激光测距论文讲解（★）

第一篇：激光测距论文讲解

激光测距及在军事上的应用 摘 要

激光技术这一高新技术，经过半个世纪的发展，从机理原理，实验手段到制造工艺都已逐步成熟，且先进的激光器不断研制成功，并凭借其高亮度、方向性强、单色性好、相干性好的显著特点，在工业、农业、医疗、军事等领域的应用已经是大显神威。而激光武器经过不断地开发和研究，目前已有了重大的进展：低功率激光武器已开始装备部队，高功率激光武器则在技术上已基本成熟，将在未来现代化战争或局部战争中发挥举足轻重的作用。

本文简要介绍了脉冲激光测距原理及常见的激光测距仪，并对它们在军事上的应用作了相应的介绍。

关键词：激光测距；激光测距仪； 军事应用

一、引言

激光测距是激光在军事上应用最早和最成熟的技术。自1960 年第一台激光器--红宝石激光器发明以来，便有人开始进行激光测距的研究。和微波测距等其它方法相比,激光测距具有更好的方向性和更高的测距精度,测程远,抗干扰能力强,隐蔽性好,因而得到广泛的应用。激光测距的研究还对雷达技术的发展起了很大的促进作用,因而在国民经济和国防建设中具有重要意义。根据所发射激光状态的不同,激光测距分为激光脉冲测距和连续波激光测距,后者根据起止时刻标识的不同又分为相应激光测距和调频激光测距。本文将介绍脉冲测距的最新技术发展。

二、脉冲激光测距原理

脉冲激光测距是利用激光脉冲持续时间极短,能量在时间上相对集中,瞬时功率很大(一般可达兆瓦)的特点,在有合作目标的情况下,脉冲激光测距可以达到极远的测程;在进行几公里的近程测距时,如果精度要求不高,即使不使用合作目标,只是利用被测目标对脉冲激光的漫反射索取的反射信号,也可以进行测距。图1 脉冲飞行时间激光测距系统一个典型的脉冲飞行时间激光测距系统通常有以下五个部分组成:激光发射单元,一个或两个接收通道,时刻鉴别单元,时间间隔测量单元和处理控制单元。激光发射单元在t0 时刻发射一激光脉冲,其中一小部分功率直接进入接收通道1,经时刻鉴别单元产生起始(START)信号,开始时间间隔测量;其余功率从发射天线向目标发射出去,经距离R 到达目标后被反射;接收通道2 的光电探测器接收到返回脉冲,经放大后到达时刻鉴别单元,产生一终止(STOP)信号,终止时间间隔测量;时间间隔测量单元把所测得的结果t 输出到处理控制单元,最后得到距离R=ct/2。

[1]

三、激光测距在军事上的应用 3.1 激光测距光源

战术和战略用脉冲激光测距仪主要包括红宝石、Nd∶YAG、CO2、喇曼频移Nd∶YAG 和Er∶玻璃等脉冲激光测距仪。3.3.1 红宝石脉冲激光测距仪

0.69μm 的红宝石脉冲激光测距仪是第一代军用激光测距仪，其结构简单，紧凑。因工作波长属近红外绿光，极易暴露目标，加上对人眼极不安全，目前除少数应用外已被淘汰。

3.1.2 Nd∶YAG 脉冲激光测距仪

Nd∶YAG 脉冲激光测距仪的主要优点是隐蔽性、电效率和脉冲重复工作频率大大优于红宝石激光测距仪，因而从60 年代后期开始广泛装备部队；主要缺点：①工作波长为1.06μm，相对说来较短，在大气中的衰减较大，不完全适合自然雾和战场烟幕等环境条件；② 1.06μm 波长被发射后经人眼聚焦进入视网膜，在很短的距离上若不加防护观察，可以使人眼永久致盲；③1.06μm 波长不与8~12μm 热成像系统兼容。而Nd∶YAG 脉冲激测距仪目前仍具有无法取代的独特优点。3.1.3 CO2 脉冲激光测距仪

CO2 脉冲激光测距仪是70 年代末和80 年代中期主要针对1.06μm 的Nd∶YAG 激光测距仪的缺点发展起来的新一代人眼安全激光测距仪。其主要优点有：①大气穿透能力优于Nd∶YAG 激光波长，能在较低能见度和战场烟幕等大气条件下工作；②能与8~12μm 波段内的典型热成像系统兼容并可共用接收光学系统和探测器，能有效实现热成像仪能探测到的绝大多数目标；③能实现对人眼安全。主要缺点是：①10.6μm 的CO2 激光波长极易被水分子(H2O)吸收衰减，在大气中含水蒸汽密度大的睛天和潮湿条件下，限制了它的最大测距能力，特别是雨天和目

标被雪覆盖时，目标呈现多镜面对称反射，对CO2 激光波长测距不利；③10.6 μm 的CO2 激光波长对战术目标的反射系数低于1.54、1.06 和0.69μm 的激光波长。

3.1.4 喇曼频移Nd∶YAG 和Er∶玻璃脉冲激光测距仪

喇曼频移Nd∶YAG 和Er∶玻璃脉冲激光测距仪也和CO2 一样发展于70 年代末和80年代中期，主要优点是：①大气穿透能力高于1.06μm 的Nd∶YAG 激光波长而低于CO2 激光波长；②对目标的反射系数和在睛天、高温度条件下测距时，其性能高于CO2 激光波长并与Nd∶YAG 激光波长相当；③对人眼的安全性高于CO2 激光波长。缺点是由于1.54μm 波长属中红外波段，不能与8~12μm 的热成像系统兼容，加上转换效率低、脉冲能量小和重复工作频率低(喇曼频移Nd∶[3][2] YAG 除外)等限制了它们的应用。3.2 脉冲激光测距在军事上的应用

脉冲激光测距仪作为军用装备器材，发展于60 年代初。经过30 多年的开发、研制和装备，目前国外已完成了“手持式、脚架式、潜望式、坦克、装甲、水面舰载、潜艇潜望、高炮、机载、机场测云、导弹和火箭发射、人造卫星、航天器载”等约十三大类400 多个品种和型号，其中装备量最大的是以Nd∶YAG 为器件的固体脉冲激光测距仪，其次是喇曼频移Nd∶YAG 和Er∶玻璃以及CO2 脉冲激光测距仪。

3.2.1 轻型便携式脉冲激光测距仪

轻型便携式脉冲激光测距仪包括步兵和炮兵侦察用的手持式以及前沿侦察和前沿对空控制(FAC)双用途的激光测距仪—目标指示器。对上述用途的系统，要求机动灵活、重量轻、体积小、用电池组作电源、可靠性和维修性高以及单一产品的成本低等。主要技术性能：最大测程4~10km，测距精度±10m，重复频率为单次，束散角1~2mrad。值得关注的的是，由于上述激光测距仪及其系统常与其他友军密切配合作战且不带装甲部队大范围训练以及无合作目标、操作手不带防护目镜等，人眼安全极为重要。因此，这类脉冲激光测距仪已逐渐由装备Nd∶YAG 激光测距仪改为喇曼频移Nd∶YAG 和Er∶玻璃1.54μm 的人眼安全激光测距仪。

在现代战争中，由以前单一的步兵、炮兵独立作战发展到有步兵、炮兵和海军陆战队组成的特种部队联合作战，武器系统也由单一的地炮、高炮逐渐采用多功能综合高技术。因此激光测距仪也由单一测距功能的便携式、手持式发展到激光测距、红外瞄准的昼夜观测仪以及激光测距、目标指示、红外瞄准的激光红外目标指示器等。

3.2.2 地面车载脉冲激光测距仪

地面车载脉冲激光测距仪包括坦克、步兵战车(IFV)、火控、对空防御、火炮或导弹制导火控以及目前发展的地面车载激光测距仪—目标指示器等。其主要技术性能：最大测程4~10km，测距精度±5~10m，目标分辨约20m，重复频率0.1~1Hz，束散角0.4~1mrad。激光测距仪在坦克火控系统中的应用是提供弹道轨迹的超仰角修正信息和因逆风或目标移动引起的方位角校正信息以及距离信息。步兵战车主要是使用激光测距仪去测量目标是否在反坦克导弹的距离内，其次用于枪炮火控和对目标的分选。为了做到激光测距仪完全有效地对任何能探测到的目标测距以及通过火控系统全天候被动探测、识别和分选，这些系统还应包括：瞄准光学系统、电视摄像机和红外热成像仪(FLIR)等。这是目前非常迫切需要的但不可能通过任何单一功能和单一波长激光测距仪能完全满足的系统。据外刊报 道，美国休斯公司采用喇曼频移Nd∶YAG 激光测距、电视摄像和红外成像组成的坦克、装甲车激光测距仪系统是目前最新型的设备。但是这种系统若采用1.06μm 的Nd∶YAG 激光测距，尽管在测距仪上装上衰减滤光片，对合作目标测距训练时已基本达到人眼安全要求，而经论证后的坦克和步兵作战的操作人员及指挥、作战人员应采取人眼安全措施，或者采用人眼安全的1.54μm 激光波长测距，从根本上实现对人眼安全的要求。3.2.3 对空火炮和导弹防御脉冲激光测距仪

对空防御的脉冲激光测距仪以及采用了自保护措施的步兵战车对空防御脉冲激光测距仪均应按火控系统和作战系统的要求工作，在距离和距离速率以内对空中高速机动目标提供稳定的跟踪信息和距离信息，以对抗武装直升机、隐身飞机和巡航导弹、反辐射导弹的威胁。这就要求激光测距仪提供比较高的数据率(高的激光脉冲速率)和相当高的距离精度，如最大测程为4~20km，测距精度为

2.5~5m，重复频率为6~20Hz，束散角为0.5~2.5mrad 等。然而，若其交战距离相当远(约达20km 以上)，这么远的距离实际对抗出现在不模糊的大气条件下，仅要求激光测距仪的灵敏度比坦克测距仪稍高一些；若在某些高湿度季节或某些高温度气象区域内，由于很强的H2O 分子吸收，限制了长波长(如10.6μm 的CO2)脉冲激光测距仪最大测距能力的发挥，此时，应采用1.06μm 的Nd∶YAG 脉冲激光测距仪，或者采用喇曼频移Nd∶YAG 及Er∶玻璃(1.54μm)的脉冲激光测距。

3.2.4 机载脉冲激光测距仪

机载脉冲激光测距仪可以用来装备武装直升机的导弹指令制导和装备固定翼飞机，用于封锁支援的光电飞行器等目标以及拦截飞机和导弹的攻击。这些典型应用一般采用1.06μm的Nd∶YAG 激光测距仪并具有激光测距和目标指示的能力，或者采用1.54μm 波长的人眼安全喇曼频移Nd∶YAG 脉冲激光测距仪_目标指示器等，以保护机载系统完成作战任务或主动攻击空中的光电目标。机载脉冲

激光测距仪的主要技术性能：测程远(用于武装直升机为4~10km，用于固定翼飞机为10~20kM)、测距精度高(用于武装直升机为±5~10m，用于固定翼飞机为±1~10m)、重复频率高(用于武装直升机为4Hz，用于固定翼飞机为5~20Hz)、束散角小(用于武装直升机为0.4~1mrad，用于固定翼飞机为0.1~0.5mrad)，同时机载设备应体积小、重量轻并要与航空指示器共用。因此，激光器必须使用高效循环液体作冷却器，以适应高的运转速率要求，否则要采用气体或混合气体升压冷却。

3.2.5 舰载脉冲激光测距仪

舰载脉冲激光测距仪的发展在轻型便携式、车载和对空防御激光测距仪之后，它包括水面舰载和潜艇潜望两大类。水面舰载脉冲激光测距仪在技术性能指标方面与车载火控和对空防御激光测距仪相同，在环境使用方面要适应舰载海[4] 空、海面以及海上盐雾的荷刻要求，而在体积、重量、电效率、维护保养能力和成本等方面的要求又不苛刻。因此，目前大量用来装备常规火控和对空防御的海军舰只，如掩护(无声雷达)舰载飞机回收和与红外热成像、电视等组成跟踪系统，全天候监视和跟踪空中目标等独特的舰上应用正在出现，其应用前景相当广泛 [5]。

四、结束语

激光武器不但反应速度快，而且杀伤命中率特别高，几乎是100%，因为激光 武器以光束攻击目标，可以不考虑射击提前量，而且目标的机动性也不会影响激光器的性能。所以，激光武器的杀伤率就非常高，一旦锁住目标，就能将其摧毁或破坏。另一个重要优点是单发成本相当低，每发仅1000 ~ 3000 美元。因此，用激光武器来对付在全世界扩散的“ 廉价低空飞行器“ 大有好处。使用战区高空防御武器或其它昂贵的反导系统来对付近程火箭，其代价也太高。所以，发展激光防空武器就成了必然趋势。[6] 参考文献

［1］ 李适民.激光器件原理与设计［M］ 国防工业出版社 1998 ［2］ 陈家璧，彭润玲.激光原理及应用[M] 电子工业出版社 2008 ［3］ 梅遂生，王戎瑞.光电子技术[M] 国防工业出版社 2008 ［4］ 陈娅冰等.激光武器新技术及应用［ J］.激光与光电子学进展，2003：12－16 ［5］ 王乐．激光在现代军事中的应用[J]．光机电信息.2002，(6)：23—24 ［6］ 赵江，徐世录.激光武器的现状与发展趋势[J] 2005:67-70

第二篇：激光测距应用

激光测距应用

应用领域：

电力、水利、通讯、环境、建筑、地质、警务、消防、爆破、航海、铁路、农业、林业、房地产、休闲/户外、反恐/军事 主要应用方向：

 在钢铁厂和轧钢厂用于过程监控  料位、液位的测量

 行车定位系统、装卸处理设备的定位系统

 对人力所不能到达部位的测量，如罐装物、管道、集装箱等  车辆、船舶的定位监控系统  起重安装设备位置控制  不宜接近的物体测量

 距离、位置、液位、料位、生产线料坯传送定位  行吊XY定位  电梯运行测量  大型工件装配定位  运动物体位置监控  大型货架库存管理  超大物体几何计量  靶距自动控制  电气化铁路接触网测量

 铁路建筑物限界测量以及江河湖海等的水位测量。测距发展路线：  民用，手持式  工业用，高可靠性 市场开拓方式：  大客户

 代理商，借助代理商的客户群 具体应用示例： 1.汽车防撞探测器

一般来说，大多数现有汽车碰撞预防系统的激光测距传感器使用激光光束以不接触方式用于识别汽车在前或者在后形势的目标汽车之间的距离，当汽车间距小于预定安全距离时，汽车防碰撞系统对汽车进行紧急刹车，或者对司机发出报警，或者综合目标汽车速度、车距、汽车制动距离、响应时间等对汽车行驶进行即时的判断和响应，可以大量的减少行车事故。在高速公路上使用，其优点更加明显。2.车流量监控及车轮廓描画

这种使用方式一般固定到高速或者重要路口的龙门架上，激光发射和接收垂直地面向下，对准一条车道的中间位置，当有车辆通行时，激光测距传感器能实时输出所测得的距离值的改变，进而描绘出所测车的轮廓。这种测量方式一般使用的激光束发散角度较小，测距范围一般小于30米即可，且要求激光测距速率比较高，一般要求达到几百赫兹就可以了。这对于在重要路段监控可以达到很好的效果，能够区分各种车型，对车身扫描的采样率可以达到10厘米一个点，且对车流限高，限长等都能实时输出结果。如图3。在没有车辆到来时，激光测距传感器测出的是一个距离常量，也就是测距仪到地的距离，当有车辆从测距仪下面经过时，距离值改变，当距离值再次回到常量就认为有一辆车通过，根据这种方式我们可以对通过一些路段的车流量进行监控。现在常用的方法是对一段时间内的车流进行统计平均的方法，带有很大的估计成分，而视频统计的方法还有很多现实应用的困难，因此，激光测距统计方法为车流量统计提供了一种可行的方案。3.车辆行人违法监测

由于激光测距传感器的光束不是实质性的障碍，在利用激光测距传感器对路面进行监控的时候，并不会阻碍交通的正常运行。因此，在一些禁停或者禁止行人车辆通行的路段，用激光束平行路面以一定高度进行固定发射或者以一定角度进行扫描，当遇到有车辆违法停车闯红灯或者行人违法跨越护栏等，激光测距距离值改变，可以进行报警或者警示。这种应用光束不必要太宽，但一般要求测距距离比较长，以确保一定路段长度的防护距离。这种方式构成的智能交通违法监控系统将在交通物联网中得到很大的应用。4.激光测速传感器

激光测距传感器是激光测距技术在交通管理领域最早的一种形式，因为其卓越的性能，在实际应用中逐渐得到普及。激光测距传感器是采用激光测距的原理，是对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距，取得在此时间间隔内被测物体的距离变化，从而得到该被测物体的移动速度。激光测速仪分为固定式的和移动式两种，固定式的一般固定在路边或者龙门架上，以一个比较小的角度迎向来车，一般通过车牌反射进行测量，测量精度比较高，可以达到±1公里/小时，测速范围可达250公里/小时，测距范围在此应用中不用太长，一般80到100米即可。移动式激光测速仪对操作要求比较高，一般光束发散角度要大于3 mrad，鉴于激光测速的原理，激光光束必须要瞄准垂直与激光光束的平面反射点，又由于车辆处于移动状态，车体平面不大，且测速需要一定时间，只能作为临时测速，取证应用。激光测距传感器由于光束发散角度较小，便于测速取证，不像雷达多普勒测速仪，在多车道测量时不能确知超速的具体车辆，且由于激光测速传感器发射的是近红外的光波，不能被雷达探测器、电子狗等探侧，且不易受市区雷达杂波干扰。鉴于激光测距传感器的上述优点，在智能交通中的应用将越来越普及。如图2。

5.测量传送带上箱子的宽度

使用两个发散型传输时间激光测距传感器，在传送带的两侧面对面安装。因为尺寸变化的箱子落到传送带上的位置是不固定的，这样，每个激光测距传感器都测量出自己与箱子的距离，设一个距离为L1，另一个为L2。此信息送给PLC，PLC将两个激光测距传感器间总的距离减去L1和L2，从而可计算出箱子的宽度W。6.在港口码头上的使用 使用激光测距传感器，可以测量船只到船只的距离和船只到船只的相对速度。在一艘船只移动的过程中，用来检测船只到码头或到另外的船只的的相对距离和速度，船只根据激光测距传感器输出的数字信号，调整船只行进的速度和航线。如果使用云台可以测量一定角度范围的物体的距离，并且可以知道在那个角度有物体，其距离和相对速度。7.在火车站上的使用

使用激光测距传感器，可以测量火车到站台的的距离和火车到火车到站台的相对速度。

8.在石油钻机上的使用

使用激光测距传感器，可以测量游车到塔顶的距离和相对速度，防止“上碰下砸”事故的发生。

9、保护液压成型冲模 机械手把一根预成型的管材放进液压成型机的下部冲模中，操作者必须保证每次放的位置准确。在上部冲模落下之前，一个发散型传感器测量出距离管子临界段的距离，这样可保证冲模闭合前处于正确位置。

10、二轴起重机定位

用两个反射型传感器面对反射器安装，反射器安装在桥式起重机的两个移动单元上。一个单元前后运动，另一个左右运动。当起重机驱动板架辊时，两个传感器监测各自到反射器的距离，通过PLC能连续跟踪起重机的精确位置。

激光轮廓扫描仪

应用方向： 港口应用 1.岸吊大梁防撞

防止大梁与轮船上的烟囱、天线等相撞。2.岸吊集卡定位

通过测量集装箱的轮廓来判断卡车位置，通过面板显示司机应前进或后退的距离。

3.轮胎吊地面防撞

通过区域保护功能，防止轮胎吊的前进方向上与卡车、人物等障碍物碰撞，同时可起到防止两台轮胎吊相撞的目的。4.倒车雷达

通过区域保护功能，防止港口重型车辆在倒车时与卡车、人物等障碍物碰撞。

5.轮胎吊/轨道吊防打保龄

通过测量堆场中集装箱的轮廓，控制吊具的提升高度，确保吊具及吊具上的集装箱不与堆场中的集装箱碰撞，同时做到优化操作路线，提高效率的功能。交通应用 1.车辆超限检测

通过轮廓测量功能，测量过往车辆的最高，最宽值。2.货车体积测量

通过轮廓测量功能，测量过往车辆的最高，并计算车辆的体积。3.铁路货运安全检测门

通过轮廓测量功能，测量过往车辆的截面，将截面数据与设定值对比，检测是否超出。4.铁轨障碍物检测

通过轮廓测量功能，测量在铁轨上是否有障碍物及障碍物的大小、位置。其它应用

1． 机器人和AGV自动导航车

通过轮廓测量功能，实现机器人自动导航或防撞，或地图扫描。2． 船闸应用

通过区域检测功能，检测航道上是否有船经过，以避免与船闸相撞。3． 盘煤系统

安装在堆取料机上，自动盘煤。4． 人数统计

监控人流密度，控制区域安全及节能等作用。5． 安防

通过人眼不可见的红外扫描，广泛应用于核电、军队、监狱、博物馆等重要场合的安防应用。6． 地图构建

通过轮廓测量功能，实现无人车的自动避障或周围环境的轮廓扫描。7． 机器人轮廓扫描及定位

通过轮廓测量功能，扫描物体的轮廓及位置，方便机器人抓取。市场开拓方式：  大客户

 代理商，借助代理商的客户群

具体应用： 港口应用 1.岸吊大梁防撞

防止大梁与轮船上的烟囱、天线等相撞。

2.岸吊集卡定位

通过测量集装箱的轮廓来判断卡车位置，通过面板显示司机应前进或后退的距离。

3.轮胎吊地面防撞

通过区域保护功能，防止轮胎吊的前进方向上与卡车、人物等障碍物碰撞，同时可起到防止两台轮胎吊相撞的目的。

4.倒车雷达

通过区域保护功能，防止港口重型车辆在倒车时与卡车、人物等障碍物碰撞。

5.轮胎吊/轨道吊防打保龄

通过测量堆场中集装箱的轮廓，控制吊具的提升高度，确保吊具及吊具上的集装箱不与堆场中的集装箱碰撞，同时做到优化操作路线，提高效率的功能。

交通应用 1.车辆超限检测

通过轮廓测量功能，测量过往车辆的最高，最宽值。

2.货车体积测量

通过轮廓测量功能，测量过往车辆的最高，并计算车辆的体积。

3.铁路货运安全检测门

通过轮廓测量功能，测量过往车辆的截面，将截面数据与设定值对比，检测是否超出。

4.铁轨障碍物检测

通过轮廓测量功能，测量在铁轨上是否有障碍物及障碍物的大小、位置。

其它应用

1． 机器人和AGV自动导航车

通过轮廓测量功能，实现机器人自动导航或防撞，或地图扫描。

2． 船闸应用

通过区域检测功能，检测航道上是否有船经过，以避免与船闸相撞。

3． 盘煤系统

安装在堆取料机上，自动盘煤。

4． 人数统计

监控人流密度，控制区域安全及节能等作用。

5． 安防

通过人眼不可见的红外扫描，广泛应用于核电、军队、监狱、博物馆等重要场合的安防应用。

6． 地图构建

通过轮廓测量功能，实现无人车的自动避障或周围环境的轮廓扫描。

7． 机器人轮廓扫描及定位

通过轮廓测量功能，扫描物体的轮廓及位置，方便机器人抓取。

第三篇：激光小论文讲解

内容摘要

引言：激光技术是20世纪60年代初发展起来的一门新兴学科。激光的问世引起了现代光学技术的巨大变革。激光在现代工业、农业、医学、通信、国防、科学研究等各方面的应用迅速扩展。之所以在短期间获得如此大的发展是和它本身的特点分不开的。摘自《激光原理及应用（第二版）》（第一章 辐射理论概要与激光产生的条件）

正文：

激光简介

激光是在 1960 年正式问世的。但是，激光的历史却已有 100 多年。确切地说，远在 1893 年，在波尔多一所中学任教的物理教师布卢什就已经指出，两面靠近和平行镜子之间反射的黄钠光线随着两面镜子之间距离的变化而变化。他虽然不能解释这一点，但为未来发明激光发现了一个极为重要的现象。1917 年爱因斯坦提出 ‚ 受激辐射 ‛ 的概念，奠定了激光的理论基础。激光，又称镭射，英文叫‚LASER‛，是‚Light Amplification by Stimu Iatad Emission of Radiation‛的缩写，意思是‚受激发射的辐射光放大‛。激光的英文全名已完全表达了制造激光的主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将 ‚光受激发射‛改称‚激光‛。

激光缘何而来（激光的产生原理）

激光是很奇特，它与其他光有着很多不同点，它的奇异的特性让人们很惊叹，但也正是由于这特性，使它为人类做出了很大的贡献。说到激光想必大家脑海中浮现的首先是高中课本上的，激光是一种人工相干光。

激光，想必大家从其名称就可以判定其产生来源，所谓激光，就是‚受激发射的辐射光放大‛。其实这样解释谁都会，关键是要能解释得通俗易懂。下面呢，我就我对激光产生原理的认识来介绍下。要想了解激光的产生，必须要先了解原子发光，因为激光也是由原子发光产生的。在这之前原子的组成与其内部结构是必须要介绍的。原子是组成元素的最小单元，由原子核和围绕原子核运动的电子组成。原子结构可以看做一个太阳系，原子核就是太阳，那些在周围绕转的电子就是行星了，这是一个稳定存在的整体。其稳定状态在不受外界激发的情况下是不会被打破的。原子内的电子运行轨道我们可以将其简化想象成一个个的圆形轨道。电子在没受到外界干扰的情况下是不会从一个轨道运动到另一个轨道的。当原子中的电子受到激发的时候，原子就会释放光子。电子是带负电荷的微粒，绕着原子核运动。原子中的电子有不同的能级，不同能级的电子占据不同的轨道。一般说来，能量较高的电子在距离原子核较远的轨道上运动。当原子获得或失去能量时，这个变化就通过电子的运动表现出来。当某物将能量传递给一个原子时（例如，热量）电子就会暂时跃迁到一个更高（离原子核更远）的轨道上。电子在这个位置上仅仅停留很短的时间，它几乎立即就被拉向原子核，回到它的初始轨道。在返回初始轨道的同时，电子会将多余的能量以光子（有时是可见光子）的形式释放出来。这个呢，就是原子发光。一个原子从高能阶降到低能阶时，会放出一个光子，叫做自发放光。原子在高能阶时受到一个光子的撞击，就会受激而放出另外一个相同的光子，变成两个光子，叫做受激放光。而激光正是受激发光的。对于激光，大部分的激光都是人工制造的，人们通过人工方法使其受激产生的。如果要从学术上用专业化的词汇表达就是这样的，激光的基础最早在1916年就已经由爱因斯坦奠定了。这个概念是这样的：处于高能级的原子，受外来光子的作用，当外来光子的频率正好与它的跃迁频率一致时，它就会从高能级跳到低能级，并发出与外来光子完全相同的另一光子。于是，一个光子变成了两个光子。如果条件合适，光就可以象雪崩一样得到放大和加强。值得注意的是，这样放大的光是一般自然条件下得不到的‚相干光‛。

其实大家也许还想知道激光到底与自然光有什么区别。我们先从概念上来区分这两个吧。激光的英文名字是受激辐射的光放大的意思。自然光又称‚天然光‛。不直接显示偏振现象的光。从普通光源直接发出的天然光是无数偏振光的无规则集合，所以直接观察时不能发现光强偏于哪一个方向。这种沿着各个方向振动的光波强度都相同的光叫做自然光。

从这两个概念就能判断出了激光是一种单频率的光，偏振光，不发散，高能量，自然光都是混合的光，非偏振光。从产生原理上来说，激光是受到特定频率的电磁波（一种能量的代表）影响而同一特定能级上的电子发生跃迁而发出的光。而普通的自然光是各个能级上的电子跃迁时发出的。

激光的各种性质

既然上面介绍了激光的产生原理，并且稍微说了点其与普通光的区别。那现在应该来说说，激光的性质了。要判别两者的不同，最容易的就是来看两者产生机理的不同跟性质的不同。性质是决定物质用途的，性质也是区分其与其它物质的标准。激光与普通光源相比较有三个主要特点，即方向性好，相干性好和亮度高，其原因在于激光主要是光的受激辐射，而普通光源主要是光的自发辐射。下面具体介绍下其各种特性。第一，激光是一种颜色最单纯的光。太阳光和电灯光看起来似乎是白色的，但当让它通过一块三棱镜的时候，就可以看到红、橙、黄、绿、蓝、青、紫七种颜色的光，其实，还含有我们看不见的红外光和紫外光。激光的颜色非常单纯，而且只向着一个方向发光，亮度极高。第二，激光的方向性好。由于激光光能量高度集中，所以激光的亮度比普通光的亮度高千万倍，甚至亿万倍。而且，由于激光是可控制的，这就使得光能量不仅在空间上高度集中，同时在时间上也高度集中，因此能在一瞬间产生出巨大的光热，成为无坚不摧的强大光束。第三，激光亮度最高。一台普通的激光器的输出亮度，比太阳表面的亮度大10亿倍。从地球照到月亮上在反射回来也不成问题。可见激光是当今世界上高亮度的光源。第四，激光还可以具有很大的能量，用它可以容易地在钢板上打洞或切割。

激光的分类

跟任何事物一样，激光也有着其分类，分门别类总是有利于人们对其的了解掌握。激光分类看从什么角度分类。一下我也就只简单的讲一下激光从五个不同角度的分类。激光分类可根据激光的频率分：473nm蓝激光532/556nm绿激光671/635nm红激光。如果从原理来分, 有氦-氖激光, 二氧化碳激光, 二极管激光,准分子激光, 染色激光, 氩离子激光, 氮气激光, YAG 激光, 等等还有很多。从连续性来分有连续激光和脉冲激光, 脉冲激光有微秒级(10e-6 秒), 也有纳秒(10e-9秒), 皮秒(10e-12秒), 和 飞秒(10e-15秒)激光。此外一般也根据激光的强度将其分为, 一级, 二级....等等, 级别越高强度越大相应则要求采取更严格的保护措施。激光按波段分，可分为可见光、红外、紫外、X光、多波长可调谐，目前工业用红外及紫外激光。例如CO2激光器10.64um红外激光, 氪灯泵浦YAG激光器1.064um红外激光, 氙灯泵浦YAG激光器1.064um红外激光, 半导体侧面泵浦YAG激光器1.064um红外激光。这么多的分类，想必大家都有些迷糊了吧，其实你并不用搞懂每一个分类，最重要的就是只需要你了解激光，那些具体分类都是认为规定出来的。其实也可以这样打个比方，激光在不同方面，就像我们人一样，我们对于不同的人，我们有着不同的身份，而我们只要做好我们自己。对于研究激光，也是如此。只需弄激光的本质，至于它的分类，也是离不开它的性质、本质。

激光的历史

激光起源于大物理学家‘爱因斯坦’，1916年爱因斯坦提出了一套全新的技术理论‘受激辐射’。这一理论是说在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做‚受激辐射的光放大‛，简称激光。

1958年，美国科学家肖洛和汤斯发现了一种神奇的现象：当他们将内光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时，晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。根据这一现象，他们提出了“激光原理”，即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激励时，都会产生这种不发散的强光--激光。他们为此发表了重要论文。肖洛和汤斯的研究成果发表之后，各国科学家纷纷提出各种实验方案，但都未获成功。

1960年5月15日，美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为0.6943微米的激光，这是人类有史以来获得的第一束激光，梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。

1960年7月7日，梅曼研制成功世界上第一台激光器，梅曼的方案是，利用一个高强闪光灯管，来刺激在红宝石色水晶里的铬原子，从而产生一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一点时，可使其达到比太阳表面还高的温度。

前苏联科学家H.Γ.巴索夫于1960年发明了半导体激光器。半导体激光器的结构通常由P层、N层和形成双异质结的有源层构成。其特点是：尺寸小，耦合效率高，响应速度快，波长和尺寸与光纤尺寸适配，可直接调制，相干性好。（来自--百度百科--激光的发展史）

激光的应用

激光自其诞生之日来，已对人类生活产生了巨大影响。其应用已渗入到人类生活的每个方面。比如激光测距、激光加工与激光医疗、光信息处理和激光通信、激光在受控核聚变中的应用、激光的非线性效应等等。由于激光应用的广泛性，这里我只能从广面上稍微介绍下其应用。随着科技的发展、时代的进步，激光已经从一个遥不可及的高科技产品慢慢步入人们的生活。激光的应用非常广泛，如用于科技,工业,通信等领域。我们熟知的有：光纤通信、激光光谱、激光切割、激光焊接、激光裁床、激光打标、激光绣花、激光测距,激光雷达、激光武器、激光唱片、镭射美容、镭射扫锚等等。具体应用

光纤应用：光纤常被电信公司用于传达电话、构建网络等。跟传统的铜线相比光纤的信号衰减小、抗干扰能力高，特别是在远距离、大容量传输场合，光纤的优势更为明显。光纤极大程度的改变了我们的生活工作等等。

军事科技：激光在科技、军事上的应用也有很多。如激光光谱、激光雷达、激光武器(远程击毁导弹)等等。

工业生产：激光在工业上的应用也非常的广泛。如激光打标、激光打孔、激光裁床、激光切割、激光绣花等等。激光的迅速准确的特性能够更好的在工业生产上发挥重要作用，同时也能够更好的节约成本。

医疗卫生：在医学、生活中激光的应用也非常广泛。如激光生命科学研究、激光诊断、激光治疗，其中激光治疗又分为：激光手术治疗、弱激光生物刺激作用的非手术治疗和激光的光动力治疗。目前有一种非常流行的整形方法就是利用飞秒激光。

炫酷流行：现在生活讲究炫酷，镭射就是个很好的激光应用例子，他可以把影像在空中投影，就是我们常说的空气投影，手表上就可以没有表面，中间悬空显示时间，保准你回头率高！

日常生活：随着科技的发展，激光也走入了人们的日常生活。最近便有了激光灭蚊的产品推出，利用激光消灭蚊子。激光器每秒可击毙50只到100只蚊子。除了速度快之外，该激光器还很精准，能区别蝴蝶和蚊子，也能分辨雌蚊子和雄蚊子。

总结：激光技术作为一种新的科学技术有着广阔的应用前景。快速、精准是其最大的优势，激光不仅能够在精密仪器上打标，还可以对地毯等快速的切割。激光机在现代的工业事业上功不可没。推进工业的快速发展。激光走进了人们的生活同时也加速了人类社会的进步。激光发展的步伐依旧很坚定，它将为我们做出更大的贡献并且需要我们更加深入的研究它。

参考文献： ○1激光原理及应用(第2版)作者：陈家璧

出版社：电子工业出版社

2激光原理与技术 第一章 作者：安毓英，刘继芳，曹长 ○庆

出版社：科学出版社

3光纤通信 ○（第五版）第一章 作者：美国亚利桑那大学Palais教授著、王江平译 出版社：电子工业出版社

4激光原理及应用 绪论 作者：魏彪，盛新志

○ 出版社：重庆大学出版社

5现代激光工程应用技术 作者：朱林泉

○ 出版社：国防工业出版社

6百度百科--激光

○

第四篇：激光焊接前景讲解

激光焊接前景

摘要：焊接是一种将材料永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。近几年中国完成的一些标志性工程来看，焊接技术发挥了重要作用。但传统焊接已不能满足越来越高的技术要求和条件限制，激光焊接便有了很大的发展空间。激光技术涉及材料学、力学、计算机科学等。研发是一个消耗的过程，其投入要求高，资金回收期较长。单靠企业研发，速度很难跟上，于是有一部分压力转移到国家科研机构。所以产业化需要强大的经济实体后盾和政策支持。关键词：焊接技术

关键制造工艺

激光焊接

产业化

焊接是一种将材料永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。几乎所有的产品，从几十万吨巨轮到不足1克的微电子元件，在生产制造中都不同程度地应用焊接技术。焊接已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、可靠性和寿命以及生产的成本、效率和市场反应速度。中国2005年钢产量达到3．49亿吨，成为世界最大的钢材生产与消费国，而焊接结构的用钢量也突破1．3亿吨，相当于美国一年的钢产量，成为世界上空前最大的焊接钢结构制造国。近几年中国完成的一些标志性工程来看，焊接技术发挥了重要作用。例如三峡水利枢纽的水电装备就是一套庞大的焊接系统，包括导水管、蜗壳、转轮、大轴、发电机机座等，其中马氏体不锈钢转轮直径10．7m高5．4m重440t，为世界最大的铸－焊结构转轮。该转轮由上冠、下环和13或15个叶片焊接而成，每个转轮的焊接需要用12t焊丝，耗时4个多月。神舟6号飞船的成功发射与回收，标志着中国航天事业的巨大进步，其中两名航天员活动的返回舱和轨道舱都是铝合金的焊接结构，而焊接接头的气密性和变形控制是焊接制造的关键。由第一重型机械集团为神华公司制造的中国第一个煤直接液化装置的加氢反应器，直径5．5m长62m厚337mm重2060t，为当今世界最大、最重的锻－焊结构加氢反应器，采用国内自主知识产权的全自动双丝窄间隙埋弧焊技术，每条环焊缝需连续焊接5天。西气东输的管线长4000km，是中国第一条高强钢（X70）大直径长输管线，所用的螺旋钢管和直缝钢管全部是板－焊形式的焊接管。2005年我国造船的总吨位达到1212万吨，占世界造船总量的17％，居于日、韩之后，稳居世界第三位，正向年产2500万吨的世界水平迈进。国内制造的30万吨超级油轮、新型5668标箱集装箱船、15万吨散装货船，以及为世界瞩目的，被称为“中华第一盾”的170舰，都是中国造船界的骄傲，船体是典型的板－焊结构。另外，上海中泸浦大桥是世界最长的全焊钢拱桥；国家大剧院的椭球型穹顶是世界最重的钢结构穹顶；奥林匹克主体育场的鸟巢式钢结构重4万多吨，也是世界之最。这些大型结构都是中国焊接制造的最大、最重、最长、最高、最厚、最新的具有代表性的重要产品。由此可见，焊接在国民经济发展和国防建设中具有非常重要的地位和作用。从“十一五”规划的二十项国家重大技术装备的研制项目可以看出，在百万千瓦级核电机组、超超临界火力发电机组成套设备、高水头超大容量水电机组、大型抽水蓄能机组、30～60万瓦级循环硫化床（CFB）锅炉的成套技术装备、百万吨级大型乙烯成套设备、百万吨级大型对苯二甲酸成套设备、大型煤制气成套设备以及大型煤矿综合采掘成套技术与装备中，焊接制造都是关键制造工艺之一。

但传统焊接已不能满足越来越高的技术要求和条件限制，激光焊接便有了很大的发展空间。

1、激光焊接原理——激光是辐射的受激发射光放大的简称，由于其独有的高亮度、高方向性、高单色性、高相干性，自诞生以来，其在工业加工中的应用十分广泛，成为未来制造系统共同的加工手段。用激光焊接加工是利用高辐射强度的激光束，激光束经过光学系统聚焦后，其激光焦点的功率密度为104~107W/cm2，加工工件置于激光焦点附近进行加热熔化，熔化现象能否产生和产生的强弱程度主要取决于激光作用材料表面的时间、功率密度和峰值功率。控制上述各参数就可利用激光进行各种不同的焊接加工。

2、激光焊接的一般特点——激光焊接是利用激光束作为热源的一种热加工工艺，它与电子束等离子束和一般机械加工相比较，具有许多优点：（1）激光束的激光焦点光斑小，功率密度高，能焊接一些高熔点、高强度的合金材料；（2）激光焊接是无接触加工，没有工具损耗和工具调换等问题。激光束能量可调，移动速度可调，可以多种焊接加工；（3）激光焊接自动化程度高，可以用计算机进行控制，焊接速度快，功效高，可方便的进行任何复杂形状的焊接；（4）激光焊接热影响区小，材料变形小，无需后续工序处理；（5）激光可通过玻璃焊接处于真空容器内的工件及处于复杂结构内部位置的工件；（6）激光束易于导向、聚焦，实现各方向变换；（7）激光焊接与电子束加工相比较，不需要严格的真空设备系统，操作方便；（8）

激光焊接生产效率高，加工质量稳定可靠，经济效益和社会效益好。中国科学院力学研究所发动机科学与工程联合实验室近期在涡轮增压器异种材料激光焊接技术方面取得重要进展，优化后的激光焊接工艺为提高柴油发动机性能提供了重要支持。

目前，柴油发动机应用广泛，在国民经济发展中占据重要地位。作为柴油发动机的关键部件，涡轮增压器对于发动机动力性能的改善有显著作用，其异种材料焊接质量对整机性能有重要影响。在柴油发动机增压器中，涡轮叶片和涡轴杆的材料不同，参数有很大差异，对两者进行连接时易形成焊接裂纹，具有淬硬倾向。目前，业界多采用摩擦焊方式进行连接，但强度不高、成形精度差是摩擦焊的缺陷。激光焊接是一种新方式，它利用激光的相干性等特性，很好地解决了焊缝偏熔和未熔合的问题。与传统焊接工艺相比，优化后的激光焊接工艺在满足高焊接强度要求的同时，极大提高了焊接效率，为提高柴油发动机性能提供了重要技术支持。

中国科学院力学所发动机科学与工程联合实验室副主任虞刚认为，随着市场需求的扩大，汽车行业近年来的发展势头很好，但自主技术稀少、自主研发环境欠缺的问题始终没能解决。国内企业与跨国公司合作，很难获得核心技术。“没有核心技术以及后续的研发、改进，将会给产业发展带来不良影响。当前，一些汽车制造企业及科研机构已经开始独立研发，但„拿来主义‟的观念仍然很强，真正的自主研发成果少之又少。”

激光技术涉及材料学、力学、计算机科学等。研发是一个消耗的过程，其投入要求高，资金回收期较长。单靠企业研发，速度很难跟上，于是有一部分压力转移到国家科研机构。中国科学院下属研究所包含所有自然科学及工程研究领域，从技术上讲，是国家最有代表性的部门。虞刚说：“正是在这样的背景下，我们力学所从最基础的角度着手开始攻关。在激光异种材料焊接这个领域，国际上一直没有新进展。经过长期努力，我们力学所取得了突破性进展，领先国际水平。可以说，这是一项百分之百拥有自主知识产权的国际先进技术。”

谈到异种材料激光焊接技术的产业化前景，虞刚说，这项技术已经非常成熟，市场也有这方面的需求，其产业化潜力很大。但产业化有风险。虞刚给记者算了一笔账，如果一项基础研究只要投入1元钱，那么，将这项研究成果变成可用的技术就需要10元钱，而真正的产业化则需要100元钱。“这个比例让很多企业承受不了。国内大部分企业还不具备这种抗风险的能力，所以许多企业不愿意做。所以产业化需要强大的经济实体后盾和政策支持。参考文献：

《实用焊接手册》顾纪清 上海科学技术出版社

《现代焊接生产手册》 上海市焊接协会 上海科技(2007-05出版)《焊接技术手册》 河南科学技术出版社2004 年7月(1999-04出版)《激光原理与技术》 阎吉祥高等教育出版社 【书 号】 7040145677 个人介绍“

姓 名：孟军

性别：男

出生年月：1980.06 毕业院校：兰州理工大学

专业：机电工程学院机械制造

毕业时间：2003.06 工作单位：兰州铁路机电工厂 地址：兰州市红山东路98号 邮编：730000

第五篇：激光物理教案讲解

激光物理教案

教学目标 知识目标

1、了解什么是激光和激光的特性．

2、了解激光的应用． 能力目标

培养自主学习能力 情感目标

通过组织学生从不同的媒体中学习有关激光的知识同时，让学生了解我国的科学事业，培养学生的爱国热情． 教学建议

本节内容可以作为阅读材料，指导学生自学，教师采取多种方式安排教学活动，以提高学生的学习兴趣，比如：组织学生观看有关激光的科技电影片，发动学生收集相关材料，组织阅读、参观等均可．以锻炼学生的自主学习能力．让学生通过学习了解以下两点：

1、激光与自然光的区别

激光与自然光比较，具有以下几个重要特点：

（1）普通光源发出的是混合光，激光的频率单一．因此激光相干性非常好，颜色特别纯，（2）激光束的平行度和方向性非常好．

（3）激光的强度特别大，亮度很高．

2、激光的重要应用

激光的应用非常多，发展前景非常广阔，目前的重要应用有：光纤通信、精确测距、目标跟踪、激光光盘、激光致热切割、激光核聚变等等．

教学设计示例

关于本节内容，可以作为阅读材料，指导学生自学，在自学的时候，可以让学生思考如下几个问题：

1、究竟什么是激光呢？

2、激光是如何产生的？

3、激光都有那些特性和用途呢？

通过有关视频资料加深学生对激光的了解（可以参考媒体资料）。

探究活动

查阅有关激光的资料（激光器的种类，应用等）>