhì)的相互作用第三十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置（NationalIgnitionFacility，NIF）的靶室

第三十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二這個(gè)巨型裝置坐落在加州的一個(gè)特大號(hào)“倉庫”里，它利用激光將微小的氫原子轉(zhuǎn)變?yōu)闊岷朔磻?yīng)的能量。大約要過12個(gè)月，裝置才能逐漸達(dá)到全功率運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，不過相關(guān)實(shí)驗(yàn)還要繼續(xù)進(jìn)行，直到2040年左右。第三十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二國(guó)家點(diǎn)火裝置的終端光學(xué)檢查系統(tǒng)?？茖W(xué)家利用世界上最強(qiáng)激光產(chǎn)生的192道光束直接照射在冰凍的氫原子珠上，激發(fā)了一次持續(xù)十億分之五秒的猛烈爆炸。

第三十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二國(guó)家點(diǎn)火裝置不僅有世界上最強(qiáng)的激光，也有世界上最大的光學(xué)儀器。這是磷酸二氫鉀（KDP）晶體，重達(dá)800磅（360千克），是激光器的主要部分。應(yīng)用新的方法，生成這么一大塊晶體只需要兩個(gè)月時(shí)間，而傳統(tǒng)的方法則需要兩年。每塊晶體被切成邊長(zhǎng)40厘米的方形晶片，整個(gè)國(guó)家點(diǎn)火裝置需要600個(gè)這樣的晶片。

第三十七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二在線性可替換單元（LRU）之間的激光玻璃調(diào)和板。LRU由一個(gè)大金屬框，以及固定于其上的各種類型的透鏡、反射鏡或玻璃組成。這些透鏡或玻璃等可以輕松地安置在光線的通路中，也可以方便地取出進(jìn)行維護(hù)。玻璃調(diào)和板LRU將安裝在兩個(gè)閃光燈暗盒之間，激光束穿過的時(shí)候，閃光燈暗盒點(diǎn)亮，從而使激光在通往靶室的過程中吸收來自特殊處理的玻璃的能量。第三十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二這張示意圖顯示的當(dāng)激光從輻射空腔兩端射入時(shí)的靶物球芯。密集光束產(chǎn)生的高能震蕩波以百萬英里每小時(shí)的速度沖擊燃料球芯，制造出一億攝氏度左右的高溫。在這種只有恒星內(nèi)核中才存在的極端條件下，氫原子將發(fā)生聚變，產(chǎn)生氦和巨大的能量。第三十九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二第四十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二整個(gè)建筑有10層樓高，面積與三個(gè)橄欖球場(chǎng)相當(dāng)。如果一切順利，它將成為第一個(gè)能量產(chǎn)出大于消耗的（激光核聚變）設(shè)施，同時(shí)也為商業(yè)激光核聚變發(fā)電站的發(fā)展鋪平道路，世界能源危機(jī)問題也將迎刃而解。第四十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二激光治療近視的圖片及原理展示第四十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二第四十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二激光治療近視第四十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二激光治療近視激光在醫(yī)學(xué)上的發(fā)展史LASIK手術(shù)適應(yīng)癥及手術(shù)前準(zhǔn)備LASIK的治療原理及過程手術(shù)后注意事項(xiàng)第四十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二激光在醫(yī)學(xué)中的發(fā)展史第四十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二1960年第一臺(tái)紅寶石激光器問世；1961年 紅寶石視網(wǎng)膜激光凝固機(jī)在眼科開始使用；1963年 激光手術(shù)開始應(yīng)用于腫瘤；1970年 激光開始應(yīng)用于恢復(fù)高血壓等內(nèi)科疾病；1973年 奧地利用激光代替針炙做實(shí)驗(yàn)；1975年 第一臺(tái)激光針炙儀開始用于經(jīng)絡(luò)疾病；1990年 俄羅斯將激光能量導(dǎo)入儀帶上太空作為宇航員預(yù)防太空病重要工具；1991年 中國(guó)首次引進(jìn)俄羅斯低強(qiáng)度激光技術(shù)應(yīng)用于臨床心腦血管病癥；2004年 海納川公司生產(chǎn)的鼻炎治療儀問世，一舉通過了國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局審批，成為準(zhǔn)字號(hào)醫(yī)療器械，并獲得國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局三項(xiàng)專利。第四十七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二準(zhǔn)分子激光治近視的發(fā)展史

第四十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二第一階段：PRK

1983年，準(zhǔn)分子激光成功切削動(dòng)物眼角膜組織；1988年P(guān)RK進(jìn)入人眼臨床運(yùn)用；1991年獲得批準(zhǔn)推廣，實(shí)現(xiàn)了人類告別近視的夢(mèng)想，準(zhǔn)分子激光手術(shù)正式踏入舞臺(tái)。第四十九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二第二階段：LASIK1991年，LASIK在美國(guó)成功完成臨床驗(yàn)證；1995年通過美國(guó)FDA獲準(zhǔn)，從此掀起了激光治療近視的熱潮，跟隨著激光設(shè)備的發(fā)展使準(zhǔn)分子激光手術(shù)進(jìn)入成熟期。第五十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二第三階段：個(gè)性化LASIK2005年，準(zhǔn)分子激光設(shè)備商推出的個(gè)性化切削系統(tǒng)得到了臨床眼科醫(yī)生的認(rèn)可，實(shí)現(xiàn)對(duì)像差的個(gè)性化切削，達(dá)到高視覺質(zhì)量。第五十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二第四階段：SBK2006年SBK進(jìn)入臨床運(yùn)用；2008年香港世界眼科大會(huì)上確定為準(zhǔn)分子激光手術(shù)的新標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)分子激光矯正術(shù)進(jìn)入完美時(shí)代。第五十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二眼的構(gòu)造

第五十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二近視矯正的三種方法對(duì)角膜表面進(jìn)行二維切削手術(shù)使其曲率半徑增大（作成平坦的）的PRK(PhotoRefarctiveKeratectomy)方法；激光原位角膜鑲術(shù)的LASIK(LaserinsituKeratomileusis)方法；將角膜表面放射狀切開的RK(RadialKeratotomy)方法。第五十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二LASIK（準(zhǔn)分子激光原位角膜磨鑲術(shù)）第五十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二準(zhǔn)分子激光手術(shù)適應(yīng)癥

18歲以上；屈光度≥-2.00D，穩(wěn)定超過兩年；屈光介質(zhì)無混濁，排除下列眼部疾患：嚴(yán)重的眼附屬器病變，如眼瞼缺損、變形、兔眼和慢性淚囊炎等、干眼病、圓錐角膜、病毒性角膜炎活動(dòng)期、青光眼、虹膜炎、視網(wǎng)膜及視神經(jīng)病變等;排除全身結(jié)締組織病及嚴(yán)重自身免疫性疾病。第五十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二手術(shù)前準(zhǔn)備工作(1)視力檢查：包括裸眼視力和戴鏡最佳矯正視力;

(2)屈光檢查：包括電腦驗(yàn)光、散瞳驗(yàn)光和復(fù)驗(yàn)三個(gè)步驟。驗(yàn)光度數(shù)正確與否直接影響手術(shù)效果;

(3)眼前節(jié)及眼底檢查：重點(diǎn)檢查角膜透明度，角膜是否有疤痕，晶體師傅混濁，眼底檢查是否有玻璃體混濁、眼底病變等;第五十七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二(4)眼壓檢查：以排除高眼壓和青光眼的可能性;

(5)角膜測(cè)厚：對(duì)角膜中心厚度低于500μm者，如果患者是高度近視，應(yīng)注意角膜中心切削厚度，術(shù)前向患者說明情況;

(6)角膜地形圖檢查：主要目的是對(duì)整個(gè)角膜表面的規(guī)則性和對(duì)稱性有所了解，排除各種異常因素。第五十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二激光治療近視原理

準(zhǔn)分子激光是氟氬兩種氣體混合后經(jīng)激發(fā)而產(chǎn)生的一種人眼看不見的波長(zhǎng)僅193納米的紫外線光束，其特性為光子能量大，波長(zhǎng)極短，對(duì)組織的穿透力極弱，不會(huì)穿入眼內(nèi)，僅被組織表面吸收，對(duì)周圍組織無損或損傷極微，屬冷激光，無熱效應(yīng)，能以“照射”方式對(duì)人眼角膜組織進(jìn)行精確氣化，達(dá)到“切削”和“雕琢”角膜的目的而不損傷周圍組織和其他器官，其獨(dú)特性質(zhì)是最適合角膜屈光手術(shù)。第五十九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二角膜手術(shù)的準(zhǔn)分子激光裝置第六十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期二準(zhǔn)分子激光手術(shù)的過程

準(zhǔn)分子激光角膜屈光治療技術(shù)（LASIK技術(shù)，準(zhǔn)分子激光手術(shù)），是用一種特殊的極其精密的微型角膜板層切割系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱角膜刀）將角膜表