Praktična primjena lasera

Izum lasera s pravom se može smatrati jednim od najznačajnijih otkrića 20. stoljeća. Već na samom početku razvoja ove tehnologije već su predviđali potpuno svestranu primjenjivost, od samog početka bila je vidljiva mogućnost rješavanja raznih problema, unatoč činjenici da neki zadaci tada nisu bili ni vidljivi na horizontu.

Medicina i astronautika, termonuklearna fuzija i najnoviji sustav oružja samo su neka od područja u kojima se laser danas uspješno koristi. Pogledajmo gdje je laser našao praktičnu primjenu i uvidjet ćemo veličinu ovog prekrasnog izuma, koji svoj izgled duguje mnogim znanstvenicima.

Laserska spektroskopija

Monokromatsko lasersko zračenje se u principu može dobiti bilo koje valne duljine, kako u obliku kontinuiranog vala određene frekvencije, tako i u obliku kratkih impulsa, koji traju do frakcije femtosekunde. Usredotočujući se na uzorak koji se proučava, laserski snop prolazi kroz nelinearne optičke efekte, što omogućava istraživačima da izvrše spektroskopiju promjenom frekvencije svjetlosti, kao i da izvrše koherentnu analizu procesa kontroliranjem polarizacije laserske zrake.

Mjerenje udaljenosti od predmeta

Lasersku zraku je vrlo pogodno usmjeriti prema predmetu koji se proučava, čak i ako je taj objekt jako udaljen, jer je divergencija laserske zrake vrlo mala. Tako je 2018. godine, u sklopu eksperimenta, laserski snop usmjeren iz kineskog opservatorija Yunnan na Mjesec. Reflektori Apollo 15, koji su već bili instalirani na mjesečevoj površini, odražavali su snop natrag na Zemlju, gdje ga je primila opservatorija.

Poznato je da se lasersko svjetlo, kao i svaki elektromagnetski val, kreće konstantnom brzinom - brzinom svjetlosti. Mjerenja vremena putovanja snopa pokazala su da se udaljenost od opservatorija do Mjeseca, u intervalu od 21:25 do 22:31, pekinško vrijeme 22. siječnja 2018., kretala u rasponu od 385823,433 do 387119,600 kilometara.

Laserski daljinomjer, za ne tako velike udaljenosti kao što je udaljenost od Zemlje do Mjeseca, djeluje na sličnom principu. Impulsni laser šalje snop objektu iz kojeg se zraka odbija. Detektor zračenja prima reflektiranu zraku. Uzimajući u obzir vrijeme između početka zračenja i trenutka kada je detektor uhvatio reflektiranu zraku, kao i brzinu svjetlosti, elektronika uređaja izračunava udaljenost do objekta.

Adaptivna optika i kompenzacija atmosferskog izobličenja

Ako sa teleskopa opazite udaljeni astronomski objekt sa zemlje, ispada da atmosfera unosi određena optička izobličenja u rezultirajuću sliku ovog objekta. Za uklanjanje tih izobličenja koriste se metode takozvane adaptivne optike - izobličenja se mjere i nadoknađuju.

Da bi se postigao taj cilj, snažan laserski snop je usmjeren prema promatranom objektu, koji poput jednostavne svjetlosti prolazi raspršivanje u atmosferi, tvoreći "umjetnu zvijezdu", svjetlost od koje na putu natrag prema promatraču doživljava potpuno iste optičke distorzije u gornjem dijelu atmosferski slojevi, kao i slika promatranog astronomskog objekta.

Informacije o izobličenju obrađuju se i koriste za kompenzaciju optičke distorzije odgovarajućim podešavanjem slike promatranog astronomskog objekta. Kao rezultat, slika objekta je "čistija".

Bio i fotokemija

U biokemijskim studijama o stvaranju i funkcioniranju proteina korisni su ultrazvučni laserski impulsi u trajanju femtosekunde.Ti impulsi omogućuju pokretanje i proučavanje kemijskih reakcija s visokom vremenskom razlučivosti kako bi se pronašli i proučavali čak i slabo živi kemijski spojevi.

Promjenom polarizacije svjetlosnog pulsa, znanstvenici mogu postaviti potreban smjer kemijske reakcije, odabirom iz nekoliko mogućih scenarija razvoja događaja tijekom reakcije strogo definiranih.

Lasersko magnetiziranje impulsa

Danas se provode istraživanja mogućnosti ultrabrzih promjena magnetiziranja medija pomoću ultrazvučnih laserskih impulsa u trajanju od nekoliko femtosekundi. Već sada postignuta ultrabrza demagnetizacija laserom u 0,2 picosekunde, kao i optička kontrola magnetiziranja polarizirajućom svjetlošću.

Lasersko hlađenje

Rani pokusi laserskog hlađenja provedeni su s ionima. Ioni su elektromagnetskim poljem držali u ionskom zamku, gdje su bili osvijetljeni snopom laserske svjetlosti. U procesu neelastičnih sudara s fotonima, ioni su izgubili energiju, pa su postignute i najniže temperature.

Nakon toga pronađena je praktičnija metoda laserskog hlađenja krutih tvari - anti-Stokes hlađenje, koja se sastoji u sljedećem. Atom medija, koji je u stanju neposredno iznad prizemnog stanja (na vibracijskoj razini), bio je uzbuđen energijom neposredno ispod pobuđenog stanja (na vibracijskoj razini), i, apsorbirajući fonon, atom je prešao u pobuđeno stanje. Tada je atom emitirao foton čija je energija veća od energije crpke, prelazeći u osnovno stanje.

Laseri u fuzijskim postrojenjima

Problem zadržavanja grijane plazme u termonuklearnom reaktoru također se može riješiti laserom. Mala količina termonuklearnog goriva zrači se sa svih strana nekoliko nanosekundi moćnim laserom.

Ciljana površina isparava, što dovodi do ogromnog pritiska na unutarnje slojeve goriva, pa meta doživljava jaku kompresiju i sabijanje, a pri određenoj temperaturi već se mogu dogoditi reakcije termonuklearne fuzije u takvom zbijenom cilju. Grijanje je također moguće pomoću ultra moćnih femtosekundnih laserskih impulsa.

Laserski optički pinceta

Laserskim pincetama omogućuje se manipuliranje mikroskopskim dielektričnim objektima pomoću svjetlosti iz laserske diode: sile se primjenjuju na predmete unutar nekoliko nanonetona, a mjeri se i maleni udaljenost od nekoliko nanometara. Ovi optički uređaji danas se koriste u proučavanju proteina, njihove strukture i rada.

Borbeno i obrambeno lasersko oružje

Početkom druge polovice 20. stoljeća u Sovjetskom Savezu već su razvijeni laseri velike snage koji bi se mogli koristiti kao oružje koje može pogoditi ciljeve u interesu proturaketne obrane. 2009. godine, Amerikanci su najavili stvaranje pokretnog čvrstog lasera snage 100 kW, koji bi teoretski mogao pogoditi zračne i zemaljske ciljeve potencijalnog neprijatelja.

Laserski vid

Mali laserski izvor svjetlosti čvrsto je pričvršćen na cijev puške ili pištolja tako da je njegov snop usmjeren paralelno s cijevi. Kada cilja, strijelac vidi malu mrlju na cilju zbog male divergencije laserske zrake.

Uglavnom se za takve prikaze koriste crvene laserske diode ili infracrvene laserske diode (tako da se mjesto može vidjeti samo u uređaju za noćno gledanje). Za veći kontrast u uvjetima dnevnog svjetla koriste se laserske nišanke sa zelenim laserskim LED lampicama.

Prevarajući vojnog protivnika

Laserski snop male snage usmjeren je prema neprijateljskoj vojnoj opremi. Neprijatelj otkriva tu činjenicu, vjeruje da je neka vrsta oružja usmjerena na njega, te je prisiljen pod hitno poduzeti mjere obrane, umjesto da pokrene napad.

Laserski vođeni projektil

Prikladno je koristiti reflektirano mjesto laserske zrake za ciljanje letećeg projektila, poput rakete lansirane iz aviona. Laser sa zemlje ili iz aviona osvjetljava cilj, a projektil ga vodi. Laser se obično koristi infracrvenom vezom, jer je teže detektirati.

Lasersko otvrdnjavanje

Površina metala se zagrijava laserom na kritičnu temperaturu, dok toplina prodire duboko u proizvod zbog njegove toplinske vodljivosti. Čim se lasersko djelovanje zaustavi, proizvod se brzo hladi zbog prodiranja topline unutra, gdje se počinju stvarati otvrdnuće strukture, koje sprječavaju brzo trošenje tijekom buduće uporabe proizvoda.

Lasersko žarenje i kaljenje

Žaljenje je vrsta toplinske obrade u kojoj se proizvod prvo zagrijava na određenu temperaturu, zatim se određeno vrijeme drži pri toj temperaturi, a zatim se polako hladi do sobne temperature.

To smanjuje tvrdoću metala, olakšavajući mu daljnju mehaničku obradu, istodobno poboljšavajući mikrostrukturu i postižući veću ujednačenost metala, smanjuje unutarnja naprezanja. Lasersko žarenje omogućuje vam da na ovaj način obrađujete male metalne dijelove.

Odmor se provodi kako bi se postigla veća duktilnost i smanjila krhkost materijala uz održavanje prihvatljive razine njegove čvrstoće na spojevima dijelova. U tu svrhu proizvod se zagrijava laserom na temperaturu od 150-260 ° C do 370–650 ° C, nakon čega slijedi sporo hlađenje (hlađenje).

Lasersko čišćenje i dekontaminacija površina

Ova metoda čišćenja koristi se za uklanjanje površinskih onečišćenja s predmeta, spomenika, umjetničkih djela. Za čišćenje proizvoda od radioaktivnog onečišćenja i za čišćenje mikroelektronike. Ova metoda čišćenja ne sadrži nedostatke koji su svojstveni mehaničkom mljevenju, abrazivnoj obradi, obradi vibracija itd.

Laserska fuzija i amorfizacija

Brza amorfizacija pripremljene površine legure skenirajućom snopom ili kratkim impulsom postiže se zbog brzog uklanjanja topline, tijekom kojeg se talina smrzava, nastaje vrsta metalnog stakla visoke tvrdoće, otpornosti na koroziju i poboljšanja magnetskih karakteristika. Materijal za predpremazivanje odabran je tako da zajedno s glavnim materijalom formira sastav podložan amorfizaciji pod djelovanjem lasera.

Lasersko legiranje i nanašanje

Legiranje metalne površine laserom povećava njezinu mikrotvrdoću i otpornost na habanje.

Metoda laserskog nanošenja omogućuje vam nanošenje površinskih slojeva otpornih na habanje. Koristi se za obnavljanje visoko preciznih dijelova koji se koriste u uvjetima povećanog trošenja, na primjer, poput ICE ventila i drugih dijelova motora. Ova metoda je superiorna u kvaliteti raspršivanja jer se ovdje stvara monolitni sloj povezan s bazom.

Vakuumsko lasersko prskanje

U vakuumu se dio materijala isparava laserom, zatim se podaci isparavanja kondenziraju na posebnoj podlozi, gdje s drugim proizvodima tvore materijal s potrebnim novim kemijskim sastavom.

Lasersko zavarivanje

Obećavajuća metoda industrijskog zavarivanja pomoću lasera velike snage, koji daju vrlo glatki, uski i duboki zavar. Za razliku od uobičajenih metoda zavarivanja, snaga lasera se preciznije kontrolira, što vam omogućava vrlo preciznu kontrolu dubine i drugih parametara zavara. Laser za zavarivanje može zavariti debele dijelove velikom brzinom, samo trebate dodati snagu, a toplinski učinak na susjedna područja je minimalan. Zavar se dobiva bolje, kao i svaka veza dobivena ovom metodom.

Lasersko rezanje

Visoka koncentracija energije u fokusiranom laserskom snopu omogućava rezanje gotovo bilo kojeg poznatog materijala, dok je rez uski, a zona pod utjecajem topline minimalna. Sukladno tome, ne postoje značajni zaostali sojevi.

Lasersko pisanje

Za naknadno razdvajanje na manje elemente ispisuju se poluvodičke pločice - duboki utori nanose se laserom. Ovdje se postiže veća preciznost nego kod korištenja dijamantskog alata.

Dubina utora je od 40 do 125 mikrona, širina od 20 do 40 mikrona, a debljina obrađene ploče od 150 do 300 mikrona. Žljebovi se proizvode brzinom do 250 mm u sekundi. Izlaz gotovih proizvoda je veći, brak je manji.

Lasersko graviranje i označavanje

Danas se gotovo svugdje u industriji koriste lasersko graviranje i obilježavanje: crtanje crteža, natpisa, kodiranje uzoraka, ploča, natpisnih pločica, umjetničko ukrašavanje, suveniri, nakit, minijaturni natpisi na najmanjim i najsitnijim proizvodima - postalo je moguće samo zahvaljujući automatiziranom laseru tehnologija.

Laser u medicini

Nemoguće je precijeniti primjenjivost lasera u modernoj medicini. Kirurški laseri koriste se za koagulaciju eksfolirane mrežnice oka, laserski skalpeli mogu rezati meso i zavarivati ​​kosti laserom. Laser s ugljičnim dioksidom zavariva biološka tkiva.

Naravno, što se tiče medicine, u ovom se smjeru znanstvenici moraju svake godine usavršavati i usavršavati, poboljšavati tehnologiju korištenja određenih lasera kako bi se izbjegle štetne popratne pojave na tkiva koja se nalaze u blizini. Ponekad se dogodi da laser liječi jedno mjesto, ali odmah ima destruktivan učinak na susjedni organ ili stanicu koja slučajno padne pod njega.

Dodatni setovi alata, posebno dizajnirani da rade zajedno s kirurškim laserom, omogućili su liječnicima uspjeh u operacijama probavnog trakta, operaciji bilijarnog trakta, slezene, pluća i jetre.

Uklanjanje tetovaža, korekcija vida, ginekologija, urologija, laparoskopija, stomatologija, uklanjanje tumora mozga i kralježnice - sve je to danas moguće samo zahvaljujući modernoj laserskoj tehnologiji.

Informacijska tehnologija, dizajn, život i laser

CD, DVD, BD, holografija, laserski pisači, čitači barkoda, sigurnosni sustavi (sigurnosne barijere), svjetlosne emisije, multimedijske prezentacije, pokazivači itd. Zamislite samo kako bi izgledao naš svijet kad bi nestao iz njega laser ...