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激光技术详解3
激光的特点
（一）定向发光
普通光源是向四面八方发光。要让发射的光朝一个方向传播，需要给光源装上一定的聚光装置，如汽车的车前灯和探照灯都是安装有聚光作用的反光镜，使光汇集起来向一个方向射出。激光器发射的激光，天生就是朝一个方向射出，光束的发散度小，大约只有0.001弧度，接行。1962年，人类次使用激光照射月球，地球离月球的距离约38万公里，但激光在月球表面的光斑不到两公里。若以聚光效果很好，看似平行的探照灯光柱射向月球，按照其光斑直径将覆盖整个月球。
（二）亮度高
在激光发明前，人工光源中高压脉冲氙灯的亮度高，与太阳的亮度不相上下，而红宝石激光器的激光亮度，能**过氙灯的几百亿倍。因为激光的亮度高，所以能够照亮远距离的物体。红宝石激光器发射的光束在月球上产生的照度约为0.02勒克斯（光照度的单位），颜色鲜红，激光光斑明显可见。若用功率强的探照灯照射月球，产生的照度只有约一万亿分之一勒克斯，人眼根本无法察觉。激光亮度高的主要原因是定向发光。大量光子集中在一个小的空间范围出，能量密度自然高。 激光的亮度与阳光之间的比值是**的，而且它是人类创造的。
激光的颜色
激光的颜色取决于激光的波长，而波长取决于发出激光的活性物质，即被后能产生激光的那种材料。红宝石就能产生深玫瑰色的激光束，它应用于领域，比如用于的和手术。公认贵重的气体之一的氩气能够产生蓝绿色的激光束，它有诸多用途，如激光印刷术，在显微手术中也是不可缺少的。半导体产生的激光能发出红外光，因此我们的眼睛看不见，但它的能量恰好能"解读"激光唱片，并能用于光纤通讯。
激光分离技术
激光分离技术主要指激光切割技术和激光打孔技术。激光分离技术是将能量聚焦到微小的空间，可获得105~1015W/cm2高的辐照功率密度，利用这一高密度的能量进行非接触、高速度、高精度的加工方法。在如此高的光功率密度照射下，几乎可以对任何材料实现激光切割和打孔。激光切割技术是一种摆脱传统的机械切割、热处理切割之类的全新切割法，具有更高的切割精度、更低的粗糙度、更灵活的切割方法和更高的生产效率等特点。激光打孔方法作为在固体材料上加工孔方法之一，已成为一项拥有特定应用的加工技术，主要运用在航空、航天与微电子行业中。
（三）颜色纯
光的颜色由光的波长（或频率）决定。一定的波长对应一定的颜色。太阳光的波长分布范围约在0.76微米至0.4微米之间，对应的颜色从红色到紫色共7种颜色，所以太阳光谈不上单色性。发射单种颜色光的光源称为单色光源，它发射的光波波长单一。比如氪灯、氦灯、氖灯、氢灯等都是单色光源，只发射某一种颜色的光。单色光源的光波波长虽然单一，但仍有一定的分布范围。如氖灯只发射红光，单色性很好，被誉为单色性**，波长分布的范围仍有0.00001纳米，因此氖灯发出的红光，若仔细辨认仍包含有几十种红色。由此可见，光的波长分布区间越窄，单色性越好。激光器输出的光，波长分布范围非常窄，因此颜色纯。以输出红光的氦氖激光器为例，其光的波长分布范围可以窄到2×10^-9纳米，是氪灯发射的红光波长分布范围的万分之二。由此可见，激光器的单色性远远**过任何一种单色光源。
（四）能量密度大
光子的能量是用E=hv来计算的，其中h为普朗克常量，v为频率。由此可知，频率越高，能量越高。激光频率范围3.846*10^(14)Hz到7.89510(14)Hz.电磁波谱可大致分为： （1）无线电波——波长从几千米到0.3米左右，一般的电视和无线电广播的波段就是用这种波；（2）微波——波长从0.3米到10^-3米，这些波多用在或其它通讯系统；（3）红外线——波长从10^-3米到7.8×10^-7米；（4）可见光——这是人们所能感光的狭窄的一个波段。波长从780—380nm。光是原子或分子内的电子运动状态改变时所发出的电磁波。由于它是我们能够直接感受而察觉的电磁波少的那一部分；（5）紫外线——波长从3 ×10^-7米到6×10^-10米。这些波产生的原因和光波类似，常常在放电时发出。由于它的能量和一般化学反应所牵涉的能量大小相当，因此紫外光的化学效应强；（6）伦琴射线—— 这部分电磁波谱，波长从2×10^-9米到6×10^-12米。伦琴射线（X射线）是电原子的内层电子由一个能态跳至另一个能态时或电子在原子核电场内减速时所发出的；（7）伽马射线——是波长从10^-10～10^-14米的电磁波。这种不可见的电磁波是从原子核内发出来的，物质或原子核反应中常有这种伴随着发出。γ射线的穿透力很强，对生物的破坏力很大。由此看来，激光能量并不算很大，但是它的能量密度很大（因为它的作用范围很小，一般只有一个点），短时间里聚集起大量的能量，用做也就可以理解了。

激光加工技术详解2
一般来说，激光切割质量可以由以下6个标准来衡量。
⒈切割表面粗糙度Rz
⒉切口挂渣尺寸
⒊切边垂直度和斜度u
⒋切割边缘圆角尺寸r
⒌条纹后拖量n
⒍平面度F
应用范围
大多数激光切割机都由数控程序进行控制操作或做成切割机器人。激光切割作为一种精密的加工方法，几乎可以切割所有的材料，包括薄金属板的二维切割或三维切割。
在汽车制造领域，小汽车顶窗等空间曲线的切割技术都已经获得广泛应用。德国大众汽车公司用功率为500W的激光器切割形状复杂的车身薄板及各种曲面件。在航空航天领域，激光切割技术主要用于特种航空材料的切割，如钛合金、铝合金、镍合金、铬合金、不锈钢、氧化铍、复合材料、塑料、陶瓷及石英等。用激光切割加工的航空航天零部件有发动机火焰筒、钛合金薄壁机匣、飞机框架、钛合金蒙皮、机翼长桁、尾翼壁板、直升机主旋翼、航天飞机陶瓷隔热瓦等。
激光切割成形技术在非金属材料领域也有着较为广泛的应用。不仅可以切割硬度高、脆性大的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等；还能切割加工柔性材料，如布料、纸张、塑料板、橡胶等，如用激光进行服装剪裁，可节约衣料10%～12%，提高3倍以上。
材料分析
结构钢
该材料用氧气切割时会得到较好的结果。当用氧气作为加工气体时，切割边缘会轻微氧化。对于厚度达4mm的板材，可以用氮气作为加工气体进行高压切割。这种情况下，切割边缘不会被氧化。厚度在10mm以上的板材，对激光器使用板并且在加工中给工件表面涂油可以得到较好的效果。
不锈钢
在可以接受切割端面氧化的情况下可使用氧气；使用氮气以得到无氧化刺的边缘，就不需要再作处理了。在板材表面涂层油膜会得到更好的穿孔效果，而不降低加工质量。
铝
尽管有高反射率和热传导性，厚度6mm以下的铝材可以切割，这取决于合金类型和激光器能力。当用氧切割时，切割表面粗糙而坚硬。用氮气时，切割表面平滑。纯铝因为其高纯非常难切割，只有在系统上安装有“反射吸收”装置的时候才能切割铝材。否则反射会毁坏光学组件。
钛
钛板材用氩气和氮气作为加工气体来切割。其它参数可以参考镍铬钢。
铜和黄铜
两种材料都具有高反射率和非常好的热传导性。厚度1mm以下的黄铜可以用氮气切割；厚度2mm以下的铜可以切割，加工气体必须用氧气。只有在系统上安装有“反射吸收”装置的时候才能切割铜和黄铜。否则反射会毁坏光学组件。
CO2切割
优点
CO2激光切割技术比其他方法的优点是：
切割质量好
切口宽度窄（一般为0.1--0.5m m）、精度高（一般孔中心距误差0.1--0.4mm，轮廓尺寸误差0.1--0.5mm）、切口表面粗糙度好（一般Ra为12.5--25μm），切缝一般不需要再加工即可焊接。
切割速度快
例如采用2KW激光功率，8mm厚的碳钢切割速度为1.6m/min；2mm厚的不锈钢切割速度为3.5m/min，热影响区小，变形小。
清洁、安全、无污染
大大改善了操作人员的工作环境。当然就精度和切口表面粗糙度而言，CO2激光切割不可能**过电加工；就切割厚度而言难以达到火焰和等离子切割的水平。但是就以上显著的优点足以：CO2激光切割已经和正在取代一部分传统的切割工艺方法，特别是各种非金属材料的切割。它是发展迅速，应用日益广泛的一种加工方法。
九十年代以来，由于中国市场经济的发展，企业间竞争激烈，每个企业必须根据自身条件正确选择某些制造技术以提高产品质量和生产效率。因此CO2激光切割技术在中国获得了较快的发展。

国内激光产业现状及应用产业链分析
世界上台激光器诞生于1960年，我国也于1961年研制激光器，距今已有半个世纪了。50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，激光与生物光子学、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、**快激光学、激光化学、**光学、激光、激光制导、激光分离同位素、激光可控核聚变、激光等等。
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。经过近50年的艰苦努力，我国激光技术研究获得重大突破，激光产业也从无到有，我国激光加工产业一直呈指数增长，成为我国科学技术应用领域中活跃的产业之一。
目前，全国共有5个激光技术研究中心，10多个研究机构；有21个省、市生产和销售激光产品，常年有定型产品生产和销售、并形成一定规模的单位有200多家。
目前国内激光企要集中在湖北、、江苏、上海、和广东(含深圳、珠海特区)等经济发达省市。已基本形成以上述省市为主体的华中、环渤海湾、长江三角洲、珠江三角洲激光产业群，激光晶体、关键元器件、配套件、激光器、激光系统、应用开发、公共服务平台已形成较完整的激光产业链。
激光应用主要分为工业、、商业、科研、信息和军事六个领域。我国激光加工产业规模十几年间增长了近500多倍。在工业激光应用中，主要有材料加工和测量控制两大类。
激光材料加工则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)进行激光切割、激光焊接、激光表面处理、激光打孔、激光微加工和激光标刻。
激光材料加工技术是涉及到光、机、电、算、材料及检测等多门学科的一门综合技术。发展激光技术，推动激光应用，我们不能只从某一方面来谈，而是要综合这些学科全盘考虑。为了便于描述和研究，抓住典型，我们以激光产业链为主线索来谈激光技术的发展，但激光产业链也还是一个大课题，我主要分析工业激光应用系统的产业链。
工业激光应用系统的产业链应该由下面四个方面组成：激光应用、激光加工系统、激光器和激光配件。可以看到，每一个激光应用领域都可以形成一个产业链，每一个产业链一定包括激光加工系统、激光器和激光配件。现在，成熟的激光产业链应该是工业激光应用的产业链，它包括激光切割产业链、激光焊接产业链、激光打标产业链、激光表面处理产业链、激光打孔产业链等等。
所以任何一个小的产业链都有它自身的发展过程和特点，该链中的每一个环节都很重要，任何一个环节发展不充分或发展滞后，这个产业链就不完整，就很难得到蓬勃发展。
目前国内有很强的激光切割机生产能力，包括设计制造切割系统、导光系统工作台运动系统及其关键零部件，也有很强的软件开发能力，生产高功率二氧化碳激光切割机典型企业包括武汉法利莱、楚天激光、上海团结普瑞玛、深圳大族等，但切割机中的二氧化碳激光器和聚焦镜则大部分依靠进口，切割机中几乎一半的成本是激光器，所以我们基本上是在中国“打洋工”，很大部分利润被外国公司拿走了。
就高功率二氧化碳激光器的功率指标来看，武汉科威晶可以生产高达4kW的激光器和正在开发7kW激光器，南京东方可以生产4kW激光器，南京通快可以生产3200W激光器。
但这些公司含有合资或引进国外技术的成分，激光器中的关键零部件也是依靠进口，比如风机和谐振腔镜片等。在低功率二氧化碳激光切割应用中，我国是产销量大的国家，不仅**国内市场，并且大量出口，形成了成熟的中小功率二氧化碳激光切割机产业链，包括系统集成、激光器生产和相关的激光配件。
典型厂家有武汉众泰、三工、金运、东莞粤铭、济南金威刻等，但我们的产品也是以低端的直流激励的玻璃管二氧化碳激光器为主，价格低，品质一般，而的射频激励二氧化碳激光器只有南京晨锐达一家可以生产和供应市场，但产量很小，高功率只有50W。
值得庆幸的是，与之相关的激光配件如光学元器件、运动系统和控制软件等已经相当成熟。
高功率Nd:YAG激光切割是近年来中国激光产业发展较快的一个新型产业链，主要动力来源于薄钢板切割和高功率Nd:YAG激光器发展的相对成熟。
在5mm以下钢板切割中，使用固体激光器切割机整体投资较低，适合中小企业自主采购。现在主要用的是500W脉冲固体激光器，该激光器相关的产业如激光电源、金属和陶瓷泵浦腔等也发展比较成熟，质量也已达到产业化要求。
激光器和配件的主要厂家有武汉新特、中谷、华泽宏大等，典型激光切割机厂家有武汉华俄、奥华、华工激光、天琪、金运、广州瑞通等，武汉在全国具有优势，在开发生产高功率固体激光器和切割机的厂家也比较多。主要元器件都是国产的，所有产品在价格上很有优势。目前，攻关主要是在高功率下怎样获得高光束质量和高峰值功率，以便取得更好的切割质量。

激光加工的有点和发展
在国外。激光发射器价钱十分昂贵（几十万到上百万不等），但由于激光加工设备具**械加工设备无法比拟的优势，所以在美、意、德等国度，激光设备加工已占到加工行业 60% 以上的份额。但是在中国，由于种种缘由，还处于推行阶段。
 激光加工的优点：
    1、范围普遍：二氧化碳激光可对任何非金属资料停止激光切割雕琢。并且价钱低廉！不会对材料形成机械挤压或机械应力。没有 “ 刀痕 ” 不伤害加工件的表面；不会使资料变形；
        2、安全牢靠：采用非接触式激光加工； 
        3、准确细致：加工精度可到达 0.02mm，普通小于 0.5mm ；
        4、节约环保：光束和光斑直径小，安全卫生； 
        5、效果分歧：保证同一批次的激光设备加工效果完整相同；
        6、高速快捷：关于小批量激光设备加工效劳，可立刻依据电脑输出的图样停止高速激光雕琢和切割。
        7、低廉：不受加工数量的限制，激光加工愈加。
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