Lazerių praktinis pritaikymas

Lazerio išradimas pagrįstai gali būti laikomas vienu reikšmingiausių XX amžiaus atradimų. Net pačioje šios technologijos plėtros pradžioje jai jau buvo pranašaujamas visiškai universalus pritaikymas, nuo pat pradžių buvo matoma perspektyva išspręsti įvairiausias problemas, nepaisant to, kad kai kurios užduotys tuo metu net nebuvo matomos horizonte.

Medicina ir astronautika, termobranduolinė sintezė ir naujausios ginklų sistemos yra tik keletas sričių, kuriose šiandien lazeris sėkmingai naudojamas. Pažiūrėkime, kur lazeris rado praktinį pritaikymą, ir pamatysime šio nuostabaus išradimo, kuris atsirado dėl jo išvaizdos mokslininkams, didingumą.

Lazerio spektroskopija

Monochromatinę lazerio spinduliuotę iš principo galima gauti su bet kokio bangos ilgiu - tiek ištisinio tam tikro dažnio bangos, tiek trumpo impulsų, trunkančių iki femtosekundės dalių, pavidalu. Didžiausią dėmesį skiriant tiriamam mėginiui, lazerio spindulys patiria netiesinį optinį efektą, o tai leidžia tyrėjams atlikti spektroskopiją keičiant šviesos dažnį, taip pat atlikti nuoseklią procesų analizę, kontroliuojant lazerio spindulio poliarizaciją.

Atstumų iki objektų matavimas

Lazerio spindulį labai patogu nukreipti į tiriamą objektą, net jei šis objektas yra labai toli, nes lazerio spindulio skirtumas yra labai mažas. Taigi, 2018 m., Kaip eksperimento dalis, iš Yunnan Kinijos observatorijos į mėnulį buvo nukreiptas lazerio spindulys. „Apollo 15“ atšvaitai, kurie jau buvo sumontuoti ant mėnulio paviršiaus, atspindėjo spindulį atgal į Žemę, kur jį gavo observatorija.

Yra žinoma, kad lazerio šviesa, kaip ir bet kuri elektromagnetinė banga, juda pastoviu greičiu - šviesos greičiu. Išmatuojant spindulių praėjimo laiką, atstumas nuo observatorijos iki Mėnulio 2018 m. Sausio 22 d. Intervale nuo 21:25 iki 22:31 Pekino laiku svyravo nuo 385823,433 iki 387119,600 kilometrų.

Lazerio diapazono ieškiklis, skirtas ne tokiems dideliems atstumams kaip atstumas nuo Žemės iki Mėnulio, veikia panašiu principu. Impulsinis lazeris siunčia spindulį į objektą, iš kurio atsispindi. Radiacijos detektorius gauna atspindėtą pluoštą. Atsižvelgiant į laiką nuo radiacijos pradžios iki momento, kai detektorius sugauna atspindėtą pluoštą, taip pat ir šviesos greitį, prietaiso elektronika apskaičiuoja atstumą iki objekto.

Adaptyvioji optika ir atmosferos iškraipymų kompensavimas

Jei per teleskopą stebite tolimą astronominį objektą iš žemės, paaiškėja, kad atmosfera sukelia tam tikrus optinius iškraipymus susidarančiame šio objekto vaizde. Šiems iškraipymams pašalinti naudojami vadinamosios adaptyviosios optikos metodai - iškraipymai matuojami ir kompensuojami.

Norint pasiekti šį tikslą, galingas lazerio spindulys yra nukreiptas į stebimą objektą, kuris, kaip ir paprasta šviesa, išsisklaido atmosferoje ir sudaro „dirbtinę žvaigždę“, kurios šviesa, iš kurios grįždama į stebėtoją patiria lygiai tokius pačius optinius iškraipymus viršutinėje dalyje. atmosferos sluoksniai, taip pat stebimo astronominio objekto vaizdas.

Informacija apie iškraipymus apdorojama ir naudojama optiniams iškraipymams kompensuoti, tinkamai pakoreguojant stebimo astronominio objekto vaizdą. Dėl to objekto vaizdas yra labiau „švarus“.

Bio ir fotochemija

Atliekant biocheminius baltymų susidarymo ir funkcionavimo tyrimus, naudingi ultratrumpų lazerio impulsai, kurių trukmė yra femtosekundė.Šie impulsai leidžia inicijuoti ir ištirti didelę laiko skiriamąją gebą turinčias chemines reakcijas, kad būtų galima rasti ir ištirti net mažai gyvenančius cheminius junginius.

Keisdami šviesos impulsų poliarizaciją, mokslininkai gali nustatyti reikiamą cheminės reakcijos kryptį, pasirinkdami iš kelių galimų įvykių raidos scenarijų griežtai apibrėžtos reakcijos metu.

Lazerio impulsų įmagnetinimas

Šiandien yra tiriami ultrapartių terpių įmagnetinimo pokyčiai, naudojant ultra fokso lazerio impulsus, kurie trunka keletą femtosekundžių. Jau dabar pasiektas ultra greitas demagnetizavimas lazeriu per 0,2 pikosekundės, taip pat optinis įmagnetinimo valdymas poliarizuojant šviesą.

Lazerinis aušinimas

Ankstyvieji lazerio aušinimo eksperimentai buvo atlikti su jonais. Jonus laikė elektromagnetinis laukas jonų gaudyklėje, kur juos apšvietė lazerio šviesos spindulys. Dėl neelastinių susidūrimų su fotonais jonai prarado energiją, todėl buvo pasiekta ultravioletinė temperatūra.

Po to buvo rastas praktiškesnis kietųjų medžiagų aušinimo lazeriu metodas - aušinimas anti-Stokes'u, kurį sudaro: Terpės atomas, būdamas tokioje būsenoje, kuri yra virš žemės paviršiaus (virpesių lygyje), buvo sužadinta energija šiek tiek žemiau sužadintos būsenos (virpesių lygyje), ir, sugerdamas fononą, atomas perėjo į sužadintos būsenos. Tada atomas skleidžia fotoną, kurio energija yra didesnė už siurblio energiją, pereinantį į žemės būseną.

Lazeriai branduolių sintezės įrenginiuose

Šildomos plazmos laikymo termobranduoliniame reaktoriuje problemą taip pat galima išspręsti lazeriu. Nedidelis termobranduolinio kuro tūris yra apšvitinamas iš visų pusių keliomis nanosekundėmis galingu lazeriu.

Tikslinis paviršius išgaruoja, o tai sukelia didžiulį slėgį vidiniuose kuro sluoksniuose, todėl taikinys patiria ypač stiprų suspaudimą ir sutankinimą, o esant tam tikrai temperatūrai tokiame sutankintame taikinyje jau gali įvykti termobranduolinės sintezės reakcijos. Šildyti galima ir naudojant ypač galingus femtosekundės lazerio impulsus.

Lazeriniai optiniai pincetai

Lazeriniai pincetai suteikia galimybę manipuliuoti mikroskopiniais dielektriniais objektais, naudojant šviesos iš lazerio diodą: jėgos yra veikiamos objektams, esantiems per kelis nanonetus, taip pat matuojami nedideli atstumai nuo kelių nanometrų. Šie optiniai prietaisai šiandien naudojami tiriant baltymus, jų struktūrą ir darbą.

Koviniai ir gynybiniai lazeriniai ginklai

XX amžiaus antrosios pusės pradžioje Sovietų Sąjungoje jau buvo sukurti didelio galingumo lazeriai, kurie galėjo būti naudojami kaip ginklai, galintys smogti taikiniams priešraketinės gynybos tikslais. 2009 m. Amerikiečiai paskelbė apie 100 kW mobiliojo kietojo kūno lazerio, teoriškai galinčio pataikyti į potencialų priešą iš lėktuvo ir žemės, sukūrimą.

Lazerinis regėjimas

Mažas lazerio šviesos šaltinis yra tvirtai pritvirtintas prie šautuvo ar pistoleto statinės taip, kad jo spindulys būtų nukreiptas lygiagrečiai su bareliu. Baigdamas taikymą, šaulys mato nedidelį tašką į taikinį dėl mažo lazerio spindulio nukrypimo.

Dažniausiai tokiems taikikliams naudojami raudoni lazeriniai arba infraraudonieji lazeriniai diodai (kad tašką būtų galima pamatyti tik naktinio matymo įrenginyje). Norint didesnio kontrasto dienos šviesos metu naudojami lazerio žvilgsniai su žaliais lazeriniais šviesos diodais.

Apgaulingas karinis priešininkas

Mažo galingumo lazerio spindulys nukreiptas į priešo karinę įrangą. Priešas išsiaiškina šį faktą, mano, kad į jį nukreiptas kažkoks ginklas, ir yra priverstas skubiai imtis gynybos priemonių, užuot pradėjęs išpuolį.

Sviedinys lazeriu

Patogu naudoti atspindėtą lazerio pluošto vietą nukreipti į skraidantį sviedinį, pvz., Iš lėktuvo paleistą raketą. Lazeris nuo žemės ar iš lėktuvo apšviečia taikinį, o sviedinys juo vadovaujasi. Lazeris dažniausiai naudojamas infraraudonųjų spindulių ryšiu, nes jį sunkiau aptikti.

Lazerio grūdinimas

Metalo paviršiaus plotas kaitinamas lazeriu iki kritinės temperatūros, o šiluma prasiskverbia giliai į gaminį dėl jo šilumos laidumo. Kai tik lazerio veikimas sustabdomas, produktas greitai atvėsta dėl šilumos įsiskverbimo į vidų, kur pradeda formuotis kietėjančios struktūros, kurios neleidžia greitai nusidėvėti ateityje naudojant gaminį.

Lazerio atkaitinimas ir grūdinimas

Atkaitinimas yra terminis apdorojimas, kurio metu produktas iš pradžių pašildomas iki tam tikros temperatūros, tada tam tikrą laiką laikomas šioje temperatūroje, po to lėtai atšaldomas iki kambario temperatūros.

Tai sumažina metalo kietumą, palengvindami jo tolesnį mechaninį apdorojimą, tuo pačiu pagerindami mikrostruktūrą ir pasiekdami didesnį metalo vienodumą, mažina vidinius įtempius. Lazerio atkaitinimas leidžia tokiu būdu apdirbti mažas metalines dalis.

Atostogos atliekamos siekiant didesnio lankstumo ir sumažinant medžiagos trapumą, išlaikant priimtiną jos stiprumo lygį dalių sąnariuose. Tam produktas yra kaitinamas lazeriu iki 150–260 ° C iki 370–650 ° C temperatūros, po to lėtai aušinamas (aušinamas).

Lazerinis valymas ir paviršių nukenksminimas

Šis valymo būdas yra naudojamas paviršiniams teršalams pašalinti iš objektų, paminklų, meno kūrinių. Valymo priemonėms nuo radioaktyviojo užteršimo ir mikroelektronikai valyti. Šis valymo būdas neturi trūkumų, būdingų mechaniniam šlifavimui, šlifavimui, vibracijos apdorojimui ir kt.

Lazerio suliejimas ir amorfizavimas

Greitas paruošto lydinio paviršiaus amorfizavimas nuskaitymo spinduliu ar trumpu impulsu pasiekiamas dėl greito šilumos pašalinimo, kurio metu lydalas užšąla, susidaro tam tikras metalinis stiklas, pasižymintis dideliu kietumu, atsparumu korozijai ir pagerinančiomis magnetines charakteristikas. Iš anksto padengta medžiaga parenkama taip, kad kartu su pagrindine medžiaga būtų sudaryta kompozicija, linkusi amorfizuoti veikiant lazeriui.

Lazerio lydinys ir paviršiaus padengimas

Lieti metalo paviršiai lazeriu padidina jo atsparumą dilimui ir atsparumą dilimui.

Lazerinis paviršiaus padengimas leidžia padengti atsparius dilimui paviršiaus sluoksnius. Jis naudojamas atkuriant didelio tikslumo dalis, naudojamas padidėjusio nusidėvėjimo sąlygomis, pavyzdžiui, pavyzdžiui, ICE vožtuvus ir kitas variklio dalis. Šis metodas yra pranašesnis už purškimą, nes čia susidaro monolitinis sluoksnis, susietas su pagrindu.

Purškimas vakuuminiu lazeriu

Vakuume dalis medžiagos garinama lazeriu, tada garavimo duomenys kondensuojami ant specialaus substrato, kur kartu su kitais produktais jie sudaro medžiagą su reikiama nauja chemine sudėtimi.

Suvirinimas lazeriu

Perspektyvus pramoninio suvirinimo metodas, naudojant didelės galios lazerius, užtikrinantis labai lygų, siaurą ir gilų suvirinimą. Skirtingai nuo įprastų suvirinimo būdų, lazerio galia yra kontroliuojama tiksliau, o tai leidžia labai tiksliai valdyti suvirinimo gylį ir kitus parametrus. Suvirinimo lazeris gali suvirinti storas dalis dideliu greičiu, jums tereikia pridėti galios, o šiluminis poveikis gretimose vietose yra minimalus. Geriau gaunamas suvirinimas, taip pat bet kokia jungtis, gauta šiuo metodu.

Pjaustymas lazeriu

Didelė energijos koncentracija fokusuotame lazerio pluošte leidžia pjaustyti beveik bet kokią žinomą medžiagą, tuo tarpu pjūvis yra siauras, o šilumos paveikta zona yra minimali. Atitinkamai, nėra reikšmingų likutinių padermių.

Lazerio nuskaitymas

Vėlesniam atskyrimui į mažesnius elementus puslaidininkiniai plokšteliai yra įbrėžiami - gilūs grioveliai uždedami lazeriu. Čia pasiekiamas didesnis tikslumas nei naudojant deimantinį įrankį.

Griovelio gylis yra nuo 40 iki 125 mikronų, plotis - nuo 20 iki 40 mikronų, o apdorotos plokštės storis - nuo 150 iki 300 mikronų. Grioveliai gaminami iki 250 mm per sekundę greičiu. Gatavos produkcijos išeiga didesnė, santuokos mažesnė.

Lazerinis graviravimas ir žymėjimas

Šiandien beveik visur pramonėje naudojamas lazerinis graviravimas ir žymėjimas: piešinių, užrašų, pavyzdžių kodavimo, plokštelių, vardinių lentelių, meninių dekoracijų, suvenyrų, papuošalų, miniatiūrinių užrašų ant mažiausių ir pažeidžiamiausių gaminių uždėjimas - tapo įmanoma tik automatizuoto lazerio dėka. technologija.

Lazeris medicinoje

Neįmanoma pervertinti lazerių pritaikomumo šiuolaikinėje medicinoje. Akies tinklainei koaguliuoti naudojami chirurginiai lazeriai, skalpeliais lazeriu galima pjaustyti kūną, o kaulus suvirinti lazeriais. Anglies dioksido lazeris suvirina biologinius audinius.

Žinoma, kalbant apie mediciną, šia linkme mokslininkai kiekvienais metais turi tobulėti ir tobulėti, tobulinti tam tikrų lazerių naudojimo technologijas, kad būtų išvengta žalingo šalutinio poveikio netoliese esantiems audiniams. Taip atsitinka, kad lazeris užgydo vienoje vietoje, tačiau jis nedelsdamas turi destruktyvų poveikį kaimyniniam organui ar ląstelei, atsitiktinai patenkančiai po juo.

Papildomi įrankių rinkiniai, specialiai sukurti darbui su chirurginiu lazeriu, leido gydytojams sėkmingai atlikti virškinimo trakto, tulžies takų, blužnies, plaučių ir kepenų operacijas.

Tatuiruočių pašalinimas, regėjimo korekcija, ginekologija, urologija, laparoskopija, odontologija, smegenų ir stuburo navikų pašalinimas - visa tai šiandien įmanoma tik šiuolaikinių lazerių technologijų dėka.

Informacinės technologijos, dizainas, gyvenimas ir lazeris

CD, DVD, BD, holografija, lazeriniai spausdintuvai, brūkšninių kodų skaitytuvai, apsaugos sistemos (apsauginės užtvaros), šviesos šou, daugialypės terpės pristatymai, rodyklės ir kt. Įsivaizduokite, kaip atrodytų mūsų pasaulis, jei iš jo dingtų. lazeris ...