绪论 1
参考文献 7
第1章 背景及用途 9
1.1 激光器工作原理 9
1.1.1 整体结构 9
1.1.2 受激发射现象 11
1.2 工业激光器的类型 17
1.2.1 CO2激光器 17
1.2.2 CO激光器 22
1.2.3 固体激光器 22
1.2.4 半导体激光器 24
1.2.5 准分子激光器 26
1.3 不同激光器之间的比较 26
1.4 激光的应用 27
1.4.1 高亮度 28
1.4.2 准直 29
1.4.3 长度测量 29
1.4.4 污染监测 31
1.4.5 速度测量 31
1.4.6 全息照相 34
1.4.7 斑纹干涉仪 35
1.4.8 检查 35
1.4.9 分析技术 36
1.4.10 信息记录 36
1.4.11 通讯 38
1.4.12 热源 38
1.4.13 医疗 39
1.4.14 印刷 41
1.4.15 同位素分离 42
1.4.16 核聚变 42
1.5 激光的商业应用 42
参考文献 43
第2章 激光光学基础 45
2.1 电磁辐射特性 45
2.2 电磁辐射与物质的相互作用 47
2.2.1 荧光性 49
2.2.2 受激Raman散射 49
2.2.3 受激Brillouin散射 49
2.2.4 二次谐波的产生 50
2.2.5 Kerr光学效应 50
2.3 反射和吸收 50
2.3.1 波长的影响 52
2.3.2 温度的影响 52
2.3.3 表面薄膜的影响 52
2.3.4 入射角度的影响 53
2.3.5 材料及表面粗糙度的影响 53
2.4 折射 53
2.4.1 Rayleigh散射 55
2.4.2 Mie散射 55
2.4.3 Bulk散射 55
2.5 干涉 56
2.6 衍射 56
2.7 激光的特征 56
2.7.1 波长 56
2.7.2 相干性 57
2.7.3 模式和光束直径 57
2.7.4 偏振 59
2.8 单一透镜的聚焦 59
2.8.1 焦斑的最终尺寸 60
2.8.2 焦深 67
2.9 光学元器件 67
2.9.1 双谱线透镜 67
2.9.2 消偏器 68
2.9.3 准直仪 68
2.9.4 金属光学 69
2.9.5 衍射光学元件-全息透镜 70
2.9.6 激光扫描系统 71
2.9.7 光纤传输系统 71
参考文献 73
第3章 激光切割 75
3.1 引言 75
3.2 切割工艺-具体操作 76
3.3 切割方式 77
3.3.1 气化切割／打孔 78
3.3.2 熔化切割——熔融和吹除 79
3.3.3 反应燃烧切割 84
3.3.4 可控断裂切割 85
3.3.5 激光刻划 86
3.3.6 冷切割 86
3.3.7 氧气辅助激光切割-LASOX工艺 86
3.4 激光切割的理论模型 88
3.5 实用特性 88
3.5.1 光束特性 88
3.5.2 传输特性 91
3.5.3 气体性质 93
3.5.4 材料特性 96
3.5.5 实用技巧 97
3.6 应用实例 97
3.6.1 模切板切割 98
3.6.2 石英管的切割 98
3.6.3 仿形切割 98
3.6.4 布料切割 98
3.6.5 航空材料 99
3.6.6 切割玻璃纤维 99
3.6.7 切割凯芙拉复合材料 99
3.6.8 原型车制造 99
3.6.9 切割氧化铝和绝缘板 99
3.6.10 家具工业 99
3.6.11 多孔水管的打孔 100
3.6.12 香烟纸穿孔 100
3.6.13 柔性版印刷滚轮 100
3.6.14 放射性材料的切割 100
3.6.15 电子工业的应用 100
3.6.16 激光打孔 101
3.6.17 废品回收 102
3.6.18 激光加工 103
3.6.19 船舶制造 103
3.6.20 激光冲压 103
3.6.21 自行车和管结构的制造 103
3.6.22 轨道车辆制造中的切割和焊接 103
3.7 成本实例 103
3.8 工艺变化 104
3.8.1 电弧增强激光切割 104
3.8.2 加热切削 105
3.9 未来发展 105
3.9.1 较高功率的激光器 105
3.9.2 辅助切割能源 105
3.9.3 改善能量耦合 105
3.9.4 更小的焦斑尺寸 105
3.9.5 增加拖拽能力 105
3.9.6 增加流动性 106
3.10 功率需求实例 106
参考文献 106
第4章 激光焊接 110
4.1 引言 110
4.2 工艺布局 112
4.3 焊接加工机制-匙孔和等离子体效应 113
4.4 激光焊接的影响因素 116
4.4.1 激光功率 117
4.4.2 光斑尺寸和模式 120
4.4.3 偏振 120
4.4.4 光束波长 120
4.4.5 焊接速度 121
4.4.6 焦点位置 122
4.4.7 接头形状 123
4.4.8 保护气和气压 127
4.4.9 保护气压力的影响 129
4.4.10 材料性能的影响 130
4.4.11 重力 132
4.5 其他焊接工艺 132
4.5.1 激光复合焊 132
4.5.2 双光束焊接 132
4.5.3 移动和旋转光束 133
4.6 应用 133
4.7 成本估计 136
参考文献 138
第5章 热流理论 140
5.1 引言 140
5.2 一维热流分析模型 142
5.3 静态点源分析模型 145
5.3.1 瞬态点热源 145
5.3.2 连续点热源 145
5.3.3 点热源以外的其他热源 145
5.4 移动点热源的分析模型 146
5.5 其他的表面加热模型 147
5.5.1 Ashby-Shercliffe模型：移动多维曲面线热源 147
5.5.2 Davis模型：移动高斯热源 148
5.6 匙孔模型分析-线热源解 148
5.7 移动点-线热源解 150
5.8 有限差分模型 150
5.9 半定量模型 152
5.10 流体模型 155
5.11 应力模型 155
5.12 结论 155
5.13 符号列表 155
参考文献 156
第6章 激光表面处理 158
6.1 引言 158
6.2 激光热处理 159
6.2.1 热流 163
6.2.2 扩散质量流动 165
6.2.3 相变过程机制 165
6.2.4 相变钢的性能 167
6.3 激光表面熔化 168
6.3.1 凝固方式 172
6.3.2 凝固组织尺度 173
6.3.3 熔池内的质量流动 174
6.4 激光表面合金化 175
6.4.1 工艺变量 175
6.4.2 应用 176
6.5 激光涂敷 177
6.5.1 预置粉末激光涂敷 177
6.5.2 吹粉激光涂敷 179
6.6 粒子注入 183
6.7 表面纹理处理 184
6.8 增强电镀 185
6.9 激光化学蒸气沉积 186
6.10 激光物理气相沉积 187
6.11 非接触弯曲 187
6.12 磁畴控制 187
6.13 激光清理和涂料去除 188
6.14 表面粗糙化 188
6.15 粗琢 188
6.16 微加工 189
6.17 激光标识 189
6.18 冲击硬化 190
6.19 结论 192
参考文献 192
第7章 激光快速成型和微型制造 197
7.1 引言 197
7.2 加工范围 198
7.2.1 制造类型 198
7.2.2 快速成型技术按原材料分类 198
7.3 CAD文件处理 198
7.4 分层制造问题 200
7.4.1 综述 200
7.4.2 台阶式分级 200
7.4.3 层厚的选择 200
7.4.4 精确度 200
7.4.5 部件取向 200
7.4.6 支撑结构 200
7.5 特殊工艺 200
7.5.1 立体光刻成型 200
7.5.2 激光选择性烧结 203
7.5.3 叠层实体制造 205
7.5.4 激光定向熔铸 206
7.6 快速制造技术 207
7.6.1 硅树脂橡胶浇模 207
7.6.2 熔模铸造 207
7.6.3 砂模铸造 208
7.6.4 激光定向铸造 208
7.6.5 快速成型工具 208
7.7 应用 208
7.8 结论 209
参考文献 209
第8章 激光弯曲或激光成型 211
8.1 引言 211
8.2 加工机制 211
8.2.1 热梯度机制 211
8.2.2 点源机制 213
8.2.3 褶皱机制 213
8.2.4 镦压机制 213
8.3 理论模型 213
8.3.1 热梯度机制模型 214
8.3.2 褶皱机制模型 217
8.3.3 镦压机制模型 219
8.4 操作特点 220
8.4.1 功率影响 220
8.4.2 速度的作用-“线能量” 221
8.4.3 材料的影响 221
8.4.4 厚度的影响-弯曲增厚 221
8.4.5 平板尺寸效应-边界效应 222
8.4.6 扫描次数的影响 223
8.5 应用 224
8.6 结论 225
8.7 符号列表 226
参考文献 227
第9章 激光清洁 228
9.1 引言 228
9.2 激光清洁机理 229
9.2.1 选择性蒸发 229
9.2.2 剥离 232
9.2.3 瞬时表面热处理 232
9.2.4 蒸发压力 234
9.2.5 光压 235
9.2.6 剥离（键破坏） 236
9.2.7 干燥和蒸气激光清洁 236
9.2.8 倾斜入射激光清洁 238
9.2.9 激光激波清洁 239
9.3 激光清洁过程的概述 240
9.4 实际应用 240
参考文献 241
第10章 激光自动化及在线监测 244
10.1 自动化原理 244
10.2 在线监测 246
10.2.1 激光束特性监测 247
10.2.2 工作台特性监测 251
10.2.3 加工特性监测 253
10.3 在线控制 261
10.3.1 在线功率控制 261
10.3.2 在线温度控制 261
10.4 “智能”在线控制 262
10.5 结论 264
参考文献 264
第11章 激光安全防护 267
11.1 危害 267
11.2 标准 267
11.3 安全限值 268
11.3.1 对眼睛的危害 268
11.3.2 对皮肤的危害 269
11.4 激光分类 270
11.5 典型的4类安全协议 270
11.6 合理安装设备存在的危险 271
11.7 电气危害 271
11.8 粉尘危害 272
11.9 结论 272
参考文献 273
结束语 274