激光技術的應用與展望

劉 祁

（山西大同大學 物理與電子科學學院，大同 037009）

激光器是一項巨大的科學技術的發明成果，其可與原子能、半導體等二十世紀的成果相比的。自從激光器出現就以驚人的迅速進行快速的發展，其激光光源從歷史的角度來看是人類的一項變革，激光在英文中是由英文的專用名詞為（Light amplificationby Stimulared emissionof radiation），其縮寫為LASER。而其正式命名為“激光”是在1964年由院士錢學森提出的。這便能夠體現出其“受激輻射”的科學意義，其在國內的沿用到現并被科學界認可的稱謂。

1 激光的歷史及特性

1.1 激光的歷史

1917 年“受激輻射”是由愛因斯坦首次提出，之后由美國的兩位在微波領域的研究十分顯著的知名的科學家肖洛和湯斯，在“紅外與光學激射器”的文章中以“受激輻射”作為主線的主要條件為“粒子數反轉”；世界上激光的首次出現是在1960年在美國加州的飛機公司，是由梅曼博士進行研究設計的第一臺紅寶石激光器[1]。

國內方面，由中科院精密機械研究所研制了首臺紅寶石激光器。相比與世界上的首臺其結構上有了全新的改動，而國內的激光技術從出現到目前具有迅猛的發展速度，而這樣快速的發展速度并在國際上占有一席之地在我國的近代歷史上是較為稀有的，不僅在質量上可以與國際水平相媲美在數量上也同樣如此，

1.2 激光的特性

激光能夠被具有如此廣泛的應用空間其主要原因是具有獨特的優異性：

激光的方向性較為突出，激光的發散角具有明顯的特點，其偏離軸線并可以達到毫米級別的精度弧度，激光的功率具有很高的集中程度，并具有很高的亮度其明亮相比于普通的光源強過上百萬倍。

激光的單色性較為強，相比于普通光源其強大數倍不止而普通的光源氦氖激光器其譜線的寬度要出六個數量級別相比于基準器氫燈。此外激光的相干性很好，其主要由相同的光子進行受激輻射頻率、傳播方向、偏振等活動。

2 激光技術應用現狀

2.1 激光加工技術

激光加工技術可以體現出一個國家精密儀器的發展趨勢，其主要表現在生產加工的技術水平、儀器的精確度、在市場的競爭能力等在制造方面以及相關的能力。采用激光技術進行生產以及進行加工的技術，這樣的技術在金屬非金屬材料中具有很好的發展空間。

目前的重型工業的生產制造以及加工當中，應用激光技術具有很好的優越性，例如在材料上進行表面處理、打孔、切割等操作。激光技術在加工過程當中主要利用非接觸式的工作過程其軌跡一般通過計算機上的軟件進行運算控制，性能較為穩定，使用年限較長，在現今的半導體當中應用激光刻錄技術已經逐漸發展為中流砥柱的趨勢，采用激光技術進行在線的加工形式已經成為目前加工行業不可缺少的重要技術[2]。

2.2 激光測量技術

由激光的特性可知，激光不僅亮度高并且方向性很好的特征，由此科學家研究出了距離測量的設備其典型的設備為激光雷達、激光測距儀等。

激光雷達是利用各種激光器構成的發射機，其測量的主體是運動中的目標，可以通過激光雷達測量出被測物的三維的立體圖像和運動速度等相關信息，對于發現隱藏的目標有很大幫助。由此可以對大氣的污染、有毒物質的摻雜能夠利用激光雷達的特性來監測空氣。而對于工業生產當中的精密的工作比如安裝發動機的主軸則可以使用激光準直儀器。

2.3 激光通信領域

目前在人類社會活動當中通信設施逐漸成為必備的設施，而激光的出現使得通訊進入了新的紀元，與雷達領域類似，通訊逐漸從微波的范圍向著激光的方向進行，其把激光視為承載信息的個體，實現通信的任務，其主要包含大氣激光通信、水下激光通信、衛星激光通信等各種方式，其在不同的領域具有不同的特點，針對海軍方面水下激光通信優勢極大。將激光通信與無線電的通信作對比可知，其主要具有保密性高、多條傳送線路、較大的信息容量、輕巧的設備、可遠傳、費用低等諸多優勢，其次在空間上激光也具有較廣的應用。激光通信相比與無線電通信能夠獲取大氣所不能吸收的波長進而避免了局限性。當下激光通信主要應用在軍事方面，許多國家均在發展軍事方面的激光光纖通信系統，比如由美國軍領域研制應用于海軍的“小石城”和 ALFOT以及陸軍的MXC3計劃等。

3 未來激光技術在智能應用方面的應用

3.1 物聯網下的激光精準定位應用實施

目前我國倉儲企業公司進行工作時，人工作業方式是在他們選擇中占主要地位工作法式，在電子商務的出現和快速發展是現階段這已經都發生了變化，傳統的叉車運輸貨物的模式已經不能滿足企業發展迅速而引起貨物快速增長的需求，同時也不能滿足消費者在購物時需要得到便捷，高效的購物享受。現階段現代化的物流模式是西方國家倉儲運作的主要模式，如果想達到現代化物流模式單單是依靠某家物流公司或者軟件公司這顯然是不能完成的或實現的，惟一方法就是進行跨鄰域的合作才能實現雙贏的目的[3]。

在我國天津港煤碼頭進行的幾次裝船的實驗中都應用到了沈陽自動化散貨裝船機物位檢測技術。為了使貨船在裝散貨時即安全有快速自動的使裝船作業完成，他們就在貨船上裝了激光雷達系統，貨船的三維輪廓的掃描是讓多軸伺服控制激光雷達來完成的完，通過系統的后臺運用對船的截面邊緣與圖形擬合算法相結合的圖像處理算法，自動實時獲取船艙尺寸以及艙內物料的形狀，確定落料軌跡，通過這一系列的操作讓貨船完成自動化裝貨。

3.2 半導體元器件中激光應用

（1）半導體的光敏特性在半導體中光敏性是一個非常常見的特性，所以半導體對光是非常敏感的。其敏感度到了只要有一定光照在半導體的表面，他就會從一個不導電的物體變為導電性能非常好的物體；如果在漆黑如墨沒有任何光線的房間或者晚上他就是一個不導電的絕緣體。每一種光都有自己獨有的波長及其頻率的范圍，由于不同光的波長和頻率有著很大的差別，當不同的光照射在半導體上時他的導電的強弱也將會不一樣，正是因為半導體對不同的光的敏感度的不同，從而使得半導體的運用十分廣泛，例如運作到各種電子產品的攝像頭，還有運用與紫外測試儀中醫藥領域的儀器中都有用到。所以，想要運用半導體的就必要使用激光。

（2）激光脈沖退火技術

LSA技術我們通常稱其為激光脈沖退火技術，這個技術是讓可以發射出細微光束的長波激光器來對Si的表明進行掃描，可以在非常短的時間中產生面積比較小的局域熱點。但是硅片的溫度還是保持在整體比較低的狀態。那是因為高溫會使材料中的雜質原子從基態變為激發態從而激活，因為LSA技術能在短時間內將材料內的雜質擴散到最低的狀態。退火技術的優點是因為在于LSA中超電阻和無擴散性結得到實現，這樣經過退火處理處不會使Si片的其余地方受影響。在目前，LSA技術在多晶硅柵極退火環節中得以廣泛運用，所以經而對儀器的性能產生影響。LSA技術可以靈活多變，其調整的條件不同就會影響物質的生產工藝參數，比如，溫度、退火時間、晶圓卡盤溫度等參數，從而對晶圓加工過程中出現的應變和翹曲現象進行優化。

4 結束語

近幾年，我國激光產業的發展趨勢比較穩定，發展比較迅速，正是因為現階段激光行業的快速發展，從而我國人民應該要清楚一個事實，那就是我國的激光產業相當于其他國家來說起步是比較晚的并且基礎設施差，與世界一些發達國家相比還是存在差距和問題。我希望在未來的發展中需要我們積極去探索激光更廣闊的應用領域。