Η πρακτική εφαρμογή των λέιζερ

Η εφεύρεση του λέιζερ μπορεί δικαίως να θεωρηθεί μία από τις σημαντικότερες ανακαλύψεις του 20ού αιώνα. Ακόμη και στην αρχή της ανάπτυξης αυτής της τεχνολογίας, προφήτευαν ήδη μια πλήρως ευπροσάρμοστη δυνατότητα εφαρμογής, από την αρχή η προοπτική επίλυσης ποικίλων προβλημάτων ήταν ορατή, παρά το γεγονός ότι ορισμένα καθήκοντα δεν ήταν καν ορατά στον ορίζοντα εκείνη την εποχή.

Η ιατρική και η αστροναυτική, η θερμοπυρηνική σύντηξη και τα τελευταία συστήματα όπλων είναι μερικές μόνο από τις περιοχές στις οποίες χρησιμοποιείται το λέιζερ σήμερα με επιτυχία. Ας δούμε πού βρήκε το λέιζερ πρακτική εφαρμογή και δείτε το μεγαλείο αυτής της θαυμάσιας εφεύρεσης, η οποία οφείλει την εμφάνισή της σε διάφορους επιστήμονες.

Φασματοσκοπία λέιζερ

Η μονοχρωματική ακτινοβολία λέιζερ μπορεί να ληφθεί κατ 'αρχήν με οποιοδήποτε μήκος κύματος, και υπό τη μορφή συνεχούς κύματος ορισμένης συχνότητας και υπό τη μορφή βραχέων παλμών, που διαρκεί μέχρι τα κλάσματα ενός femtosecond. Εστιάζοντας στο δείγμα υπό μελέτη, η ακτίνα λέιζερ υφίσταται μη γραμμικά οπτικά αποτελέσματα, τα οποία επιτρέπουν στους ερευνητές να πραγματοποιούν φασματοσκοπία μεταβάλλοντας τη συχνότητα του φωτός, καθώς και διεξάγοντας συνεκτική ανάλυση των διεργασιών ελέγχοντας την πόλωση της ακτίνας λέιζερ.

Μέτρηση αποστάσεων σε αντικείμενα

Η δέσμη λέιζερ είναι πολύ βολική για να κατευθύνει στο υπό μελέτη αντικείμενο, ακόμη και αν αυτό το αντικείμενο είναι πολύ μακριά, επειδή η απόκλιση της ακτίνας λέιζερ είναι πολύ μικρή. Έτσι, το 2018, ως μέρος ενός πειράματος, μια δέσμη λέιζερ κατευθύνθηκε από το κινεζικό παρατηρητήριο του Yunnan στο φεγγάρι. Οι ανακλαστήρες Apollo 15, οι οποίοι ήταν ήδη εγκατεστημένοι στην επιφάνεια του σεληνιακού χώρου, αντανακλούσαν την ακτίνα πίσω στη Γη, όπου παραλήφθηκαν από το παρατηρητήριο.

Είναι γνωστό ότι το φως λέιζερ, όπως οποιοδήποτε ηλεκτρομαγνητικό κύμα, κινείται με σταθερή ταχύτητα - με την ταχύτητα του φωτός. Μετρήσεις του χρόνου διέλευσης της δέσμης έδειξαν ότι η απόσταση από το παρατηρητήριο έως το φεγγάρι, στο χρονικό διάστημα από 21:25 έως 22:31 ώρα Πεκίνου στις 22 Ιανουαρίου 2018, κυμαίνεται από 385823.433 έως 387119.600 χιλιόμετρα.

Ο ανιχνευτής εύρους λέιζερ, για όχι τόσο μεγάλες αποστάσεις όπως η απόσταση από τη Γη έως τη Σελήνη, λειτουργεί με παρόμοια αρχή. Ένα παλλόμενο λέιζερ στέλνει δέσμη σε ένα αντικείμενο από το οποίο ανακλάται η δέσμη. Ο ανιχνευτής ακτινοβολίας λαμβάνει μια ανακλώμενη δέσμη. Λαμβάνοντας υπόψη το χρόνο μεταξύ της έναρξης της ακτινοβολίας και της στιγμής κατά την οποία ο ανιχνευτής πιάστηκε η ανακλώμενη δέσμη, καθώς και η ταχύτητα του φωτός, τα ηλεκτρονικά της συσκευής υπολογίζουν την απόσταση από το αντικείμενο.

Προσαρμοσμένη οπτική και αντιστάθμιση ατμοσφαιρικής παραμόρφωσης

Αν παρατηρήσετε ένα απομακρυσμένο αστρονομικό αντικείμενο από τη γη μέσω ενός τηλεσκοπίου, αποδεικνύεται ότι η ατμόσφαιρα εισάγει ορισμένες οπτικές παραμορφώσεις στην προκύπτουσα εικόνα αυτού του αντικειμένου. Προκειμένου να εξαλειφθούν αυτές οι παραμορφώσεις, χρησιμοποιούνται μέθοδοι των αποκαλούμενων προσαρμοστικών οπτικών - οι παραμορφώσεις μετριούνται και αντισταθμίζονται.

Για να επιτευχθεί αυτός ο στόχος, μια ισχυρή δέσμη λέιζερ κατευθύνεται προς το παρατηρούμενο αντικείμενο, το οποίο, όπως και το απλό φως, υφίσταται διασκορπισμό στην ατμόσφαιρα, σχηματίζοντας ένα «τεχνητό αστέρι», το φως από το οποίο, στο δρόμο προς τον παρατηρητή, βιώνει ακριβώς τις ίδιες οπτικές στρεβλώσεις στο άνω τις ατμοσφαιρικές στρώσεις, καθώς και την εικόνα του παρατηρούμενου αστρονομικού αντικειμένου.

Οι πληροφορίες παραμόρφωσης επεξεργάζονται και χρησιμοποιούνται για την αντιστάθμιση της οπτικής παραμόρφωσης προσαρμόζοντας κατάλληλα την εικόνα του παρατηρούμενου αστρονομικού αντικειμένου. Ως αποτέλεσμα, η εικόνα του αντικειμένου είναι πιο «καθαρή».

Bio και φωτοχημεία

Σε βιοχημικές μελέτες σχετικά με το σχηματισμό και τη λειτουργία πρωτεϊνών, ωφέλιμοι παλμοί λέιζερ ultrashort με διάρκεια femtosecond.Αυτοί οι παλμοί καθιστούν δυνατή την εκκίνηση και τη μελέτη χημικών αντιδράσεων με υψηλή χρονική ανάλυση, προκειμένου να βρεθούν και να μελετηθούν ακόμη και χαμηλές ζώνες χημικές ενώσεις.

Με την αλλαγή της πόλωσης του ελαφρού παλμού, οι επιστήμονες μπορούν να καθορίσουν την απαραίτητη κατεύθυνση της χημικής αντίδρασης, επιλέγοντας από μερικά πιθανά σενάρια για την ανάπτυξη γεγονότων κατά τη διάρκεια της αντίδρασης που ορίζονται αυστηρά.

Μαγνητοποίηση παλμών με λέιζερ

Σήμερα, διεξάγεται έρευνα σχετικά με την πιθανότητα εξαιρετικά γρήγορων αλλαγών στη μαγνήτιση των μέσων με τη χρήση υπέρυθρων παλμών λέιζερ διάρκειας λίγων femtosecond. Ήδη τώρα επιτυγχάνεται υπερφυσική απομαγνητισμός από ένα λέιζερ σε 0,2 picoseconds, καθώς και οπτικό έλεγχο μαγνήτισης με πολωτικό φως.

Ψύξη με λέιζερ

Αρχικά πειράματα ψύξης με λέιζερ διεξήχθησαν με ιόντα. Τα ιόντα κρατήθηκαν από ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο σε μια παγίδα ιόντων, όπου φωτίστηκαν από ακτίνα λέιζερ. Στη διαδικασία των ανελαστικών συγκρούσεων με τα φωτόνια, τα ιόντα έχασαν ενέργεια και έτσι επιτεύχθηκαν θερμοκρασίες υπεριώδους.

Μετά από αυτό, βρέθηκε μια πιο πρακτική μέθοδος ψύξης με λέιζερ στερεών - ψύξης αντι-Stokes, η οποία συνίσταται στα ακόλουθα. Ένα άτομο του μέσου, που βρίσκεται σε κατάσταση λίγο πάνω από την κατάσταση του εδάφους (στο δονητικό επίπεδο), ήταν ενθουσιασμένη με μια ενέργεια ελαφρώς κάτω από την διεγερμένη κατάσταση (στο δονητικό επίπεδο), και, απορροφώντας το φωνόνιο, το άτομο πέρασε στην κατάσταση διεγέρσεως. Στη συνέχεια, το άτομο εκπέμπει ένα φωτόνιο του οποίου η ενέργεια είναι υψηλότερη από την ενέργεια της αντλίας, περνώντας στην κατάσταση του εδάφους.

Λέιζερ σε εγκαταστάσεις σύντηξης

Το πρόβλημα της κατοχής θερμαινόμενου πλάσματος μέσα σε ένα θερμοπυρηνικό αντιδραστήρα μπορεί επίσης να λυθεί με ένα λέιζερ. Ένας μικρός όγκος θερμοπυρηνικού καυσίμου ακτινοβολείται από όλες τις πλευρές για αρκετά νανοδευτερόλεπτα από ένα ισχυρό λέιζερ.

Η επιφάνεια-στόχος εξατμίζεται, η οποία οδηγεί σε τεράστια πίεση στα εσωτερικά στρώματα του καυσίμου, οπότε ο στόχος βιώνει υπερβολική συμπίεση και συμπίεση και σε ορισμένες θερμοκρασιακές αντιδράσεις θερμοπυρηνικής σύντηξης μπορούν ήδη να εμφανιστούν σε έναν τέτοιο συμπιεσμένο στόχο. Η θέρμανση είναι επίσης δυνατή με εξαιρετικά ισχυρούς παλμούς λέιζερ femtosecond.

Οπτικές λαβίδες με βάση το λέιζερ

Τα τσιμπιδάκια λέιζερ δίνουν τη δυνατότητα χειρισμού μικροσκοπικών διηλεκτρικών αντικειμένων χρησιμοποιώντας φως από μια δίοδο λέιζερ: οι δυνάμεις εφαρμόζονται σε αντικείμενα μέσα σε μερικά nanonewtons, και μετριούνται και μικροσκοπικές αποστάσεις από αρκετά νανόμετρα. Αυτές οι οπτικές συσκευές χρησιμοποιούνται σήμερα στη μελέτη των πρωτεϊνών, της δομής και της εργασίας τους.

Μαχητικά και αμυντικά όπλα λέιζερ

Στις αρχές του δεύτερου μισού του 20ού αιώνα, είχαν ήδη αναπτυχθεί στην Σοβιετική Ένωση λέιζερ υψηλής ισχύος που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως όπλα ικανά να χτυπήσουν στόχους προς όφελος της πυραυλικής άμυνας. Το 2009, οι Αμερικανοί ανακοίνωσαν τη δημιουργία κινητού λέιζερ στερεάς κατάστασης 100 kW, θεωρητικά ικανό να χτυπήσει εναέρια και γήινα αντικείμενα ενός δυνητικού εχθρού.

Laser θέα

Μια μικρή πηγή φωτός λέιζερ συνδέεται άκαμπτα με το κάνιστρο ενός τουφέκι ή πιστόλι, έτσι ώστε η δέσμη του να κατευθύνεται παράλληλα προς το βαρέλι. Όταν στοχεύει, ο σκοπευτής βλέπει ένα μικρό στίγμα στο στόχο λόγω της μικρής απόκλισης της δέσμης λέιζερ.

Κυρίως για τέτοια αξιοθέατα, χρησιμοποιούνται κόκκινες δίοδοι λέιζερ ή υπέρυθρες διόδους λέιζερ (έτσι ώστε το σημείο να μπορεί να δει μόνο στη συσκευή νυχτερινής όρασης). Για μεγαλύτερη αντίθεση στις συνθήκες ημέρας, χρησιμοποιούνται λέιζερ με πράσινες λυχνίες LED λέιζερ.

Εξαπάτηση ενός στρατιωτικού αντιπάλου

Μία δέσμη λέιζερ χαμηλής ισχύος κατευθύνεται προς τον στρατιωτικό εξοπλισμό του εχθρού. Ο εχθρός ανακαλύπτει αυτό το γεγονός, πιστεύει ότι κάποιο όπλο του απευθύνεται σε αυτόν και αναγκάζεται να λάβει επειγόντως μέτρα για να υπερασπιστεί αντί να ξεκινήσει μια επίθεση.

Στόχευση με λέιζερ

Είναι βολικό να χρησιμοποιείτε ένα ανακλώμενο σημείο μιας δέσμης λέιζερ για να στοχεύσετε ένα ιπτάμενο βλήμα, όπως ένας πυραύλος που εκτοξεύεται από ένα αεροπλάνο. Ένα λέιζερ από το έδαφος ή από ένα αεροπλάνο φωτίζει τον στόχο και το βλήμα κατευθύνεται από αυτό. Το λέιζερ χρησιμοποιείται συνήθως υπέρυθρη, καθώς είναι πιο δύσκολο να εντοπιστεί.

Σκλήρυνση με λέιζερ

Η επιφάνεια του μετάλλου θερμαίνεται από λέιζερ σε κρίσιμη θερμοκρασία, ενώ η θερμότητα διεισδύει βαθιά μέσα στο προϊόν λόγω της θερμικής αγωγιμότητάς του. Μόλις σταματήσει η δράση του λέιζερ, το προϊόν ψύχεται γρήγορα λόγω της διείσδυσης της εσωτερικής θερμότητας, όπου αρχίζουν να σχηματίζονται δομές σκλήρυνσης, οι οποίες αποτρέπουν την ταχεία φθορά κατά τη μελλοντική χρήση του προϊόντος.

Ανόπτηση και σκλήρυνση με λέιζερ

Η ανόπτηση είναι ένας τύπος θερμικής επεξεργασίας στην οποία το προϊόν αρχικά θερμαίνεται σε ορισμένη θερμοκρασία, στη συνέχεια διατηρείται για ορισμένο χρόνο σε αυτή τη θερμοκρασία, στη συνέχεια ψύχεται αργά σε θερμοκρασία δωματίου.

Αυτό μειώνει τη σκληρότητα του μετάλλου, διευκολύνοντας την περαιτέρω μηχανική του επεξεργασία, βελτιώνοντας τη μικροδομή και επιτυγχάνοντας μεγαλύτερη ομοιομορφία του μετάλλου, ανακουφίζει από τις εσωτερικές καταπονήσεις. Η ανόπτηση λέιζερ σάς επιτρέπει να επεξεργάζεστε μικρά μεταλλικά μέρη με αυτόν τον τρόπο.

Οι διακοπές πραγματοποιούνται προκειμένου να επιτευχθεί μεγαλύτερη ολκιμότητα και να μειωθεί η ευθραυστότητα του υλικού διατηρώντας ένα αποδεκτό επίπεδο αντοχής στις αρθρώσεις των τμημάτων. Για το σκοπό αυτό, το προϊόν θερμαίνεται με λέιζερ σε θερμοκρασία 150-260 ° C έως 370-650 ° C, ακολουθούμενη από αργή ψύξη (ψύξη).

Καθαρισμός με λέιζερ και απολύμανση επιφανειών

Αυτή η μέθοδος καθαρισμού χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση επιφανειακών ρύπων από αντικείμενα, μνημεία, έργα τέχνης. Για τον καθαρισμό προϊόντων από ραδιενεργό μόλυνση και τον καθαρισμό της μικροηλεκτρονικής. Αυτή η μέθοδος καθαρισμού είναι απαλλαγμένη από τα μειονεκτήματα της μηχανικής λείανσης, της λειαντικής επεξεργασίας, της επεξεργασίας των κραδασμών κλπ.

Συγκόλληση με λέιζερ και αποσύνθεση

Υψηλής ταχύτητας αμορτισμός της προετοιμασμένης επιφάνειας κράματος με δέσμη σάρωσης ή βραχύ παλμό επιτυγχάνεται λόγω της γρήγορης απομάκρυνσης της θερμότητας κατά τη διάρκεια της οποίας παγώνει το τήγμα, σχηματίζοντας ένα είδος μεταλλικού γυαλιού με υψηλή σκληρότητα, αντίσταση στη διάβρωση και βελτίωση των μαγνητικών χαρακτηριστικών. Το υλικό προεπικαλύψεως επιλέγεται έτσι ώστε μαζί με το κύριο υλικό να σχηματίζει μία σύνθεση επιρρεπή σε αμόρφωσιν υπό την επενέργεια ενός λέιζερ.

Λέιζερ και επικάλυψη με λέιζερ

Το κράμα μιας μεταλλικής επιφάνειας με ένα λέιζερ αυξάνει την μικροσυστοιχία και την αντοχή στη φθορά.

Η μέθοδος της επίστρωσης με λέιζερ σας επιτρέπει να εφαρμόσετε ανθεκτικά στη φθορά επιφανειακά στρώματα. Χρησιμοποιείται για την αποκατάσταση εξαρτημάτων υψηλής ακρίβειας που χρησιμοποιούνται σε συνθήκες αυξημένης φθοράς, όπως π.χ. βαλβίδες ICE και άλλα μέρη κινητήρα. Αυτή η μέθοδος είναι ανώτερη σε ποιότητα από το ψεκασμό επειδή σχηματίζεται ένα μονολιθικό στρώμα που σχετίζεται με τη βάση.

Ψεκασμός με λέιζερ κενού

Στο κενό, ένα μέρος του υλικού εξατμίζεται από ένα λέιζερ, τότε τα δεδομένα εξάτμισης συμπυκνώνονται σε ένα ειδικό υπόστρωμα, όπου μαζί με άλλα προϊόντα σχηματίζουν ένα υλικό με την απαραίτητη νέα χημική σύνθεση.

Συγκολλήσεις λέιζερ

Μια πολλά υποσχόμενη μέθοδος βιομηχανικής συγκόλλησης χρησιμοποιώντας λέιζερ υψηλής ισχύος, δίνοντας μια πολύ ομαλή, στενή και βαθιά συγκόλληση. Σε αντίθεση με τις συμβατικές μεθόδους συγκόλλησης, η ισχύς του λέιζερ ελέγχεται με μεγαλύτερη ακρίβεια, πράγμα που σας επιτρέπει να ελέγχετε πολύ με ακρίβεια το βάθος και άλλες παραμέτρους της συγκόλλησης. Ένα λέιζερ συγκόλλησης είναι σε θέση να συγκολλήσει τα παχιά μέρη σε υψηλή ταχύτητα, απλά πρέπει να προσθέσετε ενέργεια, και η θερμική επίδραση στις γειτονικές περιοχές είναι ελάχιστη. Η συγκόλληση επιτυγχάνεται καλύτερα, καθώς και κάθε σύνδεση που επιτυγχάνεται με αυτή τη μέθοδο.

Κοπή λέιζερ

Η υψηλή συγκέντρωση ενέργειας στην εστιασμένη δέσμη λέιζερ καθιστά δυνατή την αποκοπή σχεδόν οποιουδήποτε γνωστού υλικού, ενώ η τομή είναι στενή και η ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα είναι ελάχιστη. Συνεπώς, δεν υπάρχουν σημαντικά υπολειπόμενα στελέχη.

Σχεδίαση με λέιζερ

Για τον επακόλουθο διαχωρισμό σε μικρότερα στοιχεία, οι δίσκοι ημιαγωγών περιγράφονται - οι βαθιές αυλακώσεις εφαρμόζονται με ένα λέιζερ. Εδώ, επιτυγχάνεται μεγαλύτερη ακρίβεια από ό, τι όταν χρησιμοποιείτε ένα εργαλείο διαμαντιών.

Το βάθος της αύλακας είναι από 40 έως 125 μικρά, το πλάτος είναι από 20 έως 40 μικρά, με πάχος της επεξεργασμένης πλάκας από 150 έως 300 μικρά. Οι αυλακώσεις κατασκευάζονται σε ταχύτητες μέχρι 250 mm ανά δευτερόλεπτο. Η παραγωγή τελικών προϊόντων είναι μεγαλύτερη, ο γάμος είναι μικρότερος.

Χαρακτική και σήμανση με λέιζερ

Σχεδόν παντού στον κλάδο χρησιμοποιείται σήμερα χάραξη και σήμανση με λέιζερ: η εφαρμογή σχεδίων, επιγραφών, κωδικοποίησης δειγμάτων, πινακίδων, πινακίδων, καλλιτεχνικής διακόσμησης, αναμνηστικών, κοσμημάτων, μινιατούρες επιγραφές στα μικρότερα και πιο εύθραυστα προϊόντα - κατέστη δυνατή μόνο χάρη στο αυτοματοποιημένο λέιζερ τεχνολογία.

Λέιζερ στην ιατρική

Είναι αδύνατο να υπερεκτιμηθεί η δυνατότητα εφαρμογής λέιζερ στη σύγχρονη ιατρική. Χειρουργικά λέιζερ χρησιμοποιούνται για την πήξη του αποφλοιωμένου αμφιβληστροειδούς του οφθαλμού, τα νυστέρια με λέιζερ μπορούν να κόψουν τη σάρκα και να συγκολλήσουν τα οστά με λέιζερ. Ένα λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα συγκολλεί βιολογικούς ιστούς.

Φυσικά, όσον αφορά την ιατρική, προς αυτή την κατεύθυνση, οι επιστήμονες πρέπει να βελτιώνουν και να βελτιώνουν κάθε χρόνο, να βελτιώνουν την τεχνολογία χρήσης ορισμένων λέιζερ, προκειμένου να αποφεύγονται επιβλαβείς παρενέργειες στους ιστούς που βρίσκονται κοντά. Μερικές φορές συμβαίνει ότι ένα λέιζερ θεραπεύει ένα μέρος, αλλά έχει αμέσως καταστροφική επίδραση σε ένα γειτονικό όργανο ή σε ένα κύτταρο που τυχαία πέφτει κάτω από αυτό.

Τα πρόσθετα κιτ εργαλείων, ειδικά σχεδιασμένα για να λειτουργούν σε συνδυασμό με χειρουργικό λέιζερ, επέτρεψαν στους γιατρούς να επιτύχουν χειρουργική επέμβαση στο γαστρεντερικό σύστημα, χειρουργική επέμβαση στη χοληφόρο οδό, σπλήνα, πνεύμονες και συκώτι.

Η αφαίρεση τατουάζ, η διόρθωση όρασης, η γυναικολογία, η ουρολογία, η λαπαροσκόπηση, η οδοντιατρική, η αφαίρεση των όγκων του εγκεφάλου και του νωτιαίου μυελού - όλα αυτά είναι δυνατά σήμερα μόνο χάρη στη σύγχρονη τεχνολογία λέιζερ.

Τεχνολογία πληροφοριών, σχεδιασμός, ζωή και λέιζερ

CD, DVD, BD, ολογραφία, εκτυπωτές λέιζερ, συσκευές ανάγνωσης γραμμωτών κωδικών, συστήματα ασφαλείας (φράγματα ασφαλείας), προβολές φωτισμού, παρουσιάσεις πολυμέσων, δείκτες κλπ. Φανταστείτε πώς θα φαινόταν ο κόσμος μας αν εξαφανίστηκε το λέιζερ ...