激光辐射在染整加工中应用.pptVIP

激光辐射在染整加工中的应用 什么是激光？ 激光是受激辐射下强化的光。激光器发出的光束是严格平行的，它被用于制造具有高强度的单色辐射和产生极短的光脉冲。 激光历史 激光起源于大物理学家‘爱因斯坦’，1916年爱因斯坦提出了一套全新的技术理论‘受激辐射’。这一理论是说在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。 1958年，美国科学家肖洛和汤斯发现了一种神奇的现象：当他们将内光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时，晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。根据这一现象，他们提出了激光原理，即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激励时，都会产生这种不发散的强光--激光。他们为此发表了重要论文。肖洛和汤斯的研究成果发表之后，各国科学家纷纷提出各种实验方案，但都未获成功。 1960年5月15日，美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为0.6943微米的激光，这是人类有史以来获得的第一束激光，梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。 1960年7月7日，梅曼研制成功世界上第一台激光器，梅曼的方案是，利用一个高强闪光灯管，来刺激在红宝石色水晶里的铬原子，从而产生一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一点时，可使其达到比太阳表面还高的温度。 前苏联科学家H.Γ.巴索夫于1960年发明了半导体激光器。半导体激光器的结构通常由P层、N层和形成双异质结的有源层构成。其特点是：尺寸小，耦合效率高，响应速度快，波长和尺寸与光纤尺寸适配，可直接调制，相干性好。 粒子数反转 爱因斯坦1917提出受激辐射，激光器却在1960年问世，相隔43年，为什么？主要原因是，普通光源中粒子产生受激辐射的概率极小。 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的粒子数必大于处在较高能级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。要想使受激辐射占优势，必须使处在高能级E2的粒子数大于处在低能级E1的粒子数。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。 理论研究表明，任何工作物质，在适当的激励条件下，可在粒子体系的特定高低能级间实现粒子数反转。 若原子或分子等微观粒子具有高能级E2和低能级E1,E2和E1能级上的布居数密度为N2和N1，在两能级间存在着自发发射跃迁、受激发射跃迁和受激吸收跃迁等三种过程。受激发射跃迁所产生的受激发射光，与入射光具有相同的频率、相位、传播方向和偏振方向。因此，大量粒子在同一相干辐射场激发下产生的受激发射光是相干的。受激发射跃迁几率和受激吸收跃迁几率均正比于入射辐射场的单色能量密度。当两个能级的统计权重相等时，两种过程的几率相等。在热平衡情况下N2N1，所以自发吸收跃迁占优势，光通过物质时通常因受激吸收而衰减。外界能量的激励可以破坏热平衡而使N2N1,这种状态称为粒子数反转状态。在这种情况下，受激发射跃迁占优势。光通过一段长为l的处于粒子数反转状态的激光工作物质(激活物质)后，光强增大。一段激活物质就是一个激光放大器。　 紫外线激光辐射纤维改性 利用紫外线脉冲激光对聚合物表面进行刻蚀，会产生形态变化。 采用氩／氟和氪／氟等紫外线激光对涤纶、锦纶和聚芳酚胺纤维进行刻蚀处理，发现纤维表面的形态有明显变化，出现沿纤维轴向取向的所谓圆筒状花纹，即与纤维轴向呈直角的褶状凹凸纹。 这种形态变化不仅和刻烛的激光阂值有关，而且和纤维内部和表面存在的应力、纤维分子取向度有关。 无论激光的波长是多少，只要处理时间足够长，都会出现这种褶状凹凸纹，但是其形状随波长的变化有差异。 在波长短的氩／氟气场合(193nm)呈细密的褶状凹凸纹。与此相反，在氙／氯气场合(308nm)波纹且熔融状。这可能是由于波长短的激光能量较大．容易引起纤维分子链的化学键断裂，因此容易形成细密的褶状凹凸纹，而波长越长，其光能更易被消耗于热运动中，故波纹呈熔融状。 出现这种褶状凹凸纹的机理，尚不十分清楚，但它—定和纤维的取向度和内应力大小有关。 曾经对四种取向度、结晶度各异的未抽伸涤纶丝、热处理但未抽伸涤纶丝、抽伸300%的冷抽伸涤纶丝以及通常的抽伸和热处理涤纶丝进行福射，然后观察它们的表面形态。 发现结晶度和取向度都低的未抽伸丝不会出现凹凸纹，只发生表