靈魂拷問—你眼中的激光是什么樣子的？
是打小怪獸的“奧特激光“？（動感光波，BIU BIU BIU BIU~~）
還是五彩斑斕、絢麗奪目的舞臺燈光？（好奪目，好炫彩~~）
在當代科幻類影視劇里，你可能更經常看到下面這樣的場景——
（事先聲明，咱不評價任何一部電影，只是看里邊的鏡頭）
電影《上海堡壘》中，外來入侵者利用高能激光束，輕而易舉地切割開了厚厚的金屬墻。
電影《蜘蛛俠·英雄歸來》中，無人機攜帶的微型激光發射器也能發射出高能激光束，博物館厚厚的門在它面前似乎沒有任何“反抗能力”。
看到這里你也許會發現，激光真的是可甜可鹽。
在工業社會，面對厚厚的金屬墻也“毫不客氣”、切之而后快的工具并不是常見的“刀槍劍戟 斧鉞鉤叉 閑棍槊棒 鞭锏錘抓”，而是一束激光，這束光作用于金屬之后，能迅速、準切地切開它們。
Bingo！影片里情節設計所依據的正是“激光切割”技術。
我們都知道“火能克金”，小伙伴是否已經好奇了——什么是激光切割？這束高能激光，到底是有多高的能量？
激光切割的原理
就是它字面的意思，激光切割就是一種利用經聚焦的高功率密度激光束切割材料的技術。而且，激光切割屬于熱切割的一種。為什么這么說？讓我們詳細了解一下激光切割的原理。
激光切割系統是通過使用激光聚焦系統，將高能激光聚焦到材料表面，材料吸收激光能量導致局部被加熱到熔點以上。同時，同軸高壓氣體或產生的蒸汽將熔融的金屬吹離，在材料表面產生空洞。隨著激光沿著設定程序的移動，最終將材料切割出對應圖案的形狀。
激光切割的類型
一般來說，激光切割可分為激光氣化切割、激光熔化切割、激光氧氣切割和激光劃片與控制斷裂四類。這四種激光切割方法的切割功率及功率密度不同，導致其適用于不同的場景。
01
激光氣化切割
這種切割方法的原理是：利用高能量密度的激光束加熱材料，當材料溫度迅速上升達到沸點后，材料迅速氣化并產生蒸氣噴出并留下切口。
材料的汽化熱一般很大，所以激光氣化切割需要很大的功率和功率密度。因此這種切割方式多用于極薄金屬材料和非金屬材料（如紙、布、木材等）的切割。
02
激光融化切割
這種切割方式的原理是激光輻照導致材料熔化，與光束同軸的噴嘴噴吹有較大壓力的非氧化性氣體（Ar、He、N2等）使液態金屬排出，形成切口。
激光熔化切割不需要使金屬完全氣化，所需能量也只有氣化切割的1/10，因此這種切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金屬的切割，如不銹鋼、鈦、鋁及其合金等。
03
激光氧氣切割
激光氧氣切割原理是用氧氣與切割金屬作用，發生氧化反應，放出大量的氧化熱，同時，被激光熔融的材料又被氧氣從反應區吹出并形成切口。
氧化反應為放熱反應，使得這種方法所需能量只是熔化切割的1/2，但切割速度比氣化切割和熔化切割都快，所以這種切割方法主要用于一些較難切割的物料，如碳鋼、鈦鋼以及熱處理鋼等易氧化的金屬材料。
04
激光劃片與控制斷裂
激光劃片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面進行掃描，使材料受熱蒸發出一條小槽，然后施加一定的壓力，脆性材料就會沿小槽裂開。激光劃片用的激光器一般為Q開關激光器和CO2激光器。
控制斷裂是利用激光刻槽時所產生的陡峭的溫度分布，在脆性材料中產生局部熱應力，使材料沿小槽斷開。
切割機的激光功率
常見的激光切割機是：光纖激光切割機和CO2激光切割機。顧名思義，二者所使用的激光分別來源于光纖激光器和CO2激光器。目前，光纖激光器憑借其出光功率高、光斑尺寸小等優勢，所占市場早已遠超CO2激光器，并仍在增長之中。
沒有數據支撐的內容未免蒼白，想知道激光切割所用激光功率到底有多高嗎？
接下來，來自9月17日于上海舉行的中國國際工業博覽會（簡稱：工博會）的一組數據，絕對會讓你驚呼：Oh MY GOD!
以20kW的光功率為例，如果其光纖直徑為200微米，數值孔徑為0.22，則其光功率密度將會大于1000MW/Cm^2·str-1。
而傳統的教學用激光筆的光功率僅僅為：1-5mW，光功率密度也很小。但是就是這樣的激光筆照射人體尤其是眼睛時，也有很大的傷害。所以一定不能讓小朋友隨意拿來玩耍呀~~
參考文獻：
1.中國國際工業博覽會CIIF.http://www.shsh-expo.com/.
2.百度百科：激光切割.
3.趙三軍,趙水,張志強,賈斌,陳紹磊,周玉梅,姜冰,吳軍.激光切割8 mm厚錳鋼板的工藝試驗研究[J].制造技術與機床,2019(09):70-73.
4.吳國興,葉軍,肖榮詩,林峰,盧智良,徐均良,郭建梅,張寶華,伏金娟,山昌祝,張人佶,張景泉,王應,王曉娟.第十六屆中國國際機床展覽會特種加工機床評述[J].世界制造技術與裝備市場,2019(04):71-82.
5.魏同學.光纖激光切割06Cr19Ni10不銹鋼質量控制研究[J].模具技術,2019(04):52-55+63.
來源：中科院半導體所
