书城科普读物科技百科知识博览
22785900000024

第24章 激光技术(3)

激光切割机:只要移动工件或移动激光束,使钻出的孔洞连线,自然就将材料切割下来。无论是什么样的材料,如钢板、钛板、陶瓷、石英、橡胶、塑料、皮革、化纤、木材等,激光如同一柄削铁如泥的光剑,且其切割的边缘非常光洁。

激光焊接机:激光能用于焊接,是因为其功率密度很高。功率密度高,是指在每平方厘米面积上能集中极高的能量。在工厂里,通常用于焊接的乙炔火焰能将两块钢板焊接,这种火焰的功率密度可达到每平方厘米1千瓦;氩弧焊设备的功率密度还要高,可达每平方厘米1万瓦。但这两种焊接火焰难以与激光相比,因为激光的功率密度不仅可焊接一般金属材料,还可焊接又硬又脆的陶瓷。

激光淬火:日常用的切菜刀,刀刃处就淬过火,淬火可以提高金属材料的硬度。

传统淬火法很简单,先将刀刃烧红,然后骤然浸到冷水里,经过一热一冷的处理,刀刃的硬度就可以大为提高,但效果未必理想。

激光淬火是用激光扫描刀具或零件中需要淬火的部分使被扫描区域温度升高,而未被扫描到的部位仍维持常温。由于金属散热快,激光束刚扫过,这部分的温度就骤然下降。降温越快,硬度就越高。如果再对扫描过的部位喷射速冷剂,就能获得比普通淬火大为理想的硬度。

激光与印刷术

早在距今900多年前,中国毕升发明了活字版印刷术。毕升先在胶泥片上刻字,然后用火烧硬,使之成为活动泥字。当时毕升也有排版工序:根据书稿检出相应的活字,将它们字面朝上排在铁板上。铁板带框,便于固定活字,然后对铁板稍加热,使敷在活字表面的蜡层熔化,同时用平板压平活字的字面。这样,当蜡层冷凝,活字底部便粘在铁板上,形成一颗大的“印章”。这颗大印章的字样便由许多活字字面组成。只要在字面上蘸墨,就可在纸上印出字。

现在的印刷基本沿袭了毕升的老办法。当然,在工艺上已经有了较大的改进。首先,铅字代替了泥字,还多了几道工序,就是用铅字组成大印章后,一般并不直接去印书,而是用大印章先在硬纸上刻出字样,形成纸型,然后把熔化的铅水浇在纸型上,冷却后便成为上面带有字样的铅版,再将铅版粘在印刷机上,蘸上印墨印书。

照相排版:从刻活字、排字、做纸型、浇铅板,到最后上机器印刷,工序繁琐。这种费时、费力的印刷业亟待改进,于是照相排版便出现了。

照相排版原理是光学摄影。照相排版通过排字机上的透镜,改变字样的大小和形状。用照相排版时,只需将光源通过透镜将需要的文字、符号在感光相纸上成象,再经过显影和定影就形成照相底片。然后,只要像印照片那样印刷就可以了。

照相排版可使用两种光源--普通光源和激光。由于激光亮度高,颜色纯,可极大地改善图像的清晰度,因此印刷的书籍质量也比较高。

激光照相排版:激光照相排版首先通过计算机将文字变成点,然后用点控制激光扫描感光底片。也就是说,用激光“撞”击底片上的感光涂料,留下无数个对应点,这些点经显影、定影后,再重新变成文字、图像。在这里,激光束等同于电子束,感光底片等同于电视机荧屏。接着,用载有文字、图像的底片就可去印书报杂志了。

彩色电视机之所以能显示红、绿、蓝三色,是因为荧屏涂有三色荧光粉,它们在电子撞击下会显现出三种颜色。激光排版也可采用类似原理,印刷出优美的彩色画面。

激光指纹与防盗:在人手指最末一节的端面皮肤上,都有凹凸相间的纹线,这种纹线在长短、形状、粗细和结构上因人而异,由此组成的花纹便带有不同个性。

人的指纹各不相同,而且这种花纹终身不变,古今中外,历来都公认指纹可作破案的依据。因此,在一些文件和契约上捺指印或签名有同等作用,公安机关也可根据指纹追捕罪犯。但在很多情况下,现场留下的指纹用肉眼或放大镜难以辨识。如留在物体上的指纹被水浸泡很长时间,潜伏起来,这时就得用到激光为它显形了。

激光和潜指纹:人的皮肤表面分布着许多汗腺,当人的手指接触物体表面,从汗腺分泌的汗液就附着在物体表面,形成潜在指纹。通常情况下,指纹附在物体上的沉积物约0.1毫克,而且在这0.1毫克的沉积物中水分占99%,它们会很快蒸发掉,留下的无机物和有机物约各占一半。

由于指纹残留物太少,如果时间隔得太长,尤其是现场破坏严重,再加上风吹雨淋,常规的技术方法就难以下手。

如果用激光照射物体,却仍可显出比较清楚的指纹。甚至对那些已在水中浸泡了10年之久的木块、塑料、织物、玻璃等物,在进行一些必要技术处理后,再用激光照射,仍能显现出指纹。

全息锁:全息锁是一种更实用的激光防盗锁,其原理是将主人家全体成员的指纹通过全息照相的方法全部记录于底片上,然后再储存于全息锁具当中。要开锁时,先打开激光器,让激光束分别照射底片和手指上的指纹。如果两者一致,锁就会自动开启;如果是陌生人的手指,指纹就与底片上不吻合,锁不仅不会开启,还会发出警报。

全息锁尤其适合安全部门使用,如档案馆、博物馆、银行、财会室及重要仓库等。

激光雷达

激光雷达从1500米的高空探测地面,光束直径仅10多厘米,可分辨出地形高低变化;其次,激光雷达轻巧,用卡车就可装运,甚至几个人就可抬走。激光雷达可测量目标的速度等参量。激光雷达还有良好的抗干扰性能,不受地面电波的干扰。

激光雷达在宇宙航行中十分有用。宇宙空间没有空气,激光束不受影响;装在航天器中的雷达要求体积小,重量轻,耗能少,这符合激光雷达的特长。已制成能追踪宇宙飞船的激光雷达精度高,可使在轨道上飞行的两个太空飞行器准确地对接合拢。

由于激光雷达光束的分辨率高,不但能识别高楼、大山等庞然大物,还能发现电线杆、烟囱、电线等细小目标。所以军事上将激光雷达做成避撞器,装在低空飞行的歼击机和直升飞机上,以防止发生飞机碰撞。

有的激光对大气成分的变化敏感,科学家由此发明了探测大气污染的测污雷达。不同的污染物,由于分子结构不同样,能吸收不同波长的激光,激光测污雷达使用可调波长激光器,灵敏度高、分析速度快,改变激光的波长,测定吸收量,能分辨出污染物的成分和含量。

激光与工农业

地球上的生物离不开太阳的光和热,如果没有太阳,地球就会是一个死气沉沉的大冰球。早在古代,就有人用光来控制植物生长,但在激光出现之前,收效甚微。激光问世后,进行了许多有成效的科学实验。

红宝石激光来照蔬菜种子:最初,人们用红宝石激光照蔬菜种子;用氦氖激光照水稻、小麦种子等。这些实验都观察到了效果。

用氩激光器发出的蓝绿光照水稻种子,水稻早发芽、快长苗。照后15天,比没照过的种子长的苗高一倍,并开始分蘖;用氦氖激光器发出的红光照射马铃薯种1分钟,可使其出苗提早一周;用激光照青瓜秧,反复几次照射后,青瓜藤的雌花增加1.5倍,结出的瓜含糖量提高;照其他植物,效果也都很好,或者提高出苗率,或多开花、结硕果。

植物的光合作用是一种快速、多次的化学反应过程,反应有三个阶段,需要光照的只是一个很短促的阶段,因此,激光只要在光反应时间内一扫而过即能大功告成。一台激光器可照射几十亩,乃至几百亩土地。

激光来培育新品种:利用遗传特性,将激光照射产生的优良变异传承。激光在防治农业病虫害方面显示出优越性,比如:激光照种能提高作物的抗病力;用激光杀虫,可直接杀死十多种害虫,如皮蠹、桃蚜之类。这种杀虫法不但无化学毒剂污染问题,还可杀灭一些杂草,一举两得。

激光测量工具:测量和计量被称为“工业的眼睛”。利用激光束的直线性测距、瞄准、导向等,远比雷达精确。激光制导武器、激光瞄准测距仪都已使用于战场。在土木工程施工中,如挖掘隧道、铺设地下管线等,让掘进机沿激光束指引的方向前进,可使隧道打得又准又直;用激光束作为准绳,对建造高层建筑,装配大型机器,监视水坝、桥梁的变形等都有很大帮助。

激光还可用以测距离,测液体、气体的流速,测转速,测间隙,测细丝直径,测钢板厚度,测高电压、大电流,测微粒大小,测材料表面质量,测材料的化学成分等。