激光原理與應(yīng)用
激光(Laser),它指通過受激輻射放大和必要的反饋,產(chǎn)生準直、單色、相干的光束的過程及儀器。
由于光導纖維通信的蓬勃發(fā)展,美、日、英、法等工業(yè)發(fā)達國家相繼成立了光導纖維、光纜生產(chǎn)企業(yè)。世界上三大著名的光纖光纜公司——美國的西電公司、康寧公司和日本的住友公司,光導纖維產(chǎn)量每年都在12萬千米以上。
總之,工業(yè)發(fā)達國家都已建立了全國性的光纖通信網(wǎng)絡(luò),以便徹底替代目前的銅質(zhì)電線電纜,這項浩大的技術(shù)工程估計到2000年可告完成。到那時候,激光通信將給我們這個地球帶來巨大變化。例如,足不出戶就可以利用光纖網(wǎng)絡(luò)在家中處理文件或參加一個會議;或者將家中的光纖網(wǎng)絡(luò)與購物中心相連,如同置身在超級市場一樣,坐在家中選購需要的商品,貨款只須與電子金融購物系統(tǒng)結(jié)算。各地的醫(yī)療中心也可以從屏幕上查看病人的病情和化驗報告,并據(jù)此開出處方單,從而真正做到“秀才不出門,可知天下事”,“運籌于帷幄之中,決勝于千里之外”。 激光和光纖還可以傳送圖像。首先,要將直徑比人頭發(fā)絲還要細的單根光導纖維組合成纖維束。在傳送信息過程中,常用的纖維束有兩種:一種叫傳光束,另一種叫傳像束。傳光束的任務(wù)是將光從一頭傳到另一頭。傳光束結(jié)構(gòu)比較簡單,它是由多根單絲膠合在一起,再將其端面拋光、研磨,以便減少光進入光纖時的反射和散射損失,然后在傳光束外面套上塑料護套。 由于一根光纖只能傳送一個光點,要傳送整幅圖像就必須將光導纖維一根一根整齊地排列起來,這樣組成的光纖束就叫傳像束。 在傳像束中,全部光纖都排列得整整齊齊,兩個端頭所處的位置都一一嚴格對應(yīng),一點也不混亂,就像一把整齊的筷子那樣。比如,某根光纖的一頭在傳像束中處于第八排第八列的位置上,那么它的另一頭也同樣是處于八、八位置上。 傳像束在傳送圖像時,首先將圖像分割成網(wǎng)眼狀,即一幅圖像被無數(shù)根光纖分解成無數(shù)個像元,然后再傳送出去。一根光纖負責傳送一個像元,無數(shù)根光纖便能將整幅圖像傳送到另一端。如果要使圖像傳送得清晰,就要盡可能選用直徑較細的光纖,因為光纖越細,在一定的傳像束上就能容納進更多的光束,這樣就能傳送更多的像元。顯然,像元越多,圖像就越清晰。 現(xiàn)在應(yīng)用的傳像束由上萬根光纖組成,要把這么多光纖整齊地排列起來可不是一件容易的事。排列好后,再用一種叫作環(huán)氧樹脂的有機粘合劑將兩端膠合,使光纖粘結(jié)固定,保證兩端光纖一一對應(yīng)。對兩個端面還要磨平和拋光。至于中間部分則不必粘牢,而是像二胡的弦那樣松散,只須在外面加上保護的塑料套管,這樣的傳像束既柔軟,又可以任意彎曲。 除了傳送圖像處,傳像束還能傳送一般的符號或數(shù)字,以及放大圖像或縮小圖像。 如要放大圖像,可以將傳像束做成一端大、一端小,就像錐體那樣。當圖像元從小端傳到大端時,整幅圖像就被放大。反之,如將圖像從大端發(fā)送到小端,整幅圖像就被縮小了。 此外,利用光纖還可以改變圖像。如果根據(jù)需要有意打亂光導纖維的排列,就可以使出口端的像元并不落在原先對應(yīng)的點上,而落到主觀構(gòu)思的點上,于是圖像就改變了。如果將圖像元進口端的光纖做成方形,而將出口端光纖做成圓環(huán)形,就能將方形的圖像元變成圓環(huán)形的像元。 總之,光纖傳像束有很大的發(fā)展?jié)摿,在未來的光信息處理技術(shù)中將日益顯示其獨特的作用。 (2)材料加工 鉆孔、切割、焊接以及淬火,是加工金屬材料時最常用的操作。自從引進了激光后,在加工的強度、質(zhì)量以及范圍等方面開創(chuàng)了全新的局面。除了金屬材料外,激光還能加工許多非金屬材料。 激光鉆孔機在激光鉆孔機問世之前,對各種機械零件鉆孔靠的是電動鉆孔機或沖床。但機械鉆孔不僅效率低,而且鉆出的孔洞表面不夠光潔。 激光鉆孔的原理,是利用激光束聚集使金屬表面焦點溫度迅速上升,溫升可達每秒l00萬度。當熱量尚未發(fā)散之前,光束就燒熔金屬,直至汽化,留下一個個小孔。激光鉆孔不受加工材料的硬度和脆性的限制,而且鉆孔速度異?欤斓娇梢栽趲浊Х种幻,乃至幾百萬分之一秒內(nèi)鉆出小孔。 |
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