A lézerek gyakorlati alkalmazása

A lézer találmánya jogosan tekinthető a 20. század egyik legfontosabb felfedezésének. Még a technológia kifejlesztésének kezdetén is egy teljesen sokoldalú alkalmazhatóságot próbáltak megfogalmazni, a kezdetektől fogva látható volt a különféle problémák megoldásának lehetősége, annak ellenére, hogy egyes feladatok akkoriban még a láthatáron sem voltak láthatóak.

Az orvostudomány és az űrhajózás, a termonukleáris fúzió és a legújabb fegyverrendszerek - ezek csak néhány olyan terület, amelyen manapság sikeresen alkalmazzák a lézert. Lássuk, hol található a lézer gyakorlati alkalmazás, és nézzük meg ennek a csodálatos találmánynak a nagyságát, amely számos tudósnak köszönheti megjelenését.

Lézerespektroszkópia

A monokromatikus lézersugárzás elvileg bármilyen hullámhosszon elérhető, akár egy bizonyos frekvencia folyamatos hulláma formájában, akár rövid impulzusok formájában, amelyek a femtosekund második részéig tartanak. A vizsgált mintára összpontosítva a lézersugár nemlineáris optikai effektusokon megy keresztül, amelyek lehetővé teszik a kutatók számára, hogy spektroszkópiát végezzenek a fény frekvenciájának megváltoztatásával, valamint koherens elemzéseket végezzenek a folyamatok során a lézernyaláb polarizációjának szabályozásával.

Távolság mérése az objektumokig

A lézernyaláb nagyon kényelmes a vizsgált tárgyra irányítani, még akkor is, ha ez a tárgy nagyon messze van, mivel a lézernyaláb eltérése nagyon kicsi. Tehát 2018-ban egy kísérlet részeként lézernyalábot irányítottak a Yunnan kínai obszervatóriumból a holdra. Az Apollo 15 reflektorok, amelyeket már beépítettek a hold felületére, visszaverték a gerendát a Földre, ahol azt a csillagvizsgáló fogadta.

Ismeretes, hogy a lézerfény, mint minden elektromágneses hullám, állandó sebességgel - a fény sebességével - mozog. A sugár áthaladási idejének mérése azt mutatta, hogy az obszervatórium és a hold közötti távolság a 2018. január 22-i 21:25 és 22:31 közötti Pekingi időtartamban 385823,433 és 387119,600 kilométer volt.

A lézeres távolságmérő nem olyan nagy távolságokra, mint a Föld és a Hold közötti távolság, hasonló elven működik. Az impulzusos lézer sugárzást küld egy tárgyra, ahonnan a sugár visszaverődik. A sugárzásdetektor visszaverődő fényt vesz. Figyelembe véve a sugárzás kezdete és attól a pillanattól kezdve, amikor az érzékelő elkapta a visszavert fényt, valamint a fénysebességet, a készülék elektronikája kiszámítja a tárgytól való távolságot.

Adaptív optika és légköri torzulás kompenzáció

Ha egy távcsövön keresztül megfigyel egy távoli csillagászati ​​tárgyat a földtől, kiderül, hogy a légkör bizonyos optikai torzulásokat vezet be az objektum képéből. Ezen torzulások kiküszöbölésére az úgynevezett adaptív optika módszereit alkalmazzák - mérjük és kompenzáljuk a torzításokat.

E cél elérése érdekében egy erőteljes lézernyalábot irányítanak a megfigyelt tárgy felé, amely az egyszerű fényhez hasonlóan szétszóródik a légkörben, és egy „mesterséges csillagot” alkot, amelynek fényéből a megfigyelőhöz visszatérve pontosan ugyanazok az optikai torzulások vannak a felső részén. légköri rétegek, valamint a megfigyelt csillagászati ​​objektum képe.

A torzítási információkat feldolgozzuk és felhasználjuk az optikai torzítás kompenzálására a megfigyelt csillagászati ​​objektum képének megfelelő beállításával. Ennek eredményeként az objektum képe "tisztább".

Biokémia és fotokémia

A fehérjék képződésének és működésének biokémiai vizsgálata során a femtosekundumú ultrarövid lézerimpulzusok hasznosak.Ezek az impulzusok lehetővé teszik a kémiai reakciók magas időbeli felbontással kezdeményezését és tanulmányozását, még az alacsony élettartamú kémiai vegyületek megtalálásához és tanulmányozásához.

A fényimpulzus polarizációjának megváltoztatásával a tudósok beállíthatják a kémiai reakció szükséges irányát, néhány lehetséges forgatókönyv közül választva a szigorúan meghatározott reakció során bekövetkező események alakulására.

Lézeres impulzusmágnesezés

Ma kutatásokat végeznek a közegek mágnesezettségének ultragyors változásaival kapcsolatban, néhány femtosekundumú ultrarövid lézerimpulzus felhasználásával. Már most elérte a ultragyors mágnesezést egy lézerrel 0,2 pikoszekundumban, valamint a mágnesezés optikai vezérlését a fény polarizációjával.

Lézerhűtés

Korai lézerhűtési kísérleteket végeztünk ionokkal. Az ionokat elektromágneses mező tartotta egy ioncsapdában, ahol azokat lézerfény sugara megvilágította. A fotonokkal történő rugalmatlan ütközések során az ionok energiát veszítettek, és így ultrahőmérsékletet értek el.

Ezt követően egy szilárd anyag lézerhűtésének gyakorlati módszerét találták meg - anti-Stokes-hűtést, amely az alábbiakból áll. A közeg atomja, amely éppen a talaj feletti állapotban van (rezgési szinten), közvetlenül az gerjesztett állapot alatt (rezgési szinten) gerjesztett energiává vált, és a fonont elnyelve az atom átjutott a gerjesztett állapotba. Ezután az atom olyan fotont bocsátott ki, amelynek energiája meghaladja a szivattyú energiáját, és a talajállapotba kerül.

Lézerek fúziós üzemekben

A fűtött plazma hőnukleáris reaktorban tartásának problémáját lézerrel is meg lehet oldani. Egy kis mennyiségű termikus nukleáris üzemanyagot egy nagy lézerrel sugároznak minden oldalról több nanosekundum alatt.

A célfelület elpárolog, ami hatalmas nyomást gyakorol az üzemanyag belső rétegeire, így a célpont túl erős erős kompressziót és tömörítést tapasztal, és egy bizonyos hőmérsékleten termonukleáris fúziós reakciók már megtörténhetnek egy ilyen tömörített célpontban. A melegítés rendkívül nagy teljesítményű femtoszekundumos lézerimpulzusokkal is lehetséges.

Lézer alapú optikai csipesz

A lézeres csipeszek lehetővé teszik a mikroszkopikus dielektromos tárgyak manipulálását egy lézerdiódából származó fény felhasználásával: erők vannak hatva a tárgyakra néhány nanométer távolságon belül, és megmérik a kis nanométerek távolságát is. Ezeket az optikai eszközöket ma használják a fehérjék, szerkezetük és működésük tanulmányozására.

Harci és védekező lézerfegyverek

A 20. század második felének elején a Szovjetunióban már kifejlesztettek nagy teljesítményű lézereket, amelyeket fegyverekként lehet használni, amelyek rakétavédelem érdekében célba ütközhetnek. Az amerikaiak 2009-ben bejelentették egy 100 kW-os mobil szilárdtest lézer létrehozását, amely elméletileg képes megütni egy potenciális ellenfél légi és földi célpontjait.

Lézeres látás

Egy kicsi lézerfényforrás mereven van rögzítve a puska vagy pisztoly hordójához úgy, hogy sugárnyalába a hordóval párhuzamosan legyen irányítva. Célzáskor a lövő egy kis foltot lát a célponton, mivel a lézernyaláb alacsony.

Leginkább az ilyen látnivalókhoz vörös lézerdiódákat vagy infravörös lézerdiódokat használnak (így a folt csak éjszakai látókészülékben látható). A nappali fény nagyobb kontrasztja érdekében zöld lézer LED-ekkel ellátott lézeres célokat használnak.

Megtéveszti a katonai ellenfelet

Egy alacsony teljesítményű lézersugár az ellenség katonai felszerelése felé irányul. Az ellenség felfedezi ezt a tényt, úgy véli, hogy valamiféle fegyvert céloz meg, és egy támadás elindítása helyett sürgősen intézkedéseket tesz védelemre.

Lézervezérelt lövedék

Kényelmes egy lézernyaláb visszavert pontját használni egy repülő lövedék, például egy repülőgépből indított rakéta megcélzására. A földről vagy egy repülőgépről lézer világít a céltárgyra, és a lövedéket vezeti rajta. A lézert általában infravörösként használják, mivel nehezebb észlelni.

Lézeres edzés

A fém felületét lézerrel melegítik kritikus hőmérsékletre, míg a hő hővezető képessége miatt mélyen áthatol a termékbe. Amint a lézer működése leáll, a termék gyorsan lehűl, mivel a hő behatol a belsejébe, ahol edzőszerkezetek alakulnak ki, amelyek megakadályozzák a gyors kopást a termék jövőbeni használata során.

Lézeres lágyítás és edzés

A lágyítás olyan hőkezelés, amelynek során a terméket először melegítik egy meghatározott hőmérsékletre, majd ezen a hőmérsékleten tartják egy ideig, majd lassan szobahőmérsékletre hűtik.

Ez csökkenti a fém keménységét, megkönnyítve annak további mechanikus feldolgozását, miközben javítja a mikroszerkezetet és a fém nagyobb egységességét, enyhíti a belső feszültségeket. A lézeres lágyítás lehetővé teszi a kis fém alkatrészek ilyen módon történő feldolgozását.

A szabadságot úgy végezzük, hogy nagyobb rugalmasságot érjünk el, és csökkentsük az anyag törékenységét, miközben megőrizzük az alkatrészek illesztéseinél elfogadható szilárdsági szintjét. Ehhez a terméket lézerrel hevítik 150–260 ° C és 370–650 ° C közötti hőmérsékletre, majd ezt követően lassú lehűtés (lehűtés).

Lézeres tisztítás és a felületek fertőtlenítése

Ezt a tisztítási módszert használják a felszíni szennyeződések eltávolítására tárgyakból, műemlékekből, műalkotásokból. Radioaktív szennyeződésektől való tisztításhoz és a mikroelektronika tisztításához. Ez a tisztítási módszer mentes a hátrányoktól, amelyek a mechanikus csiszoláshoz, a csiszolóanyag-feldolgozáshoz, a rezgésfeldolgozáshoz stb.

Lézeres fúzió és amorfizáció

Az előkészített ötvözött felület nagysebességű amorfizálását pásztázó sugárral vagy rövid impulzussal érik el a gyors hőelvonásnak köszönhetően, amelynek során az olvadék lefagy. Egyfajta fémüveg nagy keménységgel, korrózióállósággal és a mágneses tulajdonságok javításával jön létre. Az előfestő anyagot úgy választják meg, hogy a fő anyaggal együtt készítményt képezzen, amely egy lézer hatására amorfizálódik.

Lézeres ötvözet és felület

A fémfelület lézeres ötvözete növeli annak mikrokeménységét és kopásállóságát.

A lézeres felületkezelés lehetővé teszi kopásálló felületi rétegek felhordását. A nagy pontosságú alkatrészek - például ICE szelepek és más motor alkatrészek - megnövekedett kopás esetén használt alkatrészeinek helyreállításához használják. Ez a módszer jobb, mint a porlasztás, mivel itt az alaphoz társítva monolit réteget képeznek.

Vákuumos lézerpermetezés

Vákuumban az anyag egy részét lézerrel elpárologtatják, majd a párolgási adatokat egy speciális hordozókon kondenzálják, ahol más termékekkel a szükséges új kémiai összetételű anyagot képeznek.

Lézeres hegesztés

Nagyon nagy teljesítményű lézerek felhasználásával ígéretes ipari hegesztési módszer, amely nagyon sima, keskeny és mély hegesztést eredményez. A hagyományos hegesztési módszerektől eltérően a lézer teljesítményét pontosabban szabályozzuk, ami lehetővé teszi a varrat mélységének és más paramétereinek nagyon pontos ellenőrzését. A hegesztő lézer képes vastag alkatrészeket nagy sebességgel hegeszteni, csak energiát kell hozzáadnia, és a szomszédos területek hőhatása minimális. A hegesztést, valamint az ezzel a módszerrel kapott összeköttetést jobban kapják.

Lézervágás

A magas energiakoncentráció a fókuszált lézernyalábban lehetővé teszi szinte bármilyen ismert anyag vágását, miközben a vágás keskeny és a hőhatású zóna minimális. Ennek megfelelően nincsenek szignifikáns maradványtörzsek.

Lézeres elemzés

A későbbi kisebb elemekre történő elválasztás céljából a félvezető ostyákat felírják - mély hornyokat lézerrel hordnak fel. Itt nagyobb pontosság érhető el, mint egy gyémánt szerszám használatakor.

A horony mélysége 40 - 125 mikron, szélessége 20 - 40 mikron, a feldolgozott lemez vastagsága pedig 150 - 300 mikron. A barázdákat másodpercenként akár 250 mm-es sebességgel gyártják. A késztermékek termelése nagyobb, a házasság kevesebb.

Lézergravírozás és jelölés

Az iparban szinte mindenütt lézergravírozást és jelölést használnak: rajzok, feliratok, a minták kódolása, táblák, adattáblák, művészi dekoráció, emléktárgyak, ékszerek, miniatűr feliratok a legkisebb és legérzékenyebb termékekre - csak az automatizált lézer segítségével technológiát.

Lézer az orvostudományban

Lehetetlen túlbecsülni a lézerek alkalmazhatóságát a modern orvoslásban. Sebészeti lézerek használják a szem kiszáradt retinajának koagulálására, a lézeres szike lehetővé teszi a test vágását és a csontok hegesztését lézerrel. A széndioxid lézer hegeszti a biológiai szöveteket.

Természetesen, ami az orvostudományt illeti, ebbe az irányba a tudósoknak évente kell fejleszteniük és finomítaniuk az egyes lézerek alkalmazásának technológiáját, hogy elkerüljék a káros mellékhatásokat a közeli szövetekre. Előfordul, hogy egy lézer gyógyít egy helyet, de azonnal pusztító hatást gyakorol a szomszédos szervre vagy egy sejtre, amely véletlenül az alá tartozik.

A speciálisan egy műtéti lézerrel való együttműködésre tervezett kiegészítő szerszámkészletek lehetővé tették az orvosok számára, hogy sikeresek legyenek a gyomor-bél műtétben, az epevezeték, a lép, a tüdő és a máj műtétében.

Tetoválás eltávolítása, látásjavítás, nőgyógyászat, urológia, laparoszkópia, fogászat, agy- és gerincdaganatok eltávolítása - mindez csak a modern lézertechnológiának köszönhetően lehetséges.

Informatika, tervezés, élet és lézer

CD, DVD, BD, holográfia, lézernyomtatók, vonalkód-olvasók, biztonsági rendszerek (biztonsági akadályok), fény show-k, multimédiás bemutatók, mutatók, stb. a lézer ...