Практична примена ласера

Изум ласера ​​се с правом може сматрати једним од најзначајнијих открића 20. века. Већ на самом почетку развоја ове технологије они су већ предвиђали потпуно свестрану применљивост, од самог почетка је била видљива могућност решавања разних проблема, упркос чињеници да неки задаци тада нису ни били видљиви на хоризонту.

Медицина и астронаутика, термонуклеарна фузија и најновији системи оружја само су нека од подручја у којима се ласер данас успешно користи. Да видимо где је ласер нашао практичну примену и да видимо величину овог дивног изума, који свој изглед дугује многим научницима.

Ласерска спектроскопија

Монохроматско ласерско зрачење се у принципу може добити било које таласне дужине, како у облику непрекидног таласа одређене фреквенције, тако и у облику кратких импулса, који трају до фракције фемтосекунде. Фокусирајући се на узорак који се проучава, ласерски сноп се подвргава нелинеарним оптичким ефектима, што омогућава истраживачима да спроведу спектроскопију променом фреквенције светлости, као и да изврше кохерентну анализу процеса контролисањем поларизације ласерског снопа.

Мерење удаљености од објеката

Ласерски сноп је веома погодан за усмеравање према предмету који се проучава, чак и ако је тај објект веома удаљен, јер је дивергенција ласерског снопа врло мала. Тако је 2018. године, у оквиру експеримента, ласерски сноп био усмерен од кинеске опсерваторије Иуннан ка Месецу. Рефлектори Аполло 15, који су већ били постављени на месечевој површини, одражавали су сноп до Земље, где га је примила опсерваторија.

Познато је да се ласерска светлост, као и сваки електромагнетни талас, креће константном брзином - брзином светлости. Мерења времена проласка снопа показала су да се удаљеност од опсерваторије до Месеца, у интервалу од 21:25 до 22:31, по пекингском времену 22. јануара 2018., кретала у распону од 385823,433 до 387119,600 километара.

Ласерски детектор домета, за не тако велике удаљености колико је удаљеност од Земље до Месеца, делује на сличан принцип. Импулсни ласер шаље сноп објекту из кога се зрака одбија. Детектор зрачења прима рефлектирани сноп. Узимајући у обзир време између почетка зрачења и тренутка када детектор ухвати рефлектирани сноп, као и брзину светлости, електроника уређаја израчунава удаљеност до објекта.

Адаптивна оптика и компензација атмосферске дисторзије

Ако са телескопа посматрате удаљени астрономски објект са земље, испада да атмосфера уноси у одређена слика овог објекта одређене оптичке дисторзије. Да би се уклонила та изобличења, користе се методе такозване адаптивне оптике - изобличења се мере и надокнађују.

Да би се постигао овај циљ, снажни ласерски сноп се усмерава према посматраном објекту, који попут једноставне светлости пролази кроз распршење у атмосфери, формирајући "вештачку звезду", светлост од које на путу назад ка посматрачу доживљава потпуно исте оптичке дисторзије у горњем делу атмосферски слојеви, као и слика посматраног астрономског објекта.

Информације о дисторзији се обрађују и користе за компензацију оптичке дисторзије одговарајућим прилагођавањем слике посматраног астрономског објекта. Као резултат, слика објекта је „чиста“.

Био и фотохемија

У биохемијским студијама о стварању и функционисању протеина корисни су ултразвучни ласерски импулси дужине фемтосекунде.Ови импулси омогућавају покретање и проучавање хемијских реакција са високом временском резолуцијом како би се пронашли и проучавали чак и слабо живи хемијска једињења.

Променом поларизације светлосног пулса, научници могу да поставе неопходни смер хемијске реакције, бирајући између неколико могућих сценарија развоја догађаја током реакције строго дефинисане.

Ласерско магнетизирање импулса

Данас се спроводе истраживања о могућности ултрабрзих промена магнетизације медија коришћењем ултракратких ласерских импулса у трајању од неколико фемтосекунди. Већ сада је постигнута ултрабрза демагнетизација ласером у 0,2 пикосекунде, као и оптичка контрола магнетизације поларизационом светлошћу.

Ласерско хлађење

Рани експерименти ласерског хлађења су извршени са јонима. Иони су се држали електромагнетним пољем у замку јона, где су били осветљени снопом ласерске светлости. У процесу нееластичних судара са фотонима, јони су изгубили енергију, па су достигнуте и најниже температуре.

Након тога пронађена је практичнија метода ласерског хлађења чврстих тела - анти-Стокес хлађење, која се састоји у следећем. Атом медијума, који је у стању изнад земаљског стања (на вибрацијском нивоу), био је побуђен до енергије нешто испод побуђеног стања (на вибрацијском нивоу), и, апсорбујући фонон, атом је прешао у побуђено стање. Тада је атом емитовао фотон чија је енергија већа од енергије пумпе, прелазећи у основно стање.

Ласери у фузијским постројењима

Проблем задржавања загрејане плазме у термонуклеарном реактору може се решити и ласером. Мала запремина термонуклеарног горива зрачи се са свих страна неколико наносекунди моћним ласером.

Циљана површина испарава, што доводи до огромног притиска на унутрашње слојеве горива, па мета доживљава јаку компресију и сабијање, а при одређеној температури реакције термонуклеарне фузије могу се већ појавити у тако компактном циљу. Такође је могуће загревање помоћу ултра-моћних фемтосекундних ласерских импулса.

Ласерски оптички пинцета

Ласерским пинцетама омогућава се манипулирање микроскопским диелектричним објектима помоћу светлости из ласерске диоде: силе се примењују на објекте унутар неколико наноневтона, а мерено је и мало удаљеност од неколико нанометара. Ови оптички уређаји данас се користе у проучавању протеина, њихове структуре и рада.

Борбено и одбрамбено ласерско оружје

Почетком друге половине 20. века у Совјетском Савезу су већ развијени ласери велике снаге који би се могли користити као оружје које може погодити циљеве у интересу ракетне одбране. 2009. године, Американци су најавили стварање мобилног чврсто-чврстог ласера ​​снаге 100 кВ, који би теоретски могао да погоди ваздушне и земаљске циљеве потенцијалног непријатеља.

Ласерски вид

Мали ласерски извор светлости чврсто је причвршћен за цијев пушке или пиштоља тако да је његов сноп усмерен паралелно са цеви. Када циља, стрелац види малу мрљу на циљу због мале дивергенције ласерског снопа.

Углавном се за такве приказе користе црвене ласерске диоде или инфрацрвене ласерске диоде (тако да се место види само у уређају за ноћно осматрање). За већи контраст у условима дневног светла користе се ласерски нишану са зеленим ласерским ЛЕД лампицама.

Преварити војног противника

Ласерски зрак мале снаге је усмерен према непријатељској војној опреми. Непријатељ открива ту чињеницу, верује да је нека врста оружја намењена њему и приморан је да хитно предузме мере одбране, уместо да изврши напад.

Ласерски вођени пројектил

Погодно је користити рефлектирано место ласерског снопа да бисте циљали летећи пројектил, попут ракете лансиране из авиона. Ласер са земље или из авиона осветљава мету, а пројектил га води. Ласер се обично користи инфрацрвеном везом, јер је теже детектирати.

Ласерско отврдњавање

Површина метала се загрева ласером на критичну температуру, док топлота продире дубоко у производ због његове топлотне проводљивости. Чим престане дејство ласера, производ се брзо хлади због продирања топлоте унутра, где почињу да се формирају отврднуће структуре, које спречавају брзо трошење током будуће употребе производа.

Ласерско жарење и каљење

Жгарење је врста термичке обраде у којој се производ прво загрева на одређену температуру, затим се држи на тој температури одређено време, а затим се полако хлади до собне температуре.

То смањује тврдоћу метала, олакшавајући му даљу механичку обраду, а истовремено побољшава микроструктуру и постиже већу уједначеност метала, смањује унутрашње напоне. Ласерско жарење омогућава вам да на овај начин обрађујете мале металне делове.

Одмор се врши да би се постигла већа дуктилност и смањила крхкост материјала уз одржавање прихватљивог нивоа његове чврстоће на спојевима делова. Због тога се производ загрева ласером на температуру од 150–260 ° Ц до 370–650 ° Ц, а затим полако хлађење (хлађење).

Ласерско чишћење и деконтаминација површина

Ова метода чишћења користи се за уклањање површинских нечистоћа са предмета, споменика, уметничких дела. За чишћење производа од радиоактивног загађења и за чишћење микроелектронике. Ова метода чишћења је без недостатака својствених механичком брушењу, абразивној обради, обради вибрација итд.

Ласерска фузија и аморфизација

Брза аморфизација припремљене површине легуре скенирајућим снопом или кратким импулсом постиже се захваљујући брзом уклањању топлоте, током кога се талина смрзава, формира се врста металног стакла високе тврдоће, отпорности на корозију и побољшања магнетних карактеристика. Материјал за предтамњење је изабран тако да заједно са главним материјалом формира састав подложан аморфизацији под деловањем ласера.

Ласерско легирање и наваривање

Легирање металне површине ласером повећава њену микротврдоћу и отпорност на хабање.

Метода ласерског наваривања омогућава вам наношење површинских слојева отпорних на хабање. Користи се за обнављање високо прецизних делова који се користе у условима повећаног хабања, на пример, као ИЦЕ вентили и други делови мотора. Ова метода је квалитетнија од распршивања јер се овде ствара монолитни слој повезан са базом.

Вакуумско ласерско прскање

У вакууму део материјала испарава ласером, а затим се подаци о испаравању сакупљају на посебној подлози, где са осталим производима формирају материјал са потребним новим хемијским саставом.

Ласерско заваривање

Обећавајући начин индустријског заваривања помоћу ласера ​​велике снаге, који дају врло гладак, узак и дубок завар. За разлику од класичних метода заваривања, снага ласера ​​се прецизније контролише, што вам омогућава врло прецизну контролу дубине и других параметара завара. Ласер за заваривање може да завари дебеле делове великом брзином, само требате да додате снагу, а топлотни ефекат на суседна подручја је минималан. Завар се добија боље, као и свака веза добијена овом методом.

Ласерско сечење

Висока концентрација енергије у фокусираном ласерском снопу омогућава сечење готово било којег познатог материјала, док је пресек узак, а зона под утицајем топлоте минимална. Сходно томе, не постоје значајни заостали сојеви.

Ласерско писање

Да би се накнадно одвојило на мање елементе, полупроводничке плочице се исписују - дубоки утори се наносе ласером. Овде се постиже већа тачност него код коришћења дијамантског алата.

Дубина утора је од 40 до 125 микрона, ширина од 20 до 40 микрона, а дебљина обрађене плоче од 150 до 300 микрона. Жљебови се производе брзином до 250 мм у секунди. Производња готових производа је већа, брак је мањи.

Ласерско гравирање и обележавање

Готово свуда у индустрији данас се користе ласерско гравирање и обележавање: цртање цртежа, натписа, кодирање узорака, плоча, натписних плочица, уметничко украшавање, сувенири, накит, минијатурни натписи на најмањим и крхким производима - постало је могуће само захваљујући аутоматизованом ласеру технологија.

Ласер у медицини

Немогуће је преценити примену ласера ​​у савременој медицини. Хируршки ласери се користе за коагулацију ексфолиране мрежнице ока, ласерски скалпели могу резати месо и заваривати кости ласером. Ласер са угљен-диоксидом заварива биолошка ткива.

Наравно, што се тиче медицине, у овом смеру научници морају да се усавршавају и усавршавају сваке године, побољшавају технологију коришћења одређених ласера ​​како би избегли штетне споредне ефекте на ткива у близини. Понекад се деси да ласер зацели једно место, али одмах има деструктиван утицај на суседни орган или ћелију која случајно падне под њега.

Додатни сетови алата, посебно дизајнирани да раде заједно са хируршким ласером, омогућили су лекарима успех у операцијама гастроинтестиналног тракта, операцији билијарног тракта, слезине, плућа и јетре.

Уклањање тетоважа, корекција вида, гинекологија, урологија, лапароскопија, стоматологија, уклањање тумора мозга и кичме - све је то данас могуће само захваљујући савременој ласерској технологији.

Информациона технологија, дизајн, животни век и ласер

ЦД, ДВД, БД, холографија, ласерски штампачи, читачи баркода, сигурносни системи (заштитне баријере), светлосне емисије, мултимедијалне презентације, показивачи итд. Замислите само како би изгледао наш свет да нестане из њега ласер ...