Den praktiske bruken av lasere

Oppfinnelsen av laseren kan med rette betraktes som en av de viktigste funnene i det 20. århundre. Selv helt i begynnelsen av utviklingen av denne teknologien, ble hun allerede profetert om en fullstendig allsidig anvendbarhet, helt fra begynnelsen av var utsiktene til å løse en rekke problemer synlige, til tross for at noen oppgaver ikke engang var synlige i horisonten på den tiden.

Medisin og astronautikk, termonukleær fusjon og de nyeste våpensystemene er bare noen av områdene som laseren brukes med suksess i dag. La oss se hvor laseren fant praktisk anvendelse, og se storheten ved denne fantastiske oppfinnelsen, som skylder en rekke forskere.

Laserspektroskopi

Monokromatisk laserstråling kan i prinsippet oppnås med en hvilken som helst bølgelengde, både i form av en kontinuerlig bølge med en viss frekvens og i form av korte pulser, som varer opp til brøkdeler av et femtosekund. Med fokus på prøven som er undersøkt gjennomgår laserstrålen ikke-lineære optiske effekter, noe som gjør det mulig for forskere å utføre spektroskopi ved å endre lysfrekvensen, samt foreta en sammenhengende analyse av prosesser ved å kontrollere polarisasjonen av laserstrålen.

Måling avstander til objekter

Laserstrålen er veldig praktisk å rette til objektet som studeres, selv om dette objektet er veldig langt borte, fordi divergensen til laserstrålen er veldig liten. Så i 2018, som en del av et eksperiment, ble en laserstråle dirigert fra Yunnan Chinese Observatory til månen. Apollo 15-reflektorene, som allerede var installert på månens overflate, reflekterte strålen tilbake til Jorden, der den ble mottatt av observatoriet.

Det er kjent at laserlys, som enhver elektromagnetisk bølge, beveger seg med konstant hastighet - med lysets hastighet. Målinger av strålegjennomgangstiden viste at avstanden fra observatoriet til månen, i intervallet fra 21:25 til 22:31 Beijing-tid 22. januar 2018, varierte fra 385823,433 til 387119,600 kilometer.

Laser rekkeviddersøkeren, for ikke så store avstander som avstanden fra jorden til månen, fungerer etter et lignende prinsipp. En pulserende laser sender en stråle til et objekt som strålen reflekteres fra. Strålingsdetektoren mottar en reflektert stråle. Når man tar hensyn til tiden mellom starten av stråling og øyeblikket da detektoren fanget den reflekterte strålen, samt lysets hastighet, beregner elektronikken til enheten avstanden til objektet.

Adaptiv optikk og atmosfærisk forvrengningskompensasjon

Hvis du observerer en fjern astronomisk gjenstand fra jorden gjennom et teleskop, viser det seg at atmosfæren introduserer visse optiske forvrengninger i det resulterende bildet av dette objektet. For å fjerne disse forvrengningene, brukes metoder for den såkalte adaptive optikken - forvrengninger måles og kompenseres.

For å oppnå dette målet, rettes en kraftig laserstråle mot det observerte objektet, som i likhet med enkelt lys gjennomgår spredning i atmosfæren og danner en "kunstig stjerne", lyset som, fra vei tilbake til observatøren, opplever nøyaktig de samme optiske forvrengningene i den øvre atmosfæriske lag, så vel som bildet av den observerte astronomiske gjenstanden.

Informasjon om forvrengning blir behandlet og brukt for å kompensere for optisk forvrengning ved å justere bildet av det observerte astronomiske objektet på riktig måte. Som et resultat er bildet av objektet mer "rent".

Bio og fotokjemi

I biokjemiske studier om dannelse og funksjon av proteiner er ultrashort-laserpulser med femtosekunders varighet nyttige.Disse pulsene gjør det mulig å sette i gang og studere kjemiske reaksjoner med høy tidsoppløsning for å finne og studere selv lavlevende kjemiske forbindelser.

Ved å endre polarisering av lyspulsen, kan forskere stille inn den nødvendige retningen på den kjemiske reaksjonen, ved å velge fra noen få mulige scenarier for utvikling av hendelser under reaksjonen strengt definert.

Laserpulsmagnetisering

I dag forskes det på muligheten for ultra raske endringer i magnetiseringen av media ved bruk av ultrashort-laserpulser av noen få femtosekunders varighet. Allerede nå oppnådd ultrahurtig demagnetisering med en laser på 0,2 pikosekunder, så vel som optisk kontroll av magnetisering ved å polarisere lys.

Laserkjøling

Tidlige laseravkjølingseksperimenter ble utført med ioner. Joner ble holdt av et elektromagnetisk felt i en ionefelle, hvor de ble opplyst av en laserstråle. I prosessen med uelastiske kollisjoner med fotoner mistet ioner energi, og dermed ble ultralowstemperaturer nådd.

Etter det ble det funnet en mer praktisk metode for laseravkjøling av faste stoffer - anti-Stokes kjøling, som består av følgende. Et atom i mediet, som befinner seg i en tilstand like over grunntilstanden (på vibrasjonsnivå), ble begeistret til energi rett under den eksiterte tilstanden (på vibrasjonsnivået), og når absorbert fononet gikk atomet over i den eksiterte tilstanden. Så sendte atomet ut et foton hvis energi er høyere enn pumpenergien, og passerer i grunntilstanden.

Lasere i fusjonsanlegg

Problemet med å holde oppvarmet plasma inne i en termonukleær reaktor kan også løses med en laser. Et lite volum termonukleært drivstoff bestråles fra alle sider i flere nanosekunder med en kraftig laser.

Måloverflaten fordamper, noe som fører til et enormt trykk på de indre lagene av brennstoffet, og målet opplever dermed ekstrem kompresjon og komprimering, og ved en viss temperatur kan det allerede oppstå termonukleære fusjonsreaksjoner i et så komprimert mål. Oppvarming er også mulig ved hjelp av ultra-kraftige femtosekund laserpulser.

Laserbasert optisk pinsett

Laserpincett gjør det mulig å manipulere mikroskopiske dielektriske gjenstander ved bruk av lys fra en laserdiode: krefter påføres objekter i noen få nanonewtons, og små avstander fra flere nanometer måles også. Disse optiske enhetene brukes i dag i studiet av proteiner, deres struktur og arbeid.

Kamp og defensive laservåpen

På begynnelsen av andre halvdel av 1900-tallet var det allerede utviklet lasere med høy kraft i Sovjetunionen som kunne brukes som våpen som kan treffe mål av hensyn til missilforsvaret. I 2009 kunngjorde amerikanerne etableringen av en 100 kW mobil solid-state laser, teoretisk i stand til å treffe luft- og bakkemål mot en potensiell fiende.

Lasersikt

En liten laserlyskilde er stivt festet til tønnen til en rifle eller pistol slik at bjelken er rettet parallelt med tønden. Når du sikter, ser skytteren en liten flekk på målet på grunn av den lille divergensen i laserstrålen.

For slike severdigheter brukes røde laserdioder eller infrarøde laserdioder (slik at stedet bare kan sees i nattsynsenheten). For større kontrast i dagslys, brukes lasersyn med grønne laser-LED.

Å lure en militær motstander

En laserstråle med lav effekt er rettet mot fiendens militære utstyr. Fienden oppdager dette faktum, mener at et slags våpen er rettet mot ham, og blir tvunget til å iverksette tiltak for å forsvare i stedet for å sette i gang et angrep.

Laserstyrt prosjektil

Det er praktisk å bruke et reflektert sted på en laserstråle for å sikte et flygende prosjektil, for eksempel en rakett som er skutt ut fra et fly. En laser fra bakken eller fra et fly lyser opp målet, og prosjektilet blir styrt av det. Laseren brukes ofte infrarød, da den er vanskeligere å oppdage.

Laserherding

Overflatearealet til metallet varmes opp med en laser til en kritisk temperatur, mens varmen trenger dypt inn i produktet på grunn av dets termiske ledningsevne. Så snart laservirkningen opphører, avkjøles produktet raskt på grunn av inntrengning av varme inne, der herdingskonstruksjoner begynner å dannes, som forhindrer rask slitasje ved fremtidig bruk av produktet.

Laserglødning og temperering

Annealing er en type varmebehandling der produktet først varmes opp til en viss temperatur, deretter holdes i en viss tid ved denne temperaturen, deretter avkjøles det sakte til romtemperatur.

Dette reduserer hardheten til metallet, letter dets ytterligere mekaniske prosessering, samtidig som mikrostrukturen forbedres og oppnås større ensartethet av metallet, lindrer indre belastninger. Laserglødning lar deg behandle små metalldeler på denne måten.

Ferie blir utført for å oppnå høyere duktilitet og redusere sprøheten av materialet mens det opprettholdes et akseptabelt nivå av styrke ved leddene til delene. For dette varmes produktet opp til en temperatur fra 150-260 ° C til 370–650 ° C, etterfulgt av langsom avkjøling (avkjøling).

Laserrensing og dekontaminering av overflater

Denne rengjøringsmetoden brukes til å fjerne overflateforurensninger fra gjenstander, monumenter, kunstverk. For rengjøringsprodukter fra radioaktiv forurensning og for rengjøring av mikroelektronikk. Denne rengjøringsmetoden er fri for ulempene som ligger i mekanisk sliping, slipende prosessering, vibrasjonsbehandling, etc.

Laserfusjon og amorfisering

Høyhastighetsamorfisering av den forberedte legeringsoverflaten med en skannestråle eller en kort puls oppnås på grunn av den raske varmefjerningen, hvor smelten fryser, et slags metallglass med høy hardhet, korrosjonsbestandighet og forbedring av magnetiske egenskaper dannes. Forbelegningsmaterialet er valgt slik at det sammen med hovedmaterialet danner en sammensetning som er utsatt for amorfisering under virkning av en laser.

Laserlegering og overflatebehandling

Legering av en metalloverflate med en laser øker dens mikrohardhet og slitestyrke.

Metoden for laseroverflater lar deg bruke slitesterke overflatelag. Det brukes til restaurering av deler med høy presisjon som brukes i forhold til økt slitasje, for eksempel ICE-ventiler og andre motordeler. Denne metoden er overlegen i forhold til sputtering fordi det her dannes et monolitisk lag assosiert med basen.

Vakuumlasersprøyting

I vakuum fordampes en del av materialet med en laser, deretter kondenseres fordampningsdataene på et spesielt underlag, hvor de med andre produkter danner et materiale med den nødvendige nye kjemiske sammensetningen.

Lasersveising

En lovende metode for industriell sveising ved hjelp av lasere med høy effekt, noe som gir en veldig jevn, smal og dyp sveis. I motsetning til konvensjonelle sveisemetoder styres laserkraften mer nøyaktig, noe som gjør at du veldig nøyaktig kan kontrollere dybden og andre parametere for sveisen. En sveiselaser er i stand til å sveise tykke deler med høy hastighet, du trenger bare å legge til strøm, og den termiske effekten på tilstøtende områder er minimal. Sveisen oppnås bedre, så vel som enhver tilkobling oppnådd ved denne metoden.

Laserskjæring

En høy konsentrasjon av energi i den fokuserte laserstrålen gjør det mulig å kutte nesten hvilket som helst kjent materiale, mens kuttet er smalt og den varmepåvirkede sonen er minimal. Følgelig er det ingen signifikante restestammer.

Laserskrift

For påfølgende separasjon i mindre elementer skrives halvlederwafers - dype spor påføres med en laser. Her oppnås en høyere nøyaktighet enn når du bruker et diamantverktøy.

Spordybden er fra 40 til 125 mikron, bredden er fra 20 til 40 mikron, med tykkelsen på den behandlede platen fra 150 til 300 mikron. Sporene produseres i hastigheter opptil 250 mm per sekund. Produksjonen av ferdige produkter er større, ekteskapet er mindre.

Lasergravering og merking

Nesten overalt i bransjen brukes i dag lasergravering og merking: tegningstegninger, inskripsjoner, koding av prøver, plater, navneplater, kunstnerisk dekorasjon, suvenirer, smykker, miniatyrinskripsjoner på de minste og mest skjøre produktene - ble mulig bare takket være automatisert laser teknologi.

Laser i medisin

Det er umulig å overvurdere anvendeligheten av lasere i moderne medisin. Kirurgiske lasere brukes til å koagulere den eksfolierte netthinnen i øyet, laserskalpeller lar deg kutte kjøtt og sveise bein med lasere. En karbondioksidlaser sveiser biologisk vev.

Naturligvis må forskere i denne retningen forbedre og foredle hvert år, forbedre teknologien for å bruke visse lasere for å unngå skadelige bivirkninger på vevet i nærheten. Det hender at en laser helbreder ett sted, men det har umiddelbart en ødeleggende effekt på et naboeorgan eller en celle som tilfeldigvis faller under den.

Ytterligere verktøysett, spesielt designet for å arbeide sammen med en kirurgisk laser, gjorde det mulig for leger å lykkes med gastrointestinal kirurgi, kirurgi i galleveiene, milten, lungene og leveren.

Tatoveringsfjerning, synskorreksjon, gynekologi, urologi, laparoskopi, tannbehandling, fjerning av hjernesvulster og ryggmargsvulster - alt dette er mulig i dag bare takket være moderne laserteknologi.

Informasjonsteknologi, design, liv og laser

CD, DVD, BD, holografi, laserskrivere, strekkodelesere, sikkerhetssystemer (sikkerhetsbarrierer), lysshow, multimediapresentasjoner, pekere, osv. Bare forestill deg hvordan verden vår ville sett ut hvis den forsvant fra den laseren ...