激光技術(shù)相關(guān)科技論文范文

激光技術(shù)相關(guān)科技論文范文第1篇激光技術(shù)相關(guān)科技論文范文第1篇【關(guān)鍵詞】激光加工技術(shù)相關(guān)理論發(fā)展應(yīng)用

一、前言

近年來(lái)重大的發(fā)明之一是激光技術(shù)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，把激光器當(dāng)成基礎(chǔ)的激光加工的技術(shù)得到了快速發(fā)展。目前其正在被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)、通訊、醫(yī)療、軍事及科研等多種領(lǐng)域。并且在這些領(lǐng)域都取得了非常好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的效益，是我國(guó)未來(lái)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的關(guān)鍵。

二、激光加工技術(shù)相關(guān)理論

筆者認(rèn)為，了解與應(yīng)用激光加工技術(shù)需要對(duì)其相關(guān)理論深入的研究。以下筆者從其原理和特點(diǎn)來(lái)介紹激光加工技術(shù)。

（一）原理

激光加工能夠獲得極高的能量密度與極高的溫度是因?yàn)椴捎玫墓鈱W(xué)系統(tǒng)能夠讓激光聚焦成為一個(gè)非常小的光斑，在這樣的高溫下，每種堅(jiān)硬的材料都會(huì)被瞬間熔化與氣化，然后熔化物被氣化而產(chǎn)生的蒸汽壓力推動(dòng)，以很高的速度噴射出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)工件加工的特種加工方法。

（二）特點(diǎn)

激光加工的技術(shù)對(duì)于加工工具與特殊環(huán)境沒(méi)有要求，不會(huì)造成工具的磨損，易于使用自動(dòng)控制來(lái)進(jìn)行連續(xù)加工，且加工效率極高；同時(shí)激光的強(qiáng)度極高，聚焦后差不多能夠熔化和氣化全部的材料，所以能夠加工所有硬度的金屬與非金屬的材料；加上激光加工是屬于非接觸的加工，及加工速度非常的快，工件沒(méi)有受力與受熱而產(chǎn)生變形；其還能聚焦成為極小的光斑（微米級(jí)），能夠調(diào)節(jié)輸出的功率，所以可進(jìn)行精密且細(xì)微的加工。這些均是激光加工優(yōu)點(diǎn)。但由于其設(shè)備的投資比較大，及操作和維護(hù)技術(shù)要求比較高；且在精微加工的時(shí)候，重復(fù)的精度與表面的粗糙度難以保證等。這些缺點(diǎn)盡管在一定的程度上縮小了其應(yīng)用規(guī)模，也限制了其發(fā)展，但是由于進(jìn)一步的研究，越來(lái)越成熟的技術(shù)，激光加工技術(shù)有著非常廣闊的發(fā)展前景。

三、激光加工技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

近年來(lái)，由于激光加工技術(shù)的快速發(fā)展，其被應(yīng)用于許多的領(lǐng)域。以下是筆者從激光器與激光加工技術(shù)領(lǐng)域來(lái)介紹激光加工技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)介紹目前激光加工技術(shù)的具體應(yīng)用。

（一）激光加工技術(shù)的發(fā)展

了解激光加工技術(shù)的發(fā)展，就要研究激光器以及其應(yīng)用的領(lǐng)域的變化。只有這樣才能從根本上了解其發(fā)展。

迅速發(fā)展的激光器。我國(guó)研制出的第一臺(tái)激光器是在1961年。通過(guò)幾十年的努力，我國(guó)的激光器技術(shù)快速的發(fā)展起來(lái)了，從固體的激光器到氣體的激光器，再到如今光纖的激光器、半導(dǎo)體的激光器與飛秒的激光器。光纖的激光器與傳統(tǒng)激光器來(lái)比較，其優(yōu)勢(shì)是功率輸出大，光束的質(zhì)量較好，轉(zhuǎn)換的效率較高，良好的柔性傳輸?shù)?。其在使用激光加工技術(shù)加工材料中有著極大的吸引力。現(xiàn)在應(yīng)用于使用激光來(lái)打標(biāo)、切割以及焊接。而飛秒的激光器則能夠使超精微的加工可以實(shí)現(xiàn)。其在高技術(shù)的領(lǐng)域如微電子、光子學(xué)等應(yīng)用的前景極寬廣。同時(shí)半導(dǎo)體的激光器正在被直接用在焊接、熱處理等方面?？傊す馄鞯难杆侔l(fā)展導(dǎo)致了激光加工技術(shù)的快速發(fā)展。

廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。激光加工是在機(jī)械加工、力加工、火焰加工與電加工之后新產(chǎn)生的一種的加工技術(shù)，是借助激光束和物質(zhì)相互作用的特性，對(duì)材料進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打孔以及微加工的綜合性技術(shù)。激光焊接廣泛應(yīng)用在汽車(chē)的零件、密封的器件等多種要求焊接無(wú)污染與無(wú)變形的器件。激光切割主要應(yīng)用在汽車(chē)的行業(yè)、航天的工業(yè)等領(lǐng)域。而激光打孔則應(yīng)用在汽車(chē)的制造、化工等產(chǎn)業(yè)。廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域也使得激光加工技術(shù)快速發(fā)展。

（二）激光加工技術(shù)的應(yīng)用

激光加工技術(shù)在我國(guó)的許多領(lǐng)域里占據(jù)著重要的位置，以下是筆者簡(jiǎn)單的介紹一些具體的應(yīng)用，如打孔、切割以及焊接等。

（1）激光來(lái)打孔的應(yīng)用。激光打孔借助了激光的功率密度極高的特性，使得加工的材料瞬間被熔化與氣化，熔化的物質(zhì)被蒸汽巨大的壓力推出來(lái)，形成了孔洞。激光打孔正在被廣泛應(yīng)用在鐘表與儀表有關(guān)工件的加工。其應(yīng)用的領(lǐng)域廣泛，包括衣服與鞋子的制作、工藝品與禮品的制作、機(jī)械設(shè)備與零件的制作等。

（2）激光切割的應(yīng)用。激光切割則利用了激光束，由于其能夠聚焦而形成極高的功率密度光斑，因此能夠?qū)⒉牧涎杆偌訙氐綒饣业臏囟龋纬闪诵】锥春?，再借助光束和材料的相?duì)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生細(xì)小以及連續(xù)的切縫，達(dá)到了切割的目的。激光切割被廣泛用來(lái)切割非金屬材料。此外，激光切割也應(yīng)用在服裝行業(yè)如對(duì)皮革和布料的切割。

（3）激光焊接的應(yīng)用。激光焊接把符合功率密度要求的激光束照射到需要焊接的材料表面，將其局部的溫度升高到熔點(diǎn)，使得材料的結(jié)合部位熔化為液體，然后進(jìn)行冷卻凝固，從而使得兩種材料熔接在一起，達(dá)到了焊接的目的。激光焊接被廣泛應(yīng)用于航天行業(yè)、船舶制造業(yè)等各種領(lǐng)域。尤其是珠寶首飾業(yè)利用激光焊接的技術(shù)改變了人們首飾設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)思維。利用激光焊接能夠制作具有特殊結(jié)構(gòu)的首飾。此外，激光焊接還廣泛應(yīng)用在鋼鐵行業(yè)。

四、結(jié)語(yǔ)

激光加工技術(shù)是一種21世紀(jì)發(fā)展迅速的新技術(shù)，各國(guó)的政府與工業(yè)部門(mén)都要積極的發(fā)展視激光器與激光加工技術(shù)的設(shè)備。隨著激光加工技術(shù)應(yīng)用市場(chǎng)的日益擴(kuò)大與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新格局的產(chǎn)生，我國(guó)的激光加工技術(shù)一定有巨大的發(fā)展，具有極其廣闊的市場(chǎng)前景，而且在社會(huì)經(jīng)濟(jì)與工業(yè)的發(fā)展中起到非常重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈燕.激光加工技術(shù)及其應(yīng)用[J]_中國(guó)科技投資，2012，（08）.

激光技術(shù)相關(guān)科技論文范文第2篇在前面的分析中，本文具體討論了光學(xué)細(xì)分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。運(yùn)動(dòng)距離測(cè)量實(shí)驗(yàn)選取光學(xué)四細(xì)分的光學(xué)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖6所示。系統(tǒng)分為光路部分和信號(hào)處理部分。mW和0．5mW，反射鏡M4由硅片制成，其反射率大約為0．4。硅片反射鏡M4可調(diào)節(jié)反射方向。角錐棱鏡M1、M2和M3的型號(hào)為Agilent10767A，具有非常好的光學(xué)性能。測(cè)量導(dǎo)軌選用的是PI公司的M－5x1．DD型號(hào)。二維精密電控平移臺(tái)（直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)）單向重復(fù)定位分辨率達(dá)0．1μm，直線(xiàn)度參數(shù)為0．1μm／200mm，最高運(yùn)行速度50mm／s，量程為200mm。2個(gè)測(cè)量角錐棱鏡被安裝在導(dǎo)軌上，通過(guò)PI公司的控制軟件在計(jì)算機(jī)上對(duì)導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)外腔長(zhǎng)度的改變。通過(guò)運(yùn)動(dòng)距離測(cè)量結(jié)果與PI導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)參數(shù)的一致性可驗(yàn)證測(cè)量方案的可行性。信號(hào)處理部分中，由PD探測(cè)到的激光自混合干涉信號(hào)首先由低噪聲前置放大器（Standford，SR560C）進(jìn)行濾波和放大，一路送入示波器而另一路接著由NI公司的數(shù)據(jù)采集卡（NI6251）進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。采集到的數(shù)字信號(hào)送入PC機(jī)中由專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件（LabVIEW）實(shí)現(xiàn)信號(hào)再次細(xì)分以及實(shí)時(shí)處理重構(gòu)目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)距離。測(cè)量過(guò)程中，示波器可定性觀(guān)察光學(xué)細(xì)分的現(xiàn)象，而數(shù)據(jù)采集卡采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的處理可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)距離測(cè)量。

2實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)在同一測(cè)量環(huán)境條件下進(jìn)行：恒溫（20℃±1℃），恒濕（50％±3％）。使激光器預(yù)熱2h，激光波長(zhǎng)穩(wěn)定在632．8334nm，讓導(dǎo)軌以某一速度勻速運(yùn)動(dòng)，然后對(duì)采集的信號(hào)加入電子五細(xì)分處理。在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，由自混合干涉光路細(xì)分原理可知，一個(gè)條紋對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)距離為λ／8，將此波形通過(guò)閾值為0的比較器后得到對(duì)應(yīng)的方波信號(hào)，再將方波信號(hào)n細(xì)分，通過(guò)計(jì)數(shù)方波的個(gè)數(shù)來(lái)得到外部物體實(shí)際的運(yùn)動(dòng)距離。這樣處理后，可以得到的分辨率為λ／8n。一個(gè)周期內(nèi)的正弦波通過(guò)過(guò)零比較器整形成方波信號(hào)，五細(xì)分后的波形如圖7所示。這樣通過(guò)計(jì)數(shù)的方法就可以再次提高分辨率。此外，細(xì)分處理前對(duì)干涉信號(hào)進(jìn)行了整形，可以顯著增強(qiáng)對(duì)于疊加在自混合干涉信號(hào)上的高斯噪聲的抗干擾能力，使測(cè)量結(jié)果更加穩(wěn)定可靠。在數(shù)字域進(jìn)行細(xì)分時(shí)，將上面得到的方波信號(hào)改寫(xiě)成二進(jìn)制碼（1111100000），然后將其右移9次，將其奇數(shù)次和偶數(shù)次的右移結(jié)果兩兩異或，則可以得到（1010101010），即對(duì)應(yīng)的五細(xì)分信號(hào)及其互補(bǔ)信號(hào)（0101010101），實(shí)現(xiàn)了對(duì)原自混合干涉信號(hào)的細(xì)分。將PD探測(cè)到的微弱信號(hào)進(jìn)行電流－電壓（I－V）轉(zhuǎn)換后，變成電壓信號(hào)，經(jīng)高通電路去直流后，再經(jīng)放大電路放大，通過(guò)NI公司的數(shù)據(jù)采集卡USB－6251采集，在PC機(jī)上編寫(xiě)LabVIEW程序進(jìn)行細(xì)分計(jì)數(shù)處理。信號(hào)經(jīng)數(shù)字域電子細(xì)分后，進(jìn)行計(jì)數(shù)后就可以重構(gòu)并顯示物體的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)距離。測(cè)量實(shí)驗(yàn)使用PI精密導(dǎo)軌對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)。導(dǎo)軌的移動(dòng)范圍設(shè)置為0～200mm，每次勻速步進(jìn)20mm，移動(dòng)速度設(shè)置為5mm／s，步進(jìn)10次，每次導(dǎo)軌的示數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)；該運(yùn)動(dòng)過(guò)程由電機(jī)自動(dòng)完成，系統(tǒng)對(duì)每次的步進(jìn)長(zhǎng)度進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量記錄并給出實(shí)時(shí)誤差，連續(xù)記錄幾十組，選擇其中的5組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過(guò)擬合曲線(xiàn)與誤差分析可以看出，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際運(yùn)動(dòng)距離有良好的線(xiàn)性關(guān)系，且重復(fù)性非常的好，實(shí)現(xiàn)了使用光學(xué)細(xì)分與電子細(xì)分相結(jié)合的方法對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)距離進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析吻合。

3討論

激光器作為測(cè)量光路的一部分而不能成為一個(gè)獨(dú)立的、波長(zhǎng)穩(wěn)定的光源，其穩(wěn)定性對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度有很大的影響?？諝庹凵渎实淖兓徒清F棱鏡的直角誤差也會(huì)影響系統(tǒng)的測(cè)試精度。1）激光器頻率穩(wěn)定性帶來(lái)的累計(jì)誤差。實(shí)驗(yàn)中的氦氖激光器輸出光在空氣中傳播的中心波長(zhǎng)為632．8334nm，短期頻率穩(wěn)定性為1．5×10－6，因此，在沒(méi)有反饋時(shí)，激光器波長(zhǎng)穩(wěn)定性為δλ＝λδν／ν≈0．9492×10－6μm。當(dāng)自混合效應(yīng)反饋系數(shù)很低時(shí)，頻率波動(dòng)極小。理論計(jì)算表明，當(dāng)外腔長(zhǎng)度在百毫米量級(jí)時(shí)，波長(zhǎng)穩(wěn)定度可以達(dá)到10－8的測(cè)量準(zhǔn)確度，測(cè)量不確定度小于0．4μm［9－10］。2）空氣折射率變化帶來(lái)的誤差。測(cè)量環(huán)境的初始條件：空氣壓強(qiáng)101325Pa，室溫20℃，濕度1333Pa。測(cè)量過(guò)程中，由溫度、濕度以及壓強(qiáng)傳感器可知，只有環(huán)境溫度會(huì)有最大不超過(guò)1℃的改變。因此得到折射率的變化為δn≈0．929×10－6。當(dāng)測(cè)量長(zhǎng)度為200mm時(shí)，測(cè)距不確定度小于0．3μm［9］。3）角錐棱鏡的直角誤差。角錐棱鏡的直角誤差會(huì)直接影響其對(duì)光路的反射特性。對(duì)于A(yíng)gilent10767A型號(hào)的角錐棱鏡，其3個(gè)直角誤差δθ＜5″。玻璃的折射率為1．56，則測(cè)量長(zhǎng)度為200mm的測(cè)距誤差小于0．002μm［11］。由于本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)存在3個(gè)角錐，則測(cè)距不確定度應(yīng)小于0．006μm。由以上討論可以知道，影響測(cè)量精度的最大因素來(lái)自于激光的頻率的穩(wěn)定度。理論上實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的測(cè)量分辨率可達(dá)到波長(zhǎng)的1／40。而實(shí)際上，受制于激光頻率的穩(wěn)定程度，在弱反饋條件下，百毫米量級(jí)運(yùn)動(dòng)距離的測(cè)量只能達(dá)到微米級(jí)的測(cè)量精度。

4結(jié)語(yǔ)

激光技術(shù)相關(guān)科技論文范文第3篇關(guān)鍵詞激光原理教學(xué)改革課程建設(shè)

激光是二十世紀(jì)人類(lèi)的重大科技發(fā)明之一，被譽(yù)為繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后，人類(lèi)的又一重大發(fā)明，被稱(chēng)為“最快的刀”“最準(zhǔn)的尺”“最亮的光”，它對(duì)人類(lèi)社會(huì)生活產(chǎn)生了廣泛而深刻的影響。作為高技術(shù)的研究成果，它不僅廣泛應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)研究的各個(gè)前沿領(lǐng)域，而且已經(jīng)在人類(lèi)生產(chǎn)和生活的許多方面得到了大量的應(yīng)用，與激光相關(guān)的產(chǎn)業(yè)已在全球形成了超過(guò)千億美元的年產(chǎn)值。由于各行各業(yè)都應(yīng)用激光進(jìn)行技術(shù)改造和新技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究，除了文科的幾乎所有理工農(nóng)醫(yī)的高等院校都開(kāi)設(shè)了激光原理和應(yīng)用的課程。

《激光原理》是光信息科學(xué)與技術(shù)和應(yīng)用物理學(xué)專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生對(duì)激光的基本概念、基本技術(shù)和基本器件有比較全面、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程技術(shù)問(wèn)題的能力，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)專(zhuān)業(yè)課打下基礎(chǔ)。然而，《激光原理》又是一門(mén)理論性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，該課程物理概念抽象和理論性強(qiáng)，基礎(chǔ)知識(shí)面廣，學(xué)生往往因缺乏感性認(rèn)識(shí)，不易理解，感到難學(xué)，這對(duì)老師的教學(xué)水平和教學(xué)方法提出了考驗(yàn)。筆者結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐，從以下幾個(gè)方面對(duì)《激光原理》課程教學(xué)改革進(jìn)行了探索。

一、教學(xué)內(nèi)容的改革

《激光原理》課程主要介紹激光的產(chǎn)生條件、激光器的工作原理和激光器的輸出特性，這部分內(nèi)容理論性強(qiáng)，需要應(yīng)用原子物理、量子力學(xué)、熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理、光學(xué)和高等數(shù)學(xué)等課程的結(jié)論和基礎(chǔ)，公式繁多、推導(dǎo)復(fù)雜、理論抽象，具有相當(dāng)?shù)碾y度和深度。在《激光原理》的教學(xué)過(guò)程中，我們還增加了部分激光技術(shù)的內(nèi)容，比如激光器輸出的選模技術(shù)、激光器的穩(wěn)頻、激光束的光束變換，以及激光的調(diào)制、偏轉(zhuǎn)、調(diào)Q和鎖模技術(shù)等，這部分內(nèi)容是從事光信息科學(xué)與技術(shù)人員必須掌握的基本知識(shí)，通過(guò)對(duì)這些知識(shí)的學(xué)習(xí)能夠加深學(xué)生對(duì)激光器原理的理解和掌握。為了進(jìn)一步加深印象，我們對(duì)典型的激光器進(jìn)行了介紹，比如紅寶石激光器、汝玻璃激光器、Nd：YAG激光器等固體激光器，He-Ne激光器、CO2激光器、Ar+激光器等氣體激光器，以及燃料激光器和半導(dǎo)體激光器等都做了簡(jiǎn)要的介紹。

在教材方面，我們選擇了上海理工大學(xué)陳家璧教授編寫(xiě)的《激光原理及應(yīng)用》（電子工業(yè)出版社）作為教材。這本教材的內(nèi)容章節(jié)安排合理，知識(shí)點(diǎn)覆蓋面廣，理論體系較為完整，同時(shí)這本教材是在大學(xué)的普通物理學(xué)的基礎(chǔ)上編寫(xiě)的，從激光的物理學(xué)基礎(chǔ)出發(fā)，著重闡明物理概念以及激光輸出特性與激光器的參數(shù)之間的關(guān)系，盡量避免過(guò)多的理論計(jì)算，以掌握激光器的選擇和使用為主要目的。因此這本教材的內(nèi)容對(duì)學(xué)生來(lái)講不難理解，所講授的內(nèi)容比較容易掌握。我們還增加了一本國(guó)際公認(rèn)的經(jīng)典教材作為參考書(shū)：ChristopherC.Davis編寫(xiě)的《LasersandElectro-Optics：FundamentalsandEngineering》，CambridgeUniversityPress。

二、教學(xué)手段的改革

在教學(xué)過(guò)程中建立師生平等的民主教學(xué)氛圍。改變“教師為主，學(xué)生從屬”的教學(xué)模式，本著師生平等的原則，以參與者的身份在教學(xué)活動(dòng)中創(chuàng)造一種愉快輕松的氛圍，挖掘和調(diào)動(dòng)學(xué)生的潛力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

教學(xué)方式以課堂授課為主，同時(shí)考慮到激光中有很豐富生動(dòng)的現(xiàn)象，注重和提倡采用多種手段進(jìn)行多種形式的教學(xué)，充分體現(xiàn)光學(xué)這門(mén)課豐富多彩、形象生動(dòng)的特性，輔助的教學(xué)手段主要是利用計(jì)算機(jī)的多媒體功能。比如為了增強(qiáng)激光原理教學(xué)中關(guān)于激光器的光場(chǎng)分布的直觀(guān)性，采用快速傅立葉變換法求解傍軸近似波動(dòng)方程，計(jì)算模擬激光器的光場(chǎng)分布，可以直觀(guān)地給出三維穩(wěn)態(tài)分布圖，融合計(jì)算機(jī)的靈活性、新穎性和光學(xué)現(xiàn)象的直觀(guān)性及趣味性。通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，讓同學(xué)們觀(guān)察到各種激光現(xiàn)象，展現(xiàn)了“百聞不如一見(jiàn)”的效果，使學(xué)生進(jìn)一步加深了對(duì)課程內(nèi)容的理解，激發(fā)學(xué)生的求知欲和好奇心，刺激同學(xué)們的思考。

另外，在教學(xué)過(guò)程中開(kāi)展啟發(fā)式和討論式教學(xué)。從人才培養(yǎng)的角度來(lái)說(shuō)，學(xué)生與老師應(yīng)