摘 要 激光作为新生代光源，在各个行业都得到了广泛的应用和发展。本文从激光的产生出发，介绍了激光应用的现状，以及激光技术的发展趋势，同时还介绍了国内激光技术存在的一些问题，希望能对今后我国激光技术的发展提供相应的参考。
【关键词】激光激光应用 发展趋势
1 引言
二十世纪能够和半导体、原子能、计算机技术相提并论的重大科学技术成果就是激光器的发明。从激光器诞生至今其发展速度令人惊叹，激光光源便成为了在人来的历史中的重大变革。激光专用名词英文组合名称为LightamplificationbyStimularedemissionofradiation，取英文首字母LASER。钱学森院士于1964年提议将其取名为“激光”，而且能够反映出“受激辐射”中的科学含义，同时在国内的科学界认知程度相对较高并且沿用至今。
2 激光的历史
伟大的科学家爱因斯坦于1917年第一次提出“受激辐射”概念，肖洛和汤斯是美国著名的科学家，特别在微波领域相对研究显著，他们所发表的“红外与光学激射器”一文中指出以“受激辐射”为主的发光的必要条件是“粒子数反转”；与此同时普罗霍罗夫和巴索夫是前苏联的科学家也发表一篇关于“实现三级粒子数反转和半导体激光器建议”的文章；1960年梅曼博士在美国加州一家飞机公司研究出了世界上首台红宝石激光器，并且成为了世界上的第一束激光，的之后在1964年由于前苏联这两位科学家普罗霍罗夫和巴索夫为激光研制的贡献，获得了诺贝尔物理学奖。
梅曼发明第一台激光器的几个月后，中国第一台红宝石激光器在中国科学院精密机械研究所诞生。这个中国第一与世界第一相比在结构设计上有新的改进。之后我国的激光技术飞速发展。
我国激光技术自诞生至今发展非常迅速，在数量以及质量上都可以与国际水平相媲美。此项创新型的激光技术能够如此快速的发展并且位居世界前列，在我国近代史中非常少见。
3 激光器结构及其主要特性
激光器主要由激光工作介质、激励源、谐振腔三部分构成，激光工作的介质：介质受到辐射的刺激而产生的激光，激光的产生需要有相对应的介质（比如：气体、固体、液体以及半导体）；刺激源：粒子数会受到辐射刺激而反转，其中主要的方式有电、光、化学等激励的刺激等等；谐振腔：通过谐振腔将光进行放大，可以产生较高能量的激光。
激光因为其具有独特的优异性而被广泛的应用：
（1）激光具有较好的方向性，激光的发散角偏离轴线能够精确到毫米的弧度，而且激光具有较高的亮度，功率又是高度的集中，所以激光的亮度要比普通的光源高出上百万倍。
（2）激光的单色性较好，激光的单色性能要优于普通的光源很多倍，普通的光源氦氖激光器谱线的宽度要比曾经的基准器氢灯相对高出6个数量级。最后，激光的相干性较好，在激光器中受激辐射的频率输出、传播方向、偏振都是全部相同的光子。
4 激光应用现状及发展趋势
激光所具有的独特的性能，使其在众多领域中被广泛应用，近些年随着激光技术的迅速发展期应用领域也在不断的扩展。在实际应用中，对于激光的特性的要求不是同时具有几个性能，多数都是要求其突出性能。
4.1 激光应用现状
4.1.1 激光测量
根据激光所具有的方向性好和亮度高的特性，人们研制出了测量距离的仪器激光测距仪、激光准直仪以及激光雷达等。
1965年用氦氖激光器作为光源的激光测距仪被研制出，其量程可以分为三类：短距离测程<3km，中距离测程3-15km ，远距离测程>15km，同时按照测量规范将测距仪按测量精度划分为三个等级： I级：<5mm，II级：5-10mm，II1级：11-20mm。
激光雷达是利用各种激光器构成的发射机，其测量的主体是运动中的目标，可以通过激光雷达测量出被测物的三维的立体图像和运动速度等相关信息，对于发现隐藏的目标有很大帮助。所以可以通过使用激光雷达的这种特点对空气进行监测，比如大气的污染程度、掺杂的有毒物质，也可以通过对空气的温度、能见度、湿度、风俗等一些指标进行测量。我国的激光雷达技术被成功运用到对古长城的测绘中，2008年一座具有明清时期特征的山海关古城呈现在世人眼中就是利用此项技术修复的。
激光准直仪在科学实验以及工业生产中起着重要作用，比如用于安装发动机主轴系统等精密工作。
4.1.2 激光在农业、林业、畜牧业中的应用
利用激光的亮度较高的特性，能够使用在农作物的育种中，其中的原理为光的诱变，作物和作物自發突变的时间相对减少，刺激生物效应，同时可以选择相应的亮度对作物进行光照，不但可以提高产量还能培育新品种。
国外相关人员研制出激光成像仪器，能够发出激光脉冲信号，并且对该信号返回时间进行记录。这种仪器安装在农用喷洒飞机上，脉冲信号能够自动扫描飞机下方的树木，农作物等，能有有效的避免飞机在喷洒药物时对空地上喷洒的浪费，据统计通过使用这种仪器可以节省40%的药物，同时也减少了环境污染。
激光在畜牧业中的应用也是很重要的，例如：经过激光进行照射过的草料等，动物吃后更容易吸收一下；山羊的镜子在经过用氦氖激光器照射后可以延长其生存的时间，这就对畜牧业的人工授精繁殖有着非常重要的意义。
4.1.3 激光在文娱教育、物理研究中的应用
激光在当代生活中有着更为广泛的应用，自从早期的CD机、激光打印机、复印机以及激光照排机等都用到了激光技术；到现在用到的激光防伪、激光条形码识别技术、激光舞台等等，生活中的各个方面都有激光的痕迹。
4.1.4 激光工业应用
未来的精密设备在生产中使用激光技术是未来的发展趋势，并且能够体现出一个国家在制造设备中生产加工的技术水平能力以及设备能力和市场竞争能力。利用激光的生产，加工技术在各种的金属材料，非金属材料中的加工制造有着广泛的应用前景。
工业中应用较为广泛的激光器目前包括固体激光器、二氧化碳激光器、半导体激光器等。这几种激光器都具有各自的特点，如：固体激光器发出的光速质量较好，二氧化碳激光器生产使用成本较低，半导体激光器发光的效率相对较高。
在当代重工业生产加工中，比如对材料的切割、打孔、焊接、表面处理等过程中，都能够体现出激光技术的优越性能。同时激光的运动轨迹可以通过计算机软件进行控制，激光技术的加工也属于非接触式，因此其使用寿命以及稳定性都相对较好。目前在半导体行业中，光刻技术已经成为半导体工业中的中流砥柱。利用激光器的在线加工技术已成为不可缺少的一部分。
4.1.5 激光通信及存储
激光通信主要分为大气激光通信、宇宙激光通信、光纤激光通信和水下激光通信几个部分，其原理是利用激光的两种特性方向性以及单色性。
目前大气激光通信技术主要应用于军事领域中。其主要的特点是通信保密性能较好，很难被破解以及干扰。光纤通信特点是容量大，成本较低，目前光纤通信的迅速发展，已经成为最重要额领域之一。
4.1.6 激光医学应用
激光技术在医学领域中应用也是非常广泛的，甚至是不可缺少的。生物体通过激光的刺激能够产生很多种效应，比如：压力效应、电磁效应、热效应、光化效应等。有时可能出现几种效应同时存在。
利用激光技术生产的一些医疗器材被应用于手术、人体照射中，其医疗设备可以分为激光诊断仪、激光治疗仪以及激光检测设备。使用激光美容、激光眼科手术、激光切除肿瘤等技术都在告诉的发展。相关研究表明，利用紫光激光器治疗软组织效果非常明显，打破了传统二氧化碳激光器治疗此类疾病的常规认识。
4.1.7 发展中的高能激光武器
激光技术不仅能在生活生产中广泛应用，同时在军事装备中也是占有一席之位的，高能激光产生的激光束能够对事物产生破坏力甚至将其摧毁，这既是激光在定向武器中的应用，其核心就是高能激光器。激光对于所破坏的目标产生的作用而分为两类，一是硬破坏，二是软破坏，硬破坏主要是将物体的金属部件等利用高功率激光进行破坏，软破坏则是指利用激光破坏物体的易损部件如传感器等。
强激光类武器具有一定的有点，如：激光传播速度以光速进行传播，因此在射击是不用考虑时间延时问题，并且激光具有方向性好的特点，光速集中致使命中了高，与常规武器相比没有后作用力，能够快速变换方向，可以迅速射击多个目标等。
目前，激光武器中能够使用的激光器有：气体激光器、化学激光器、固体激光器等，其中仅有少数高功率激光器能够开发为激光武器。
化学类激光武器的主要缺点是对外排放有害气体，然而用于激光武器的气体激光器中二氧化碳激光器的光束质量不高。
固体激光武器主要用作于软杀伤性武器，可以实现的输出功率一般在千、万瓦级别。固体激光器的优点有重量轻、体积小、性能稳定。便于携带等。 据《激光世界》报道，美国诺·格公司推出的小型高能固态激光器可用于多种军事用途。
4.2 激光器发展趋势
4.2.1 功率逐步提高
目前多个国家都拥有拍瓦装置（1拍瓦=10"sW）。这些高功率的激光器有两种工
作方式：一是能够发射出数百焦耳的长脉冲，二是能够发射出不连续每个脉冲为数十焦耳的短脉冲。
超短波超强型飞秒激光器多数用于激光核聚变的实验中以及对于高能量高密度的物理研究中，同时此类激光器自商业用途中也有着非常大的潜力。
4.2.2 小型化、集成化激光器
在全世界范围内，固体激光器的发展相对繁华和兴旺，随着半导体激光器的快速发展，二极管的泵浦激光器的技术成为主要研究对象以及技术支持。有相关的研究表明，激光二极管的供电方式中选用的脉冲供电的形式在很大程度上提高了激光的功率，这对于二极管激光材料的处理研究有着非常重要的意义。
4.2.3 新波段激光器
最近几年，中距离、远距离红外激光器、紫外线激光器等技术也在迅猛的发展着，现在已经有数千种工作介质，可以产生波长从真空紫外线到远红外，光谱范围逐渐变宽。
4.2.4 高效率
激光器的出光效率越来越高。新型YAG激光器的斜度效率在泵浦功率>>20W时约为81%。
5 全球激光产业现状及发展趋势
在世界范围内激光器方面的市场主要分为三大区域：美国市场、欧洲市场、日本和太平洋市场。由于半导体激光器日益快速的发展，导致固体激光器二极管泵浦在工业级别的设备制造以及加工中所占有的市场份额越来越多。根据相关的数据统计显示，在全球工业生产用激光的系统在2001年的产值达到了29.9亿美元，在2003年激光系统产业的产值为31.11亿美元，到2004年全球激光系统产值为32.11亿美元。在全球市场上，日本所占有的技术上的市场份额处于领先地位，占全球的二分之一；然后是美国在激光医疗设备以及激光检测等方面占有的份额较大处于領先地位。
纵观世界激光产的发展状况，能够了解到一下几点发展趋势：首先激光源方面，半导体泵浦固体激光器以及半导体激光器是主导产业；其次激光技术对于产品的投入以及产出技术优化更加明显，产品融合方面与服务中技术含量逐渐提高，更加贴近人们生活中。
6 国内激光产业现状及存在的主要问题
激光技术在加工作业方面已被广泛应用在电子、电器、航天、军工、汽车生产制造、冶金、机械设备制造等各个重要的国民经济部门，对于产品的质量提高，生产效率、自动化技术、降低污染、减少材料损耗等方面都起着重要作用。
二十世纪九十年代初，我国在武汉市成立了激光加工研制中心，而且是国家级的，目的是使激光产业在我国能够起到示范作用并且能够得到有效的推广作用。随之以后又在北京以及上海等地先后成立了地方级别的联合激光加工研究中心，另外，很多的研究机构和全国的各大高等院校都组建了激光的加工技术有关的研究和推广，并且也都取得了相对较好的效果。例如：天津冷轧薄板长就是利用激光的毛化技术，是整个企业看到了生机，在1995年的时候产出的激光毛化钢板出口达千万美元；西安一家内燃机配件厂组建了激光技术的热处理生产线，使其生产的内燃机缸的寿命提高进3倍，并且在国内被广泛应用。因此，激光技术产业会使传统工业生产制造产生重大变革。然而，作为今后加工业为主的中国，目前仅有一百三、四十家与国外相类似的激光加工站，所以，很有必要对激光技术进行大力推广。
近几年，中国激光产业市场呈现出相对稳定、增速较快的态势，但是在激光行业迅猛发展的同时，人们应该清楚的体会到对于我国激光产业起步晚，基础差，同世界领先的国家相比具有一定的差距以及存在一些问题。如：缺少核心技术、技术创新方面薄弱，配套能力较差、在技术管理上没有健全良好的技术评价体系，这些都是我们今后所面临以及需要解决的问题。
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