行业视角 一文读懂激光原理及应用
博顿导读
说起当今世界热门的研究领域，激光无疑是其中之一。或许大多数人对激光的印象仅停留在光束，炫丽的色彩等层次方面，但激光的世界绝不止想象的那么单调贫乏，接下来请跟进博顿君的脚步，一起领略激光的魅力吧。
什么是激光
激光是一种激光器材受到电极力的作用发射出来的一种光,，由于频率、振动方向、相位高度一致，所以被称为相干光，具有定向发光、亮度极高、颜色极纯、能量密度极大的特点。激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后，人类的又一重大发现，被称为“最快的刀” 、“最准的尺” 、“最亮的光” 。
激光的原理
原子受激辐射的光 ，故名“激光”：原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级的时候，所释放的能量以光子的形式放出 。光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子，同时改变自身运动状况的表现。被引诱（激发）出来的光子束（激光），其中的光子光学特性高度一致。这使得激光比起普通光源，激光的单色性好，亮度高，方向性好。
激光的发现及发展背景
1917年，爱因斯坦 从理论上指出：除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。他指出当频率为 ν=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，这个过程称为受激辐射 。
在此之后人们很长时间都在猜测，这个现象可否被用来加强光场，因为前提是介质必须存在着群数反转(或译居量反转)population inversion的状态。
1958年，美国科学家肖洛Schawlow和汤斯Townes 发现了一种神奇的现象：当他们将氖光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时，晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。根据这一现象，他们提出了"激光原理"，即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激励时，都会产生这种不发散的强光--激光。
1960年5月16日，美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼 宣布获得了波长为0.6943微米的激光，这是人类有史以来获得的第一束激光，梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家 。
在1980年代后期，半导体技术使得更高效而耐用的半导体激光二极管 成为可能，这些在小功率的CD和DVD光驱和光纤数据线中得到使用。
在1990年代，高功率的激光激发原理得到实现，比如片状激光 和纤维激光 。后者由于新的加工技术和20kW的高功率不断地被应用到材料加工领域中，从而部分的替代了CO2激光和Nd:YAG-激光。
2000年代，激光的非线性 得到利用，来制造X射线脉冲（来跟踪原子内部的过程）；另一方面，蓝光 和紫外线激光二极管 已经开始进入市场。
在2009年，中国研制出一种名为氟代硼铍酸钾(KBBF)的晶体，可用于激发深紫外线激光，一旦成功应用，可令每片光盘的容量超过1TB，亦使半导体上可存储的电路密度大幅提高。
现在，激光器已成为工业，通讯，科学及电子娱乐中的重要设备。
激光技术的应用
激光的应用，按照激光探头是否与激光作用的物质接触，分为接触式 和非接触式 两种工作模式。激光应用的领域，主要有工业、医疗、商业、科研、信息和军事六个领域 。工业应用中，主要有材料加工和测量控制；医疗应用，有治疗和诊断。
加工技术 ：包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及做为光源，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。激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，传统上看，它的研究范围一般可分为：加工系统包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。
加工工艺 ：激光焊接、激光切割、激光打标、激光打孔、激光热处理、激光快速成型、激光涂敷。
生物应用 ：2014年6月，美国科学家，开发出了可以快速控制果蝇思想的激光系统。系统名为蝇类思维转换装置，系统通过摄像头追踪有限空间内若干果蝇的动作，研究人员通过向果蝇发射特殊调谐激光，可以触发果蝇大脑内与光热有关的神经通路。
博顿新型离子源产品系列可面向多行业领域，其中包括激光产业，提供纳米级别超高精度多层镀膜等高端微纳加工应用。激光技术的飞速发展为诸多行业应用铺平了道路，它的未来在哪儿？也许只有到未来才可知晓，把握时代机遇，让我们拭目以待！
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关于博顿光电
“博顿光电”是一家专业从事新型离子源关键技术研发及离子束装备设计和制造的创新型高科技企业。
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博顿以高端离子源核心技术为基础，采用全自主研发技术路线，研发和生产高端离子源产品系列和离子束装备与工艺解决方案，产品填补了国内在高端离子源领域的空白，将改变高端微纳加工设备核心技术与装备长期由国外垄断的局面，解决“卡脖子”问题，促进国内光电行业产品整体水平与竞争力的快速提升。
激光的原理及应用
激光是二十世纪继核能、半导体、计算机后又一重大发明，并凭借其良好的单色性、方向性、亮度等特质被广泛应用于工业制造、生物医疗等领域，被誉为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。自激光技术发明以来，全球激光行业快速发展，激光技术成为众多领域的重要支撑技术之一。
那么，什么是激光？接下来，维科网会为大家进行详细介绍。
激光的产生
激光又名“镭射”它的全名是“受激辐射光放大”。1917年爱因斯坦提出“受激发射”理论，一个光子使得受激原子发出一个相同的光子基础。1960年美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器。1961年中国第一台激光器诞生于王大珩领导的长春光机所。1965年贝尔实验室发明了第一台YAG（固体）激光器。
某些物质原子中的粒子受光或电的激发，由低能级的原子跃迁为高能级原子，当高能级原子的数目大于低能级原子的数目，并由高能级跃迁回低能级时，就放射出相位、频率、方向等完全相同的光，这种光叫做激光。当泵浦光照射时，基态离子吸收特定波长的光跃迁到E3能级，随后迅速通过无辐射跃迁跃迁到E2能级，在这个能级上可以聚集较多的离子。当外界泵浦足够强的时候，会在E2能级和E1能级间形成粒子数反转，即E2能级上离子数量比E1能级多。在实现粒子数反转后，每一个能量为hν的外来光子都将激发E2能级上的一个原子使其跃迁到基态，同时释放一个能量为hν的光子，光子总能量不断倍增，从而实现了受激辐射放大（增益）过程。
什么是激光器
激光器是激光的发生装置，主要由泵浦源、增益介质、谐振腔等组成。泵浦源为激光器的激发源，谐振腔为泵浦光源与增益介质之间的回路，增益介质指可将光放大的工作物质。在工作状态下增益介质通过吸收泵浦源提供的能量，经谐振腔振荡选模输出激光。
激光器是激光加工装备的核心部件，在激光加工装备的成本构成中具有举足轻重的地位。激光器按照工作物质、输出波段和输出类型可分为许多种类。
激光器按工作物质可分为固体激光器（红宝石Al2O3 ，钇铝石榴石激光器）、液体激光器（染料激光器）、气体激光器（氦氖激光器，氩离子激光器等）、半导体激光器、光纤激光器、自由电子激光器。按输出波段可将激光器分为远红外激光器、中红外激光器、近红外激光器、可见激光器、近紫外激光器、真空紫外激光器。按输出类型可分为：连续波激光器、准连续激光器、短脉冲激光器、超短脉冲激光器。
激光技术的发展与应用
激光技术作为现代制造业的先进技术之一，具有传统加工方式所不具有的高精密、高效率、低能耗、低成本等优点，在加工材料的材质、形状、尺寸和加工环境等方面有较大的选择空间，能较好地解决因材质不同而引发的加工、精炼等方面的技术问题。随着激光器技术和激光微加工应用技术不断发展，激光加工技术能够在更多领域替代传统机械加工，激光精细微加工则凭借其精度更高、柔韧性更强、热效应更小、适用面更广等优点，逐渐成为了高端制造领域的核心加工技术。
在激光应用方面，激光技术可以广泛应用于切割、焊接、钻孔、打标、雕刻、测量、诊断等领域，我国的产业升级已是箭在弦上，在微焊接、精密测量、生物医疗诊断、芯片制造多个领域对激光技术的需求在不断攀升，激光技术进入高速发展的新进程。
从激光行业的发展来看，激光技术已经广泛地应用于消费电子、3D打印、半导体、新能源、显示、生物医疗、激光检测等领域，国内的许多企业已经具备了和国外企业一较高下的实力，在国际激光产业领域的影响力也越来越强。
总而言之，激光已经在某些领域发挥了至关重要且不可替代的作用，越来越多的行业领域开始重视激光技术的应用，这就使得国内的激光产业公司不断加强在激光技术研发领域的投入，激光产业领域的竞争也愈来愈激烈。对于我国激光产业发展而言，这无疑是一个积极的信号，在此背景下，我们可以更快的缩小与国际同行间的差距，填补自己的技术空缺，为我国科学技术的发展提供重要的技术支撑。
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