激光是20世紀以來，繼原子能、計算機、半導體之后，人類的又一重大發明，被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”和“奇異的激光”

激光技術和激光器是二十世紀六十年代出現的最重大的科學技術之一。由于其具有方向性強、亮度高、單色性好等特點，發展至今被廣泛用于工農業生產、國防軍事、醫學衛生、科學研究等方面，如用做長度基準和光頻基準以及測距、精密檢測、定位等。

什么是激光？

激光與普通光不同，需要用激光器產生。激光器的工作物質，在正常狀態下，多數原子處于穩定的低能級E1，在適當頻率的外界光線的作用下，處于低能級的原子吸收光子能量激發而躍遷到高能級E2。光子能量E=E2-E1=hv，式中h 為普朗克常數，v 為光子頻率。反之，在頻率為v 的光的誘發下，處于能級E2 的原子會躍遷到低能級釋放能量而發光，稱為受激輻射。激光器首先使工作物質的原子反常地多數處于高能級（即粒子數反轉分布),就能使受激輻射過程占優勢，從而使頻率為v 的誘發光得到增強，并可通過平行的反射鏡形成雪崩式的放大作用而產生大的受激輻射光，簡稱激光。

激光的三大顯著特性

01

高方向性（即高定向性，光速發散角小），激光束在幾公里外的擴展范圍不過幾厘米。

02

高單色性，激光的頻率寬度比普通光小10 倍以上。

03

高亮度，利用激光束會聚最高可產生達幾百萬度的溫度。

激光技術的應用

1、激光測距

它的原理與無線電雷達相同，將激光對準目標發射出去后，測量它的往返時間，再乘以光速即得到往返距離。激光發射器通過鏡頭將可見紅色激光射向物體表面，經物體反射的激光通過接受器鏡頭，被內部的CCD線性相機接受，根據不同的距離，CCD線性相機可以在不同的角度下“看見”這個光點。根據這個角度即知的激光和相機之間的距離，數字信號處理器就能計算出傳感器和被測物之間的距離。

由于激光具有高方向性、高單色性和高功率等優點，這些對于測遠距離、判定目標方位、提高接收系統的信噪比、保證測量精度等都是很關鍵的，因此激光測距儀日益受到重視。

2、激光測長

精密測量長度是精密機械制造工業和光學加工工業的關鍵技術之一。現代長度計量多是利用光波的干涉現象來進行的，其精度主要取決于光的單色性的好壞。激光是最理想的光源，它比以往最好的單色光源（氪-86燈）還純10萬倍。

利用激光精密測量長度。將激光和邁克爾遜干涉儀相結合，可得到激光干涉測長儀。測量時，干涉儀的一臂不動，另一臂從被測長度的起點移動到終點，記錄下相應干涉條紋變化的數目，就可以計算出長度值。由于激光的單色性，即相千性很好，可精密測量的長度非常長，可達幾十米至幾百米。

并且激光的波長較短，測量的精度非常高，可達0.1微米。目前激光測長儀已被廣泛用來進行各種精密長度測量，例如長度基準-米尺的精確測量，中國利用激光測長儀進行測量，誤差小于o.2微米，達到了國際水平。在大規模集成電路生產中，要求制作的誤差小于1微米。用普通機械精密絲桿定位，誤差為4~5微米，不能滿足要求。激光測長儀的精度較高，將激光測長儀的傳動裝置改裝成快動和微動相結合的運動系統，就構成一臺激光微定位儀，可以滿足超大規模集成電路的生產要求。

3、激光測振

基于多普勒原理測量物體的振動速度。多普勒原理是指：若波源或接收波的觀察者相對于傳播波的媒質而運動，那么觀察者所測到的頻率不僅取決于波源發出的振動頻率而且還取決于波源或觀察者的運動速度的大小和方向。所測頻率與波源的頻率之差稱為多普勒頻移。在振動方向與方向一致時多普頻移fd=v/λ，式中v為振動速度、λ為波長。

當應用相干激光光束測量振動的物體時，由于多普勒效應，激光的頻率會發生調制，產生激光多普勒效應，表現為激光頻偏（fd）。通過激光干涉技術，將指向物體并反射回來的激光光束同參考激光光束干涉，最終在光電探測器（PD）探測得到多普勒頻偏（fd），進而獲得振動物體物理參數。

它的優點是使用方便，不需要固定參考系,不影響物體本身的振動,測量頻率范圍寬、精度高、動態范圍大。缺點是測量過程受其他雜散光的影響較大。

4、激光測速

它也是基于多普勒原理的一種激光測速方法,用得較多的是激光多普勒流速計(見激光流量計),可測量風洞氣流速度、火箭燃料流速、飛行器噴射氣流流速、大氣風速和化學反應中粒子的大小及匯聚速度等。

激光技術在傳感器上的應用

相信大家對激光傳感器都不陌生，激光傳感器是新型測量儀表，由激光器、激光檢測器和測量電路組成。是利用激光技術進行測量的傳感器，它的優點是能實現無接觸遠距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強等。

精密機械制造工業和光學加工工業，必須要實現精密測量，需要光源有優秀的單色性，這是普通光源無法滿足的。那么高量程、高精度的測量，激光傳感器可輕松滿足應用；它的高方向性、高單色性和高功率等優點是它不費吹灰之力就可打敗普通光電的殺手锏。