Лазерные технологии
Лазерная технология
Определение 1
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.
Готовые работы на аналогичную тему
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.
Замечание 1
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.
«Лазерные технологии и их использование» ℹ️ общая информация о современных лазерах, виды, сферы и примеры применения, перспективы
Виды технологий
Лазерные технологии (ЛТ) условно можно поделить на два вида. Первый выделяется тонкой фокусировкой луча и точнейшим дозированием энергии, слабой мощностью, как в импульсном, так и в беспрерывном режиме.
С помощью слабых лазеров была разработана технология сверления тоненьких отверстий в рубинах и алмазах и техника создания фильеров. Основная сфера применения слабых устройств связана:
- С резкой и сваркой небольших элементов в электронике и электровакуумной промышленности.
- С маркировкой элементов, выжиганием номеров, букв и так далее.
В последнее время в одной из важных областей электроники — фотолитографии, без которой нереально представить создание сверхминиатюрных плат для печати, интегральных схем и иных изделий микроэлектронной техники, стандартные световые источники заменяются на лазерные.
Второй вид ЛТ базируется на использовании устройств со средненькой и большой мощностью: от 1кВт и выше. Мощные устройства применяются в таких энергоемких работах как:
- Резка и сварка прочных листов стали, внешняя закалка, плавка и легирование крупных элементов.
- Очистка сооружений от грязи, резка мрамора, гранита, раскрой тканевых материалов, кожи и так далее.
При сварке металлов с помощью лазера достигается высочайшее качество шва и не требуется эксплуатация вакуумных камер. Мощная технология нашла свое место в автомобилестроении (машиностроении), судостроении, и промышленности стройматериалов. Она помогает не только улучшить качество обработки материалов, но и повысить технико-экономические показатели производства. Какой, бы не была модель лазера, главное, это мощность.
Способы использования
Лазерные технологии сейчас являются востребованными во многих сферах, особенно в промышленных. В науке лазерные устройства считаются важным инструментом в нелинейной оптике. Лазеры можно назвать чудом, ведь они подарили миру новый способ получения объемных изображений, который сейчас называют голографией.
Факультеты, которые готовят специалистов в этой области, стали очень популярны, так как эта сфера имеет огромные перспективы.
Лазеры с легкостью могут сформировать маленькое пятно. В офтальмологии посредством лазеров выполняется ряд сложнейших операций, не нарушая целостности глазного яблока. Примером подобной операции считается коррекция зрения с помощью лазерных аппаратов. В онкологии лазеры нужны для выжигания различных опухолей.
В хирургии направленный луч света лазера эксплуатируется в качестве острого и чистого скальпеля, который помогает осуществлять бескровные манипуляции. Помимо этого, лазерно-магнитные аппараты применяются для лечения: кровоточащих ран, язв и иных повреждений. Лазерного типа технологии в Минске часто используются для обработки металлических изделий.
Лазер считается незаменимым устройством в процессе обработки металлов.
С помощью лазерного аппарата дарит можно выполнить много сложных технологических манипуляций. К примеру, просверлить узкие каналы в тугоплавких металлах, поработать над созданием пленочных микроскопических схем. К тому же лазеры работают намного быстрее других агрегатов, поэтому их чаще используют для крупных проектов.
Преимущества и функции
С помощью лазеров можно выполнить немало манипуляций. Современные ЛТ важны в микроэлектронике, где требуется сварка соединений. Плюсом лазера считается отсутствие механического контакта и возможность обработки недоступных элементов. Подобные аппараты также используются для локации и связи.
Достоинством устройств (если говорить кратко) считается узкое направление передачи и широкая полоса частотной пропускаемости. Лазерные измерительные гироскопы считаются главными элементами навигационной системы. Они имеют высочайшую точность, большой диапазон измерения угловых скоростей, свой небольшой дрейф.
Лазеры также можно использовать для определения скорости полетов.
Системы лазерного типа обеспечивают безопасность во время полета, связанную с увеличением точности посадочных систем. Сферы применения лазерных технологий велики и будут постоянно увеличиваться, следовательно, это направление будет развиваться и дальше.
Лазерные технологии, применение лазера, использование лазера
Лазер — одно из самых значимых изобретений 20-го века.
Лазеры нашли применение в самых различных областях — от коррекции зрения до управления транспортными средствами, от космических полётов до термоядерного синтеза.
Лазерные технологические процессы можно условно разделить на два вида. Первый из них использует возможность чрезвычайно тонкой фокусировки лазерного луча и точного дозирования энергии как в импульсном, так и в непрерывном режиме.
В таких технологических процессах применяют лазеры сравнительно невысокой средней мощности: это газовые лазеры импульсно-периодического действия, лазеры на кристаллах иттрий-алюминиевого граната (Y3Al5O12) с примесью неодима.
Иттрий алюминиевые гранаты (ИАГ) являются структурными аналогами природных, но превосходят их по твердости (8-8,5) , прозрачности и размеру бездефектной зоны. Обладают большой дисперсией, создающей бриллиантовую игру цвета. Введение редкоземельных элементов обеспечивает широкий спектр цветов, в том числе эксклюзивных оттенков. Получены разновидности гранатов, сходные по окраске и игре цвета с демантоидом и танзанитом.
С помощью последних были разработаны технология сверления тонких отверстий (диаметром 1 — 10 мкм и глубиной до 10 -100 мкм) в рубиновых и алмазных камнях для часовой промышленности и технологиях изготовления фильеров для протяжки тонкой проволоки. Основная область применения маломощных импульсных лазеров связана с резкой и сваркой миниатюрных деталей в микроэлектронике и электровакуумной промышленности, с маркировкой миниатюрных деталей, автоматическим выжиганием цифр, букв, изображений для нужд полиграфической промышленности.
В последние годы в одной из важнейших областей микроэлектроники — фотолитографии, без применения которой практически невозможно изготовление сверхминиатюрных печатных плат, интегральных схем и других элементов микроэлектронной техники, обычные источники света заменяются на лазерные.
Второй вид лазерной технологии основан на применении лазеров с большой средней мощностью: от 1кВт и выше. Мощные лазеры используют в таких энергоемких технологических процессах, как резка и сварка толстых стальных листов, поверхностная закалка, наплавление и легирование крупногабаритных деталей, очистка зданий от поверхностных загрязнений, резка металла, мрамора, гранита, раскрой тканей, кожи и других материалов. При лазерной сварке металлов достигается высокое качество шва и не требуется применение вакуумных камер, как при электроннолучевой сварке, а это очень важно в конвейерном производстве.
При лазерной резке отсутствует механическое воздействие на обрабатываемый материал, сфокусированное лазерное излучение регулируемой мощности — идеальный инструмент, обеспечивающий качественную гладкую поверхность кромки реза любого материала независимо от его теплофизических свойств.
Точность позиционирования лазерной головки составляет 0,05 мм, за счет чего достигается высокая точность взаимного расположения элементов заготовки. При лазерной резке получается качественный срез, не требующий дополнительной обработки, кроме того, можно изготовлять изделия любой сложности, в любом количестве и практически из любого материала.
Мощная лазерная технология нашла применение в машиностроении, автомобильной промышленности, промышленности строительных материалов. Она позволяет не только повысить качество обработки материалов, но и улучшить технико-экономические показатели производственных процессов.
Лазерная технология – грандиозные возможности
- Информация о материале
Создано: 29 ноября 2012
Просмотров: 6608
Стремительное развитие лазерной технологии отправляет на полки истории множество аналоговых способов производства различной направленности. Совсем немного времени осталось до того дня, когда лазер станет единственным решением многих технических вопросов. А сейчас можно ознакомиться, где на сегодняшний день применяется лазер от Компании Interlaser.
Настоящим технологическим прорывом стало применение энергии в виде лазерного луча в современном производстве. Благодаря уникальности лазерной технологии технические возможности производств совершенно разных направлений значительно обогатились.
Образцом чрезвычайно высоких достижений при помощи лазерных технологий могут служить, например;
- лазерный контроль в различных сферах производства;
- лазерный анализ;
- лазер в медицине;
- лазерная обработка самых разных материалов;
- лазерные технологии в полиграфии;
- индустрия оптических дисков;
- лазерные системы оптоволоконной связи;
- лазерные маяки, гироскопы, локаторы и многих-многих других областях разнообразного производства.
Развитие лазерных технологий в современном мире
Сегодня в современном производстве самых разных сфер деятельности лазерное оборудование занимает если не ключевое место, то весьма значительное и значимое. С ростом качества источников для лазерного излучения снижается их себестоимость, что, несомненно, способствует большему распространению по всему миру лазерных технологий и именно высокий уровень оснащения качественным лазерным оборудованием сегодня является одним из основных критериев оценки высокого уровня индустриализации того или иного производства.
Востребованность лазерного оборудования и технологий на сегодняшний день
На сегодняшний день лазерная индустрия является практически единственной ведущей отраслью наукоемкой промышленности. Доля энергии, которую сегодня употребляет разная индустрия развитых стран в форме лазерных технологий, очень быстро растет и настолько стремительно, что у высококвалифицированных экспертов всего мира появились вполне обоснованные основания считать и говорить о начавшейся третьей промышленной революции. В настоящее время с лазерной технологией по разнообразию и широте применения способна конкурировать только лишь компьютерная аппаратура, поэтому преимущество и потенциал лазерного оборудования – очевиден.
Сегодня лазерному оборудованию находят очень широкое применение практически в каждой отрасли экономики, причем число лазерных технологий и методик растет без остановки. К примеру, в настоящее время абсолютно вся электронная современная аппаратура производится с массовым применением лазерных технологий обработки, а соответственно под чутким технологическим контролем качества.
Где уже применяются лазерные технологии и лазерные станки от компании Interlaser
Лазерный раскрой металла, камня, пластика, дерева, шовная и точечная сварка, гравировка, различная маркировка и иные лазерные технологии с невероятной скоростью осваиваются не только крупными приборостроительными и машиностроительными заводами, но и небольшими частными предприятиями. Тем самым обеспечивая им достаточно высокую гибкость производства, качественную и большую производительность, экономию энергетических и материальных ресурсов, огромную возможность применения современных конструкционных материалов и т.д.
Абсолютно все возможности лазерной технологии просто не перечислить в виду того, что их невероятно огромное количество и каждый если не день, то год появляется что-то новое более инновационное! Факт остается фактом – от шоу-бизнеса и до серьезных научно-экспериментальных исследований, лазерная технология с каждым днем становится все востребованей и незаменимой, потому как лазерный луч нельзя заменить какой-либо другой технологией, потому что такой технологии на сегодняшний день – просто не существует.
Что такое лазер, принцип работы лазеров и их применение
Лазер — полезнейшее изобретение, нашедшее применение во многих сферах жизни. Чтобы понять, как оно покорило мир, проследим историю появления лазеров, рассмотрим их виды, а также попытаемся спрогнозировать, по какому из направлений эта технология будет развиваться в дальнейшем.
Лазеры вызывают восторг и неизменно ассоциируются с фантастическими фильмами и наукой будущего. Эти устройства кажутся сверхъестественными, что умело использовали создатели таких популярных блокбастеров, как «Люди X» или «Звездные войны», где джедаи эффектно сражаются на лазерных мечах.
Тем не менее лазеры — это уже давно не фантастика, а рабочий инструмент во многих областях современной науки. Эти устройства, будучи очень функциональными, окружают современного человека в повседневной жизни.
Как расшифровывается?
Английское выражение Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation переводится как «Усиление света посредством вынужденного излучения». По первым буквам этого выражения образована аббревиатура LASER.
Попросту говоря, лазер производит поток света, обладающий чрезвычайной концентрацией.
Кто изобрел лазер?
Первые открытия, подарившие человечеству лазер, были сделаны еще на заре XX века.
Эйнштейн
Еще в 1917 году Альберт Эйнштейн написал революционную работу, в которой заложил основы квантово-механического принципа действия лазера. Революционность заключалась в том, что автор предсказал абсолютно новое явление в физике — вынужденное излучение. Из теории Эйнштейна следует, что свет может излучаться и поглощаться не только спонтанно. Существует также возможность вынужденного (или стимулированного) излучения. Это значит, что возможно «принудить» электроны излучать свет необходимой длины волны в одно и то же время.
Майман
Реализовать эту идею на практике удалось только в 60-е годы двадцатого века. Самый первый лазер создал калифорнийский физик Теодор Майман 16 мая 1960 года. В работе этого лазера использовались кристалл рубина и резонатор Фабри — Перо. Лампа-вспышка являлась источником накачки. Работа лазера была импульсной, волна имела длину 694,3 нм.
Басов, Прохоров и Таунс
В 1952 году академики из СССР Николай Басов и Александр Прохоров рассказали всему миру, что возможно создание микроволнового лазера, работающего на аммиаке. Эта же идея параллельно и независимо развивалась физиком из Америки Чарлзом Таунсом. Он создал и показал, как работает такой лазер, в 1954 году. Спустя десятилетие, в 1964 году, все трое удостоились за эти достижения Нобелевской премии по физике.
Наши дни
Сегодня мы можем наблюдать очень интенсивное развитие лазеров. Практически ежегодно изобретаются новые их виды — химические, эксимерные, полупроводниковые, лазеры на свободных электронах.
ПРинцип работы лазера
Чтобы понять, как работает лазер, посмотрим на его структуру. Типичный лазер выглядит так: трубка, внутри которой размещен твердый кристалл, чаще всего рубин. С обоих торцов она закрыта зеркалами: прозрачным и не полностью прозрачным. Под воздействием электрической обмотки атомы кристалла генерируют световые волны. Эти волны перемещаются от одного зеркала к другому до того момента, пока не наберут интенсивность, достаточную для прохождения через не полностью прозрачное зеркало.
Как создается лазерный луч?
- 1-я стадия — выключенный лазер.
Электроны всех атомов (на картинке — черные точки на внутренних окружностях) занимают основной энергетический уровень.
- 2-я стадия — момент после включения.
Под действием энергии из разрядной трубки электроны перемещаются на более высокие энергетические орбиты (на картинке — внешние окружности).
- 3-я стадия — возникновение луча.
Электроны начинают покидать высокие энергетические орбиты и спускаться к основному уровню. При этом они начинают испускать свет и побуждают к этому остальные электроны. Образуется общий результирующий пучок света с одинаковой длиной волны у каждого источника. Чем больше новых электронов вернется к низким орбитам, тем мощнее свет лазера.
Резкость фокусировки
Длина световой волны в лазерном пучке только одна, следовательно, и цвет также один. Этот свет четко фокусируется линзой почти что полностью в одной точке.
(См. рисунок: слева — свет лазера, справа — естественный свет). Если сравнить свет лазера с естественным светом, то будет видно, что последний не способен иметь настолько резкий фокус. Благодаря концентрации в узком луче огромной энергии лазер способен передать этот луч на гигантские расстояния, избегая рассеяния и ослабления, присущих многоцветному свету — естественному. Эти качества лазера превращают его в незаменимый инструмент для человека.
Физическое обоснование
Разберем вышеописанный механизм работы лазера подробнее. Выясним, какие именно физические законы делают возможным его функционирование.
Активная среда
Для лазерного излучения необходима так называемая «активная среда». Только в ней оно может происходить. Как же создается активная среда? Прежде всего, нужно специальное вещество, которое обычно состоит из кристаллов рубина или алюмоиттриевого граната. Собственно, это вещество и есть активная среда. Сформированный из него цилиндр или стержень вставляют в резонатор. Резонатор состоит из двух параллельных друг другу зеркал. Переднее зеркало наполовину прозрачно, а заднее не пропускает свет. Рядом с со стержнем (цилиндром) монтируется импульсная лампа. Цилиндр и импульсная лампа окружены зеркалом. Оно чаще всего изготовлено из кварца, на который нанесен слой металла. При помощи зеркала свет собирается на цилиндре.
Энергетические уровни атомов
Важный момент: состав активной среды таков, что у каждого ее атома есть как минимум три энергетических уровня. В спокойном состоянии атомы активной среды располагаются на низшем энергетическом уровне Е0. Как только включается лампа, атомы поглощают энергию ее света, поднимаются на уровень Е1 и довольно долго пребывают в таким возбужденном состоянии. Именно это и обеспечивает лазерный импульс.
Инверсная заселенность
Инверсная заселенность — фундаментальное физическое понятие. Это такое состояние среды, когда число частиц на каком-то верхнем энергетическом уровне атома (любом из существующих) больше, чем на нижнем. Собственно, активной и называется та среда, в которой уровни являются инверсно заселенными.
Фотоны и световой пучок
Электроны атома не располагаются хаотично. Они занимают определенные орбиты, окружающие ядро. Атом, получающий квант энергии, с огромной вероятностью переходит в состояние возбуждения, характеризующееся сменой орбиты электронами — с самой низкой (метастабильной или основной) на обладающую более высоким уровнем энергии. На такой орбите длительное нахождение электронов невозможно, поэтому происходит их самопроизвольное возвращение к основному уровню. В момент возвращения каждый электрон испускает волну света, называемую фотоном. Одним атомом запускается цепная реакция, и электроны многих других атомов также перемещаются на орбиты с более низкой энергией. Одинаковые световые волны движутся огромным потоком. Изменения этих волн согласованы во времени и в результате формируют общий мощный световой пучок. Этот пучок света и зовется лазерным лучом. Мощность луча у каких-то лазеров настолько огромна, что им можно разрезать камень или металл.
Классификация лазеров
Существует несколько видов лазера, отличающихся друг от друга по принципу агрегатного состояния активной среды и по способу ее возбуждения. Перечислим основные.
Твердотельные лазеры
С этих лазеров все начиналось. Активная среда в них была твердой и состояла из кристаллов рубина и небольшого количества ионов хрома. Накачка осуществлялась при помощи импульсной лампы. Самый первый рубиновый лазер собрал американец Т. Майман в 1960 году. Твердотельные лазеры также изготавливают из стекла с примесью неодима Nd, алюмоиттриевого граната Y2Al5O12 с примесью хрома и неодима — все это также вещества для активной среды твердотельного лазера.
Газовые лазеры
В газовых лазерах активная среда формируется из газов с очень низким давлением или из их смесей. Газы заполняют стеклянную трубку, в которую впаяны электроды. Американцы А. Джаван, У. Беннетт и Д. Эрриот стали первыми создателями газового лазера в 1960 году. В качестве накачки такого лазера обычно применяют разряд электричества, производимый генератором высоких частот. Излучение газового лазера отличается своей непрерывностью. Плотность газов невысока, так что требуется довольно длинный стержень активной среды. Интенсивность излучения обеспечивается в этом случае за счет массы активного вещества.
Газодинамические, химические и эксимерные лазеры
По большому счету эти три вида можно классифицировать как газовые лазеры.
- Газодинамический лазер по принципу работы схож с реактивным двигателем. В нем по сути происходит сгорание топлива, в которое добавлены частицы газов активной среды. В процессе сгорания молекулы газов приходят в возбуждение, а потом, будучи охлажденными сверхзвуковым течением, испускают мощнейшее когерентное излучение, тем самым отдавая энергию.
- В химическом лазере импульс излучения появляется в результате химической реакции. В самом мощном лазере этого типа работает атомарный фтор в реакции с водородом.
- Работу эксимерных лазеров обеспечивают особые молекулы, которые всегда находятся в возбужденном состоянии.
Жидкостные лазеры
Первые жидкостные лазеры появились почти тогда же, когда и твердотельные — в 60-х годах XX века. Для создания активной среды в них используются разнообразные растворы органических соединений. Плотность такого вещества выше, чем у газа, хотя и ниже, чем у твердых тел. Поэтому такие лазеры способны генерировать достаточно сильное излучение (до 20 Вт), при том что объем их активного вещества сравнительно невелик. Работать они могут и в импульсном, и в непрерывном режимах. В качестве накачки используются импульсные лампы и другие лазеры.
Полупроводниковые лазеры
В 1962 году появились и первые полупроводниковые лазеры — в результате параллельной работы нескольких ученых из США: Р. Холла, М.И. Нейтена, Т. Квиста и их групп. Теоретически работа этого лазера была обоснована ранее, в 1958 году, русским физиком Н.Г. Басовым.
В полупроводниковом лазере в качестве активной среды используется кристалл-полупроводник, например арсенид галлия GaAs. Поэтому на первый взгляд его можно было бы отнести к твердотельным лазерам. Однако он принципиально отличается тем, что излучательные переходы в нем происходят не между энергетическими уровнями атомов, а между энергетическими зонами или подзонами кристалла.
Накачка такого лазера производится постоянным электрическим током. Грани кристалла-полупроводника тщательно полируются, и из них получается отличный резонатор.
Лазеры в природе
В нашей Вселенной учеными были найдены лазеры с естественным происхождением. Существуют гигантские межзвездные облака, созданные конденсированными газами. В них инверсная заселенность образуется естественным образом. Свет ближних звезд или другие излучения в космосе выполняют роль накачки, а газовые облака сами по себе являются превосходной активной средой протяженностью в несколько сотен миллионов километров. Возникает естественный астрофизический лазер, который не нуждается в резонаторе, — вынужденное электромагнитное излучение образуется в них самопроизвольно, как только проходит волна света.
Свойства лазерного излучения
Свет от лазера имеет особенные и очень ценные свойства, выгодно отличающие его от света обычных, тепловых источников.
- Излучение лазера когерентно и практически полностью монохроматично. Ранее подобные свойства были лишь у радиоволн от хорошо стабилизированных передатчиков.
- Распространение вынужденного излучения происходит только вдоль оси резонатора. В связи с этим расширение лазерного луча очень слабое, имеет почти незаметную расходимость (несколько угловых секунд).
- Благодаря вышеназванным свойствам лазерный луч способен фокусироваться в точку невероятно маленького размера. Энергия в точке его фокуса имеет огромную плотность.
- По причине монохроматичности излучения и чрезвычайной плотности энергии, лазерное излучение может достигать очень высоких температур. К примеру, температура излучения импульсного лазера мощностью порядка петаватта (1015 Вт) составляет более 100 миллионов градусов.
Применение лазеров
Свойства лазерного излучения уникальны. Это превратило лазеры в незаменимый для самых различных областей науки и техники инструмент. Кроме этого, лазеры широко используются в медицине, в быту, в индустрии развлечений, в сфере транспорта.
Технологические лазеры
- Благодаря огромной мощности лазеры непрерывного действия активно используются для того, чтобы разрезать, сваривать или спаивать детали, изготовленные из самых различных материалов. При высокой температуре лазерного излучения становится возможным сваривать даже те материалы, которые нельзя соединить между собой другими методами. Например, сваривание металла и керамики для получения нового материала — металлокерамики, обладающего уникальными свойствами.
- Для того чтобы изготовить микросхемы, используется лазерный луч, который способен сфокусироваться в одну мизерную точку, имеющую диаметр порядка микрона.
- Еще одно замечательное свойство лазерного луча — его идеальная прямота. Это позволяет использовать его как самую точную «линейку» в строительстве. Также в строительстве и геодезии при помощи импульсных лазеров производят измерения огромных расстояний на местности, засекая время, за которое световой импульс продвигается от одной точки до другой.
Лазерная связь
Появившиеся лазеры вывели на принципиально новый уровень технику связи и записи информации.
Радиосвязь, развиваясь, постепенно переходила на все более короткие длины волн, поскольку было доказано, что высокие частоты (с наименьшей длиной волны) предоставляют каналу связи наибольшую пропускную способность. Настоящим прорывом стало понимание того, что свет — это такая же электромагнитная волна, просто короче во множество десятков тысяч раз. Следовательно, через лазерный луч возможно передавать объем информации, в десятки тысяч раз превосходящий объем, передаваемый высокочастотными радиоканалами. В результате этого были усовершенствованы различные виды связи по всему миру.
Также при помощи луча лазера записываются и воспроизводятся компакт-диски со звуками — музыкой, и изображениями — фото и фильмами. Индустрия звукозаписи, получив такой инструмент, сделала гигантский шаг вперед.
Применение лазеров в медицине
Лазерные технологии широко применяются как в хирургии, так и в терапевтических целях.
- Например, благодаря его уникальным возможностям, луч лазера возможно легко ввести сквозь глазной зрачок и «приварить» отслоившуюся сетчатку, исправить в труднодоступной области глазного дна существующие дефекты.
- В современной хирургии при сложных операциях используется лазерный скальпель, который минимизирует повреждение живых тканей.
- Лазерное излучение небольшой мощности ускоряет регенерацию поврежденных тканей. Оно также оказывает воздействие, по свойствам похожее на иглоукалывание, практикуемое восточной медициной, — лазерная акупунктура.
- В косметологии активно используются диодные и пикосекундные лазеры.
Современные научные исследования
- Поскольку энергия лазера имеет высокую плотность, а излучение — огромную температуру, становятся возможными исследования веществ в таком экстремальном состоянии, в каком они существуют в раскаленных звездных глубинах.
- Современные ученые ставят перед собой цель создать термоядерную реакцию. Для этого лазерными лучами необходимо сжимать ампулу со смесью дейтерия с тритием (так называемый термоядерный синтез).
- Лазер незаменим в генной инженерии и нанотехнологиях (которые работают с объектами размером порядка миллионной доли миллиметра — 10–9 м). При помощи лучей лазера преодолеваются масштабные ограничения — разрезаются, передвигаются и соединяются между собой невидимые для глаза составляющие части генов, биологических молекул и нанотехнологические детали.
- Лазерные локаторы — лидары, используются для исследований свойств атмосферы.
Военные лазеры
В военных целях спектр применения лазеров очень велик. Например, их используют в разведке — для поиска целей и связи. Но все же в первую очередь при помощи лазеров изобретают и изготавливают новейшие виды оружия. Лучи химических или эксимерных лазеров наземного или орбитального базирования обладают колоссальной мощностью. Они способны без особых усилий уничтожать или выводить из строя вражеские боевые спутники и самолеты во время военных действий. Уже сегодня ведутся разработки и существуют примеры лазерных пистолетов, которыми планируется вооружать экипажи военных орбитальных станций. И это не сюжет фантастического фильма, а новейшие научные разработки!
Лазеры в индустрии развлечений
Лазеры нашли широкое применение в индустрии развлечений. Многие знакомы с лазерным шоу: такие представления часто сопровождают фестивали, концерты, праздничные мероприятия. Лазерное шоу может быть создано как внутри помещения, так и на свежем воздухе. Организатор способен выбрать оборудование под свои задачи и проецировать изображение любой сложности в любом цветовом диапазоне.
Так, одним из самых ярких и масштабных событий, которое сопровождалось лазерным шоу, стал концерт знаменитого музыканта Jean-Michel Jarre на Воробьевых горах в 1995 году. Он был приглашен Юрием Лужковым по случаю празднования 850-летия Москвы.
Музыкант выступал перед зданием МГУ, во время мероприятия на фасад университета проецировались фрагменты истории города.
Но в наше время лазерным шоу никого не удивишь. В Нью-Йорке в ноябре 2012-го появилась кратковременная лазерная установка с названием Global Rainbows — 35-километровым лазерным лучом в небо. Установка представляла собой
Основные области применения лазерных технологий — Студопедия
♦ Раскрой и резка металлических и неметаллических материалов.
♦ Упрочняющая поверхностная обработка.
♦ Поверхностная очистка материалов.
♦ Лазерная сварка.
♦ Маркирование, гравирование, нанесение и считывание кодированных информационных знаков.
♦ Носители информации в компьютерной технике.
♦ Лазерная связь и локация.
♦ Сельское хозяйство.
♦ Медицина.
♦ Индустрия развлечений.
4.Все системы технологий материальной сферы производства связаны с потреблением энергии или взаимным превращением одного вида энергии в другой. Основой функционирования всего общественного производства является топливно-энергетический комплекс.
Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) состоит из группы отраслей и подотраслей промышленного производства, которые специализируются на добыче, обогащении, переработке и потреблении твердого минерального, жидкого и газового топлива; производстве, передаче и использовании электроэнергии и теплоты. В состав ТЭК входят газовая, нефтяная и угольная промышленность, электроэнергетика.
Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) играет важнейшую роль в мировой экономике, т. к. без его продукции невозможно функционирование всех без исключения отраслей.
В сырьевом секторе мирового хозяйства топливно-энергетические ресурсы – нефть, нефтепродукты, природный газ, каменный уголь, атомная энергия, гидроэнергия и т.д.) играют ведущую роль. Эта группа товаров сохраняет роль лидера среди прочих товарных групп в международной торговле, уступая лишь группе машин и оборудования.
Структура ТЭК в мировом хозяйстве определяется видами используемой первичной энергии и балансом между ними.
Особенности топливно-энергетического баланса Украины: высокий удельный вес|вага| природного газа и каменного угля, атомной энергии, незначительное использование|употребление| таких первичных| энергетических ресурсов, как гидроэнергия, нефть и продукты ее переработки|.
По прогнозам специалистов, общее мировое потребление всех видов первичных энергоресурсов (ПЭР) – нефти, угля, газа – может возрасти примерно на 50 % до 2030 г.
Объективная реальность такова, что потребности в энергии народного хозяйства, в т.ч. промышленности, постянно возрастают, в то время как запасы природных ресурсов небезграничны, исчерпаемы, добыча их усложняется, использование все более загрязняет окружающую среду.
В связи с этим возникла проблема поиска и технологического освоения новых нетрадиционных (альтернативных, возобновляемых) источников энергии. Этот поиск направлен на разработку систем, которые не нарушали бы экологию Земли. Большинство развитых стран усиленно занимается технологией возобновляемых источников энергии –Солнца, ветра, приливов, тепла Земли, биомассы и т.д.
Суммарная мощность существующих в мире энергоустановок на возобновляемых источниках энергии составляет сегодня ~ 2 % от мощности всей энергогенерации. По существующим прогнозам в ближайшие 10 лет использование альтернативных источников увеличится до 10…15 %.
Развитие нетрадиционной энергетики должно стать отдельным направлением государственной энергетической политики Украины.
6.Одной из характерных особенностей современной науки, промышленности и жизни вообще стало немыслимое ранее ускорение темпов развития, обусловленное научным прогрессом, техническими и технологическими инновациями. Развитие многих сфер деятельности достигло уровня, который еще пару поколений тому назад казался фантастическим.
В наши дни наука вплотную подошла к возможности прямого воздействия на отдельные атомы и молекулы, что создало новое направление развития, получившее общее название нанотехнологии (нано- означает масштаб 10 -9 м, соизмеримый с размером одного атома) и имеющее огромное значение как для самой науки в целом, так и для промышленного применения.
В некоторых конкретных, наиболее передовых областях (компьютерная техника, биотехнология, материаловедение) использование нанотехнологий позволяет уже в ближайшем будущем надеяться на результаты, сопоставимые с тем, что было достигнуто за несколько последних десятилетий. Например, нанотехнологии делают вполне реальным создание сверхмощных миниатюрных компьютеров, легких и прочных материалов для машиностроения, авиации, новых лекарственных препаратов и методов диагностики самых опасных болезней, высокоэффективных преобразователей солнечной энергии, высокочувствительных датчиков контроля состояния окружающей среды и т.д.
Речь идет о множестве достижений самого разного масштаба в разнообразных областях науки и техники, то есть о каскаде или волне открытий и применений, а не об одном открытии сверхкрупного масштаба.
На рис. 2 представлена схема, отражающая фундаментальные основы нанонауки, направления ее развития и области применения.
Рисунок 2 — Фундаментальные основы и области применения нанонауки, нанотехнологий и нанотехники
Нанотехнологию можно, таким образом, рассматривать как технологию общего назначения, которая, возможно, приведет к радикальному изменению и промышленности, и всей человеческой жизни в целом.
Принципиальной особенностью нанотехнологии является междис-циплинарность, и во всех своих проявлениях нанонаука выступает в качестве объединяющего начала в физике, химии, биологии, материаловедении, вычислительной технике, информационных технологиях, электронике и т.д.
Нанотехнологии, безусловно, сегодня являются «передовой линией» развития цивилизации, ключевым понятием начала XXI века, символом новой, невиданной по своим масштабам, научно-технической (наноиндустриальной) революции, результаты которой обещают в будущем преобразовать окружающий мир.
Некоторые понятия нанотехнологии.
Нано— десятичная приставка (в переводе с греческого nanos – «карлик»), означающая одну миллиардную часть какой-либо величины.
Наномасштаб подразумевает порядок размеров между 1 и 100 нанометрами (1 нм = 10-9 м = 10-6 мм = 10-3 мкм).
Нанотехнология – междисциплинарная область науки, в которой изучаются закономерности процессов в пространственных областях нанометровых размеров с целью управления отдельными атомами, молекулами, молекулярными системами при создании новых молекул, устройств и материалов со специальными свойствами (физическими, химическими, биологическими).
Предыстория современных нанотехнологий связана с многовековыми исследовательскими усилиями ученых многих стран мира.
Среди важнейших открытий, способствовавших развитию нового направления, можно назвать следующие.
¨ 1959 г.Выступлениеамериканского физика, Нобелевского лауреата Р. Фейнмана в Калифорнийском технологическом институте с лекцией «Там, внизу, еще много места» («There’s Plenty of Room at the Bottom»), в котрой он высказал идеи управления строением вещества на атомарном уровне. Эта лекция стала в определенном смысле стартовой площадкой для наноисследований.
¨ 1974 г. Впервые термин «нанотехнология» предложен японским физиком Н. Танигучи в докладе «Об основных принципах нанотехнологии» («On the Basic Concept of Nanotechnology») на международной конференции задолго до начала масштабных работ в этой области.
¨ 1981 г. Немецкие физики Г. Биннинг и Г. Рорер, сотрудники компании IBM, создали сканирующий туннельный микроскоп (Нобелевская премия 1986 г.) – первый прибор, позволяющий не только получать трехмерное изображение структуры из электропроводного материала с разрешением порядка размеров отдельных атомов, но и осуществлять воздействие на вещество на атомарном уровне, т.е. манипулировать атомами, а, следовательно, непосредственно собирать из них любое вещество.
¨ 1985г. Коллектив ученых в составеГ. Крото (Англия), Р. Керла, Р. Смолли (США) и др. открыл новую форму существования углерода в природе – фулллерен и исследовал его свойства (Нобелевская премия 1996 г.).
¨ 1986г. Создан сканирующий атомно-силовой микроскоп (авторы Г. Биннинг, К. Куатт, К. Гербер, сотрудники IBM, Нобелевская премия 1992 г.), позволивший, в отличие от сканирующего туннельного микроскопа, изучать атомарную структуру не только проводящих, но и любых материалов, в том числе органических молекул, биологических объектов и т.д.
Нанотехнологии стали известны широкой публике. Базовая системная концепция, осмыслившая предыдущие достижения, сформулирована в книге американского футуролога, сотрудника лаборатории искусственного интеллекта Массачусетсского технологического института Э. Дрекслера «Двигатели созидания: наступающая эра нанотехнологии» («Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology»). Автор предсказал активное развитие и практическое применение нанотехнологий. Этот прогноз, рассчитанный на многие десятилетия, оправдывается шаг за шагом с существенным опережением по времени.
¨ 1991г. Японский ученый С. Ииджима открыл новую форму углеродных образований – углеродные нанотрубки, которые проявляют уникальные свойства (например, высочайшую среди известных материалов прочность) и являются основой для революционных преобразований в материаловедении и электронике.
¨ 2000 г. В США приступили к реализации широкомасштабной программы исследований в области нанотехнологий, названной Национальной нанотехнологической инициативой (NNI).
Приведенные и другие исследования, открытия, изобретения дали мощный толчок применению нанотехнологических методов в промышленности. Началось бурное развитие прикладной нанотехнологии.
Появились первые коммерческие наноматериалы; созданы первые электронные устройства, датчики различного назначения на базе нанотехнологий; разработаны многочисленные методы получения наноматериалов.
Многие страны мира активно включились в исследования по проблемам нанотехнологий на уровне правительств и глав государств, оценив перспективы в будущем. В ведущих университетах и институтах мира (США, Германия, Япония, Россия, Англия, Франция, Италия, Швейцария, Китай, Израиль и т.д.) созданы лаборатории и отделы наноструктур, которые возглавили известные ученые.
Область нанотехнологий является самым финансируемым и наиболее динамично развивающимся видом научно-исследовательской деятельности в мире. Объемы капиталовложений в развитие нанотехнологий в промышленно развитых странах ежегодно увеличиваются, в ряде стран и регионов (США, Япония, Германия Россия, Китай, Европейский союз) созданы приоритетные целевые программы.
Нанотехнологии уже используются в наиболее значимых областях человеческой деятельности – радиоэлектронике, информационной сфере, энергетике, транспорте, биотехнологии, медицине, оборонной промышленности.
За уникальные результаты исследований в этой области присуждено 8 Нобелевских премий.
Предполагается, что основными секторами рынка продукции нанотехнологий в ближайшее время станут следующие: наноматериалы, наноэлектроника, фармацевтика и медицина, химическая промышленность, экология, транспорт, рис. 3.
Рисунок 3 – Основные секторы рынка продукции нанотехнологий (миллиардов долларов в
ближайшие 10 лет
Быстрый рост вложений в нанотехнологии за последние годы обусловлен осознанием фактического прогресса в этой области исследований и разработок.
Уже сегодня мировая промышленность использует нанотехнологии в процессе производства как минимум 80 групп потребительских товаров и свыше 600 видов сырьевых материалов, комплектующих изделий и промышленного оборудования; в обороте находится более 5 тысяч товаров – продуктов наноиндустрии.
По прогнозам американской ассоциации National Science Foundation, в ближайшие 10…15 лет мировой рынок наноматериалов и нанотехнологий превысит 1 триллион долларов, около 50 % ВВП будет получено с помощью нанопродукции.
Нанотехнологии превратились в товар, новую общую ценность. Происходит коммерциализация нанотехнологий.
Междисциплинарный характер нанотехнологий, ее объединяющие и интегрирующие функции привели к неожиданно новым и непривычным комбинациям в бизнесе и социальных отношениях. Поскольку нанотехнологические товары и изделия имеют самое разное назначение, происходит активизация и появление новых связей между специалистами по маркетингу, распределению и продаже в достаточно далеких друг от друга областях. Расширение таких связей практически всегда оказывает благотворное воздействие на участников, создавая возможности для обмена знаниями и методами.
Лазерные технологии – принцип работы – основные виды лазеров
- Информация о материале
Создано: 29 ноября 2012
Просмотров: 6408
Лазером является свет, который принудительно превращается в направленный поток излучения. Лазер уже давно перестал быть фантастикой; он может иметь любой цвет, и главное – направленность. Сегодня лазер настолько же естественное явление, как мобильная связь и высокоскоростной интернет. В этой статье описаны виды лазеров и принципы их работы, которые применяются для резки и гравировки любого материала.
Лазер по своему принципу и технологии работы весьма близок к ранее созданному «мазеру», отсюда и следует его альтернативное наименование – оптический мазер. Для этих обоих устройств свойственно излучение излишней энергии атомов, которые под влиянием внешнего воздействия находятся в возбужденном состоянии. Итак, как это работает!?
Что такое свет? Свет – это особая форма материи, которая состоит из «сгустков» именующихся квантами. Совершено любое вещество, несомненно, состоит из атомов поглощающих кванты. Длина волны (соответственно и цвет) излучения обусловливается энергией его кванта. Но при отсутствии добавочных условий атомы вещества абсолютно не взаимодействуют с долями квантов, потому как атомы являются по своей природе одинаковыми, поэтому поглощают или излучают кванты исключительно конкретной длины волны. Примером этого взаимодействия может послужить газоразрядная лампа, однородно заполненная неоном.
Само наличие света является вынужденным для атома участием в энергетических переходах. Поэтому отсюда соответственно и название данных процессов – вынужденное излучение и вынужденное поглощение. Во время вынужденного поглощения численность квантов снижается, следовательно, и интенсивность света также снижается. Попав в освещение некоторое количество атомов, начинает излучать большое количество энергии, чем вызывает вынужденное поглощение. Таким образом, возникает лазерный эффект (так сказать – усиление света под воздействием вынужденного излучения множества атомов).
В связи с этим лазерная генерация возникает только в том множестве микрочастиц, где непосредственно количество возбужденных атомов выше от находящегося атома в основном состоянии. Следовательно, отсюда вывод: что данное множество необходимо предварительно подготовить, накачав в него энергию из внешнего источника. Эта операция имеет одноименное название – накачка.
Основное отличие всех видов/типов лазера именно – способ накачки. Накачкой могут быть: электрический ток; электрический разряд; электромагнитное излучение; пучок чрезвычайно быстрых (релятивистских) электронов; химическая реакция в подходящей для генерации среде. Итак, основные виды лазеров.
Лазеры газовые (лазер СО2)
Неопровержимым достоинством газов как элемент активной среды лазера, безусловно, является – повышенная оптическая однородность. Потому для технических и научных применений, где обязательно необходимы монохроматичность излучения и максимально высокая направленность именно газовые лазеры представляют наибольший интерес. После первого изобретенного газового лазера, для которого основой служила смесь неона и гелия (1960), было изобретено огромное количество самых разнообразных газовых лазеров.
Поэтому в них применялись самые разные технологии и начинки, например: квантовые переходы нейтральных ионов, молекул, атомов имеющих в широком диапазоне частоты от далекой инфракрасной и до ультрафиолетовой частей спектра. Среди всех известных лазеров непрерывного действия ближней и видимой областей спектра, самое большое распространение получил неоново-гелиевый лазер. Данный лазер представляет собой заполненную смесью из He и Ne газоразрядную трубку, которая заключена в оптический резонатор.
В излучении газового лазера весьма отчетливо проявляются присущие лазерному излучению свойства – высокая монохроматичность и направленность. Существенным достоинством и, конечно же, преимуществом является их способность функционировать в непрерывном режиме. Использование новых современных методов возбуждения соответственно и переход к максимально высоким давлениям газа способны достаточно резко в разы умножить мощность газового лазера. При помощи газового лазера допустимо дальнейшее освоение диапазонов рентгеновского и ультрафиолетового излучений, а также далекого инфракрасного диапазона.
Полупроводниковые лазеры
По ряду своих технических характеристик полупроводниковые лазеры среди лазеров, функционирующих в инфракрасном и видимом диапазонах, занимают особое место. У полупроводниковых инжекционных лазеров очень высокий коэффициент полезного действия (КПД), поэтому преобразование электрической энергии в когерентное излучение практически 100%-ное. Эти лазеры очень эффективны и способны функционировать в непрерывном режиме. Другими отличительными особенностями полупроводниковых лазеров являются: малая степень инерционности обуславливает достаточно широкий пояс частот прямой модуляции более чем в 109 ГГц: высокая эффективность преобразования электрической энергии в энергию когерентного излучения (30%-50%): возможность переустройства длины волны излучения и присутствие значительного количества полупроводников непрерывно перекрывающих интервал длины волн от 0,32 и до 32 мкм: ну и конечно же, простота всей конструкции.
Полупроводниковые лазеры очень эффективны, когда требования к направленности и когерентности невелики, однако нужны высокий КПД и малые габариты. Полупроводниковые лазеры превосходят все виды/типы лазеров величиной КПД (коэффициент полезного действия) и плотностью энергии излучения.
Жидкостный лазер
Жидкостный лазер – это лазер, для которого активным веществом является жидкость. Основное преимущество таких лазеров: возможность осуществления циркуляции жидкости с целью ее охлаждения. Данный процесс позволяет получать большие мощности излучения и энергии в непрерывном и импульсивном режимах.
В первых изобретенных жидкостных лазерах, как правило, использовались растворы редкоземельных хелатов. Но они пока что не нашли применения недостаточной химической выносливости хелатов и малого количества достижимой энергии. Жидкостные лазеры, которые работают на не органических активных растворах при существенно, средней мощности, обладают весьма большими импульсивными энергиями. При этом данные лазеры генерируют излучения с достаточно узким спектром частот.
Жидкостные лазеры, работающие на растворах из органических растворов, также обладают некоторыми особенностями. Таким жидкостным лазерам позволяют работать, причем с непрерывной перестройкой длины волн излучения в достаточно широком диапазоне – широкие спектральные линии люминесценции. Путем замены красителей, возможно, осуществить перекрытия всего видимого, а также части инфракрасного спектрального участка. Источником накачки для жидкостных лазеров на красителях в большинстве своем используются твердотельные лазеры. Однако для некоторых красителей при необходимости можно использовать накачку от импульсивных специальных газосветных ламп, которые дают более короткие насыщенные вспышки белого света, нежели обычные импульсивные лампы.
Твердотельные лазеры
Сегодня существует масса твердотельных лазеров, которые обладают как непрерывным излучением, так и импульсным. Среди твердотельных импульсных лазеров наиболее распространенным является – лазер на неодимовом стекле и на рубине. Неодимовый лазер функционирует на длине волны ℓ = 1.06 мкм. Также изготавливают сравнительно большие и довольно-таки оптически однородные стержни диаметром 4-5 см и длиной до 100 см. Всего лишь за 10-3 секунды один такой стержень способен выдать импульс генерации с энергией в 1000 Дж.
Твердотельные лазеры на рубине по сравнению с неодимовыми лазерами являются наиболее мощными и импульсными. Абсолютная энергия импульса генерации при длительности импульса в 10-3 секунды достигает сотен Дж. Также возможно успешно выполнить режим генерации импульсов с достаточно большой частотой повторения вплоть до нескольких КГц.
Современное производство сегодня вполне успешно применяет в производстве различных товаров и исследований все вышеизложенные лазерные технологии. В настоящее время трудно представить себе какой-либо огромный завод или крупную частную фабрику без использования лазерных технологий и благодаря этому качество и количество хорошей продукции постоянно увеличивается.
применений лазеров
Применения Лазеры
Лазер оптическое устройство, которое генерирует интенсивный когерентный луч монохроматический свет за счет вынужденного излучения излучения.
Лазер свет отличается от обычного света. Он имеет различные уникальные свойства, такие как когерентность, монохромность, направленность и высокая интенсивность.Благодаря этим уникальным свойства, лазеры используются в различных приложениях.
наиболее важные области применения лазеров включают:
- Лазеры в медицина
- Лазеры в связь
- Лазеры в промышленность
- Лазеры в наука и техника
- Лазеры в военный
Лазеры в Медицина
- Лазеры используется для бескровной хирургии.
- Лазеры используется для уничтожения камней в почках.
- Лазеры используется в диагностике и терапии рака.
- Лазеры используется для коррекции кривизны хрусталика глаза.
- Лазеры используется в оптоволоконном эндоскопе для обнаружения язв в кишечник.
- Печень а болезни легких можно лечить с помощью лазеров.
- Лазеры используется для изучения внутреннего строения микроорганизмов и клетки.
- Лазеры используется для химических реакций.
- Лазеры используется для создания плазмы.
- Лазеры используется для успешного удаления опухолей.
- Лазеры используется для удаления кариеса или разрушенной части зубов.
- Лазеры используется в косметических процедурах, таких как лечение акне, целлюлит и эпиляция.
Лазеры в коммуникациях
- Лазерный свет используется в оптоволоконной связи для отправки информации на большие расстояния с низкими потерями.
- Лазерный свет используется в подводных сетях связи.
- Лазеры используется в космической связи, радарах и спутниках.
Лазеры в промышленности
- Лазеры используется для резки стекла и кварца.
- Лазеры используется в электронной промышленности для обрезки компонентов Интегральные схемы (ИС).
- Лазеры используется для термической обработки в автомобильной промышленности.
- Лазерный свет используется для сбора информации о префиксных ценах различных товаров в магазинах и коммерческих учреждениях со штрих-кода, нанесенного на продукт.
- Ультрафиолет лазеры используются в полупроводниковой промышленности для фотолитография.Фотолитография — это метод, используемый для изготовление печатной платы (PCB) и микропроцессора с помощью ультрафиолета.
- Лазеры используется для сверления аэрозольных форсунок и контрольных отверстий внутри требуемая точность.
Лазеры в области науки и технологий
- А лазер помогает в изучении броуновского движения частиц.
- С помощь гелий-неона лазера было доказано, что скорость света одинакова в все направления.
- С с помощью лазера можно подсчитать количество атомов в веществе.
- Лазеры используется в компьютерах для извлечения сохраненной информации из Компакт-диск (CD).
- Лазеры используется для хранения большого количества информации или данных на CD-ROM.
- Лазеры используется для измерения загрязняющих газов и других загрязняющих веществ атмосферы.
- Lasers помогает в определении скорости вращения земли точно.
- Лазеры используется в компьютерных принтерах.
- Лазеры используется для создания трехмерных изображений в космосе без использования линз.
- Лазеры используется для обнаружения землетрясений и подводных ядерных взрывы.
- Галлий арсенидный диодный лазер можно использовать для установки невидимого забора для защиты области.
Лазеры в Военном деле
- Лазер дальномеры используются для определения расстояния до объект.
- кольцевой лазерный гироскоп используется для зондирования и измерения очень малый угол поворота движущихся объектов.
- Лазеры может использоваться как скрытный осветитель для разведки ночью с высокой точностью.
- Лазеры используются для утилизации энергии боеголовки путем повреждения ракета.
- Лазер свет используется в лидарах для точного измерения расстояния к объекту.
лазерный гравировальный станок на продажу | Приложения
Титан — Цветовой круг
Графитовые электроды
Медицинский совок для мозга из нержавеющей стали
Нержавеющая сталь — Медицинский микростент
Дневная / ночная маркировка
Титан
Титан
Стерлинговое серебро 
Латунный сплав
Делрин черный
Нейлон
Керамика
Пластик — Штрих-код
Пластиковый корпус
Керамика
Пластиковая оптика
Полиэтилен
Силиконовая резина
4140H Сталь
Нержавеющая сталь
Лазерная маркировка нержавеющей стали
Нержавеющая сталь — Стоматологическая борфреза
Карбид
Сталь — матрица данных
Золотниковый клапан из нержавеющей стали
Черный оксид
Цветные пластмассы
Сталь— Детали оружия
Сталь — оцинкованная
Сталь — литье
Карбид с оловянным покрытием
Нержавеющая сталь
Алюминий — темная отметина / резка
Алюминий — алодированный / анодированный
Алюминий — анодированный
Алюминий
Алюминий — черный анодированный
Алюминий — анодированный синий
Алюминий — Темная метка
Нет совпадений! Выберите другой материал или другую отрасль.
.Источники и решения для волоконных лазеров
Пользователи могут значительно сэкономить, используя волоконные лазеры в своем производстве. Сумма, которую вы можете сэкономить, зависит от многих факторов, включая ваш текущий процесс, материалы, производственную среду, затраты на электроэнергию и рабочую силу. Вот часть экономии:
а. Более высокий КПД: Волоконные лазеры обладают непревзойденной эффективностью по сравнению с существующими традиционными лазерными технологиями:
| Тип | Дюбель КПД |
| Волоконный лазер на иттербии (Yb) | 40% + (> 50% для серии ECO ) |
| ИАГ | с ламповой накачкой1.5-2% |
| ИАГ | с диодной накачкой10-20% |
| Диск | 15-25% |
| CO2 | 5-10% |
Калькулятор экономии энергии
г. Охлаждение: Эффективность волоконного лазера также способствует снижению требований к охлаждению, что способствует снижению потребления электроэнергии. Волоконным лазерам меньшей мощности требуется только воздушное охлаждение.Волоконный лазер с более высокой мощностью требует водяного охлаждения, которое обычно проще и дешевле, чем для эквивалентных альтернативных лазерных технологий. Охлаждение также зависит от конкретной производственной среды.
г. Расходные материалы / Запасные части: Благодаря высокоэффективной конструкции волоконных лазеров (лучшее управление температурой) и использованию в наших волоконных лазерах одноэмиттерных диодов накачки телекоммуникационного уровня, вы можете сэкономить на запасных частях (таких как лампы и диодные стержни). ), время простоя труда и производства.Срок службы многих ламп и диодных стержней, используемых в YAG, составляет 2 000 часов и 20 000 часов соответственно. Это часть MTBF диодов IPG с одним эмиттером> 100 000 часов, что означает, что в течение всего срока службы волоконного лазера вам не придется заменять диоды. В полностью твердотельной конструкции лазеров IPG «волокно-волокно» вы экономите еще больше, потому что нет оптики, которую нужно регулировать или обслуживать, например, зеркал резонаторов, кристаллов, жидкостей и фильтров, как в обычных лазерах.
г. Обслуживание: Волоконные лазеры не требуют обслуживания или требуют минимального обслуживания, в зависимости от выходной мощности и других факторов, по сравнению с обычными лазерами. Нет оптики для юстировки и времени прогрева, а также расходных материалов / запасных частей. В результате вы можете существенно сэкономить на обслуживании.
e. Капитальные затраты: С волоконными лазерами один и тот же лазер может резать, сваривать и сверлить, что позволяет снизить инвестиционные затраты по сравнению с покупкой и обслуживанием различных лазеров и лазерных систем для каждой из этих функций.
ф. Экономия на налогах:
Раздел 179 налогового кодекса США позволяет компаниям вычитать полную покупную цену соответствующего оборудования и / или программного обеспечения, приобретенных или профинансированных в течение налогового года. Это означает, что если вы покупаете (или берете в аренду) соответствующее оборудование, вы можете вычесть ПОЛНУЮ ЦЕНУ ПОКУПКИ из своего валового дохода. Это стимул, созданный правительством США, чтобы побудить предприятия покупать оборудование и инвестировать в себя. См. Последнюю информацию о капитальных закупках и амортизации бонусов в разделе Раздел 179 .
Пришло время приобрести волоконный лазер IPG, систему волоконного лазера или заменить старый лазерный источник новым энергоэффективным волоконным лазером. Правительство США предоставило вам некоторые стимулы в виде вычета , раздел 179, ; пожалуйста, посетите веб-сайт Section 179 для получения более подробной информации.
Заявление об отказе от ответственности: Это не налоговая консультация. Проконсультируйтесь со своим налоговым консультантом по вопросам налогообложения и применимости к вашему бизнесу и обстоятельствам.Любые советы, содержащиеся в этом документе, не предназначены для использования и не могут быть использованы вами (или любым другим налогоплательщиком) для избежания штрафов в соответствии с Налоговым кодексом 1986 года с поправками.
Закрыть.
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||