Список применений лазера
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( август 2007 г. ) |
было разработано множество научных, военных, медицинских и коммерческих применений лазеров. С момента изобретения лазера в 1958 году Когерентность , высокая монохроматичность и способность достигать чрезвычайно высоких мощностей — все это свойства, которые позволяют использовать эти специализированные приложения.
Научный [ править ]
В науке лазеры используются многими способами, в том числе:
- Широкий выбор интерферометрических методов.
- Рамановская спектроскопия
- Спектроскопия лазерно-индуцированного пробоя
- атмосферы Дистанционное зондирование
- Исследование нелинейной оптики явлений
- Голографические методы с использованием лазеров также способствуют ряду методов измерения.
- Технология лазерного лидара (LIght raDAR) находит применение в геологии , сейсмологии , дистанционном зондировании и физике атмосферы .
- Лазеры использовались на борту космических кораблей, например, в миссии Кассини-Гюйгенс . [1]
- В астрономии лазеры использовались для создания искусственных лазерных опорных звезд , используемых в качестве эталонных объектов для телескопов с адаптивной оптикой .
Лазеры также могут косвенно использоваться в спектроскопии в качестве системы микроотбора - метод, называемый лазерной абляцией (LA), который обычно применяется к аппарату ICP-MS, в результате чего получается мощный LA-ICP-MS.
Принципы лазерной спектроскопии обсуждает Демтредер. [2]
Спектроскопия [ править ]
Большинство типов лазеров по своей сути являются чистым источником света; они излучают почти монохроматический свет с очень четко определенным диапазоном длин волн . Благодаря тщательной разработке лазерных компонентов чистота лазерного света (измеренная как « ширина линии ») может быть улучшена больше, чем чистота любого другого источника света. Это делает лазер очень полезным источником для спектроскопии . Высокая интенсивность света, которая может быть достигнута с помощью небольшого, хорошо коллимированного луча, также может быть использована для создания нелинейного оптического эффекта в образце, что делает возможными такие методы, как рамановская спектроскопия . Другие спектроскопические методы, основанные на лазерах, можно использовать для создания чрезвычайно чувствительных детекторов различных молекул, способных измерять молекулярные концентрации в долях на 10. 12 (ппт) уровень. Благодаря высокой плотности мощности, достижимой с помощью лазеров, возможна индуцированная лучом атомная эмиссия: этот метод называется спектроскопией лазерного индуцированного пробоя (LIBS).
Термическая обработка [ править ]
Термическая обработка лазерами позволяет избирательно закаливать поверхность от износа с незначительной деформацией детали или без нее. Поскольку это исключает значительную часть переделки деталей, которая выполняется в настоящее время, капитальные затраты на лазерную систему окупаются в короткие сроки. Также было разработано инертное абсорбирующее покрытие для лазерной термообработки, которое устраняет испарения, образующиеся при использовании обычных лакокрасочных покрытий в процессе термообработки лучами CO 2 -лазера.
Одним из соображений, имеющих решающее значение для успеха операции термообработки, является контроль излучения лазерного луча на поверхности детали. Оптимальное распределение излучения определяется термодинамикой взаимодействия лазера с материалом и геометрией детали.
Обычно интенсивность излучения от 500 до 5000 Вт/см^2 удовлетворяет термодинамическим ограничениям и обеспечивает быстрый нагрев поверхности и минимальное требуемое общее тепловложение. Для общей термообработки одним из лучших вариантов является однородный брус квадратного или прямоугольного сечения. Для некоторых специальных применений или применений, в которых термообработка выполняется на краю или углу детали, может быть лучше снизить интенсивность излучения вблизи края, чтобы предотвратить плавление.
Погода [ править ]
Исследования показывают, что однажды ученые смогут вызывать дождь и грозы (а также микроманипулировать некоторыми другими погодными явлениями) с помощью лазеров высокой энергии . Такой прорыв потенциально может искоренить засуху , помочь смягчить последствия катастроф, связанных с погодой , и распределить погодные ресурсы в нуждающихся районах. [3] [4]
Лунная локация лазерная
Когда астронавты Аполлона посетили Луну, они установили на ней ретрорефлекторы, чтобы сделать возможным эксперимент по лунной лазерной локации . Лазерные лучи фокусируются через большие телескопы на Земле, направленные на массивы, и время, необходимое для отражения луча обратно на Землю, измеряется, чтобы с высокой точностью определить расстояние между Землей и Луной.
Фотохимия [ править ]
Некоторые лазерные системы посредством процесса синхронизации мод могут производить чрезвычайно короткие импульсы света — длительностью в пикосекунды или фемтосекунды (10 −12 - 10 −15 секунды). Такие импульсы можно использовать для инициирования и анализа химических реакций — метод, известный как фотохимия . Короткие импульсы можно использовать для исследования процесса реакции с очень высоким временным разрешением, что позволяет обнаруживать короткоживущие промежуточные молекулы. Этот метод особенно полезен в биохимии , где он используется для анализа деталей сворачивания и функции белков.
Лазерный сканер [ править ]
Лазерные сканеры штрих-кодов идеально подходят для приложений, требующих высокой скорости считывания линейных кодов или сложенных символов.
Лазерное охлаждение [ править ]
Методом, который в последнее время пользуется успехом, является лазерное охлаждение . Это включает в себя захват атомов – метод, при котором несколько атомов удерживаются в электрических и магнитных полях особой формы . Освещение ионов или атомов светом определенной длины волны замедляет их, тем самым охлаждая . По мере продолжения этого процесса все они замедляются и имеют одинаковый энергетический уровень, образуя необычное расположение материи, известное как конденсат Бозе-Эйнштейна .
Ядерный синтез [ править ]
Некоторые из самых мощных и сложных в мире устройств, состоящих из нескольких лазеров и оптических усилителей, используются для производства импульсов света чрезвычайно высокой интенсивности и чрезвычайно короткой продолжительности, например, лаборатория лазерной энергетики , Национальный центр зажигания , GEKKO XII , лазер Nike , Laser Mégajoule , HiPER. . Эти импульсы устроены так, что они воздействуют на гранулы трития - дейтерия одновременно со всех сторон, надеясь, что сжимающий эффект ударов вызовет атомный синтез в гранулах. Однако этот метод, известный как « термоядерный синтез с инерционным удержанием », до сих пор не смог достичь «безубыточности», то есть до сих пор реакция термоядерного синтеза генерирует меньше энергии, чем используется для питания лазеров; Эксперименты в Национальной установке зажигания смогли продемонстрировать реакции термоядерного синтеза, которые генерируют больше энергии, чем содержится в лазерах, вызывающих реакцию. [5]
Ускорение частиц [ править ]
Мощные лазеры, производящие сверхкороткие (десятки фемтосекунд) и сверхинтенсивные ( до 10 фемтосекунд) 23 Вт/см 2 ) лазерные импульсы обеспечивают гораздо больший градиент ускорения, чем у обычных ускорителей . Этот факт используется в нескольких методах ускорения плазмы, используемых для ускорения как электронов , так и заряженных ионов до высоких энергий.
Микроскопия [ править ]
Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия и микроскопия с двухфотонным возбуждением используют лазеры для получения неразмытых изображений толстых образцов на различной глубине. При микродиссекции с лазерным захватом используются лазеры для получения определенных популяций клеток из среза ткани под микроскопической визуализацией.
Дополнительные методы лазерной микроскопии включают гармоническую микроскопию, микроскопию четырехволнового смешения. [6] и интерферометрическая микроскопия. [7]
Военный [ править ]
Непосредственно как энергетическое оружие [ править ]
Лазерное оружие – это оружие направленной энергии, основанное на лазерах .
 | Эта статья должна включать краткое описание лазерного оружия . ( декабрь 2022 г. ) |
Оборонительные контрмеры [ править ]
Применения оборонительного противодействия могут варьироваться от компактных маломощных инфракрасных средств противодействия до мощных бортовых лазерных систем. Системы ИК-противодействия используют лазеры, чтобы сбить с толку головки самонаведения инфракрасных самонаводящихся ракет.
Дезориентация [ править ]
В некоторых видах оружия просто используется лазер, чтобы дезориентировать человека. Одним из таких видов оружия является Thales Green Laser Optical Warner . [8]
Руководство [ править ]
Лазерное наведение — это метод наведения ракеты или другого снаряда или транспортного средства на цель с помощью лазерного луча.
Целеуказатель [ править ]
Другое военное применение лазеров — в качестве лазерного целеуказателя . Это маломощный лазерный указатель, используемый для обозначения цели для высокоточного боеприпаса , обычно запускаемого с самолета. Управляемый боеприпас корректирует траекторию полета в соответствии с лучом лазера, отраженным от цели, что обеспечивает высокую точность прицеливания. Луч лазерного целеуказателя настроен на частоту импульсов, соответствующую частоте, установленной на управляемом боеприпасе, чтобы гарантировать, что боеприпасы поражают назначенные цели и не следуют за другими лазерными лучами, которые могут использоваться в этом районе. Лазерный целеуказатель может быть наведен на цель с самолета или находящейся поблизости пехоты. Лазеры, используемые для этой цели, обычно представляют собой инфракрасные лазеры, поэтому противник не может легко обнаружить направляющий лазерный луч.
Огнестрельное оружие [ править ]
Лазерный прицел [ править ]
Лазер в большинстве применений огнестрельного оружия использовался в качестве инструмента для улучшения нацеливания других систем оружия. Например, лазерный прицел представляет собой небольшой лазер, обычно видимого света, установленный на пистолете или винтовке и ориентированный так, чтобы излучать луч параллельно стволу. Поскольку лазерный луч имеет низкую расходимость, лазерный свет выглядит как небольшое пятно даже на больших расстояниях; пользователь размещает точку на желаемой цели, и ствол пистолета выравнивается (но не обязательно с учетом падения пули , парусности , расстояния между направлением луча и осью ствола, а также подвижности цели во время полета пули). ).
В большинстве лазерных прицелов используется красный лазерный диод. Другие используют инфракрасный диод для создания точки, невидимой невооруженным человеческим глазом, но обнаруживаемой приборами ночного видения. Модуль адаптивного целеуказания для огнестрельного оружия LLM01 сочетает в себе видимые и инфракрасные лазерные диоды. В конце 1990-х годов стали доступны лазерные прицелы с твердотельным лазером с зеленой диодной накачкой (DPSS) (532 нм).
на глаза нацеленные , Лазеры
Нелетальное лазерное оружие было разработано ВВС США для временного ограничения способности противника вести огонь или иным образом угрожать силам противника. Это устройство освещает противника безвредным лазерным светом малой мощности и может ослепить или дезориентировать объект или заставить его бежать. Сейчас доступно несколько типов ослепляющих устройств , некоторые из них уже использовались в бою.
Остается возможность использования лазеров для ослепления, поскольку это требует относительно небольших уровней мощности и легко достижимо в переносном устройстве. Однако большинство стран считают преднамеренное постоянное ослепление противника запрещенным правилами войны (см. Протокол об ослепляющем лазерном оружии ). Хотя несколько стран разработали ослепляющее лазерное оружие, такое как китайский ZM-87 , считается, что ни одно из них не прошло стадию прототипа.
Помимо приложений, пересекающихся с военными, широко известное использование лазеров правоохранительными органами заключается в использовании лидаров для измерения скорости транспортных средств.
Голографический прицел для оружия [ править ]
Голографический прицел оружия использует лазерный диод для подсветки голограммы прицельной сетки, встроенной в плоское стеклянное оптическое окно прицела. Пользователь смотрит в оптическое окно и видит изображение сетки перекрестия, наложенное на расстоянии на поле зрения . [9]
Медицинский [ править ]
- Косметическая хирургия ( удаление татуировок , шрамов, растяжек, солнечных пятен, морщин, родимых пятен и волос): см. лазерную эпиляцию . Типы лазеров, используемые в дерматологии, включают рубиновый (694 нм), александритовый (755 нм), матрицу импульсных диодов (810 нм), Nd :YAG (1064 нм), Ho :YAG (2090 нм) и Er :YAG (2940 нм). .
- Глазная хирургия и рефракционная хирургия
- Хирургия мягких тканей : CO 2 , Er:YAG лазер.
- Лазерный скальпель (Общая хирургия, гинекология, урология, лапароскопия)
- Фотобиомодуляция (т.е. лазерная терапия)
- «Бесконтактное» удаление опухолей, особенно головного и спинного мозга.
- В стоматологии для удаления кариеса , эндодонтических / пародонтологических процедур, отбеливания зубов и хирургии полости рта.
- Лечение рака
- Лечение ожогов и хирургических рубцов: рубцовая контрактура CO 2 (особенно новейшие фракционированные лазеры CO 2 ), покраснение и зуд (импульсный лазер на красителях - PDL), поствоспалительная гиперпигментация (лазеры с модуляцией добротности: рубиновый, александритовый), ожоговые рубцы. нежелательный рост волос и застрявшие волосы (Ruby, IPL и многочисленные лазеры для удаления волос)
Промышленные и коммерческие [ править ]
Промышленные лазерные применения можно разделить на две категории в зависимости от мощности лазера: обработка материалов и обработка микроматериалов.
При обработке материалов лазеры со средней оптической мощностью более 1 кВт используются в основном для промышленной обработки материалов. За пределами этого порога мощности возникают тепловые проблемы, связанные с оптикой, которая отличает эти лазеры от их аналогов с меньшей мощностью. [10] Лазерные системы мощностью 50–300 Вт используются в основном для накачки , сварки пластмасс и пайки . Лазеры мощностью более 300 Вт используются при пайке , сварке тонких металлов и резке листового металла . Требуемая яркость (измеренная произведением параметров луча) выше для резки, чем для пайки и сварки тонкого металла. [11] Приложения высокой мощности, такие как закалка , плакирование и сварка глубокого проникновения, требуют оптической мощности в несколько кВт и используются в широком спектре промышленных процессов.
Микрообработка материалов — это категория, которая включает в себя все применения лазерной обработки материалов мощностью менее 1 киловатта. [12] Использование лазеров в обработке микроматериалов нашло широкое применение при разработке и производстве экранов для смартфонов, планшетных компьютеров и светодиодных телевизоров. [13]
Подробный список промышленных и коммерческих применений лазеров включает в себя:
- Лазерная резка
- Лазерная сварка
- Лазерное сверление
- Лазерная маркировка
- Лазерная чистка
- Лазерная наплавка — процесс обработки поверхности, применяемый к механическим компонентам для восстановления, ремонта или наплавки.
- Фотолитография
- Оптическая связь по оптоволокну или в свободном пространстве
- Лазерная обработка
- Системы наведения (например, кольцевые лазерные гироскопы )
- Лазерный дальномер / геодезическая съемка ,
- Лидар /мониторинг загрязнения,
- Цифровые минилабы
- Считыватели штрих-кодов
- Лазерная гравировка печатной формы
- Лазерное приклеивание аддитивных маркировочных материалов для украшения и идентификации,
- Лазерные указки
- Лазерные мыши
- Лазерные акселерометры
- OLED-дисплеев Производство
- Голография
- пузырьграммы
- Оптические пинцеты
- Написание субтитров к кинофильмам . [14]
- Энергетическое излучение , которое является возможным решением для передачи энергии альпинисту космического лифта.
- Лазерные 3D-сканеры для точных 3D-измерений
- Лазерные линейные уровни используются в геодезии и строительстве. Лазеры также используются для наведения самолетов .
- Широко используется как в потребительском, так и в промышленном оборудовании для обработки изображений.
- В лазерных принтерах : газовые и диодные лазеры играют ключевую роль в производстве печатных форм высокого разрешения и в оборудовании для сканирования изображений.
- Диодные лазеры используются в промышленности в качестве переключателя света с лазерным лучом и приемником, который включается или выключается, когда луч прерывается, а также потому, что лазер может поддерживать интенсивность света на больших расстояниях, чем обычный свет, и является более точным. чем обычный светильник, его можно использовать для обнаружения продукта в автоматизированном производстве.
- Лазерное выравнивание
- Аддитивное производство
- Сварка пластика
- Метрология – портативные и роботизированные лазерные системы для аэрокосмической , автомобильной и железнодорожной промышленности.
- Для хранения и извлечения данных на оптических дисках , таких как компакт-диски и DVD-диски.
- Blu-ray
Развлечения и отдых [ править ]
- Лазерные световые дисплеи сопровождают многие музыкальные концерты.
- Лазертаг
- Лазерная арфа : музыкальный инструмент, в котором струны заменены лазерными лучами.
- В качестве источника света для цифровых кинопроекторов. [15]
Геодезия и ранжирование [ править ]
Изображения [ править ]
Лазерные модели разных цветов.
Лазеры Q-линии
Лазеры использовались на концерте Classical Spectacular 2005 года.
арфа Лазерная
Поверхность испытательной мишени мгновенно испаряется и воспламеняется при облучении мощным углекислотным лазером непрерывного действия, излучающим десятки киловатт дальнего инфракрасного света. Обратите внимание, что оператор стоит за листами оргстекла , непрозрачного в дальнем инфракрасном диапазоне.
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Уиллс, Стюарт. «Земные партнеры Кассини» . Новости оптики и фотоники . Оптическое общество. Архивировано из оригинала 7 июля 2018 года . Проверено 7 июля 2018 г.
- ^ В. Демтредер , Лазерная спектроскопия, 3-е изд. (Спрингер, 2009 г.)
- ^ «Калифорнийские учёные способны управлять погодой с помощью лазеров – www.express.co.uk» . 28 сентября 2017 г. Архивировано из оригинала 23 октября 2018 г. Проверено 23 октября 2018 г.
- ^ «Человек, который хочет управлять погодой с помощью лазеров — www.cnn.com» . CNN . 24 апреля 2015 г. Архивировано из оригинала 23 октября 2018 г. Проверено 23 октября 2018 г.
- ^ «Достижение целевого коэффициента усиления, превышающего единицу, в эксперименте по инерционному термоядерному синтезу». Физ. Преподобный Летт . 132 (6): 065102. doi : 10.1103/PhysRevLett.132.065102 .
- ^ Дуарте Ф.Дж., изд. (2009). «Глава 9». Приложения настраиваемого лазера (2-е изд.). Бока-Ратон: CRC Press .
- ^ Дуарте Ф.Дж. (2016). «Перестраиваемая лазерная микроскопия». В Дуарте Ф.Дж. (ред.). Приложения настраиваемого лазера (3-е изд.). Бока-Ратон: CRC Press . стр. 315–328. ISBN 9781482261066 .
- ^ «Талес Сияние» . Thalesgroup.com. Архивировано из оригинала 23 марта 2012 г. Проверено 25 сентября 2011 г.
- ^ «Объяснение прицелов Red Dot / коллиматоров и голографических прицелов» . ultimak.com . Архивировано из оригинала 27 декабря 2012 г. Проверено 27 июля 2013 г.
- ^ «Мировой рынок лазеров – обзор рынка и прогноз на 2012 год». Стратегии без ограничений . 5-е издание: 56–85. Январь 2012.
- ^ Спаркс, М.; Гросс, М.; Челотто, С.; Чжан, Т.; О'Нил, W (2008). «Практические и теоретические исследования по резке нержавеющей стали 304 в инертном газе с использованием волоконного лазера высокой яркости» . Журнал лазерных приложений . 20 (1042–346X): 59–67. Бибкод : 2008JLasA..20...59S . дои : 10.2351/1.2832402 .
- ^ «Мировой рынок лазеров – обзор рынка и прогноз на 2012 год». Стратегии без ограничений . 5-е издание: 86–110. Январь 2012.
- ^ «Объяснение технологии OLED» . Информация об OLED . OLED-info.com. Архивировано из оригинала 15 октября 2012 года . Проверено 17 октября 2012 г.
- ^ «Cinetyp Hollywood - субтитры к фильмам, субтитры к видео, субтитры к DVD, наложение фильма, видео, фильм, наложение, иностранные субтитры, скрытые субтитры, открытые субтитры, списки мест» . Cinetyp.com. Архивировано из оригинала 28 февраля 2009 г. Проверено 11 октября 2009 г.
- ^ «SM Cinema добавляет еще пять лазерных проекторов Christie 6P» . www.christiedigital.com . Архивировано из оригинала 18 октября 2017 г. Проверено 16 ноября 2016 г.
Внешние ссылки [ править ]
