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  • 激光原理及其應(yīng)用

    作者:佚名 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)文檔 時(shí)間:2020-11-17 11:08 閱讀:4544 [投稿]
    激光指通過(guò)受激輻射放大和必要的反饋,產(chǎn)生準(zhǔn)直、單色、相干的光束的過(guò)程及儀器。而基本上,產(chǎn)生激光需要"共振腔"(resonator)、"增益介質(zhì)"(gain medium)以及"激發(fā)來(lái)源"(pumping source)這三個(gè)要素。

    除了傳送圖像處,傳像束還能傳送一般的符號(hào)或數(shù)字,以及放大圖像或縮小圖像。

    如要放大圖像,可以將傳像束做成一端大、一端小,就像錐體那樣。當(dāng)圖像元從小端傳到大端時(shí),整幅圖像就被放大。反之,如將圖像從大端發(fā)送到小端,整幅圖像就被縮小了。

    此外,利用光纖還可以改變圖像。如果根據(jù)需要有意打亂光導(dǎo)纖維的排列,就可以使出口端的像元并不落在原先對(duì)應(yīng)的點(diǎn)上,而落到主觀構(gòu)思的點(diǎn)上,于是圖像就改變了。如果將圖像元進(jìn)口端的光纖做成方形,而將出口端光纖做成圓環(huán)形,就能將方形的圖像元變成圓環(huán)形的像元。

    總之,光纖傳像束有很大的發(fā)展?jié)摿,在未?lái)的光信息處理技術(shù)中將日益顯示其獨(dú)特的作用。

    (2)材料加工

    鉆孔、切割、焊接以及淬火,是加工金屬材料時(shí)最常用的操作。自從引進(jìn)了激光后,在加工的強(qiáng)度、質(zhì)量以及范圍等方面開(kāi)創(chuàng)了全新的局面。除了金屬材料外,激光還能加工許多非金屬材料。

    激光鉆孔機(jī)在激光鉆孔機(jī)問(wèn)世之前,對(duì)各種機(jī)械零件鉆孔靠的是電動(dòng)鉆孔機(jī)或沖床。但機(jī)械鉆孔不僅效率低,而且鉆出的孔洞表面不夠光潔。

    激光鉆孔的原理,是利用激光束聚集使金屬表面焦點(diǎn)溫度迅速上升,溫升可達(dá)每秒l00萬(wàn)度。當(dāng)熱量尚未發(fā)散之前,光束就燒熔金屬,直至汽化,留下一個(gè)個(gè)小孔。激光鉆孔不受加工材料的硬度和脆性的限制,而且鉆孔速度異?,快到可以在幾千分之一秒,乃至幾百萬(wàn)分之一秒內(nèi)鉆出小孔。

    比如,如果需要在金屬薄板上鉆出幾百個(gè)連人眼都難以察覺(jué)出來(lái)的微孔,用電動(dòng)鉆孔機(jī)顯然是不能勝任的,但用激光鉆孔機(jī)卻能在1~2秒鐘內(nèi)全部完成。如果用放大鏡對(duì)這些微孔作一番細(xì)查的話,可發(fā)現(xiàn)微孔面十分整齊光潔。

    激光鉆孔還可用來(lái)加工手表鉆石。它每秒鐘可鉆 20~30個(gè)孔,比機(jī)械加工效率高幾百倍,而且質(zhì)量高。同時(shí),激光鉆孔與下面我們就要講到的激光切割一樣,加工過(guò)程是非接觸式的,即不像機(jī)械加工那樣靠鋼鉆頭逐漸鉆透金屬材料。因此,激光操作可以在自動(dòng)化連續(xù)加工,或者在超凈、真空的特殊環(huán)境中發(fā)揮作用。

    激光切割機(jī)知道了激光鉆孔的原理,就容易理解激光為什么可以切割金屬材料了:只要移動(dòng)工件或者移動(dòng)激光束,使鉆出的孔洞連邊成線,就自然能將材料切割下來(lái)了。而且,不論是什么樣的材料,如鋼板、鈦板、陶瓷、石英、橡膠、塑料、皮革、化纖、木材等,激光都如一柄削鐵如泥,削木如灰的光劍,而且,切割的邊緣非常光潔。

    激光焊接機(jī)激光之所以能用來(lái)焊接,是因?yàn)樗墓β拭芏群芨。所謂功率密度高,是指在每平方厘米面積上能集中極高的能量。激光的功率密度有多高呢?我們可以作個(gè)比較:工廠里通常用于焊接的乙炔火焰能將兩塊鋼板焊在一起,這種火焰的功率密度可以達(dá)到每平方厘米1000瓦;氬弧焊設(shè)備的功率密度還要高,可以達(dá)到每平方厘米10000瓦。但這兩種焊接火焰根本無(wú)法與激光相比,因?yàn)榧す獾墓β拭芏纫人鼈兏叱銮f(wàn)倍。這樣高的功率密度不僅可以焊接一般的金屬材料,還可以焊接又硬又脆的陶瓷。

    激光淬火傳統(tǒng)的淬火方法十分簡(jiǎn)單,先將刀刃燒紅,然后驟然浸到冷水里,經(jīng)過(guò)這一熱一冷的處理,刀刃的硬度就大為提高。不過(guò),這樣淬火顯然不太方便,效果也不一定理想。

    激光淬火,是用激光掃描刀具或零件上需要淬火的部位,使被掃描區(qū)域的溫度升高,而未被掃描到的部位仍維持常溫。由于金屬散熱快,激光束剛掃過(guò),這部位的溫度就急驟下降。降溫越快,硬度也就越高。如果再對(duì)掃描過(guò)的部位噴速冷劑,就能獲得遠(yuǎn)比普通淬火要理想得多的硬度。

    (3)激光照相排版

    照相排版實(shí)際上是引入了光學(xué)攝影原理。用活字排版,必須根據(jù)書(shū)稿,依樣畫(huà)葫蘆地檢出各種大小、字體不同的鉛字和符號(hào)進(jìn)行排版。而照相排版要簡(jiǎn)便很多,它是通過(guò)排字機(jī)上的透鏡,來(lái)改變字樣的大小和形狀的。至于用透鏡為什么就能改變字樣的大小和形狀,這實(shí)際上就等于我們照“哈哈鏡”。

    用照相排版時(shí),只需將光源通過(guò)透鏡把需要的文字和符號(hào),在感光相紙上成像,再經(jīng)過(guò)顯影和定影就形成了照相底片。然后,只要像印照片那樣印刷就行。

    照相排版可使用兩種光源,剛才講的是普通光源,相比之下,激光排版省時(shí)省力。由于激光亮度高,顏色淺,可以大大改善圖像的清晰度,印出來(lái)的書(shū)質(zhì)量自然就高。它的原理是怎樣的呢?首先通過(guò)計(jì)算機(jī)把文字變成一個(gè)個(gè)點(diǎn),然后用點(diǎn)來(lái)控制激光掃描感光底片,才真正拍攝出全息照相。

    全息照相與立體照相是兩回事。盡管立體彩色照片看上去色彩鮮艷、層次分明,富有立體感,但它總歸仍是單面圖像,再好的立體照也代替不了真實(shí)的實(shí)物。比如,一個(gè)正方形木塊的立體照,不論我們?cè)鯓痈淖冇^察角度,只能看到照片上的那個(gè)畫(huà)面,但全息照就不同了,我們只要改變一下觀察角度,就可以看到這個(gè)正方塊的六個(gè)方面。因?yàn)槿⒓夹g(shù)能將物體的全部幾何特征信息都記錄在底片上,這也是全息照相最重要的一個(gè)特點(diǎn)。

    全息照相的第二個(gè)重要特點(diǎn)是,能以一斑而知全豹。當(dāng)全息照被損壞,即使是大半損壞的情況下,我們?nèi)匀豢梢詮氖O碌哪且恍“肷峡吹竭@張全息照上原有物體的全貌。這對(duì)于普通照片來(lái)說(shuō)就不行,即使是損失一只角,那只角上的畫(huà)面也就看不到了。

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