激光在各領(lǐng)域發(fā)揮著不同的作用
經(jīng)過30多年的發(fā)展,激光現(xiàn)在幾乎是無處不在,它已經(jīng)被用在生活、科研的方方面面:激光針灸、激光裁剪、激光切割、激光焊接、激光淬火、激光唱片、激光測距儀、激光陀螺儀、激光鉛直儀、激光手術(shù)刀、激光炸彈、激光雷達(dá)、激光槍、激光炮……相信在不久的將來,激光肯定會有更廣泛的應(yīng)用。
目前激光已廣泛應(yīng)用到激光焊接、激光切割、激光打孔(包括斜孔、異孔、膏藥打孔、水松紙打孔、鋼板打孔、包裝印刷打孔等)、激光淬火、激光熱處理、激光打標(biāo)、玻璃內(nèi)雕、激光微調(diào)、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封裝、激光修復(fù)電路、激光布線技術(shù)、激光清洗等。
激光武器是一種利用定向發(fā)射的激光束直接毀傷目標(biāo)或使之失效的定向能武器。根據(jù)作戰(zhàn)用途的不同,激光武器可分為戰(zhàn)術(shù)激光武器和戰(zhàn)略激光武器兩大類。武器系統(tǒng)主要由激光器和跟蹤、瞄準(zhǔn)、發(fā)射裝置等部分組成,目前通常采用的激光器有化學(xué)激光器、固體激光器、CO2激光器等。激光武器具有攻擊速度快、轉(zhuǎn)向靈活、可實現(xiàn)精確打擊、不受電磁干擾等優(yōu)點,但也存在易受天氣和環(huán)境影響等弱點。激光武器已有30多年的發(fā)展歷史,其關(guān)鍵技術(shù)也已取得突破,美國、俄羅斯、法國、以色列等國都成功進(jìn)行了各種激光打靶試驗。目前低能激光武器已經(jīng)投入使用,主要用于干擾和致盲較近距離的光電傳感器,以及攻擊人眼和一些增強型觀測設(shè)備;高能激光武器主要采用化學(xué)激光器,按照現(xiàn)有的水平,今后5—10年內(nèi)可望在地面和空中平臺上部署使用,用于戰(zhàn)術(shù)防空、戰(zhàn)區(qū)反導(dǎo)和反衛(wèi)星作戰(zhàn)等。
航空領(lǐng)域無疑是又一個因光纖激光器而獲益匪淺的行業(yè)。在現(xiàn)在航空業(yè)中,一個渦輪引擎可能會有多達(dá)數(shù)百萬計個孔,這些孔主要用于幫助器件在運轉(zhuǎn)過程中及時散熱??椎暮穸?、角度、直徑、形狀各不相同。在航空領(lǐng)域鉆孔應(yīng)用中,新型光纖激光器是一種更快,更靈活、更穩(wěn)定,也更具成本優(yōu)勢的選擇。
在過去幾十年里,Nd:YAG脈沖激光器一直是材料加工的主力軍,其中相當(dāng)一部分機(jī)器的使用時間甚至已經(jīng)超過30年。其中,波長為1070nm的脈沖激光器應(yīng)用最為廣泛,比如醫(yī)療器械、航空、電子等等。盡管如此,在某些方面,這種激光器仍有待改進(jìn),比如峰值功率高,但平均功率低,電效率不高,功率提升時光束質(zhì)量不穩(wěn)定,聚焦光斑尺寸近似高斯光束,在獲得穩(wěn)定輸出之前需要幾輪脈沖預(yù)熱等等。然而,縱有種種不盡如人意,這種激光器還是在相當(dāng)長一段時間里發(fā)揮著重要的作用。在航空領(lǐng)域,Nd:YAG脈沖激光器更是占據(jù)著主導(dǎo)地位,廣泛用于各種器件的冷卻孔加工。
從事材料加工行業(yè)的人開始將目光投向那些能夠提供高峰值功率的脈沖激光器,以及具有較高功率水平的連續(xù)激光器,這類激光器峰值功率一般可達(dá)到3kW,平均功率300W。技術(shù)的飛躍催生出更高的峰值功率及平均功率。如今,峰值功率高達(dá)20kW,平均功率2kW,以及超高功率連續(xù)激光器已經(jīng)問世。功率的不斷更新?lián)Q代,將光纖激光器推上了航空器件加工的舞臺。
相較于傳統(tǒng)的Nd:YAG激光器,光纖激光器在電光轉(zhuǎn)換效率及光束亮度(單?;虻臀徊僮鳎┓矫婢酗@著的改善,且無需預(yù)熱,功率改變時,無論是平頂模式(如圖1所示),還是高斯模式,光斑直徑始終保持穩(wěn)定如一,同時,脈沖頻率更高,參數(shù)的實時調(diào)節(jié)性能也更強。由于光纖激光器利用的是單個發(fā)射器激發(fā),所以在可靠性、功率穩(wěn)定性及靈活性方面較閃光燈泵浦激光器而言,有了質(zhì)的飛躍。