本科生开设《激光的应用》选修课的必要性分析

来源：职称驿站所属分类：高等教育论文发布时间：2012-07-12 09:40:16浏览：次

　　摘要：激光被誉为是人类现代科技史上最伟大的发明之一，自激光问世以来，它在军事、工业、国防、生物、化学等领域有着非常广泛的应用，正在影响和改变着人们的生活。相对而言，大学生们，尤其是文科大学生对激光的了解还不是很深入，这影响了激光知识的普及、推广和创新，所以对本科生开设《激光的应用》这门选修课是非常必要的。
　　关键词：激光，应用，选修课，教学研究
　　
　　自从梅曼博士于1960年发明世界上第一台激光器以来，激光因具有单色性好、相干性好、方向性好以及亮度高等优点，在物理、化学、生物等领域内引发了一系列新现象、新成果，同时影响和改变着人们的生活。目前，激光技术已融入到人们生活中的各个领域，如工业、农业、国防、医学，甚至普通家庭生活中[1-4]。随着激光技术的发展和应用，人们对激光的要求也越来越高，正向更短的脉冲宽度和更高的峰值功率方向发展，由于超短脉冲激光具有脉宽极窄和峰值功率极高两个特点，它的应用和研究领域也可以分为两个方面，即超快瞬态现象的研究和超强现象的研究。它们都是随着脉冲宽度的缩短和脉冲能量的增加而不断得以深入和发展的。人们常用飞秒激光脉冲作为光源,开展相关技术和应用研究。它的发展直接带动物理、生物、材料、化学与信息科学的研究进入微观超快过程领域,并开创了一些新的研究领域,如量子控制化学、飞秒化学、半导体相干光谱等。超短脉冲经过光学系统聚焦后，焦点上的功率密度可以达到1020-1022W/cm2。在这种功率密度范围内，激光脉冲与各种形态物质的相互作用行为已经进入高度非线性和相对论范围。人们甚至可以控制物质中电子的运动进而改变物质的性质。这就使物理学的研究领域得到了很大的扩展，许多传统的物理概念受到了极大的挑战和冲击。
　　1激光在各领域的应用
　　激光在各个领域中的应用都很广泛，这里仅列举一些例子。
　　1.1激光在军事中的应用
　　自从激光被发明以来，激光技术预警渗透到军事领域的各个方面，大大增强了侦查、识别、导航、制导、指挥、通信、训练等军事能力，成为军事力量的得力助手。这里最主要的设备是激光武器。它是指以激光器为核心，加上瞄准跟踪系统和光束发送控制系统而组成的用来破坏其丧失战斗力的武器系统，包括（1）激光致盲武器，（2）战术激光武器，（3）战略激光武器。激光致盲武器指利用强的激光束对敌方人员的视觉造成干扰，甚至眩晕或失明，特别是飞行员很有效，这种武器对依赖视觉瞄准和攻击的目标有效。或者利用高功率激光照射敌方的光电系统，使其损坏。敌方的光电瞄准系统一旦被损毁，就等于敌人失去了“眼睛”，丧失了攻击能力。或者破坏卫星的遥感探测器，使其失去作用。战术激光武器是指只具有一般杀伤能力的武器。而这种杀伤能力，只具有有限的杀伤范围，无法对敌具有战略作用的目标实施攻击。例如通常意义下的短距离攻击武器，如轰炸机，坦克等。战略激光武器指能对敌战区纵深战略目标实施攻击的具有大面积摧毁作用的武器。这种武器，战略上具有阻吓、摧毁敌方作用和能力，并对敌具有战略牵制作用的武器。比如核武器、远程攻击轰炸机、核攻击潜艇等。
　　1.2激光在工业中的应用
　　激光，特别是超短脉冲激光具有很高的功率密度，聚焦后可以在焦点附近形成上万摄氏度以上的高温，能够迅速使各种材料（包括金属、陶瓷、钢材等任何材料）烧熔或气化，因此激光在激光切割，激光焊接，激光打孔等常规工业加工领域具有重要的应用。激光切割的优点有（1）适合任何材料，（2）切割精度高，（3）切割应力小，（4）生产效率高，（5）可以进行冷加工。激光焊接的优点有（1）焊接难熔材料，（2）环境要求低，（3）适合微小区域焊接，（4）可实现非接触焊接。激光打孔的优点是打出的又细又深，打孔过程极短，热效应小和材料结构不易变化。
　　1.3激光在医学中的应用
　　人们发现高功率准分子超短脉冲激光可以用作极好的牙钻。激光束在牙齿中产生少量热，在少于10-8s的时间内迸发出峰值功率，用以打出所需轮廓。几秒钟内激光束就可以打出直径200μm的尖塔形小孔，而不损伤周边组织。另外，超短脉冲激光可以打出极小的孔，这种小孔可保证细菌只能在牙齿外面形成。可将专用染料导入孔内，这种染料被激光辐照时变得对细菌有毒，以起到杀毒作用。光纤激光可以用于很多外科手术，它通过很小的皮肤切口或人体自然开口进入内部组织，进行最小浸入手术，涉及切割和蒸发。如光碎石、硬组织消融和组织融合等。
　　2开设《激光的应用》的必要性
　　我了解到很多物理专业学生都或多或少接触过激光，因为《激光原理》、《光学》、《大学物理》等课程涉及激光知识，但这些知识有的是理论性太强，有的是常识性介绍，对于激光在各个领域中的应用介绍比较少。对于非物理专业学生，他们对激光的了解仅从报纸、杂志、电视等媒介获得，这样的了解很不系统，缺乏对激光的应用有一种广泛深入的认识和学习。而随着激光技术的快速发展，激光已经渗入到生活中的角落，学生们接触到激光的机会越来越频繁，所以对本科生开设《激光的应用》选修课是非常必要的。这门课的开设，可让物理专业学生对激光有一个更为深刻的理解和认识，也可以让其他专业学生有机会了解激光在各个领域中的应用。
　　3结束语
　　近年来，随着激光技术的发展，激光在很多领域都有非常重要的应用。了解激光的应用可以提高大学生的综合素质，激发大学生的求知欲，提高大学生独立思考和研究创新的能力。以洛阳师范学院为例，笔者面向全校学生开设了《激光的应用》这门选修课，受到了学生的广泛好评，所以开设这门课是非常必要的。
　　参考文献:
　　[1]. 侯洵.超短脉冲激光及其应用.空军工程大学学报1,1-5(2000).
　　[2]. 彭翰生.高功率超短脉冲激光与新奇物理现象.强激光与粒子束12,386-391(2000).
　　[3]. 彭翰生.超强固体激光及其在前沿学科中的应用(1).中国激光33,721-729(2006).
　　[4]. 彭翰生.超强固体激光及其在前沿学科中的应用(2).中国激光33,865-872(2006).