Laserien käytännön sovellus

Laserin keksintöä voidaan perustellusti pitää yhtenä 1900-luvun merkittävimmistä löytöistä. Jo tämän teknologian kehityksen alussa hänelle ennustettiin jo täysin monipuolinen sovellettavuus, alusta alkaen näkymä monien ongelmien ratkaisemiseksi oli näkyvissä, vaikka jotkut tehtävät eivät olleet edes näkyvissä horisontissa tuolloin.

Lääketiede ja astronautika, lämpöydinfuusio ja uusimmat asejärjestelmät ovat vain joitain alueita, joilla laseria käytetään menestyksekkäästi nykyään. Katsotaanpa missä laser löytyi käytännöllinen sovellus, ja nähdään tämän upean keksinnön suuruus, joka johtuu sen ilmestymisestä useille tutkijoille.

Laser-spektroskopia

Monokromaattista lasersäteilyä voidaan saada periaatteessa millä tahansa aallonpituudella, sekä tietyn taajuuden jatkuvana aallon muodossa että lyhyinä pulsseina, jotka kestävät femtosekunnin murto-osiin. Keskittymällä tutkittavaan näytteeseen lasersäteellä tapahtuu epälineaarisia optisia vaikutuksia, mikä antaa tutkijoille mahdollisuuden suorittaa spektroskopiaa muuttamalla valon taajuutta sekä suorittaa prosessien koherentti analyysi ohjaamalla lasersäteen polarisaatiota.

Objektien etäisyyden mittaaminen

Lasersäde on erittäin kätevä ohjata tutkittavaan kohteeseen, vaikka tämä esine olisi hyvin kaukana, koska lasersäteen ero on hyvin pieni. Joten vuonna 2018, osana koetta, lasersäde johdettiin Yunnanin Kiinan observatoriosta kuuhun. Jo kuun pintaan asennetut Apollo 15 -heijastimet heijastivat säteen takaisin maahan, missä observatorio vastaanotti sen.

On tunnettua, että laservalo, kuten mikä tahansa sähkömagneettinen aalto, liikkuu vakionopeudella - valon nopeudella. Palkkien kulkuajan mittaukset osoittivat, että etäisyys observatoriosta kuuhun välillä välillä 21:25 - 22:31 Pekingin aikaa 22. tammikuuta 2018 vaihteli välillä 385823,433 - 387119 600 kilometriä.

Laseretäisyysmittari, joka ei ole niin suuri etäisyys kuin etäisyys maasta Kuuhun, toimii samalla periaatteella. Pulssilaser lähettää säteen kohteelle, josta säde heijastuu. Säteilyilmaisin vastaanottaa heijastetun säteen. Laitteen elektroniikka laskee etäisyyden kohteeseen ottaen huomioon säteilyn alkamisen ja sen hetken, kun ilmaisin havaitsi heijastetun säteen, sekä valon nopeuden.

Adaptiivinen optiikka ja ilmakehän vääristymisen kompensointi

Jos tarkkailet kaukaista tähtitieteellistä kohdetta maapallosta kaukoputken kautta, osoittautuu, että ilmapiiri aiheuttaa tiettyjä optisia vääristymiä tämän kohteen tuloksena olevaan kuvaan. Näiden vääristymien poistamiseksi käytetään ns. Adaptiivisen optiikan menetelmiä - vääristymät mitataan ja kompensoidaan.

Tämän tavoitteen saavuttamiseksi voimakas lasersäde on suunnattu havaittua kohdetta kohti, joka, kuten yksinkertainen valo, hajoaa ilmakehässä muodostaen ”keinotekoisen tähden”, valo, josta takaisin matkalla tarkkailijalle kokee täsmälleen samat optiset vääristymät ylempänä ilmakehän kerrokset sekä kuva havaitusta tähtitieteellisestä esineestä.

Vääristötiedot käsitellään ja käytetään kompensoimaan optinen vääristymä säätämällä asianmukaisesti havaitun tähtitieteellisen kohteen kuvaa. Seurauksena on, että esineen kuva on "puhdas".

Biokemia ja valokemia

Valkuaisaineiden muodostumista ja toimintaa koskevissa biokemiallisissa tutkimuksissa femtosekunnin pituiset ultra lyhyt laserpulssit ovat hyödyllisiä.Nämä pulssit antavat mahdollisuuden käynnistää ja tutkia kemiallisia reaktioita korkealla ajallisella resoluutiolla, jotta voidaan löytää ja tutkia jopa vähän elossa olevia kemiallisia yhdisteitä.

Muuttamalla valopulssin polarisaatiota tutkijat voivat asettaa kemiallisen reaktion tarvittavan suunnan valitsemalla muutamasta mahdollisesta skenaariosta tapahtumien kehittymiselle tiukasti määritellyn reaktion aikana.

Laserpulssimagnetointi

Nykyään tutkitaan mahdollisuutta ultranopeisiin muutoksiin median magnetoinnissa käyttämällä muutaman femtosekunnin keston ultrahort-laserpulsseja. Saavutti jo nyt ultranopean magnetoinnin laserilla 0,2 pikosekunnissa, samoin kuin magnetoinnin optisen ohjauksen polarisoivalla valolla.

Laserjäähdytys

Varhaiset laserjäähdytyskokeet tehtiin ioneilla. Ioneja pidettiin sähkömagneettisella kentällä ionilukossa, missä niitä valaistettiin laservalonsäteellä. Joustamattomien törmäysten kanssa fotonien kanssa ionit menettivät energiaa, ja siten saavutettiin ultralämpötilat.

Sen jälkeen löydettiin käytännöllisempi menetelmä kiinteiden aineiden laserjäähdytykseen - anti-Stokes-jäähdytys, joka koostuu seuraavasta. Väliaineen atomi, joka oli tilassa juuri maanpinnan yläpuolella (värähtelytasolla), kiihtyi energiaan juuri viritetyn tilan alapuolella (värähtelytasolla), ja absorboimalla fononin, atom siirtyi viritettyyn tilaan. Sitten atomi emittoi fotonia, jonka energia on korkeampi kuin pumpun energia, kulkeutuen perustilaan.

Laserit fuusiolaitoksissa

Kuumennetun plasmapitoisuuden ongelma lämpöydinreaktorin sisällä voidaan ratkaista myös laserilla. Pieni määrä lämpöydinpolttoainetta säteilytetään molemmilta puolilta useita nanosekuntia voimakkaalla laserilla.

Kohdepinta haihtuu, mikä johtaa valtavaan paineeseen polttoaineen sisäkerroksiin, joten kohde kokee ylimääräisen puristuksen ja tiivistymisen, ja tietyssä lämpötilassa lämpöydinfuusioreaktioita voi tapahtua jo tällaisessa tiivistetyssä kohteessa. Lämmitys on mahdollista myös käyttämällä erittäin voimakkaita femtosekunnin laserpulsseja.

Laserpohjaiset optiset pinsetit

Laser-pinsetit mahdollistavat mikroskooppisten dielektristen esineiden manipuloinnin laserdiodin valolla: voimat kohdistetaan kohteisiin muutaman nanonewtonin sisällä ja mitataan myös pienet etäisyydet useista nanometristä. Näitä optisia laitteita käytetään nykyään proteiinien, niiden rakenteen ja toiminnan tutkimuksessa.

Taistelu- ja puolustavat laseraseet

1900-luvun jälkipuoliskon alussa Neuvostoliitossa kehitettiin jo suuritehoisia lasereita, joita voitiin käyttää aseina, jotka pystyvät lyömään kohteisiin ohjuspuolustuksen vuoksi. Vuonna 2009 amerikkalaiset ilmoittivat perustavansa 100 kW: n siirrettävän puolijohdelaserin, joka teoreettisesti kykenee lyömään potentiaalisen vihollisen lento- ja maakohteita.

Lasernäkö

Pieni laservalolähde on kiinnitetty tiukasti kiväärin tai pistoolin tynnyriin siten, että sen säde on suunnattu tynnyrin suuntaan. Kohdennettaessa ampuja näkee pienen pisteen maalilla lasersäteen pienen eron vuoksi.

Pääasiassa sellaisiin nähtävyyksiin käytetään punaisia ​​laserdiodeja tai infrapunalaserdiodeja (niin että piste voidaan nähdä vain yönäkölaitteessa). Suuremman kontrastin aikaansaamiseksi päivänvalossa käytetään laserosoittimia, joissa on vihreät laser-LEDit.

Sotilaallisen vastustajan huijaaminen

Pienitehoinen lasersäde on suunnattu vihollisen armeijan varusteisiin. Vihollinen havaitsee tämän tosiasian, uskoo, että jonkinlainen ase on kohdistettu häneen, ja on pakotettu ryhtymään kiireellisiin puolustustoimenpiteisiin hyökkäyksen aloittamisen sijasta.

Laserohjattu ammus

On suositeltavaa käyttää lasersäteen heijastunutta pistettä lentää olevan ammuksen, kuten lentokoneesta laukaisevan raketin, kohdistamiseen. Maasta tai lentokoneesta tuleva laservalaisin valaisee kohdetta ja ammus ohjaa sitä. Laseria käytetään yleisesti infrapuna, koska se on vaikeampi havaita.

Laserkarkaisu

Metallin pinta lämmitetään laserilla kriittiseen lämpötilaan, kun taas lämpö läpäisee syvälle tuotteeseen sen lämmönjohtavuuden vuoksi. Heti kun laservaikutus lakkaa, tuote jäähtyy nopeasti johtuen lämmön tunkeutumisesta sisäpuolelle, missä alkaa muodostua kovetusrakenteita, jotka estävät nopeaa kulumista tuotteen tulevan käytön aikana.

Laserhehkutus ja karkaisu

Hehkutus on eräs lämpökäsittely, jossa tuote lämmitetään ensin tiettyyn lämpötilaan, pidetään sitten tietyn ajan tässä lämpötilassa, sitten se jäähdytetään hitaasti huoneenlämpötilaan.

Tämä vähentää metallin kovuutta, helpottaen sen edelleen mekaanista käsittelyä, parantaen samalla mikrorakennetta ja saavuttamalla metallin suuremman tasalaatuisuuden, lievittää sisäisiä rasituksia. Laserhehkutus antaa sinun käsitellä pieniä metalliosia tällä tavalla.

Loma suoritetaan suuremman taipuisuuden saavuttamiseksi ja materiaalin haurauden vähentämiseksi pitäen samalla hyväksyttävä lujuuden taso osien liitoksissa. Tätä varten tuote lämmitetään laserilla lämpötilaan 150–260 ° C - 370–650 ° C, mitä seuraa hidas jäähdytys (jäähdytys).

Laserpuhdistus ja pintojen puhdistaminen

Tätä puhdistusmenetelmää käytetään pinnan epäpuhtauksien poistamiseen esineistä, muistomerkeistä ja taideteoksista. Tuotteiden puhdistamiseen radioaktiivisesta saastumisesta ja mikroelektroniikan puhdistamiseen. Tämä puhdistusmenetelmä ei sisällä haittoja, jotka liittyvät mekaaniseen hiontaan, hiontakäsittelyyn, tärinänkäsittelyyn jne.

Laserfuusio ja amorfisaatio

Valmistetun lejeerinkipinnan nopea amorfisaatio pyyhkäisypalkilla tai lyhyellä pulssilla saavutetaan nopean lämmönpoiston takia, jonka aikana sulatus jäätyy, muodostuu eräänlainen metallilasi, jolla on korkea kovuus, korroosionkestävyys ja magneettisten ominaisuuksien parantaminen. Esipäällystysmateriaali valitaan siten, että yhdessä päämateriaalin kanssa muodostetaan koostumus, joka on alttiina amorfisoitumaan laserin vaikutuksesta.

Laserlejeeringit ja pintakäsittely

Metallipinnan seostaminen laserilla lisää sen mikrokovuutta ja kulutuskestävyyttä.

Laserpinnoitusmenetelmä mahdollistaa kulutuskestävien pintakerrosten levittämisen. Sitä käytetään erittäin tarkkojen osien, esimerkiksi ICE-venttiilien ja muiden moottorin osien, käytettynä korotetun kulumisen olosuhteissa. Tämä menetelmä on laadultaan ylivoimainen sputterointiin, koska tähän muodostuu monoliittinen kerros, joka liittyy pohjaan.

Tyhjiölaserruiskutus

Tyhjiössä osa materiaalista höyrystyy laserilla, sitten höyrystystiedot kondensoidaan erityiselle alustalle, jossa muiden tuotteiden kanssa ne muodostavat materiaalin, jolla on tarvittava uusi kemiallinen koostumus.

Laserhitsaus

Lupaava menetelmä teollisuuden hitsaamiseksi suuritehoisilla lasereilla, mikä antaa erittäin sileän, kapean ja syvän hitsin. Toisin kuin tavanomaisissa hitsausmenetelmissä, laservoimaa säädetään tarkemmin, mikä antaa sinun hallita erittäin tarkasti hitsin syvyyttä ja muita parametreja. Hitsauslaseri pystyy hitsaamaan paksuja osia suurella nopeudella, sinun on vain lisättävä voimaa ja vierekkäisten alueiden lämpövaikutus on minimaalinen. Hitsaus saadaan paremmin samoin kuin mikä tahansa tällä menetelmällä saatu liitos.

Laserleikkaus

Korkea energiapitoisuus fokusoidussa lasersäteessä mahdollistaa lähes minkä tahansa tunnetun materiaalin leikkaamisen, kun taas leikkaus on kapea ja lämpövaikutteinen alue on minimaalinen. Siksi ei ole merkittäviä jäännöskantoja.

Laserkirjoitus

Seuraavaa jakamista pienemmiksi elementeiksi puolijohdekiekot kirjoitetaan - syvät urat kiinnitetään laserilla. Tässä saavutetaan suurempi tarkkuus kuin timanttityökalua käytettäessä.

Uran syvyys on 40 - 125 mikronia, leveys 20 - 40 mikronia, jalostetun levyn paksuus 150 - 300 mikronia. Urat valmistetaan nopeudella jopa 250 mm sekunnissa. Valmiiden tuotteiden tuotos on suurempi, avioliitto on vähemmän.

Laserkaiverrus ja merkinnät

Nykyään melkein kaikkialla teollisuudessa käytetään laser kaiverruksia ja merkintöjä: piirustuspiirrokset, kirjoitukset, näytteiden koodaus, kilvet, tyyppikilvet, taiteellinen sisustus, matkamuistot, korut, pienoiskuvat pienimmissä ja hauraimmissa tuotteissa - tulivat mahdolliseksi vain automatisoidun laserin avulla teknologiaa.

Laser lääketieteessä

On mahdotonta yliarvioida laserien sovellettavuutta nykyajan lääketieteessä. Kirurgisia lasereita käytetään silmän hilseilyneen verkkokalvon hyytymiseen, laser-skalpeleet voivat leikata lihaa ja hitsata luita laserilla. Hiilidioksidilaser hitsaa biologiset kudokset.

Tietysti lääketieteen osalta tähän suuntaan tutkijoiden on parannettava ja tarkennettava joka vuosi, parannettava tiettyjen lasereiden käyttötekniikkaa, jotta vältetään haitalliset sivuvaikutukset lähellä oleviin kudoksiin. Joskus tapahtuu, että laser paranee yhdessä paikassa, mutta sillä on välittömästi tuhoava vaikutus naapurielimeen tai soluun, joka vahingossa putoaa sen alle.

Lisätyökalusarjat, jotka on erityisesti suunniteltu toimimaan yhdessä kirurgisen laserin kanssa, ovat antaneet lääkäreille mahdollisuuden menestyä maha-suolikanavan leikkauksessa, sappiteiden, pernan, keuhkojen ja maksan leikkauksissa.

Tatuoinnin poisto, näönkorjaus, gynekologia, urologia, laparoskopia, hammaslääketiede, aivo- ja selkäydinkasvainten poisto - kaikki tämä on nykyään mahdollista vain nykyaikaisen lasertekniikan ansiosta.

Tietotekniikka, suunnittelu, elämä ja laser

CD, DVD, BD, holografia, lasertulostimet, viivakoodilukijat, turvajärjestelmät (turvatekijät), valonäytöt, multimediaesitykset, osoittimet jne. Kuvittele vain miltä maailma näyttäisi, jos se katoaisi siitä laser ...