Penggunaan praktikal laser

Penciptaan laser boleh dianggap sebagai salah satu penemuan paling penting pada abad ke-20. Walaupun pada permulaan perkembangan teknologi ini, mereka telah menubuatkan kebolehgunaan sepenuhnya serba boleh, sejak awal permulaan penyelesaian pelbagai masalah kelihatan, walaupun pada hakikatnya beberapa tugas tidak dapat dilihat di cakrawala pada masa itu.

Perubatan dan angkasawan, gabungan termonuklear dan sistem senjata terkini - ini hanya beberapa bidang di mana laser berjaya digunakan hari ini. Mari kita lihat di mana laser menemui aplikasi praktikal, dan melihat kehebatan ciptaan yang hebat ini, yang terhutang penampilannya kepada beberapa saintis.

Spektroskopi laser

Radiasi laser monokromatik boleh diperoleh pada dasarnya dengan mana-mana gelombang panjang, kedua-duanya dalam bentuk gelombang berterusan frekuensi tertentu dan dalam bentuk denyutan pendek, kekal sehingga pecahan femtosecond. Dengan menumpukan perhatian kepada sampel di bawah kajian, pancaran laser dikenakan kesan optik tidak linear, yang membolehkan para penyelidik menjalankan spektroskopi dengan mengubah kekerapan cahaya, serta melakukan analisis koheren proses dengan mengawal polarisasi pancaran laser.

Mengukur jarak ke objek

Rasuk laser sangat mudah untuk mengarah ke objek yang sedang diteliti, walaupun objek ini sangat jauh, kerana perbezaan rasuk laser sangat kecil. Jadi, pada tahun 2018, sebagai sebahagian daripada eksperimen, pancaran laser diarahkan dari Balai Cerap Cina Yunnan ke bulan. Reflektor Apollo 15, yang telah dipasang pada permukaan bulan, mencerminkan rasuk kembali ke Bumi, di mana ia diterima oleh pemerhatian.

Adalah diketahui bahawa cahaya laser, seperti gelombang elektromagnetik, bergerak pada kelajuan malar - pada kelajuan cahaya. Pengukuran masa laluan rasuk menunjukkan bahawa jarak dari observatorium ke bulan, pada jarak 21:25 hingga 22:31 masa Beijing pada 22 Januari 2018, adalah dari 385823,433 hingga 387119,600 kilometer.

Pencari pelbagai laser, untuk jarak yang tidak begitu besar sebagai jarak dari Bumi ke Bulan, berfungsi dengan prinsip yang sama. Laser berdenyut menghantar balok ke objek yang mana rasuk itu dapat dilihat. Pengesan radiasi menerima balok yang dipantulkan. Setelah mengambil kira masa antara permulaan radiasi dan saat pengesan menangkap rasuk yang tercermin, serta kelajuan cahaya, alat elektronik menghitung jarak ke objek.

Optik Adaptif dan Pampasan Kecacatan Atmosfera

Sekiranya anda memerhati objek astronomi jauh dari bumi melalui teleskop, ternyata bahawa suasana memperkenalkan distorsi optik tertentu ke dalam imej objek yang dihasilkan. Untuk menghapuskan gangguan ini, kaedah optik adaptif yang dipanggil digunakan - herotan diukur dan dikompensasi.

Untuk mencapai matlamat ini, pancaran laser yang kuat diarahkan ke arah objek yang diperhatikan, yang, seperti cahaya mudah, mengalami hamburan di atmosfera, membentuk "bintang buatan", cahaya dari mana, dalam perjalanan kembali ke pemerhati, mengalami kekeliruan optik yang sama di atas lapisan atmosfera, serta imej objek astronomi yang diperhatikan.

Maklumat distorsi diproses dan digunakan untuk mengimbangi penyimpangan optik dengan menyesuaikan imej objek astronomi yang sesuai. Akibatnya, imej objek lebih "bersih."

Bio dan fotokimia

Dalam kajian biokimia mengenai pembentukan dan fungsi protein, denyutan laser ultrashort selama femtosecond adalah berguna.Denyutan ini memungkinkan untuk memulakan dan mengkaji reaksi kimia dengan resolusi temporal yang tinggi untuk mencari dan mengkaji sebatian kimia rendah.

Dengan menukar polarisasi denyut nadi, saintis boleh menetapkan arahan yang diperlukan untuk tindak balas kimia, memilih dari beberapa senario yang mungkin untuk perkembangan peristiwa semasa reaksi ditakrifkan dengan tegas.

Magnetisasi nadi laser

Hari ini, penyelidikan sedang dijalankan mengenai kemungkinan perubahan ultrafast dalam magnetisasi media menggunakan denyutan laser ultrashort beberapa femtosecond. Kini telah mencapai demagnetisasi ultrafast oleh laser dalam 0.2 picoseconds, serta kawalan optik magnetisasi dengan polarisasi cahaya.

Penyejukan laser

Eksperimen pendinginan laser awal dijalankan dengan ion. Ion dipegang oleh medan elektromagnet dalam perangkap ion, di mana ia diterangi oleh sinar cahaya laser. Dalam proses perlanggaran tak senonoh dengan foton, ion kehilangan tenaga, dan oleh itu suhu ultralow dicapai.

Selepas itu, kaedah penyejukan laser yang lebih praktikal didapati - penyejukan anti-Stokes, yang terdiri daripada berikut. Atom dari medium, berada dalam keadaan di atas keadaan tanah (pada tahap getaran), teruja dengan tenaga di bawah keadaan teruja (pada tahap getaran), dan, menyerap phonon, atom itu melewati keadaan teruja. Kemudian atom memancarkan foton yang tenaganya lebih tinggi dari tenaga pam, melepasi keadaan tanah.

Laser dalam tumbuh-tumbuhan gabungan

Masalah memegang plasma dipanaskan di dalam reaktor termonuklear juga boleh diselesaikan dengan laser. Jumlah kecil bahan bakar termonuklear disiradir dari semua pihak untuk beberapa nanodetik dengan laser yang kuat.

Permukaan sasaran menyejat, yang menyebabkan tekanan besar pada lapisan dalam bahan bakar, oleh itu sasarannya dapat mengejar mampatan dan pemadatan superstrong, dan pada tindak balas gabungan suhu termonuklear tertentu boleh terjadi dalam sasaran yang dipadatkan. Pemanasan juga mungkin menggunakan denyutan laser femtosecond ultra kuat.

Pinset optik berasaskan laser

Pengencang laser memungkinkan untuk memanipulasi objek dielektrik mikroskopik menggunakan cahaya dari diod laser: daya digunakan untuk objek dalam beberapa nanonewtons, dan jarak kecil dari beberapa nanometer juga diukur. Alat optik ini digunakan hari ini dalam kajian protein, struktur dan kerja mereka.

Senjata perang dan pertahanan laser

Pada awal separuh kedua abad ke-20, laser berkuasa tinggi telah dibangunkan di Kesatuan Soviet yang boleh digunakan sebagai senjata yang mampu memukul sasaran demi kepentingan pertahanan peluru berpandu. Pada tahun 2009, orang Amerika mengumumkan penciptaan 100 kW laser keadaan pepejal mudah alih, secara teorinya mampu memukul sasaran udara dan tanah musuh potensial.

Penglihatan laser

Sumber cahaya laser kecil dilekatkan dengan tegar pada laras senapang atau pistol supaya rasuknya diarahkan selari dengan laras. Apabila ditujukan, penembak melihat speck kecil pada sasaran disebabkan oleh perbezaan kecil rasuk laser.

Kebanyakannya untuk pemandangan sedemikian, dioda laser merah atau diod laser inframerah digunakan (supaya satu tempat hanya dapat dilihat pada peranti penglihatan malam). Untuk kontras yang lebih besar dalam keadaan siang, pemandangan laser dengan LED laser hijau digunakan.

Menipu musuh ketenteraan

Rasuk laser kuasa rendah diarahkan ke peralatan ketenteraan musuh. Musuh itu menemui fakta ini, percaya bahawa sejenis senjata ditujukan kepadanya, dan terpaksa mengambil langkah-langkah untuk mempertahankan bukan melancarkan serangan.

Peluru laser yang dipandu

Ia adalah mudah untuk menggunakan titik sinar laser yang dicerminkan untuk menunjuk peluru terbang, seperti roket dilancarkan dari pesawat. Laser dari tanah atau dari pesawat terbang menyinari sasaran, dan peluru dipandu olehnya. Laser biasanya digunakan inframerah, kerana ia lebih sukar untuk dikesan.

Pengerasan laser

Kawasan permukaan logam dipanaskan oleh laser ke suhu kritikal, sementara haba menembusi jauh ke dalam produk kerana kekonduksian terma. Sebaik sahaja tindakan laser terhenti, produk itu menyejuk dengan cepat kerana penembusan haba di dalam, di mana struktur pengerasan mula terbentuk, yang menghalang kemasukan pantas pada masa akan datang penggunaan produk.

Penyepuh laser dan pembajaan

Annealing adalah jenis rawatan panas di mana produk pertama dipanaskan pada suhu tertentu, kemudian dipegang untuk suatu masa tertentu pada suhu ini, maka perlahan-lahan didinginkan pada suhu bilik.

Ini mengurangkan kekerasan logam, memudahkan pemprosesan mekanikalnya, sambil meningkatkan struktur mikro dan mencapai keseragaman logam yang lebih baik, melegakan tekanan dalaman. Annealing laser membolehkan anda memproses bahagian logam kecil dengan cara ini.

Percutian dijalankan untuk mendapatkan kemuluran yang lebih tinggi dan mengurangkan kelembapan bahan sambil mengekalkan tahap kekuatan yang boleh diterima pada sendi bahagian. Untuk ini, produk ini dipanaskan kepada suhu 150-260 ° C hingga 370-650 ° C, diikuti oleh penyejukan perlahan (penyejukan).

Pencucian laser dan dekontaminasi permukaan

Kaedah pembersihan ini digunakan untuk menghilangkan bahan cemar permukaan dari objek, monumen, karya seni. Untuk membersihkan produk dari pencemaran radioaktif dan untuk membersihkan mikroelektronik. Kaedah pembersihan ini bebas daripada keburukan yang wujud dalam pengisaran mekanikal, pemprosesan kasar, pemprosesan getaran, dan lain-lain.

Gabungan dan amorfisasi laser

Amorphisasi berkelajuan tinggi permukaan aloi yang disediakan dengan rasuk pengimbasan atau denyutan pendek dicapai kerana penyingkiran haba yang cepat, di mana cair membeku, sejenis kaca logam dengan kekerasan yang tinggi, rintangan kakisan, dan peningkatan ciri magnetik dibentuk. Bahan precoating dipilih supaya bersama-sama dengan bahan utama membentuk komposisi rawan untuk amorphisasi di bawah tindakan laser.

Pengaloasian laser dan permukaan

Mengadun permukaan logam dengan laser meningkatkan daya tahan mikro dan rintangan haus.

Kaedah permukaan laser membolehkan anda memohon lapisan permukaan tahan haus. Ia digunakan dalam pemulihan bahagian kepersisan tinggi yang digunakan dalam keadaan kenaikan pakai, contohnya, seperti injap ICE dan bahagian enjin lain. Kaedah ini adalah lebih baik daripada kualiti untuk sputtering kerana lapisan monolitik terbentuk di sini berkaitan dengan pangkalan.

Penyemburan laser vakum

Dalam vakum, sebahagian daripada bahan itu diuapkan oleh laser, maka data pengewapan dipendekkan pada substrat khas, di mana dengan produk lain mereka membentuk bahan dengan komposisi kimia yang diperlukan.

Kimpalan laser

Kaedah kimpalan industri yang menjanjikan menggunakan laser berkuasa tinggi, memberikan kimpalan yang sangat lancar, sempit dan mendalam. Tidak seperti kaedah kimpalan konvensional, kuasa laser dikawal dengan lebih tepat, yang membolehkan anda mengawal parameter kedalaman dan parameter kimpalan yang sangat tepat. Laser kimpalan dapat mengimpal bahagian tebal pada kelajuan tinggi, anda hanya perlu menambah kuasa, dan kesan haba pada kawasan bersebelahan adalah minimum. Kimpal diperoleh dengan lebih baik, dan juga sambungan yang diperolehi oleh kaedah ini.

Pemotongan laser

Penumpuan tenaga yang tinggi dalam rasuk laser yang difokuskan membolehkan memotong hampir apa-apa bahan yang diketahui, sementara potongan sempit dan zon yang terkena haba adalah minimum. Oleh itu, tidak ada ketegangan sisa yang ketara.

Scribing laser

Untuk pemisahan seterusnya ke dalam unsur-unsur yang lebih kecil, wafer semikonduktor dicatatkan - alur dalam digunakan dengan laser. Di sini, ketepatan yang lebih tinggi dicapai daripada apabila menggunakan alat berlian.

Kedalaman alur adalah dari 40 hingga 125 mikron, lebarnya adalah dari 20 hingga 40 mikron, dengan ketebalan plat diproses dari 150 hingga 300 mikron. Grooves dihasilkan pada kelajuan sehingga 250 mm sesaat. Pengeluaran produk siap adalah lebih besar, perkahwinan kurang.

Ukiran dan tanda laser

Hampir di mana-mana di dalam industri hari ini ukiran dan penanda laser digunakan: penggunaan lukisan, inskripsi, pengekodan sampel, plat, nameplates, hiasan artistik, cenderamata, barang kemas, prasasti kecil pada produk terkecil dan paling rapuh - menjadi mungkin hanya terima kasih kepada laser automatik teknologi.

Laser dalam perubatan

Tidak mustahil untuk menaksir kebolehgunaan laser dalam perubatan moden. Laser pembedahan digunakan untuk membungkus retina mata yang terkelupas, kulit kepala laser boleh memotong daging, dan tulang kimpalan dengan laser. Laser karbon dioksida mengimpang tisu biologi.

Sudah tentu, berkenaan dengan ubat-ubatan, ke arah ini, saintis perlu memperbaiki dan memperbaiki setiap tahun, meningkatkan teknologi menggunakan laser tertentu untuk mengelakkan kesan sampingan yang berbahaya pada tisu yang berdekatan. Kadang-kadang berlaku bahawa laser menyembuhkan satu tempat, tetapi ia segera mempunyai kesan merosakkan pada organ jiran atau sel tanpa sengaja jatuh di bawahnya.

Kit alat tambahan, direka khas untuk bekerja bersama-sama dengan laser pembedahan, membenarkan doktor untuk berjaya dalam pembedahan gastrousus, pembedahan saluran empedu, limpa, paru-paru dan hati.

Penyingkiran tatu, pembetulan penglihatan, ginekologi, urologi, laparoskopi, pergigian, penyingkiran otak dan tumor tulang belakang - semua ini mungkin hari ini hanya terima kasih kepada teknologi laser moden.

Teknologi maklumat, reka bentuk, kehidupan dan laser

CD, DVD, BD, holografi, pencetak laser, pembaca kod bar, sistem keselamatan (halangan keselamatan), pertunjukan cahaya, persembahan multimedia, petunjuk, dan sebagainya. Bayangkan bagaimana dunia kita akan melihat jika ia hilang daripadanya laser ...