先进制造技术 特种加工系列 激光加工.pptxVIP

先进制造技术 第七讲：特种加工系列 ——激光加工E-mail: jhzhang@目录一.激光加工的原理和特点二.激光加工的基本设备三.激光加工工艺及应用一.激光加工（Laser Beam Machining LBM）的原理和特点 激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。它的亮度为太阳光的100亿倍。它的原理早在 1916 年已被著名的物理学家爱因斯坦发现，但要直到 1958 年激光才被首次成功制造。 Laser（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ） 一.激光加工（LBM）的原理和特点 1. 激光产生的原理（1）光的物理概念及原子的发光过程 光是一种人类眼睛可以见的电磁波（可见光谱）。在科学上的定义，光有时候是指所有的电磁波谱。 光是由一种称为光子的基本粒子组成。具有粒子性与波动性，或称为波粒二象性。 一.激光加工（LBM）的原理和特点 1. 激光产生的原理（1）光的物理概念及原子的发光过程 根据光的电磁学说： 一.激光加工（LBM）的原理和特点 1. 激光产生的原理（1）光的物理概念及原子的发光过程 根据光的量子学说，光是一种具有一定能量的，以光速运动的粒子流，光子能量与光子的频率成正比： 其中：E为光子能量 h为普克朗常数 V为光子的频率－原子核原子结构一.激光加工（LBM）的原理和特点 1. 激光产生的原理（1）光的物理概念及原子的发光过程 原子发光过程： 原子内能=电子动能+电子的位能 基态，激发态（高能态）； 跃迁；亚稳态能级一.激光加工（LBM）的原理和特点 1. 激光产生的原理物质与光相互作用的规律 受激吸收（简称吸收） 自发辐射受激辐射、激光 光放電一.激光加工原理激励还原－－－－原子核原子核激励状態　当原子获得高能量时其结构处于不稳定状態不稳定的原子放出激光后，还原到原来的稳定状态。一.激光加工（LBM）的原理和特点 1. 激光产生的原理（2）激光的产生粒子数反转 当频率一定的光射入工作物质时，受激辐射和受激吸收两过程同时存在，受激辐射使光子数增加，受激吸收却使光子数减小。物质处于热平衡态时，粒子在各能级上的分布，遵循平衡态下粒子的统计分布律。按统计分布规律，处在较低能级E1的粒子数大于处在较高能级E2的粒子数。这样光穿过工作物质时，光的能量只会减弱不会加强。 这种分布正好与平衡态时的粒子分布相反，称为粒子数反转分布，简称粒子数反转。 如何从技术上实现粒子数反转是产生激光的必要条件。 一.激光加工（LBM）的原理和特点 1. 激光产生的原理（2）激光的产生粒子数反转必须具备的条件： 能量的供应过程激励（光泵） 低能级的粒子通过比高能级还要高一些的/view/843988.htm泵能级抽运到高能级。 一般可以用/view/730233.htm气体放电的办法来利用具有动能的/view/3476.htm电子去激发/view/21400.htm激光材料，称为电激励； 也可用脉冲光源来照射/view/69345.htm光学谐振腔内的介质原子，称为光激励； 为了使激光持续输出，必须不断地“泵”以补充高能级的粒子向下跃迁的消耗量。 一.激光加工（LBM）的原理和特点 1. 激光产生的原理（2）激光的产生粒子数反转必须具备的条件： 工作物质内必须存在亚稳态能级 亚稳态不如基态稳定，但比激发态稳定。He,Ne,Ar,Ru,CO2等具有亚稳态，可实现粒子数反转。一.激光加工原理1. 激光的产生光学谐振腔使某一方向、某一频率的辐射不断得到加强，其它方向、其它频率的辐射受到抑制的装置作用部分反射镜M2全反射镜M1工作物质激光选择激光的方向选择激光的频率激励能源－放電原子核原子结构一.激光加工原理激光的产生如图所示稳定状態当外加能量为零时，分子处于稳定状态。光放電一.激光加工原理激励还原－－－－原子核原子核激励状態　当原子获得高能量时其结构处于不稳定状態不稳定的原子放出激光后，还原到原来的稳定状态。A.M.Prokhorov C.H.TownesN.G.BasovThe Nobel Prize in Physics 1964 汤斯1954年在量子电子学研究中实现了氨分子的粒子数反转，研制了微波激射器和激光器；普罗霍洛夫和巴索夫1958年几乎同时在量子电子学的基础研究中，根据微波激射器和激光器原理研制了振荡器和放大器。以上工作导致了激光器的发明。The Nobel Prize in Physics 1997朱棣文等发明了用激光冷却原子的方法，并因此获得1997年诺贝尔物理学奖核聚变实验的六路真空靶室实验中采用大功率(1014KW)钕玻璃激光器=2~5mrad（毫弧