Применение лазеров

Применение лазеров (Деева В.И.)

Лазер (англ. laser, акроним от англ. light amplification by stimulated emission of radiation —усиление света посредством вынужденного излучения), оптический квантовый генератор —устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения. Лазер (англ. laser, акроним от англ. light amplification by stimulated emission of radiation —усиление света посредством вынужденного излучения), оптический квантовый генератор —устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.

С самого момента разработки лазер называли устройством, которое само ищет решаемые задачи. Лазеры нашли применение в самых различных областях —от коррекции зрения до управления транспортными средствами, от космических полётов до термоядерного синтеза. Лазер стал одним из самых значимых изобретений XX века С самого момента разработки лазер называли устройством, которое само ищет решаемые задачи. Лазеры нашли применение в самых различных областях —от коррекции зрения до управления транспортными средствами, от космических полётов до термоядерного синтеза. Лазер стал одним из самых значимых изобретений XX века

Устройство лазера Все лазеры состоят из трёх основных частей: активной (рабочей) среды; системы накачки (источник энергии); оптического резонатора (может отсутствовать, если лазер работает в режиме усилителя). Каждая из них обеспечивает для работы лазера выполнение своих определённых функций.

1) Научное применение Спектроскопия Современные источники лазерного излучения дают в руки экспериментаторов монохроматический свет с практически любой желаемой длиной волны. В зависимости от поставленной задачи это может быть как непрерывное излучение с чрезвычайно узким спектром, так и ультракороткие импульсы длительностью вплоть до сотен аттосекунд (1 ас = 10−18 секунды). Высокая энергия, запасенная в этих импульсах, может быть сфокусирована на исследуемый образец в пятно, сравнимое по размерам с длиной волны, что дает возможность исследовать различные нелинейные оптические эффекты. С помощью перестройки по частоте осуществляются спектроскопические исследования этих эффектов, а управление поляризацией лазерного излучения позволяет проводить когерентный контроль исследуемых процессов.

Фотохимия Некоторые типы лазеров могут производить сверхкороткие световые импульсы, измеряемые пико-и фемтосекундами(10−12 —10−15 с). Такие импульсы можно применять для запуска и анализа химических реакций. Сверхкороткие импульсы могут использоваться для исследования химических реакций с высокой разрешающей способностью по времени, позволяя достоверно выделять короткоживущие соединения. Манипуляция поляризацией импульса позволяет селективно выбирать направление химической реакции из нескольких возможных (когерентный контроль). Такие методы находят своё применение в биохимии, где с их помощью исследуют образование и работу белков.

Голография Голография (др.-греч. ὅλος —полный + γραφή —пишу) —набор технологий для точной записи, воспроизведения и переформирования волновых полей. Данный метод был предложен в 1947 годуДэннисом Габором, он же ввёл термин голограммаи получил «за изобретение и развитие голографического принципа» Нобелевскую премию по физике в 1971 году

ГОЛОГРАФИЯ с лазерным освещением ГОЛОГРАФИЯ с лазерным освещением. Справа: часть света, отражающаяся от объекта, падает на фотографическую пластинку. Остальная часть света, называемая опорным пучком, отбрасывается на ту же пластинку зеркалом. Два волновых фронта интерферируют; интерференционная картина, зарегистрированная на пластинке, представляет собой голограмму.

Оптический (лазерный) пинцет Оптический пинцет—прибор, который позволяет манипулировать микроскопическими объектами с помощью лазерного света (обычно испускаемого лазерным диодом). Он позволяет прикладывать к диэлектрическим объектам силы от фемтоньютонов до наноньютонов и измерять расстояния от нескольких нанометров. В последние годы оптические пинцеты начали использоваться для изучения структуры и принципа работы белков. Схема использования оптического пинцета в изучении РНК-полимеразы

2) Промышленность Поверхностная лазерная обработка Лазерная термообработка Лазерная очистка, в том числе лазерная дезактивация —используется для удаления разного рода загрязнений с поверхности предмета. Основные направления лазерной очистки: очистка произведений искусства и памятников; очистка металлов в рамках технологических процессов производства; очистка поверхности от радиоактивного загрязнения (лазерная дезактивация); микроочисткав различных отраслях электроники. Лазерный отжиг —в отличие от лазерной закалки, преследует цель получения более равновесной структуры (по сравнению с исходным состоянием), обладающей большей пластичностью и меньшей твердостью. Указанный метод широко используется в микроэлектронике для отжига дефектов в полупроводниках. Лазерным лучом можно отжигать мелкие металлические детали.

Лазерная сварка в настоящее время является наиболее перспективной технологией для промышленного использования в связи с разработкой мощных лазеров с непрерывным и импульсно-периодическим действием. Сварное соединение получается при нагревании и расплавлении лазерным лучом участков в месте контакта свариваемых деталей. Когда лазерный луч смещается, то же самое происходит и с зоной расплавленного материала. Затем при остывании образуется сварной шов. По форме он получается узким и глубоким, принципиально отличается от сварных швов, полученных при использовании традиционной технологии сварки. Глубина проплавления зависит от мощности лазера, а поперечное сечение лазерного шва похоже на лезвие кинжала, поэтому глубокое лазерное проплавление иногда называют кинжальным. Лазерная сварка с глубоким проплавлением позволяет сваривать толстые слои материалов с большой скоростью при минимальном тепловом воздействии на материал, прилегающий к зоне расплава, что улучшает свойства сварного шва и качество сварного соединения.

3) Вооружения Лазерное оружие С середины 50-х годов XX века в СССР осуществлялись широкомасштабные работы по разработке и испытанию лазерного оружия высокой мощности, как средства непосредственного поражения целей в интересах стратегической противокосмической и противоракетной обороны. Среди прочих были реализованы программы «Терра» и «Омега». Испытания лазеров осуществлялись на полигоне Сары-Шаган (ПВО, ПРО, ПКО, СККП, СПРН) в Казахстане. После распада Советского Союза работы на полигоне Сары-Шаган были остановлены. В середине марта 2009 года американская корпорация Northrop Grumman объявила о создании твердотельного электрического лазера мощностью около 100 квт. Разработка данного устройства была произведена в рамках программы по созданию эффективного мобильного лазерного комплекса, предназначенного для борьбы с наземными и воздушными целями.

ЛАЗЕРНОЕ ОРУЖИЕ Лазер с самого момента изобретения в 1960 году стал объектом особого внимания со стороны военных. Он оказался крайне полезным не только для выполнения мирных задач, но и в военных целях. Лазерные дальномеры, прицелы, системы наведения, локаторы есть на вооружении каждой современной армии. Инженерно-военная мысль уже достаточно долго активно ищет возможные пути реализации идеи создания ЛАЗЕРНОГО ОРУЖИЯ, которым можно было бы резать бронетехнику, самолеты, боевые ракеты и т. д.

«Звездные войны» Лазерный прицел В большинстве военных применений лазер используется для облегчения прицеливания с помощью какого-нибудь оружия. Например, лазерный прицел —это маленький лазер, обычно работающий в видимом диапазоне и прикреплённый к стволу пистолета или винтовки так, что его луч параллелен стволу. Благодаря слабой расходимости лазерного луча, даже на больших расстояниях прицел даёт маленькое пятнышко. Человек просто наводит это пятно на цель и таким образом видит, куда именно направлен его ствол.

Системы обнаружения снайперов Принцип данных систем основывается на том, что луч, проходя через линзы, будет отражаться от какого-либо светочувствительного объекта (оптические преобразователи, сетчатка глаза и т. д.). Как преимущество —подобные системы являются активными, то есть обнаруживают снайперов до выстрела, а не после. С другой стороны эти системы демаскируют себя, так как являются излучателями. Возможна постановка помех путем «сканирования» лазерным лучом местности, не позволяя вражеским снайперам вести прицельную стрельбу или даже наблюдение в оптические приборы.

4)Лазеры в медицине Поначалу, после изобретения лазеров, мало кто мог предположить, что эти световые инструменты способны лечить или как-то иначе улучшать физическое благополучие человека. Но врачи и медицинские исследователи быстро разглядели его возможности, а число медицинских применений лазера увеличивается с каждым годом. Например, резка тканей в хирургических процедурах; изменение формы роговицы глаза для улучшения зрения; очистка закупоренных артерий; прожигание полостей и отбеливание зубов; удаление нежелательных волос, морщин, родинок и веснушек; изменение формы лица в пластической хирургии.

Лазерная коррекция зрения Лазерная коррекция зрения —фотохимическая абляция (испарение) слоёв роговицы под воздействием луча эксимерного лазера, имеющая следствием изменение кривизны внешней поверхности роговицы и, как следствие, её рефракции (преломляющей способности), что приводит к фокусированию лучей света на сетчатке, то есть возвращению хорошего зрения.

Пришествие «лазерного скальпеля» Первые испытатели медицинских лазеров говорили о том, что существуют хирургические операции, которые сложно выполнить при помощи обычного скальпеля, и лазерный луч может быть использован вместо него. Их опыты показали, что хорошо сфокусированный луч углекислого лазера может резать человеческую ткань легко и аккуратно. Хирург может направить луч под любым углом с помощью зеркала, установленного на подвижном металлическом манипуляторе.

Очистка артерий при помощи света Например, лазеры все шире применяются для очистки артерий человека от тромбоцитныхбляшек. Тромбоцитнаябляшка —это плотная жировая субстанция, которая может скапливаться на внутренних стенках артерий. Со временем сосуды могут настолько закупориться, что кровь перестанет течь нормально и это может вызвать сердечный приступ или инсульт, что очень опасно и может привести к летальному исходу. Традиционный метод удаления бляшек, включающий вскрытие грудной клетки и выполнение нескольких надрезов, является долгой, а иногда и рискованной операцией. Кроме того, она дорогая и требует несколько недель для восстановления

Лазерная арфа Лазерная арфа —электронный музыкальный инструмент, состоящий из нескольких лазерных лучей, которые нужно перекрывать, по аналогии с щипками струн обычной арфы. Французский композитор Жан Мишель Жарр использует лазерные арфы в своих световых шоу.

Лазерные указки