Den praktiska tillämpningen av lasrar

Uppfinningen av lasern kan med rätta betraktas som en av de viktigaste upptäckterna under 1900-talet. Till och med i början av utvecklingen av denna teknik profeterade de redan en helt mångsidig tillämpbarhet, från början var möjligheterna att lösa olika problem synliga, trots att vissa uppgifter inte ens var synliga i horisonten vid den tiden.

Medicin och astronautik, termonukleär fusion och de senaste vapensystemen är bara några av de områden där lasern framgångsrikt används idag. Låt oss se var lasern hittade praktisk tillämpning och se storheten i denna underbara uppfinning, som är skyldig ett antal forskare.

Laserspektroskopi

Monokromatisk laserstrålning kan i princip erhållas med vilken våglängd som helst, både i form av en kontinuerlig våg med en viss frekvens och i form av korta pulser, som håller upp till fraktioner av ett femtosekund. Med fokus på provet som undersöks genomgår laserstrålen icke-linjära optiska effekter, vilket gör det möjligt för forskare att utföra spektroskopi genom att ändra ljusfrekvensen, samt genomföra en sammanhängande analys av processer genom att kontrollera polarisationen av laserstrålen.

Mät avstånd till föremål

Laserstrålen är mycket bekväm att rikta till objektet som studeras, även om detta objekt är väldigt långt borta, eftersom laserstrålens avvikelse är mycket liten. Så under 2018, som en del av ett experiment, riktades en laserstråle från Yunnan Chinese Observatory till månen. Apollo 15-reflektorerna, som redan var installerade på månens yta, reflekterade strålen tillbaka till Jorden, där den mottogs av observatoriet.

Det är känt att laserljus, som alla elektromagnetiska vågor, rör sig med en konstant hastighet - med ljusets hastighet. Mätningar av strålens passeringstid visade att avståndet från observatoriet till månen, i intervallet från 21:25 till 22:31 Pekingtid den 22 januari 2018, sträckte sig från 385823,433 till 387119,600 kilometer.

Laserintervallerna, för inte så stora avstånd som avståndet från jorden till månen, fungerar enligt en liknande princip. En pulsad laser skickar en stråle till ett objekt från vilket strålen reflekteras. Strålningsdetektorn får en reflekterad stråle. Efter att ha tagit hänsyn till tiden mellan strålningens början och det ögonblick då detektorn fångade den reflekterade strålen, liksom ljusets hastighet, beräknar enhetens elektronik avståndet till objektet.

Anpassningsoptik och kompensation för atmosfärisk distorsion

Om du observerar ett avlägset astronomiskt objekt från jorden genom ett teleskop, visar det sig att atmosfären inför vissa optiska distorsioner i den resulterande bilden av detta objekt. För att ta bort dessa förvrängningar används metoder för den så kallade adaptiva optiken - distorsioner mäts och kompenseras.

För att uppnå detta mål riktas en kraftfull laserstråle mot det observerade objektet som, som enkelt ljus, genomgår spridning i atmosfären och bildar en "konstgjord stjärna", ljuset från vilket, på väg tillbaka till observatören, upplever exakt samma optiska distorsioner i den övre atmosfäriska lager, liksom bilden av det observerade astronomiska objektet.

Distorsionsinformationen behandlas och används för att kompensera för optisk distorsion genom att justera bilden av det observerade astronomiska objektet på lämpligt sätt. Som ett resultat är bilden av objektet mer "ren".

Bio- och fotokemi

I biokemiska studier om bildning och funktion av proteiner är ultrashort-laserpulser av femtosekund varaktighet användbara.Dessa pulser gör det möjligt att initiera och studera kemiska reaktioner med en hög temporär upplösning för att hitta och studera även låglevande kemiska föreningar.

Genom att ändra polarisationen av ljuspulsen kan forskare ställa in den nödvändiga riktningen för den kemiska reaktionen och välja mellan några möjliga scenarier för utvecklingen av händelser under den strikt definierade reaktionen.

Laserpulsmagnetisering

Idag bedrivs forskning om möjligheten till ultrahöga förändringar i magnetisering av media med hjälp av ultrashort-laserpulser av några femtosekunders varaktighet. Redan nu uppnådd ultrasnabb avmagnetisering med en laser på 0,2 pikosekunder, såväl som optisk styrning av magnetisering genom polarisering av ljus.

Laserkylning

Tidig laserkylningsexperiment genomfördes med joner. Joner hölls vid ett elektromagnetiskt fält i en jonfälla, där de upplystes av en laserstråle. I processen med inelastiska kollisioner med fotoner förlorade joner energi och därmed uppnåddes ultralödstemperaturer.

Därefter hittades en mer praktisk metod för laserkylning av fasta ämnen - anti-Stokes-kylning, som består av följande. En atom i mediet, som befinner sig i ett tillstånd precis ovanför marktillståndet (på vibrationsnivå), var upphetsad till energi strax under det upphetsade tillståndet (på vibrationsnivån), och, genom att absorbera fononet, passerade atomen till det upphetsade tillståndet. Sedan sände atomen ut en foton vars energi är högre än pumpenergin, som går in i marktillståndet.

Lasrar i fusionsanläggningar

Problemet med att hålla uppvärmd plasma inne i en termonukleär reaktor kan också lösas med en laser. En liten volym termonukleärt bränsle bestrålas från alla sidor under flera nanosekunder med en kraftfull laser.

Målytan avdunstar, vilket leder till enormt tryck på de inre skikten i bränslet, varvid målet upplever en överdriven kompression och kompaktering, och vid en viss temperatur kan termonukleära fusionsreaktioner redan förekomma i ett sådant komprimerat mål. Uppvärmning är också möjligt med ultrakraftiga femtosekund laserpulser.

Laserbaserad optisk pincett

Laserpincett gör det möjligt att manipulera mikroskopiska dielektriska föremål med hjälp av ljus från en laserdiod: krafter appliceras på föremål inom några få nanonewtons, och små avstånd från flera nanometer mäts också. Dessa optiska enheter används idag i studien av proteiner, deras struktur och arbete.

Kampen och defensiva laservapen

I början av andra hälften av 1900-talet utvecklades högkraftlasrar redan i Sovjetunionen som skulle kunna användas som vapen som kan träffa mål för missilförsvarets intresse. År 2009 tillkännagav amerikanerna skapandet av en 100 kW mobil solid-state-laser, som teoretiskt kan drabbas av luft- och markmål för en potentiell motståndare.

Lasersikt

En liten laserljuskälla är styvt fäst vid cylindern på en gevär eller pistol så att dess stråle riktas parallellt med cylindern. När man sikter ser skytten en liten fläck på målet på grund av laserstrålens lilla divergens.

För sådana sevärdheter används röda laserdioder eller infraröda laserdioder (så att en plats bara kan ses i nattsynenheten). För större kontrast under dagsljusförhållanden används lasersikt med gröna laser-lysdioder.

Lura en militär motståndare

En lågeffekt laserstråle riktas mot fiendens militära utrustning. Fienden upptäcker detta faktum, tror att någon form av vapen riktar sig till honom och tvingas snarast vidta åtgärder för att försvara istället för att starta en attack.

Laserstyrd projektil

Det är bekvämt att använda en reflekterad fläck av en laserstråle för att rikta en flygande projektil, till exempel en raket som sjösattes från ett flygplan. En laser från marken eller från ett flygplan lyser upp målet, och projektilen styrs av det. Lasern används vanligtvis infraröd, eftersom den är svårare att upptäcka.

Laserhärdning

Ytan på metallen upphettas av en laser till en kritisk temperatur, medan värmen tränger in djupt in i produkten på grund av dess värmeledningsförmåga. Så snart laserverkan upphör kyls produkten snabbt på grund av inträngning av värme inuti, där härdningsstrukturer börjar bildas, vilket förhindrar snabb slitage vid framtida användning av produkten.

Laserglödgning och härdning

Glödgning är en typ av värmebehandling där produkten först värms till en viss temperatur, sedan hålls den vid denna temperatur under en viss tid, sedan kyls den långsamt till rumstemperatur.

Detta minskar hårdheten hos metallen, underlättar dess ytterligare mekaniska bearbetning, samtidigt som man förbättrar mikrostrukturen och uppnår större enhetlighet hos metallen, lindrar inre påfrestningar. Med laserglödgning kan du bearbeta små metalldelar på detta sätt.

Semester genomförs för att uppnå högre duktilitet och minska sprödheten hos materialet samtidigt som en acceptabel nivå av dess styrka bibehålls vid delarna. Produkten laseruppvärms till detta till en temperatur mellan 150-260 ° C och 370–650 ° C följt av långsam kylning (kylning).

Laserrengöring och dekontaminering av ytor

Denna rengöringsmetod används för att ta bort ytföroreningar från föremål, monument, konstverk. För rengöringsprodukter från radioaktiv förorening och för rengöring av mikroelektronik. Denna rengöringsmetod är fri från nackdelarna med mekanisk slipning, slipande bearbetning, vibrationsbehandling etc.

Laserfusion och amorfisering

Höghastighetsamorfisering av den beredda legeringsytan med en avsökningsstråle eller en kort puls uppnås på grund av snabb värmeavlägsnande, under vilken smältan fryser, ett slags metallglas med hög hårdhet, korrosionsbeständighet och förbättring av magnetiska egenskaper bildas. Förbeläggningsmaterialet väljs så att det tillsammans med huvudmaterialet bildar en komposition som är benägen för amorfisering under inverkan av en laser.

Laserlegering och ytbeläggning

Legering av en metallyta med en laser ökar dess mikrohårdhet och slitstyrka.

Metoden laserbeläggning gör att du kan applicera slitstarka ytskikt. Det används vid restaurering av delar med hög precision som används vid förhållanden med ökat slitage, till exempel, ICE-ventiler och andra motordelar. Denna metod är överlägsen kvalitet än sputtering eftersom ett monolitiskt skikt bildas här associerat med basen.

Vakuumlasersprutning

I vakuum förångas en del av materialet med en laser, därefter kondenseras förångningsdata på ett speciellt underlag, där de med andra produkter bildar ett material med den nödvändiga nya kemiska sammansättningen.

Lasersvetsning

En lovande metod för industrisvetsning med högeffektiva lasrar, vilket ger en mycket smidig, smal och djup svets. Till skillnad från konventionella svetsmetoder styrs laserkraften mer exakt, vilket gör att du mycket noggrant kan kontrollera djupet och andra parametrar för svetsen. En svetslaser kan svetsa tjocka delar med hög hastighet, du behöver bara lägga till ström, och den termiska effekten på angränsande områden är minimal. Svetsen erhålls bättre, liksom alla anslutningar som uppnås med denna metod.

Laserskärning

En hög koncentration av energi i den fokuserade laserstrålen gör det möjligt att klippa nästan alla kända material, medan skäret är smalt och den värmepåverkade zonen är minimal. Följaktligen finns det inga signifikanta reststammar.

Laserskrivning

För efterföljande uppdelning i mindre element skrivs halvledarskivorna - djupa spår appliceras med en laser. Här uppnås en högre noggrannhet än vid användning av ett diamantverktyg.

Spårets djup är från 40 till 125 mikron, bredden är från 20 till 40 mikron, med en tjocklek på den bearbetade plattan från 150 till 300 mikron. Spår tillverkas med hastigheter upp till 250 mm per sekund. Produktionen av färdiga produkter är större, äktenskapet är mindre.

Lasergravering och markering

Nästan överallt i branschen används idag lasergravering och märkning: tillämpning av ritningar, inskriptioner, kodning av prover, plattor, typskyltar, konstnärlig dekoration, souvenirer, smycken, miniatyrinskrifter på de minsta och mest bräckliga produkterna - blev möjligt endast tack vare den automatiska lasern teknik.

Laser i medicin

Det är omöjligt att överskatta användbarheten av lasrar i modern medicin. Kirurgiska lasrar används för att koagulera ögats exfolierade näthinna, laserskålar kan skära kött och svetsa ben med lasrar. En koldioxidlaser svetsar biologiska vävnader.

Naturligtvis måste forskare i denna riktning förbättra och förfina varje år, förbättra tekniken för att använda vissa lasrar för att undvika skadliga biverkningar på vävnaderna i närheten. Ibland händer det att en laser läker en plats, men den har omedelbart en förstörande effekt på ett angränsande organ eller en cell som oavsiktligt faller under den.

Ytterligare verktygssatser, speciellt utformade för att arbeta i samband med en kirurgisk laser, har gjort det möjligt för läkare att lyckas med gastrointestinal kirurgi, kirurgi i gallvägen, mjälte, lungor och lever.

Tatueringsborttagning, synkorrigering, gynekologi, urologi, laparoskopi, tandvård, avlägsnande av hjärn- och ryggmärgtumörer - allt detta är möjligt idag endast tack vare modern laserteknik.

Informationsteknik, design, liv och laser

CD, DVD, BD, holografi, laserskrivare, streckkodsläsare, säkerhetssystem (säkerhetsbarriärer), ljusshower, multimediapresentationer, pekare etc. Föreställ dig hur vår värld skulle se ut om den försvann från den lasern ...