书城教材教辅元素与光
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第19章 光(7)

与此同时,担任攻击任务的飞机就紧随其后,向目标扔下激光制导导弹。激光制导导弹具有一个特性,那就是它具有自动跟踪的功能。这种自动跟踪功能让导弹如同长了眼睛,当导弹向目标扑进时,它能根据从目标上反射回来的向导激光,不断地修正攻击的方向,最后将目标彻底消灭。

20世纪70年代,美国已经将这种激光制导导弹运用在越南战场上,这在当时是非常先进的。现在的激光制导导弹不仅有空对地的类型,而且还有地对地、空对空、地对空等多种类型。

现在的无线电搜索已经与激光雷达结合起来,它们共同组成了一个作战系统。例如,当无线电雷达发现空中目标后,它可以准确地测量出目标的高度、方位和速度。当目标进入自己的势力范围内后,激光雷达就会自动开启,把一束很细的激光束发射出来,这束激光束紧紧盯住目标,并将目标的位置准确地测量出来,激光导弹随后发射,它根据激光雷达提供的信息,准确地将目标击毁。这类激光导弹使用起来非常方便,它可以安装在卡车上,也可以安装在坦克上,由于它的方便快捷,现在的战争都能看到它的身影。

激光雷达具有精度高、体积小、操作灵巧、转移方便等特点,不过它也不全是优点,它也有很多缺点,比如气象条件会对它有所限制、它无法在大范围内运行等。所以激光雷达在执行任务时,还需要无线电雷达的配合,只有二者配合,才能取得最好的作战效果。

激光枪和激光炮都是激光武器的重要类型。它们有着枪和炮的外形,但发射出来的却不是子弹和炮弹,而是一种神奇的激光束,这种激光束能使敌方人员伤亡或失明,不过现在的激光枪和激光炮的射程还不是很远。

死光武器可以致人死亡,它的前景是无法估量的。激光束的能量在加大到一定程度时,在有效距离内向目标投射,这样的激光束便成了死光。例如用激光炮打1万米高空中的飞机,我们知道激光束的前进速度是每秒30万千米,因此这个激光束在1/30000秒的时间就能将飞机击中。在这1/30000秒的时间里,飞机在空中只向前移动几厘米,这样飞机必死无疑。根据这个数值进行计算,可以知道激光的目标即使是几千千米外的导弹,激光也可以把它彻底摧毁。激光武器具有巨大的杀伤力,以后的战争将不再是人参与的战争,而是武器参与的战争。

激光加工材料

加工金属材料时最常用的操作是钻孔、切割、焊接和淬火。激光的引进让加工的强度、质量以及范围等都有了一个提升,现在激光除对金属材料进行加工之外,还能对许多非金属材料进行加工。

我国传统的机械钻孔机是电动钻孔机或冲床,它们一度在钻孔方面发挥了重要的作用,但是机械钻孔的效率非常低,而且钻出的孔洞表面特别不光洁,激光钻孔机弥补了机械钻孔机的这种缺陷。

激光钻孔的原理是如何实现的呢?原来它是利用激光束聚集温度,从而使金属表面的温度迅速上升,这种升温的速度可达到每秒100万℃。巨大的热量集中在金属的某一点上,便会将金属烧熔直至汽化,一个个光洁整齐的小孔就这样留下来。激光钻孔与加工材料的硬度和脆性没有什么关系,激光材料可以对任何加工材料进行操作,激光钻孔的钻孔速度非常快,它可以在几千分之一秒乃至几百万分之一秒内钻出小孔,这是任何其他钻孔技术达不到的。

连人眼都难以察觉出来的微孔是如何钻出来的呢?用电动钻孔机很显然不能完成这个任务,但是用激光钻孔机却能在1~2秒钟内将这个任务全部完成。如果你用放大镜对这些微孔进行观察,你会发现微孔的表面十分光洁,这就让机械制造的精确度得到了提高。

具有精确性和光洁性,所以工业上加工手表钻石常用到激光钻孔。激光钻孔钻20~30个孔只需花1秒钟,这比机械加工的效率高了几百倍,并且激光钻孔加工的质量也比机械钻孔加工的质量高。激光操作还可以自动化连续地进行,在超净和真空的特殊环境中也能正常地发挥作用,因此激光操作受到了生产厂家的青睐。

现在工业上切割金属材料全部使用激光:只要移动工件或者移动激光束,钻出的孔洞便会连接成线,材料就被切割下来。激光可以对任何材料进行切割,如钢板、钛板、陶瓷、石英、橡胶、塑料、皮革、化纤、木材等。激光可以将它们平整准确地切割下来,而且切割的边缘也很光洁,与传统的切割技术不同,这是科学技术的一大进步。

激光焊接的效率非常高,而且具有很高的功率密度。功率密度高指的是在每平方厘米的面积上能集中较高的能量。激光的功率密度到底有多高呢?我们通过一个比较可以知道答案:工厂里进行焊接时通常使用乙炔火焰,乙炔火焰能将两块钢板焊接在一起,乙炔火焰的功率密度为1千瓦/平方厘米;氩弧焊设备的功率密度比乙炔火焰的功率密度要高,它可以达到10千瓦/平方厘米,然而这两种焊接火焰还是不能与激光相比,激光的功率密度比它们的功率密度高出千万倍。正是由于激光具有这样高的功率密度,所以它不仅可以焊接普通金属材料,还可以焊接脆弱的陶瓷,难怪现在工业上普遍采用激光进行焊接,这样既可节省时间还可扩大焊接面。

激光淬火与传统的淬火方式有所不同,它是用激光扫描刀具或零件上需要淬火的部位,然后让扫描区域的温度迅速升高,其他部位的温度则不会产生变化。由于金属具有快速的散热性,所以当激光束扫过之后,此部位的温度便会迅速下降。随着温度的下降,金属也就迅速变硬,这样就取得了与普通淬火不同的效果。

激光照相排版

排版是在现代社会中广泛存在的技术,它具有大量的光学摄影原理。我国首创了活字印刷术,这种印刷术需要活字排版,也就是根据书稿,把大小、字体不同的铅字和符号挑拣出来,然后进行排版,这样进行排版非常麻烦,而且还容易出错。现在的排版比传统的排版简单许多,它通过排字机上的透镜来对字样的大小和形状进行修改。为什么要用透镜对字样的大小和形状进行修改呢?这与照哈哈镜有相似之处。在进行排版时,只需将光源透射文字和符号,让这些文字和符号在感光相纸上成像,再经过显影和定影,于是底片便形成了,用底片去进行印刷之后印刷品就出来了。

排版有两种光源可以使用,我们在前面说的是普通光源,如果这种普通光源改为激光,那么排版还会省时省力许多。激光具有亮度高和颜色浅等特点,它可以将图像的清晰度大大改善,排版都有这么高的清晰度,那么印刷出来的印刷品的清晰度自然也会很高。

除了用于排版,激光还应用于照相上,这就是全息照相。有人可能会以为全息照相与立体照相是一回事,其实不然。尽管立体彩色照片色彩鲜艳、层次分明,但它只是单面图像,只是立体感强一点而已。但是全息照相不同,它可以将物体的全部几何特征都记录在底片上,让这个物体看上去像真的一样。

我们还可以从全息照片的一部分上看出整张全息照片的全貌,这种功能是立体照片不具备的。全息照片的底片还记录多幅全息照,它们在同时存在的情况下不会互相干扰。

医学上的激光

激光在医学上有广泛的运用,这种运用表现在医疗器械领域,激光可以成为钻头、手术刀、焊枪等。

激光主要用来治疗视网膜剥离。对医学有所了解的人都知道,视网膜剥离是一种很棘手的疾病,患者的视网膜与眼球内壁脱离,这样患者便看不到外界的事物。在激光没有问世之前,病人只能生活在黑暗之中。现在就不一样,医生只需用激光器将病人的眼睛对准,激光器便会发射出一束激光,它可以将视网膜与眼球内壁连接起来,只要几分钟的时间,患者就可以重见光明。

激光在医学上除了充当焊枪外,还可以充当手术刀。白内障是老年人常患的一种眼病,这种眼病表现为病人的晶状体由透明变得混浊,由有弹性变得无弹性,这样光线就不能顺利通过晶状体,患者就表现为失明。传统的治疗白内障的办法是将眼球切开一条口子,将一根细金属针伸到口子里,这根温度极低的金属针将浑浊的晶状体冻住粘在针上,然后把它从小口子中取出来,整个手术非常麻烦。但是如果使用医用激光器来治疗,就可以极其方便地取得很好的效果。

如果病人的膀胱、心脏、肝脏、胃、肠等重要内脏出现了问题,那怎么对其进行手术呢?传统的手术器械不仅笨重,非常不好操作,而且效果也不好。有了激光之后,这些问题都迎刃而解,因为医生的手中有了一件宝贝,那就是激光纤维内窥镜,它与传统的内窥镜有很大的不同。

内窥镜到底是怎样的一种机械呢?它是医生用来插到人体内,然后对人体进行直接观察的光学装置。传统的内窥镜体积特别大,制作得也不精细,它从病人的口腔沿食道插到胃里观察,这使病人感到非常痛苦。激光纤维内窥镜与传统的内窥镜不同,内窥镜是由光导纤维做成的,这种纤维又软又细还能弯曲,所以当它进入病人的胃中时,病人不会有痛苦。激光纤维内窥镜弥补了传统内窥镜的缺陷,它推动了医学的发展。