Лазерная технология
Слово лазер является аббревиатурой “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”, что переводится как усиление света в результате индуцированного излучения.
Существование индуцированного излучения было предположено А. Эйнштейном в 1917 году. Для создания лазера необходимо следующее:
- усиление света за счет вынужденных переходов можно получить лишь при наличии рабочего вещества и инверсной населенностью
- рабочее вещество помещается между зеркалами, осуществляющими обратную связь
- усиление, которое дает рабочее вещество, должно быть больше порогового значения, зависящего от коэффициента отражения полупрозрачного зеркала.
Первым квантовым генератором является рубиновый твердотельный лазер. Затем были созданы газовые, жидкостные, газодинамические, полупроводниковые, кольцевые лазеры.
Лазерные технологии применяются во многих отраслях промышленности. Лазерные технологические процессы бывают двух видов. В первом виде используется возможность очень тонкой фокусировки лазерного луча и точного дозирования энергии, причем как в импульсном, так и в непрерывном режиме. В этих технологических процессах используются лазеры, имеющие невысокую среднюю мощность. К ним относятся газовые лазеры импульсно-периодического действия и лазеры на кристаллах иттрий – алюминиевого граната с примесью неодима.
Рисунок 1. Лазер. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
При помощи лазеров на кристаллах иттрий-алюминиевого граната была разработана технология сверления отверстий в алмазных и рубиновых камнях диаметром 1-10 мкм, глубиной до 10-100 мкм, которые применяются в часовой промышленности, а также в процессе изготовления фильеров для протяжки тонкой проволоки.
Маломощные лазеры в основном применяются для резки и сварки мелких деталей в микроэлектронике, электровакуумной промышленности, а также для маркировки мелких деталей, выжигания изображений в полиграфической отрасли.
В последние годы активно развивается в фотолитография, важнейшей области микроэлектроники, обычные источники света заменяют на лазерные. Без применения фотолитографии изготовление печатных плат сверхмаленьких размеров, интегральных схем и других элементов невозможно.
Другой вид лазерных технологий основывается на использовании лазеров с большой средней мощностью, от 1 кВт и более. Такие лазеры применяются в энергоемких процессах. Например:
- в процессе резки и сварки толстых стальных листов,
- в очистке поверхности зданий,
- для резки гранита, мрамора,
- для раскроя кожи и тканей и т.д.
Лазерная сварка металлов обеспечивает высокое качество шва, к тому же не требуется использование вакуумных камер. Также мощные лазерные технологии используются в машиностроении, автомобилестроении, промышленности строительных материалов. Использование лазерных технологий повышает качеств обработки материалов и улучшает технические и экономические показатели производственных процессов.
Самым широко используемым типом лазеров являются газовые. Широкое разнообразие газовых лазеров дает возможность найти любой лазер, удовлетворяющий необходимым требованиям.
Ввиду недостаточной плотности атомов в газовых лазерах не получены большие мощности. Однако в других случаях газовые лазеры превосходят по своим качествам другие виды.
Самым наглядным примером использования полупроводниковых лазеров является магнитно-оптический накопитель, который создан на совмещении оптического и магнитного принципа хранения информации. Информация записывается при помощи лазерного луча и магнитного поля, считывание осуществляется только при помощи лазера.
Такой способ не деформирует поверхность диска и позволяет произвести повторную запись. Еще одним преимуществом этого способа является надежность, в отличие от магнитной записи.
Высокие характеристики по объему, надежности, сменяемости магнитно-оптических дисков обусловливает широкую область применения.
Применение лазерных технологий
Лазерные технологии широко применяется во многих отраслях. В науке лазеры являются важнейшим инструментом в нелинейной оптике.
Лазерные технологии дали новый метод получения объемных изображений, получивших название голографии.
Особенно широко распространено применение лазеров в области медицины, в частности, в хирургии, онкологии, офтальмологии. Лазеры благодаря высокой степени монохроматичности и направленности способны создать малое пятно.
В офтальмологии при помощи лазеров производится ряд сложных операций, не нарушая целостности глаза.
Примером такой операции является лазерная коррекция зрения.
В онкологии лазерные технологии применяются для выжигания опухолей, злокачественных и доброкачественных.
В области хирургии сфокусированный световой луч непрерывного лазера используется в качестве острого и стерильного скальпеля, который позволяет проводить бескровные операции даже на селезенке и печени. Кроме того, непрерывные и импульсные лазеры могут использоваться для остановки кровотечений у больных с пониженной свертываемостью крови, а также для обработки ран.
Лазерные технологии активно используются для обработки металлов. Лазер является незаменимым средством в процессе обработки металлов, недоступных для обработки методами газовой и дуговой сварки. Использование лазера дает возможность осуществления сложнейших технологических операций. Среди таких операций просверливание очень узких каналов в тугоплавких металлах, операции по изготовлению пленочных микросхем. При использовании лазерных технологий увеличивается скорость обработки деталей.
Особенно широкое применение лазерных технологий в микроэлектронике, где важна именно сварка соединений, а не пайка. Преимуществом лазера является отсутствие механического контакта, а также возможность обработки труднодоступных деталей.
Лазерные технологии нашли применении и в локации и связи. Преимуществом лазерных средств связи перед радиосвязью и радиолокацией является узкая направленность передачи и широкая полоса пропускаемости передаваемых частот. Один лазерный луч дает возможность передачи сигнала в полосе частот примерно 100МГц, что позволяет вести одновременную передачу около 200 телевизионных каналов.
Лазерные технологии применяются в авиации. Лазерные гироскопы являются одним из главных элементов систем навигации. Они имеют высокую точность, большой диапазон измерения угловых скоростей, малый собственный дрейф. Лазеры используются для измерения скорости полетов. Лазерные системы обеспечивают безопасность полетов, связанную с увеличением точности систем посадки.
