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1、,现代制造技术,第一章 现代制造技术概述 第二章 CAD、CAE、CAPP与CAM 第三章 数控技术 第四章 柔性制造 第五章 虚拟制造 第六章 快速原型制造 第七章 敏捷制造 第八章 CIMS：现代集成制造系统 第九章 智能制造与网络制造 第十章 激光技术第十一章 绿色制造,第十章 绿色制造,第一节 激光技术基础一、激光原理及产生过程二、激光器的结构和种类第二节 激光加工技术及其应用一、激光加工技术简介二、激光加工技术的应用第三节 激光技术的发展和我国激光技术应用及创新一、激光技术发展50年：从无用到无尽可能二、我国激光技术和产业的应用与创新,教学目标,应知：1了解什么是激光技术及其应用；2
2、了解激光技术的发展和我国激光技术应用及创新应会：通过网络了解激光技术的新发展。重点：了解激光技术现状及其发展趋势。难点：了解激光技术现状及其发展趋势。,第十章 激光技术,第一节 激光技术基础一、激光原理及产生过程二、激光器的结构和种类第二节 激光加工技术及其应用一、激光加工技术简介二、激光加工技术的应用第三节 激光技术的发展和我国激光技术应用及创新一、激光技术发展50年：从无用到无尽可能二、我国激光技术和产业的应用与创新,第一节 激光技术基础,激光60年代的新光源。特点方向性好、亮度高、单色性好等特点，波长范围从软X射线到远红外。激光器可按工作物质、激励方式、运转方式、工作波长等不同方法分类。
3、广泛的应用单元技术有共振腔设计与选模、倍频、调谐、Q开关、锁模、稳频和放大技术等。,一、激光原理及产生过程,第一节 激光技术基础,1激光原理:激光（LASER）于1960年面世，LASER是英文的“受激放射光放大”的首字母缩写。激光就是一种因刺激产生辐射而强化的光。在电管中以光或电流的能量来撞击某些晶体或原子易受激发的物质，使其原子的电子达到受激发的高能量状态，当这些电子要回复到平静的低能量状态时，原子就会射出光子，以放出多余的能量；而接着，这些被放出的光子又会撞击其它原子，激发更多的原子产生光子，引发一连串的连锁反应，并且都朝同一个方前进，形成强烈而且集中朝向某个方向的光。因此强的激光甚至可
4、用作切割钢板！,激光原理示意图,第一节 激光技术基础,一、激光原理及产生过程,第一节 激光技术基础,1激光特征激光有以下三大特性：（1）单色波长：激光是单色的，或者说是单频的。有一些激光器可以同时产生不同频率的激光，但是这些激光是互相隔离的，使用时也是分开的。（2）同调性：激光是相干光。相干光的特征是其所有的光波都是同步的，整束光就好像一个“波列”。（3）平行光束：激光是高度集中的，也就是说它要走很长的一段距离才会出现分散或者收敛的现象。,一、激光原理及产生过程,第一节 激光技术基础,3激光的产生过程第一：激发。把基态上的粒子激发到高能级去，从低能级高级去的过程称为激发或抽运。第二：辐射。被激
5、发到高能级后的粒子，力图回到基态上去，放出激发时所吸收的能量，从高级回到低能级去的过程称为跃迁。（1）自发跃迁原子内部运动规律所导致的跃迁称为自发跃迁。（2）受激跃迁由于入射光子的感应或激励，导致激发原子从高能级跃迁到低能级去，这个过程称为受激跃迁或感应跃迁。,一、激光原理及产生过程,第一节 激光技术基础,3激光的产生过程第三：粒子数反转和激光的形成当光子通过某一介质时，它可能被原子（或离子、分子）所吸收，从而使原子从低能级激发到高能级去，此过程称为“共振吸收”或称光的受激吸收。另外，入射光也能引起处于高能级的原子发生受激辐射。人为地施加一定能量，使高能级上具有较多的粒子数分布，产生粒子数反转
6、的物质就称为活性物质。第四：光学共振腔激光所以具有良好的单色性、方向性以及较高的亮度，主要是取决于光学共振腔的作用。于工作物质的两端加上两快相互平行的反光镜，其中一块是全反射镜，另一块是半反射镜，这就是光学共振腔的主要结构。,1激光器的结构激光工作介质、激励源和谐振腔三个部分。（1）激光工作介质：可以是气体、液体、固体或半导体，可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。（2）激励源：一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电激励；也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励；还有热激励、化学激励等。各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。（3）谐振腔：光学谐振腔，实际是在
7、激光器两端，面对面装上两块反射率很高的镜。,二、激光器的结构和种类,第一节 激光技术基础,2激光器的种类按介质分固体激光器（红宝石、玻璃、钇铝石榴石）、气体激光器（氦氖、co2）、液体激光器（氦氖、氩离子）和半导体激光器（砷化镓）。激光输出方式的不同又可分为连续激光器和脉冲激光器。,二、激光器的结构和种类,第一节 激光技术基础,红宝石激光器,co2激光器,氦氖激光器,半导体激光器,激光：受激辐射的光放大。发展方向：优质、高效、低成本、节能和环保。组成：,第一节 激光技术基础,第一节 激光技术基础,固体激光器的结构示意图,第十章 激光技术,第一节 激光技术基础一、激光原理及产生过程二、激光器的结
8、构和种类第二节 激光加工技术及其应用一、激光加工技术简介二、激光加工技术的应用第三节 激光技术的发展和我国激光技术应用及创新一、激光技术发展50年：从无用到无尽可能二、我国激光技术和产业的应用与创新,一、激光加工技术简介,第二节 激光加工技术及其应用,激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及作为光源，识别物体等的一门技术，传统应用最大的领域为激光加工技术。热加工和冷加工均可应用在金属和非金属材料，进行切割，打孔，刻槽，标记等。热加工金属材料进行焊接，表面处理，生产合金，切割均是极有利的。冷加工则对光化学沉积，激光快速成形技
9、术，激光刻蚀和氧化等都很合适。,激光雕刻,激光焊接,二、激光加工技术的应用,第二节 激光加工技术及其应用,2激光切割,3激光焊接,4激光雕刻,5激光打孔,6激光蚀刻,7激光手术,8激光武器,9激光能源,激光快速成形,激光切割,激光焊接,二、激光加工技术的应用,第二节 激光加工技术及其应用,2激光切割,3激光焊接,4激光雕刻,5激光打孔,6激光蚀刻,7激光手术,8激光武器,9激光能源,激光雕刻,激光打孔,二、激光加工技术的应用,第二节 激光加工技术及其应用,激光蚀刻,二、激光加工技术的应用,第二节 激光加工技术及其应用,激光手术,激光武器（烧蚀、激波、辐射效应）,二、激光加工技术的应用,第二节
10、激光加工技术及其应用,1激光快速成形2激光切割3激光焊接4激光雕刻5激光打孔6激光蚀刻7激光手术8激光武器9激光能源10激光热处理,2激光切割,3激光焊接,4激光雕刻,5激光打孔,6激光蚀刻,7激光手术,8激光武器,9激光能源,激光能源,激光热处理,第十章 激光技术,第一节 激光技术基础一、激光原理及产生过程二、激光器的结构和种类第二节 激光加工技术及其应用一、激光加工技术简介二、激光加工技术的应用第三节 激光技术的发展和我国激光技术应用及创新一、激光技术发展50年：从无用到无尽可能二、我国激光技术和产业的应用与创新,一、激光技术发展50年：从无用到无尽可能,第三节 激光技术的发展和我国激光技
11、术应用及创新,世界上第一台小型的激光发生器,激光武器在电影中的幻想,玩具火车全息图(三维激光),七彩激光图,激光器和五美元钞票大小的对比图,激光被用来作为钻头,一、激光技术发展50年：从无用到无尽可能,第三节 激光技术的发展和我国激光技术应用及创新,激光进行眼内手术展示,美国国家点火实验设施,从最初被发明时的“无用武之地”，到成为互联网光纤骨干网及清洁聚变能研究的基础，激光技术经过了50年的发展，却仍然是个充满潜能的“未来派”。以上的8幅图展示了激光技术这50年来的演变历史。,二、我国激光技术和产业的应用与创新,第三节 激光技术的发展和我国激光技术应用及创新,世界上第一台激光器诞生于1960年
12、，我国于1961年研制出第一台激光器，40多年来，激光技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域。比如光电技术，激光医疗与光子生物学，激光加工技术，激光检测与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析技术，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子光学，激光雷达，激光制导，激光分离同位素，激光可控核聚变，激光武器等等。这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。,世界上第一台小型的激光发生器,光纤激光器,二、我国激光技术和产业的应用与创新,第三节 激光技术的发展和我国激光技术应用及创新,1我国早期激光技术的发展1961年夏，在王之江主持下，我国第一台红宝石激光器研
13、制成功。信息传输方面：1964年9月用激光演示传送电视图像，1964年11月实现330公里的通话。工业方面：1965年5月激光打孔机成功地用于拉丝模打孔生产，获得显著经济效益。医学方面：1965年6月激光视网膜焊接器进行了动物和临床实验。国防方面：1965年12月研制成功激光漫反射测距机（精度为10米/10公里），1966年4月研制出遥控脉冲激光多普勒测速仪。在起步阶段我国的激光技术发展迅速，无论是数量还是质量，都和当时国际水平接近。,二、我国激光技术和产业的应用与创新,第三节 激光技术的发展和我国激光技术应用及创新,2重点项目带动激光技术的发展1964年，我国第一所，也是当时世界上第一所激光
14、技术的专业研究所中国科学院上海光学精密机械研究所（简称“上海光机所”）成立。（1）建成了具有工程规模的大口径（120毫米）振荡放大型激光系统，最大输出能量达32万焦耳；改善光束质量后达3万焦耳。（2）实现了系统技术集成，成功地进行了打靶实验，室内10米处击穿80毫米铝靶，室外2公里距离击穿0.2毫米铝耙，并系统地研究了强激光辐射的生物效应和材料破坏机理。（3）第一次揭示了强光对激光系统本身的光损伤现象和机制。（4）第一次深入和理解激光光束质量的重要性和物理内涵，采用了一系列提高光束质量的创新性技术，如万焦耳级非稳腔激光器、片状激光器、振荡扫瞄放大式激光系统、尖劈法光束质量诊断等。（5）激光元器
15、件和支撑技术有了突破性提高，如低吸收高均匀性钕玻璃熔炼工艺、高能脉冲氙气、高强度介质膜、大口径（1.2米）光学精密加工等。（6）培养和造就 了一批技术骨干队伍。,二、我国激光技术和产业的应用与创新,第三节 激光技术的发展和我国激光技术应用及创新,2重点项目带动激光技术的发展军用激光研究是1966年12月开始。（1）靶场激光距技术初试成功：采用重复频率为20赫兹的YAG调Q激光器，测距精度优于2米，最远测量距离达660公里，加在经纬仪上，可实现对飞行目标的单站定轨。这一成果为以后完成洲际导弹再入段轨迹测量创造了必要条件。（2）红宝石激光人造卫星测距：成功地对美国实验卫星Expl-27号、29号
16、和36号进行了测量、最远可测距离为2300公里，精度2米左右。这是第一代人造卫星的测距成果，为以后更远距离、更高精度的人造卫星测距打下了基础。（3）红宝石激光雷达和机载红外激光雷达，首次实现了地空和空空对飞机的跟踪测距。（4）激光航测仪：将激光测距机和航空照相机组合，由飞机机载对地航测，完成对边远地区等复要地形的测绘。重复率6次/分，测距精度1米。（5）地炮激光测距机：可独立完成观察、测距、测角（方向和高低角）及磁针定向等功能。测距范围300-10000米，精度5米。,二、我国激光技术和产业的应用与创新,第三节 激光技术的发展和我国激光技术应用及创新,3改革开放后取得前所未有的进步（1）测距和
17、测卫。新一代实用测距系统投入使用，完成了预定的重要任务。（2）惯性约束聚变。（ICF）激光驱动器“神光”系列。（3）新型激光器。两种高功率连续波化学激光器，3.8微米的氟氘激光器（DF）和1.315微米短波长氧碘激光器（COIL），均取得突破性进展，功率和光束质量仅次于美国，达到当前国际水平。（4）中国牌新晶体走向世界。我国发明的BBO、LBO晶体，以及KTP、钛宝石等晶体以优异的质量在国际市场享有盛誉并占有一定的份额。,二、我国激光技术和产业的应用与创新,第三节 激光技术的发展和我国激光技术应用及创新,3方兴未艾的激光行业尽管早在60年代已在加工（激光打孔）、医疗器械和测距等方面出现了激光产
18、业的雏形，然而当时只是零星的、分散的小量研制性生产，未能形成气候。真正得到重视并实质性起步，还是在改革开放发后，特别是“发展高技术，实现产业化”的政策导向下，我国才有了真正意义上的激光产业。1987年1月，中国光学行业协会成立，后改名为中国光学光电子行业协会，其下设有激光分会。据1998年该行业协会对我国激光产业状况的调研统计，全国主要激光产品生产单位约100多家，从业人员6400人，人均销售额12.5万元，主要分布在湖北、北京和上海。我国的激光产业由1988年的1亿元增加到1998年的8亿元，平均年增长22.3%，10年总销售额达41.2亿元。1998年出口1120万美元，占总值的11.6%
19、。按国际惯用分类方法，激光产品包括激光加工、医疗、印刷、光存储，测距准直、检测、文娱教育中的各种激光仪器和设备，激光器件和通信用激光组件，以及激光用材料元器件和部件等11类。我国在ICF激光驱动器、高功率化学激光器、半导体泵浦的固体激光器、超短超强激光器、激光测距测卫、人工晶体和激光产业等方面，我国激光科技工作者将锐意创新，攀登新的高峰！,激光雕刻,激光切割,激光加工制造的举例图片,激光熔融技术,三坐标测量仪进行精密测量,激光加工制造的举例图片,真空注型系统,大型三坐标测量仪,激光加工制造的举例图片,可乐底座模具,精铸球铁产品,激光加工制造的举例图片,CAM 激光加工机用3DCAM系统,快速定
20、位测量,激光加工制造的举例图片,激光焊接技术,睿雕系列CNC雕刻机,激光加工制造的举例图片,激光加工机床,激光加工制造的举例图片,小结,经过40多年的努力，我国激光技术有了较为雄厚的技术基础，锻炼培养了一支素质较高的队伍。这支队伍遍布科研、高校、产业部门和企业、地方，科技人员达数千人，包括一批学成归国的优秀青年科学家和20多名两院院士。可以预计，我国激光科学技术在未来必将有更辉煌的发展。,作业,思考题：1.激光原理及产生过程是什么？2.激光器的结构和种类有哪些？3.激光加工技术的应用领域有哪些？4.激光技术的发展历程是什么？5.我国激光技术应用及创新有哪些？,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
