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激光如何造福人类

2008-06-30 11:46
Minor昔年
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    1 激光光谱学  


    光谱分析是研究物质结构的重要手段。激光引入光谱分析后,至少从5个方面扩展和增强了光谱分析能力: 1 分析的灵敏度大幅度提高 2光谱分辨率达到超精细程度 3 可进行超快(10-100 fs量级)光谱分析4 把相干性和非线形引入光谱分析5 光谱分析用的光源波长可调谱。自从激光引入之后,先进的光谱分析已经激化了。 
 

    激光在光谱学中的应用,是由于激光的高强度和窄频宽的性质决定的,所以激光能够有选择地激发原子或分子到达特殊的能级。并进一步被用来研究这些受激态其后的衰变。要识别光谱线与它们的相应能态是很困难的;例如分子中的振动和转动支能态之间的跃迁。通常伴随着红外波长的光子。目前已经设计了可选择出这些线的掺杂的激光技术,因而在光谱学领域引起了一场革命。
  

    2 激光在医学上的应用  


    激光医学包括激光诊断和检测以及激光医疗两大类。激光诊断与检测利用了激光具有非常高的光子简并度特点。这种高简并度使同一量子态具有非常高的光子数,可以记录生物组织的三维信息,研究微观结构的运动和瞬态变化,从而精确测定微观结构,显示正常组织与非正常组织差别,从而检查是否有病变。目前常用的有激光荧光屏诊断法,激光多普勒测速检测法,激光散射喇曼光谱检测法,激光CT等。而激光医疗主要利用激光能量在时间,空间。波长上高度集中的特性。如飞秒激光能以极低的饿能量获得极高的光强,且因超快,故其激光能量丝毫不扩散到焦点以外,这使得聚焦飞秒激光光束成为常规长脉冲激光无法比拟的饿锐利而精密的手术刀。激光医疗几乎编及眼科,皮肤科,妇科,肛肠科以及消化道。泌尿科,心血管,骨科,牙科等专科。医学界和政府主管部门对应用激光设备审查控制很严。在此前提下,目前还是批准了许多激光设备用于临床,有的已经作为常规治疗手段。大多数激光治疗的疗程短,患者无痛苦或痛苦少,操作方便,费用省,受到广大患者和医生的欢迎。  


    3 激光在军事上的应用  


    由于激光具有方向性好,能量高度集中等物理特性,所以它自60年代问世以来倍受军界青睐,被广泛应用于测距、通信、制导等方面。而激光武器更是一种世人关注的新型武器。它利用激光速的辐射能量摧毁对方目标或使对方部队丧失战斗能力。 
 

    激光武器的杀伤机理是:激光武器发出高能激光束照射目标后部分能量被目标吸收转化为热能,引起烧蚀效应。与此同时,由于目标表面材料急剧汽化,蒸汽高速向外膨胀,在极短的时间内给目标以强大的反冲作用,在目标中形成激波,从而又引起目标材料的断裂,或损害,此即激波效应。而且,由于目标表面材料汽化,还会形成等离子体云,因而造成辐射效应,这比激光直接照射引起的破坏可能更厉害。激光武器产生的独特的烧蚀,激波和辐射等物理效应已被用于光电对抗、防空、反坦克、轰炸机自卫等方面。
  

    激光技术已渗透到各种武器平台,成为高技术局部战争的重要支柱和显著特征。激光制导和激光测距极大地提高了炮弹,炸弹和战术导弹的首发命中率和命中精度;激光引引信提高了弹头的破坏力和抗干扰性;光纤通信和激光大气通信是军事指挥控制通信网的重要组成部分;武器平台内部的光纤数据总线既有强的抗干扰能力又无电磁泄露。激光武器被认为是反导弹,反卫星的最佳选择之一。


    4 光在生物技术上的应用 


    激光在生物上的应用主要有基因工程,例如:激光外源导入基因法使基因转化,利用激光辐照使染色体突变等;在这反面我国取得不少成果。如:1988年中国科技大学报道用激光蚕卵上 打孔,植入染色质引起蚕变异。中国院遗传所报道用激光微束显微切割植物染色体的研究,也取得了成功。激光细胞工程,如:激光导致细胞融合,激光导致线粒体瓦解等;由于激光导致细胞融合选择性高,它可望成为快速生产医用单克隆抗体的适宜方法。激光催陈技术,例如:激光可以陈化酒,通过激光从微生物中提取胰岛素,氢基酸,核糖核酸等,利用它可以大大简化从生物体或细菌中提取有用物质步骤;激光植物育种技术,激光繁育技术等选育优种,提高孵化效率,促进农业畜牧业的发展。 
 

    5 激光在工业上的应用
  

    在工业方面,激光广泛利用于材料加工,退火,材料的更换,装置制作,测量,表面成色,焊接,集成电路裂缝的检查,三维表面测量,光学验证功率以及激光幅照的易变性等。 


    激光加工,准直和检测已经普及,大大提高了生产效率,产品质量,节约了原材料和动力消耗。在汽车工业,机械工业,造船工业和电子工业中,激光,切割,划片,焊接,集成电路的封装,组值微调,芯片清洁,汽车车身钢板表面的毛化,汽缸内壁表面改性等等都已经离不开激光。激光准值已普遍用于建筑施工,矿山巷道掘进,大型设备安装和农田水利建设。激光检测有的用于在线检测,控制产品尺寸,精确定位或控制液面高度;有的用于成品的无损探伤;有的用于检测精密光学,机械零件的表面光洁度,平整度和曲率半径,有的用于控制药品质量,有的用于检测高压电力线电流,有的用于危险物质泄露的监测。
 
 
    6 激光在其它方面的应用  


    激光在自控和远控中有广泛的应用,现在人们利用计算机来控制大规模的工业生产,利用卫星传递信息,它们给人们带来的好处是不言而喻的。它们是依靠电子学进步来完成的。  


    而激光在控制的某些方面优于电子学,如光控制的精确度很高,保密性很强。  


    激光也是信息的理想载体,光波以其极高的频率作为信息载体是最理想的频段。激光作为光波段的相干辐射就理所当然的成为信息的理想载体。光纤通信自1970年第一次实验至今已经覆盖了全球成为因特互联网的支撑技术之一。CD,VCD和DVD等光盘早已进入千家万户。激光照排、激光分色、激光打印等技术带来了出版印刷业的革命和办公自动化。以激光为识别光源的条码已广泛用于商品、邮件、图书、档案的管理,显著提高了工作效率。(wenjing)

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