（五）激光在全息术领域的应用
光作为一种波动现象，表征它的物理量有波长（同颜色有关）、振幅（同光的强弱有关）和位相（表示波动起点同基准时间的关系）。人们利用感光的照相方法，只能记录下波长和振幅，所以无论照得多么逼真，看照片和看真的景物总是不一样。而激光由于具有高相干性，能获取干涉波空问包括相位在内的全部信息，因此，采用激光进行全息摄影，被拍物体的全部信息都被记录在底片上，通过光的衍射，就能复现被摄取物体栩栩如生的立体形象。时至今日，在全息照相的基础上，还进一步发展了全息干涉术、彩色全息、彩虹全息和周视全息等新的全息技术。
全息照相具有三维成像的特点，可重复记录，而且每一小块全息底片都能再现物体的完整立体形象，其用途十分广泛，可广泛用于精密干涉计量、无损探伤、全息光弹性、微应变分析和振动分析等科学研究。利用全息干涉术研究燃气燃烧过程、机械件的振动模式、蜂窝板结构的粘结质量和汽车轮胎皮下缺陷检查等已得到广泛应用。全息照相用作商品和信用卡的防伪标记已形成产业，用全息照相拍摄珍贵艺术品，不仅欣赏起来令人如临其境，而且为艺术品的修复提供了可靠而逼真的依据。目前正在发展的全息电视还将为人们增添一种新的生活享受。
（六）激光在测量领域的应用
激光非常适用于精密测量，不仅精度高，而且对被测物的形状和物态几乎没有限制。用激光测量长度（距离），测量精度高达1010。米，如测量距地面8000千米远的星体，误差仅2厘米。
用激光测量平面，可准确地测量光学元件的表面平度、平行度和光学均匀性。用激光检测钢球表面质量，可探测出0.02～0.03毫米的裂纹和直径0.10毫米的疵点。由于激光测量精度高，已被广泛用于监视生产设备的精度，以保证产品质量。一些大型产品（飞机、导弹、舰船等）的装配以及一些大型结构（如大厦、桥梁、隧道等）的建设，都可利用激光测量来保证装配和施工中的精度。激光除了用于尺寸、距离的精确测量外，还可用于时间、方向、膜厚、变形、表面状态、粒子形状、速度、声音等的测量，以及测定大气成分和化学分析等。
（七）激光在军事领域的应用
激光在军事上的应用，形成了继微电子之后对武器发展和作战训练的第二次巨大冲击。通常所说的激光武器，是指直接利用激光作为杀伤手段来摧毁敌方装备和人员的武器。激光武器按能量大小可分为低能激光武器和高能激光武器；按运载工具不同可分为陆基、车载、舰载、机载和星载激光武器；按对付的目标不同可分为打飞机、反坦克、反卫星、攻击步兵用的激光武器；还可按使用的目的分为战术激光武器和战略激光武器。激光武器的出现，对现代战争的模式、作战样式以及各国的军事战略思想都将产生重大影响。
（八）激光在科研领域的应用
利用脉冲强激光聚集在可发生核聚变的物质上，可使局部温度高达几千万摄氏度而引发核反应，是当前世界各国开展激光应用的一项重大前沿课题，其水平高低被视为是衡量一个国家激光科研水平的标志。我国1986年建成的“神光”强激光打核靶装置，已取得不少在国际上可比的成果，处于世界前列。激光的问世，使人们掌握了一种研究原子、分子的新手段，导致曾沉寂一时的光谱学研究又活跃起来，并已在激光同位素分离、用脉冲激光作探针研究叶绿素的光合作用等方面取得了成效。此外，激光用于化学研究过程、激光工作物质和非线性材料的发展以及生命科学的研究，前途都十分光明。
三、激光技术的发展前景
为了满足一些重大应用的需要，激光器的工作波段已从远红外发展到x光波段，并正在开拓7射线激光。目前，不论是固体激光、化学激光、自由电子激光，还是x射线激光和7射线激光等等，均已取得了长足的进展。
（一）半导体激光泵浦的固体激光器将大显身手随着有线电视等活动图像信息传输的迅速增长，作为发射源的半导体激光器已满足不了大功率和低失真的要求，从而转向部分采用大功率（几十毫瓦至100多毫瓦）、低噪声的二极管泵浦的NdYAG激光器。这种二极管泵浦固体激光器还将在分色、制版等印刷行业大显身手。
（二）波长更短的化学激光器将更受重视
化学激光的品种虽为数不少，但在目前真正有应用前途的主要有两种，即氟化氢（HF）和氟化氘（DF）化学激光。其中，氟化氢的波长为2.7微米左右，氟化氘的波长为3.8微米左右。
1983年，美国根据其舰载激光武器的要求曾研制成2兆瓦输出功率的HF／IF化学激光器。20世纪80年代还根据天基（发射平台在天空）战略激光武器的要求着手研制功率为5兆瓦的HF化学激光器（代号为“阿尔法”）。自美国演示成功世界上第一台波长更短（仅1.315微米）的连续波氧碘化学激光器后，由于其输出光束质量很好，已开始受到重视。1994年美国国防部正式批准采用这种激光器研制机载激光武器，并计划将于2000年开始作机载打靶试验。
（三）自由电子激光器将趋向小型化和简单化自由电子激光器（简称FEL）是基于高能电子直接产生相干辐射的激光器，因此，它具有与一般激光器不同的特点：一是它产生的激光的波长连续可调，这对研究物质微观结构和化学反应的各种光谱学十分有利；二是可产生亚皮秒级的短脉冲激光，适于超快和瞬态效应的研究；三是可产生功率强大的光脉冲；四是产生的激光光束质量良好。基于后两个特点，美国“星球大战”计划曾选定自由电子激光器作为反弹道导弹的摧毁手段。据专家们预计，自由电子激光器在凝聚态物理的半导体、超导体和磁体，在材料科学的表面物理、表面化学和晶体成长，以及在生物活体的x光全息成像、光化学的同位素分离和在能源领域的激光核聚变等方面都有潜在的应用前景，下一步的主要发展趋势是如何使之简单化和小型化。
（四）X射线激光器和7射线激光器将开拓新的应用领域它们是指波长分别位于X射线波段（30—0.01纳米）和波长更短的v射线波段的激光，激光首先是从实现波长较长（约700纳米）的红色激光开始的。波长越短的激光蕴藏的能量越高，分辨能力也越强，但所需泵浦源的功率密度要求也愈高。据计算，要产生波长0.1纳米（与原子尺寸相近）的x射线激光，所需泵浦源的功率需达到1017一1018瓦／厘米2，通常只有利用核爆炸作泵浦源才能实现。因此，尽管人们早在20世纪60年代就想开发X射线激光，但直到80年代初才首次在地下核试验中演示成功。由于X射线激光具有极高的瞬间亮度和极短的脉冲持续时间等特点，“美国氢弹之父”泰勒曾经向里根政府建议，用x射线激光器作为先进防御系统的基础，从而使得x射线激光器的应用研究成为了促成美国“星球大战”计划的一个重要筹码。x射线激光还可制成高分辨率的全息照相，应用于生物大分子等要求时间和空间分辨率极高的微观快过程研究领域。
当前X射线激光尚处于发展阶段，研究的主要方向是：探索X射线的新原理；提高泵浦源能量的转换效率；研制波长在4.4—2.4纳米甚至更小波长的x射线激光器；提高输出光束的空间相干性和重复率，同时注意减小体积和大幅度降低价格。据估计，在21世纪初，x射线激光可望达到实用水平。但现在人们已经开始把目光投向波长更短的7射线激光。由于射线激光的波长只相当于构成原子核的质子和中子的大小，一旦开发成功，必将开拓出同其他激光完全不同的应用领域。因此，有人甚至把射线激光称之为“最后的激光”。
第六节 自动化技术
自动化技术是当代发展迅速、应用广泛、最引人瞩目的高技术之一。所谓自动化技术，是各种自动装置系统的制造及其设计、使用的方法和技能的总称。它可以将人从直接从事检测、操作、控制、管理等劳务中解脱出来，因而广泛用予工业、农业、交通运输、商业、军事、科研、医疗等各个方面，对于减轻人的劳动强度，扩展人的器官功能，提高工作效率，降低生产成本，提高控制精度和速度，以及完成在各种极限环境中人力不能胜任的工作等，均具有重要意义。构成现代高技术群的核能技术、信息技术和空间技术等，都与自动化技术休戚相关。可以说，现代社会中各行各业的现代化都离不开自动化技术。
一、自动化技术的主要领域
（一）机器人技术
机器人最初是由前捷克斯洛伐克的科幻作家恰培克于1920年在小说中构思的一个梦想，恰培克把它命名为“罗伯特”（捷克语中意为“做苦役的奴隶”）。十年来，人们为把机器人的梦想变成现实付出了艰辛的努力。直到20世纪70年代出现了微处理器，机器人才得以梦想成真。但实际上，现实的机器人并不是科幻电影中的“超人”，而是一种具有某种仿人功能的自动机器。
经过40多年的发展，机器人已经形成了一个数量巨大、品种齐全的大家庭。从数量上看，自第一台机器人于1956年诞生到1993年底为止，正在运行的机器人总数已经达到610705台。
其中，日本拥有368045台，占60.3％，称得上是真正的机器人王国。美国及欧洲地区为151834台，占24.9％，俄罗斯及东欧地区为73380台，占12％，除日本外的亚太其他地区为14587台，占2.4％。从机器人的品种看，按功能不同可分为示教再现式机器人和智能机器人，按服务范围不同可分为工业机器人和特种机器人，其中工业机器人叉可按用途分为搬物机器人、点焊机器人、弧焊机器人、喷漆机器人和装配机器人等，特种机器人则有水下机器人、空间机器人、爬壁机器人、室外移动机器人和室内遥控作业机器人，等等。这些机器人由于应用环境各异，因而在机构上也是各具特色，但就其基本组成来看，通常都是由机构、传感器、智能技术和控制技术等按一定设计要求集成的一个体系。
——机器人机构。这是机器人运动的主体。为了使机器人能在各种完全不同的环境（室内、室外、水下、空间等）中进行功能各异的作业，对机构的要求和设计也必须各具特色。为了满足水下、爬壁、爬管、步行等各种特种机器人作业的需求，创新地解决各类机器人的各种移动方式，是机器人机构发展中需要着力解决的一个重要课题。
——传感器。这是机器人具备感知的源泉。它涉及的技术主要有传感信息的获取、传输、处理和系统集成。为了使机器人能在复杂的环境中正确导航和准确识别物体，赋予机器人某种“可视”的功能是传感技术最重要的使命之一。到目前为止，对可二值化（即只有黑白两种颜色组成的图像）的视觉和对连续成分的识别已得到广泛应用。以双眼立体显示为核心的视觉临场传感技术能给人以身临其境的感觉，是实现高水平遥控、遥操作的一项关键技术。机器人除应具备良好的视觉外，还必须具备拟人的触觉、力觉，以及对位置、速度、加速度等运动参数的检测能力。
——智能技术。这是机器人的重要组成部分。增加机器人的“智能”，就是赋予机器人以通过传感器对环境的感知而对自身行动的一定的判断决策能力。它包括感知环境、躲避障碍和处理故障等方面的能力。20世纪80年代中期，日本曾经提出一项在极限环境下作业的机器人研究计划，要求水下机器人能在水下进行装配和修理，核电站机器人能在核辐射环境下进行设备检查和维修，救灾用机器人能在高温和浓烟环境下进行灭火和救护。而美国根据国际和太空计划的需要提出的开展陆上自主车（ALV）和空间机器人的研究，也都是基于以智能技术为主的机器人。
——机器人控制。这是机器人运动的核心部分，它是把传感信息、智能决策和机构本位联结起来的纽带。多关节机械臂式的工业机器人的控制技术已经相当成熟。基于多台机器人协调的作业日益受到重视，多传感器信息的协调控制已成为机器人控制的核心问题之二一一，除环境中的视觉引导外，最重要的就是必须有完善的力控制系统。遥控、遥操作是机器人技术的又一热点。目前，国际上在地面操作空间机器人作业以及异地操作机器人进行人体手术等方面都已获得成功。不论是室外遥控移动式作业机器人、室外恶劣环境机器人，还是空间机器人、水下机器人，都必须能以有线或无线的方式接受地面对它的直接遥接和编程控制，才能完成赋予它的使命。
