Lāzera praktiskais pielietojums

Lāzera izgudrojumu pamatoti var uzskatīt par vienu no nozīmīgākajiem 20. gadsimta atklājumiem. Pat šīs tehnoloģijas attīstības pašā sākumā viņi jau pravietoja pilnīgi universālu pielietojamību, jau no paša sākuma bija redzama izredze atrisināt dažādas problēmas, neskatoties uz to, ka daži uzdevumi tajā laikā pat nebija redzami pie horizonta.

Medicīna un astronautika, kodoltermiskā kodolsintēze un jaunākās ieroču sistēmas ir tikai dažas no jomām, kurās šodien veiksmīgi izmanto lāzeru. Redzēsim, kur lāzers atradis praktisku pielietojumu, un redzēsim šī brīnišķīgā izgudrojuma lieliskumu, kurš parādā tam ir parādījies vairākiem zinātniekiem.

Lāzera spektroskopija

Monohromatisku lāzera starojumu principā var iegūt ar jebkura viļņa garumu - gan pastāvīga noteiktas frekvences viļņa veidā, gan īsu impulsu veidā, kas ilgst līdz femtosekundēm. Koncentrējoties uz pētāmo paraugu, lāzera stars iziet nelineārus optiskos efektus, kas ļauj pētniekiem veikt spektroskopiju, mainot gaismas frekvenci, kā arī veikt saskaņotu procesu analīzi, kontrolējot lāzera stara polarizāciju.

Attāluma mērīšana līdz objektiem

Lāzera staru ir ļoti ērti novirzīt uz pētāmo objektu, pat ja šis objekts atrodas ļoti tālu, jo lāzera stara novirze ir ļoti maza. Tātad 2018. gadā eksperimenta ietvaros no Yunnan ķīniešu observatorijas uz Mēnesi tika novirzīts lāzera stars. Apollo 15 atstarotāji, kas jau bija uzstādīti uz Mēness virsmas, atspoguļoja staru atpakaļ uz Zemi, kur to saņēma observatorija.

Ir zināms, ka lāzera gaisma, tāpat kā jebkurš elektromagnētiskais vilnis, pārvietojas ar nemainīgu ātrumu - ar gaismas ātrumu. Staru pārejas laika mērījumi parādīja, ka attālums no observatorijas līdz Mēnesim intervālā no pulksten 21:25 līdz 22:31 Pekinas laikā 2018. gada 22. janvārī svārstījās no 385823,433 līdz 387119 600 kilometriem.

Lāzera diapazona meklētājs ne tik lieliem attālumiem kā attālums no Zemes līdz Mēnesim darbojas pēc līdzīga principa. Impulsu lāzers nosūta staru objektam, no kura starojums tiek atspoguļots. Starojuma detektors saņem atstarotu staru. Ņemot vērā laiku no starojuma sākuma līdz brīdim, kad detektors uztver atstaroto staru, kā arī gaismas ātrumu, ierīces elektronika aprēķina attālumu līdz objektam.

Adaptīvā optika un atmosfēras kropļojumu kompensācija

Ja caur teleskopu novērojat tālu astronomisku objektu no zemes, izrādās, ka atmosfēra rada noteiktus optiskus traucējumus šī objekta iegūtajā attēlā. Lai novērstu šos traucējumus, tiek izmantotas tā saucamās adaptīvās optikas metodes - tiek mērīti un kompensēti kropļojumi.

Lai sasniegtu šo mērķi, spēcīgs lāzera stars tiek virzīts uz novēroto objektu, kurš tāpat kā vienkārša gaisma izkliedējas atmosfērā, veidojot “mākslīgu zvaigzni”, gaisma, no kuras atpakaļceļā pie novērotāja piedzīvo tieši tādus pašus optiskos traucējumus augšējā daļā atmosfēras slāņi, kā arī novērotā astronomiskā objekta attēls.

Izkropļojumu informācija tiek apstrādāta un izmantota, lai kompensētu optiskos traucējumus, attiecīgi pielāgojot novērotā astronomiskā objekta attēlu. Tā rezultātā objekta attēls ir "tīrāks".

Bioķīmiskā un fotoķīmija

Bioķīmiskajos pētījumos par olbaltumvielu veidošanos un darbību ir noderīgi ultra frekvences lāzera impulsi femtosekundē.Šie impulsi ļauj iniciēt un pētīt ķīmiskās reakcijas ar lielu laika izšķirtspēju, lai atrastu un izpētītu pat zemu dzīvo ķīmisko savienojumu.

Mainot gaismas impulsa polarizāciju, zinātnieki var noteikt nepieciešamo ķīmiskās reakcijas virzienu, izvēloties no dažiem iespējamiem scenārijiem notikumu attīstībai strikti definētās reakcijas laikā.

Lāzera impulsa magnetizācija

Mūsdienās tiek veikti pētījumi par ultraātru izmaiņu iespējamību mediju magnetizācijā, izmantojot dažu femtosekundžu ilga ultrahesa lāzera impulsus. Jau tagad ir panākta sevišķi ātra demagnetizācija ar lāzeru 0,2 pikosekundēs, kā arī magnetizācijas optiskā vadība ar polarizācijas gaismu.

Lāzera dzesēšana

Agrīni lāzera dzesēšanas eksperimenti tika veikti ar joniem. Joni tika turēti ar elektromagnētisko lauku jonu slazdā, kur tos apgaismoja lāzera gaismas stars. Neelastīgas sadursmes ar fotoniem laikā joniem zuda enerģija, un tādējādi tika sasniegta ultraloka temperatūra.

Pēc tam tika atrasta praktiskāka cietvielu lāzera dzesēšanas metode - anti-Stokes dzesēšana, kas sastāv no sekojošās. Vidējās vides atoms, atrodoties stāvoklī tieši virs zemes stāvokļa (vibrāciju līmenī), tika uzbudināts ar enerģiju, kas ir nedaudz zem ierosinātā stāvokļa (vibrāciju līmenī), un, absorbējot fononu, atoms nonāca satrauktā stāvoklī. Tad atoms izstaroja fotonu, kura enerģija ir augstāka par sūkņa enerģiju, nonākot zemes stāvoklī.

Lāzeri kodolsintēzes uzņēmumos

Ar karstu plazmas turēšanas problēmu kodolreaktorā var arī atrisināt ar lāzeru. Neliels termiskās kodoldegvielas daudzums tiek apstarots no visām pusēm uz vairākām nanosekundēm ar jaudīgu lāzeru.

Mērķa virsma iztvaiko, kas rada milzīgu spiedienu uz degvielas iekšējiem slāņiem, tādējādi mērķim tiek novērota superstrong kompresija un sablīvēšanās, un noteiktā temperatūrā šādā sablīvētā vietā jau var notikt kodoltermiskās saplūšanas reakcijas. Sildīšana ir iespējama arī, izmantojot sevišķi jaudīgus femtosekundes lāzera impulsus.

Lāzera bāzes optiskie pincetes

Lāzera pincete ļauj manipulēt ar mikroskopiskiem dielektriskiem objektiem, izmantojot lāzera diodes gaismu: spēki tiek pielikti objektiem dažu nanonewtonu attālumā, un tiek izmērīti arī nelieli attālumi no vairākiem nanometriem. Šīs optiskās ierīces mūsdienās izmanto olbaltumvielu, to struktūras un darba izpētei.

Kaujas un aizsardzības lāzera ieroči

20. gadsimta otrās puses sākumā Padomju Savienībā jau tika izstrādāti lieljaudas lāzeri, kurus pretraķešu aizsardzības interesēs varēja izmantot kā ieročus, kas spēj trāpīt mērķos. 2009. gadā amerikāņi paziņoja par 100 kW mobilā cietvielu lāzera izveidi, kas teorētiski spēj trāpīt potenciālā ienaidnieka gaisa un zemes mērķos.

Lāzera redze

Neliels lāzera gaismas avots ir stingri piestiprināts pie šautenes vai pistoles stobra tā, lai tā stars būtu vērsts paralēli mucai. Mērķējot, šāvējs redz nelielu švīku uz mērķi, jo lāzera stars ir neliels.

Pārsvarā šādiem tēmēkļiem tiek izmantotas sarkanās lāzera diodes vai infrasarkanās lāzera diodes (tā, ka plankumu var redzēt tikai nakts redzamības ierīcē). Lai iegūtu lielāku kontrastu dienasgaismas apstākļos, tiek izmantoti lāzera tēmēkļi ar zaļām lāzera gaismas diodēm.

Militāra pretinieka krāpšanās

Nelielas jaudas lāzera stars ir vērsts uz ienaidnieka militāro aprīkojumu. Ienaidnieks atklāj šo faktu, uzskata, ka pret viņu ir vērsts kaut kāds ierocis, un ir spiests steidzami veikt pasākumus aizstāvēšanai, nevis sākt uzbrukumu.

Šāviņš ar lāzera vadību

Ir ērti izmantot lāzera stara atstarotu vietu, lai mērķētu uz lidojošu šāviņu, piemēram, no lidmašīnas paceltu raķeti. Lāzers no zemes vai no lidmašīnas apgaismo mērķi, un šāviņš pa to vada. Lāzeru parasti izmanto infrasarkano staru, jo to ir grūtāk noteikt.

Lāzera sacietēšana

Metāla virsmas laukumu karsē ar lāzeru līdz kritiskai temperatūrai, bet siltums siltumvadītspējas dēļ dziļi iekļūst izstrādājumā. Tiklīdz lāzera darbība tiek pārtraukta, produkts ātri atdziest, jo siltums iekļūst iekšā, kur sāk veidoties sacietēšanas struktūras, kas novērš ātru nodilumu produkta turpmākās lietošanas laikā.

Lāzera atkvēlināšana un rūdīšana

Rūdīšana ir termiskās apstrādes veids, kurā produkts vispirms tiek sasildīts līdz noteiktai temperatūrai, pēc tam noteiktu laiku turēts šajā temperatūrā, pēc tam to lēnām atdzesē līdz istabas temperatūrai.

Tas samazina metāla cietību, atvieglojot tā turpmāku mehānisko apstrādi, vienlaikus uzlabojot mikrostruktūru un panākot lielāku metāla vienmērīgumu, mazina iekšējos spriegumus. Lāzera atkvēlināšana ļauj šādā veidā apstrādāt sīkas metāla detaļas.

Atvaļinājumus veic, lai iegūtu lielāku elastību un samazinātu materiāla trauslumu, saglabājot pieņemamu tā stiprības līmeni detaļu savienojumos. Šim nolūkam produkts tiek karsēts ar lāzeru līdz temperatūrai no 150–260 ° C līdz 370–650 ° C, kam seko lēna atdzesēšana (dzesēšana).

Lāzera tīrīšana un virsmu attīrīšana

Šo tīrīšanas metodi izmanto virszemes piesārņotāju noņemšanai no objektiem, pieminekļiem, mākslas darbiem. Tīrīšanas līdzekļiem no radioaktīvā piesārņojuma un mikroelektronikas tīrīšanai. Šī tīrīšanas metode nesatur trūkumus, kas raksturīgi mehāniskai slīpēšanai, abrazīvai apstrādei, vibrācijas apstrādei utt.

Lāzera saplūšana un amorfizācija

Sagatavotās sakausējuma virsmas ātrgaitas amorfizācija ar skenēšanas staru vai īsu impulsu tiek panākta, pateicoties ātrai siltuma noņemšanai, kuras laikā kausējums sasalst, veidojas sava veida metāla stikls ar augstu cietību, izturību pret koroziju un magnētisko īpašību uzlabošanu. Sākumpārklājuma materiālu izvēlas tā, lai kopā ar galveno materiālu veidotu kompozīciju, kurai ir tendence uz amorfizāciju lāzera iedarbībā.

Lāzera sakausēšana un pārklāšana

Metāla virsmas leģēšana ar lāzeru palielina tā mikrocietību un nodilumizturību.

Lāzera seguma metode ļauj uzklāt nodilumizturīgus virsmas slāņus. To izmanto, atjaunojot augstas precizitātes detaļas, kuras izmanto paaugstināta nodiluma apstākļos, piemēram, piemēram, ICE vārstus un citas motora daļas. Šī metode ir augstāka par kvalitāti kā izsmidzināšana, jo šeit izveidojas monolīts slānis, kas saistīts ar pamatni.

Vakuuma lāzera izsmidzināšana

Vakuumā daļu materiāla iztvaicē ar lāzeru, pēc tam iztvaikošanas dati tiek kondensēti uz speciāla substrāta, kur kopā ar citiem izstrādājumiem tie veido materiālu ar nepieciešamo jauno ķīmisko sastāvu.

Lāzera metināšana

Daudzsološa rūpnieciskās metināšanas metode, izmantojot lieljaudas lāzerus, nodrošinot ļoti gludu, šauru un dziļu metinājumu. Atšķirībā no parastajām metināšanas metodēm, lāzera jauda tiek kontrolēta precīzāk, kas ļauj ļoti precīzi kontrolēt metinājuma dziļumu un citus parametrus. Metināšanas lāzers spēj metināt biezas detaļas lielā ātrumā, jums vienkārši jāpievieno jauda, ​​un termiskais efekts uz blakus esošajām vietām ir minimāls. Labāk tiek iegūts metinājums, kā arī jebkurš savienojums, kas iegūts ar šo metodi.

Lāzera griešana

Liela enerģijas koncentrācija fokusētā lāzera starā ļauj sagriezt gandrīz jebkuru zināmu materiālu, savukārt griezums ir šaurs un karstuma ietekmētā zona ir minimāla. Attiecīgi nav būtisku atlikušo celmu.

Lāzera skrīnings

Turpmākai sadalīšanai mazākos elementos pusvadītāju vafeles tiek uzrakstītas - ar lāzeru tiek uzliktas dziļas rievas. Šeit tiek sasniegta lielāka precizitāte nekā tad, ja tiek izmantots dimanta instruments.

Rievas dziļums ir no 40 līdz 125 mikroniem, platums ir no 20 līdz 40 mikroniem, ar apstrādātas plāksnes biezumu no 150 līdz 300 mikroniem. Rievas tiek ražotas ar ātrumu līdz 250 mm sekundē. Gatavo produktu izlaide ir lielāka, laulību ir mazāk.

Gravēšana ar lāzeru un marķēšana

Mūsdienās gandrīz visur nozarē tiek izmantota gravēšana ar lāzeru un marķēšana: zīmējumu zīmējumi, uzraksti, paraugu kodēšana, plāksnītes, datu plāksnītes, mākslinieciska noformēšana, suvenīri, rotaslietas, miniatūras uzraksti uz mazākajiem un trauslākajiem izstrādājumiem - kļuva iespējami tikai pateicoties automatizētam lāzeram tehnoloģija.

Lāzers medicīnā

Lāzeru pielietojamību mūsdienu medicīnā nav iespējams pārvērtēt. Acu saīsinātās tīklenes koagulācijai tiek izmantoti ķirurģiski lāzeri, ar lāzera skalpeli var sagriezt miesu un ar lāzeriem metināt kaulus. Oglekļa dioksīda lāzers metina bioloģiskos audus.

Protams, attiecībā uz medicīnu šajā virzienā zinātniekiem katru gadu ir jāuzlabo un jāuzlabo, jāuzlabo noteiktu lāzeru izmantošanas tehnoloģija, lai izvairītos no kaitīgām blakusparādībām audiem, kas atrodas tuvumā. Dažreiz gadās, ka lāzers dziedē vienu vietu, bet tas nekavējoties iznīcina kaimiņu orgānu vai šūnu, kas nejauši nonāk zem tā.

Papildu instrumentu komplekti, kas īpaši izstrādāti darbam kopā ar ķirurģisku lāzeru, ļāva ārstiem gūt panākumus kuņģa-zarnu trakta ķirurģijā, žults ceļu, liesas, plaušu un aknu ķirurģijā.

Tetovēšanas noņemšana, redzes korekcija, ginekoloģija, uroloģija, laparoskopija, zobārstniecība, smadzeņu un mugurkaula audzēju noņemšana - tas viss šodien ir iespējams tikai pateicoties mūsdienu lāzera tehnoloģijai.

Informācijas tehnoloģija, dizains, dzīve un lāzers

CD, DVD, BD, hologrāfija, lāzerprinteri, svītrkodu lasītāji, drošības sistēmas (drošības barjeras), gaismas šovi, multimediju prezentācijas, norādes utt. Iedomājieties tikai, kā mūsu pasaule izskatītos, ja no tās pazustu lāzers ...