יישום מעשי של לייזרים

המצאת הלייזר יכולה להיחשב בצדק לאחת התגליות המשמעותיות ביותר של המאה העשרים. אפילו ממש בתחילת התפתחותה של טכנולוגיה זו, הם כבר ניבאו תחולה מגוונת לחלוטין, כבר מההתחלה הסיכוי לפתור מגוון בעיות היה גלוי, על אף העובדה שמשימות מסוימות אפילו לא נראו באופק באותה העת.

רפואה ואסטרונאוטיקה, היתוך תרמו-גרעיני ומערכות הנשק האחרונות הן רק חלק מהאזורים שבהם נעשה שימוש בהצלחה בלייזר כיום. בואו נראה היכן נמצא הלייזר יישום מעשי, ונראה את גדולתה של המצאה נפלאה זו, שחייבת את הופעתה למספר מדענים.

ספקטרוסקופיית לייזר

ניתן לקבל באופן עקרוני קרינת לייזר מונוכרומטית בכל אורך גל כלשהו, ​​הן בצורה של גל רציף בתדר מסוים והן בצורה של פולסים קצרים, הנמשכות עד שברים של שבריר השנייה. התמקדות במדגם הנבדק, קרן הלייזר עוברת השפעות אופטיות לא לינאריות, המאפשרת לחוקרים לבצע ספקטרוסקופיה על ידי שינוי תדר האור, כמו גם לבצע ניתוח קוהרנטי של תהליכים על ידי בקרת הקיטוב של קרן הלייזר.

מדידת מרחקים לחפצים

קרן הלייזר נוחה מאוד להפניה אל האובייקט הנחקר, גם אם אובייקט זה רחוק מאוד מכיוון שהסטייה של קרן הלייזר קטנה מאוד. אז בשנת 2018, במסגרת ניסוי, הופנה קרן לייזר מהמצפה הכוכב הסיני של יונאן לירח. מחזירי אפולו 15, שכבר הותקנו על פני הירח, שיקפו את הקורה חזרה לכדור הארץ, שם היא התקבלה על ידי המצפה.

ידוע שאור לייזר, כמו כל גל אלקטרומגנטי, נע במהירות קבועה - במהירות האור. מדידות זמן מעבר הקורה הראו כי המרחק מהמצפה אל הירח, במרווח 21:25 עד 22:31, זמן בייג'ינג ב- 22 בינואר 2018, נע בין 385823,433 ל 387119,600 ק"מ.

מאתר טווח הלייזר, למרחקים לא גדולים כל כך כמו המרחק מכדור הארץ לירח, עובד על עיקרון דומה. לייזר פועם שולח קרן לאובייקט ממנו משתקפת הקורה. גלאי הקרינה מקבל קרן משתקפת. אם ניקח בחשבון את הזמן שבין תחילת הקרינה לרגע בו הגלאי תפס את הקורה המוחזרת, כמו גם את מהירות האור, האלקטרוניקה של המכשיר מחשבת את המרחק לאובייקט.

אופטיקה אדפטיבית ופיצוי עיוות אטמוספרי

אם אתה צופה בחפץ אסטרונומי מרוחק מהאדמה דרך טלסקופ, מסתבר שהאטמוספרה מכניסה עיוותים אופטיים מסוימים לדמותו המתקבלת של אובייקט זה. בכדי להסיר עיוותים אלו משתמשים בשיטות של מה שמכונה אופטיקה אדפטיבית - עיוותים נמדדים ומפצים.

על מנת להשיג מטרה זו מכוונת קרן לייזר עוצמתית אל העצם הנצפה, שכמו אור פשוט עובר פיזור באטמוספרה ויוצר "כוכב מלאכותי", האור ממנו, בדרך חזרה לצופה, חווה בדיוק את אותם עיוותים אופטיים בחלק העליון שכבות אטמוספריות, כמו גם תמונת העצם האסטרונומי שנצפה.

המידע על העיוות מעובד ומשמש לפיצוי על עיוות אופטי על ידי התאמה מתאימה של התמונה של האובייקט האסטרונומי שנצפה. כתוצאה מכך, תמונת האובייקט "נקייה" יותר.

ביו ופוטוכימיה

במחקרים ביוכימיים על היווצרותם של חלבונים ותפקודם, פעימות לייזר Ultrashort בעלות משך הפמטוס השנייה.פולסים אלו מאפשרים ליזום ולחקר תגובות כימיות ברזולוציה זמנית גבוהה על מנת למצוא וללמוד אפילו תרכובות כימיות דלות חיים.

על ידי שינוי הקיטוב של דופק האור, המדענים יכולים לקבוע את הכיוון הדרוש של התגובה הכימית, ולבחור מבין כמה תרחישים אפשריים להתפתחות אירועים במהלך התגובה המוגדרת בקפדנות.

מגנטציה של דופק לייזר

כיום נערך מחקר על האפשרות לשינויים מהירים במגנטיזציה של מדיה באמצעות פולסים לייזר אולטרה-שורט של כמה פמטו-שניות. כבר עכשיו השיגה דמגנטיזציה אולטרה מהיר על ידי לייזר ב -0.2 פיקו-שניות, כמו גם שליטה אופטית על מגנטיזציה על ידי קיטוב אור.

קירור לייזר

ניסויי קירור לייזר מוקדמים נערכו עם יונים. יונים הוחזקו על ידי שדה אלקטרומגנטי במלכודת יונים, שם הוארו על ידי קרן אור לייזר. בתהליך של התנגשויות לא-אלסטיות עם פוטונים, יונים איבדו אנרגיה, וכך הושגו טמפרטורות אולטרה-חלליות.

לאחר מכן, נמצאה שיטה מעשית יותר לקירור לייזר של מוצקים - קירור אנטי-סטוקס, המורכב מההמשך. אטום של המדיום, שנמצא במצב ממש מעל מצב הקרקע (ברמת הרטט), התרגש לאנרגיה מעט מתחת למצב הנרגש (ברמה הרטטת), ובספיגת הפונון, האטום עבר למצב הנרגש. ואז פלט האטום פוטון שהאנרגיה שלו גבוהה יותר מאנרגיית המשאבה, עוברת למצב האדמה.

לייזרים בצמחי היתוך

ניתן לפתור את הבעיה של החזקת פלזמה מחוממת בתוך כור תרמו-גרעיני באמצעות לייזר. נפח קטן של דלק תרמו גרעיני מוקרן מכל הצדדים במשך מספר ננו-שניות על ידי לייזר רב עוצמה.

משטח היעד מתאדה, מה שמוביל ללחץ עצום על השכבות הפנימיות של הדלק, ובכך היעד חווה דחיסה ועוצמה דחיסה גבוהה יותר, ובטמפרטורה מסוימת יכולות כבר להופיע תגובות איחוי תרמו-גרעיני ביעד דחוס כזה. חימום אפשרי גם באמצעות פולסי לייזר femtosecond חזקים במיוחד.

פינצטה אופטית מבוססת לייזר

פינצטה בלייזר מאפשר לתפעל אובייקטים דיאלקטריים מיקרוסקופיים באמצעות אור מדיודת לייזר: כוחות מוחלים על עצמים בתוך כמה ננו-ווטונים, ונמדדים גם מרחקים זעירים מכמה ננומטרים. מכשירים אופטיים אלה משמשים כיום לחקר חלבונים, מבנהם ועבודתם.

נשק לייזר קרבי והגנתי

בתחילת המחצית השנייה של המאה העשרים, כבר פותחו ברית המועצות לייזרים בעלי עוצמה גבוהה שיכולים לשמש כלי נשק המסוגלים לפגוע ביעדים לטובת הגנת הטילים. בשנת 2009 הודיעו האמריקנים על יצירת לייזר של מדינת מוצק ניידת בנפח 100 קילוואט, המסוגל תיאורטית לפגוע ביעדים אוויריים וקרקעיים של אויב פוטנציאלי.

מראה לייזר

מקור אור לייזר קטן מחובר בחוזקה לחבית הרובה או האקדח כך שקורה שלו מופנית במקביל לחבית. כשהוא מכוון, היורה רואה כתם קטן על המטרה עקב התבדלות קטנה של קרן הלייזר.

לרוב למראות כאלה משתמשים בדיודות לייזר אדומות או בדיודות לייזר אינפרא אדום (כך שניתן לראות את המקום רק במכשיר ראיית הלילה). לקבלת ניגודיות רבה יותר בתנאי אור יום, משתמשים במראות לייזר עם נוריות לייזר ירוקות.

הונאת יריב צבאי

קרן לייזר בעלת עוצמה נמוכה מופנית אל הציוד הצבאי של האויב. האויב מגלה עובדה זו, מאמין שכלי נשק כלשהו מכוון אליו, ונאלץ לנקוט בדחיפות אמצעי הגנה במקום לפתוח במתקפה.

קליע מונחה לייזר

נוח להשתמש בנקודה המשתקפת של קרן לייזר כדי לכוון טיל מעופף, כמו רקטה ששוגרה ממטוס. לייזר מהאדמה או ממטוס מאיר את המטרה, והטיל מונחה על ידיו. לייזר משמש בדרך כלל אינפרא אדום, מכיוון שקשה יותר לזהות אותו.

התקשות לייזר

שטח הפנים של המתכת מחומם על ידי לייזר לטמפרטורה קריטית, ואילו החום חודר עמוק לתוך המוצר בגלל המוליכות התרמית שלו. ברגע שפעולת הלייזר מסתיימת, מתקרר המוצר במהירות בגלל חדירת החום בפנים, שם מתחילים להיווצר מבני התקשות, המונעים שחיקה מהירה במהלך השימוש העתידי במוצר.

חישול לייזר ומזג

חישול הוא סוג של טיפול בחום בו המוצר מחומם תחילה לטמפרטורה מסוימת, ואז מוחזק לזמן מסוים בטמפרטורה זו, ואז הוא מקורר לאט לטמפרטורת החדר.

זה מקטין את הקשיות של המתכת, ומאפשר את עיבוד מכני נוסף שלה, תוך שיפור המיקרו-מבנה והשגת אחידות גבוהה יותר של המתכת, מקל על מתחים פנימיים. חישול לייזר מאפשר לעבד חלקי מתכת קטנים בדרך זו.

חופשה מתבצעת על מנת להשיג משיכות גבוהה יותר ולהפחית את שבירות החומר תוך שמירה על רמה מקובלת של חוזקו במפרקי החלקים. לשם כך, המוצר מחומם בלייזר לטמפרטורה של 150–260 מעלות צלזיוס עד 370–650 מעלות צלזיוס, ואחריו קירור איטי (קירור).

ניקוי לייזר וניקוי משטחים

שיטת ניקוי זו משמשת להסרת מזהמים במשטח מחפצים, אנדרטאות, יצירות אמנות. לניקוי מוצרים מזיהום רדיואקטיבי ולניקוי מיקרו-אלקטרוניקה. שיטת ניקוי זו נקייה מהחסרונות הגלומים בטחינה מכנית, עיבוד שוחק, עיבוד רטט וכו '.

היתוך לייזר ואמפורפיזציה

אמורפיזציה במהירות גבוהה של משטח הסגסוגת המוכן באמצעות קרן סריקה או דופק קצר מושגת עקב הסרת החום המהירה, במהלכה נוצר ההמסה, סוג של זכוכית מתכתית עם קשיות גבוהה, עמידות בפני קורוזיה ושיפור המאפיינים המגנטיים. החומר שקודם לפני ציפוי נבחר כך שיחד עם החומר העיקרי ליצירת קומפוזיציה מועדת לאמורפיזציה תחת פעולת לייזר.

סגסוגת לייזר ושטף שטח

סגסוגת משטח מתכת בלייזר מגבירה את רמת המיקרו-רותחות שלו ואת התנגדות השחיקה.

שיטת שטף הלייזר מאפשרת למרוח שכבות שטח עמידות בפני שחיקה. הוא משמש בשיקום חלקים בעלי דיוק גבוה המשמשים בתנאים של בלאי מוגבר, למשל, כמו שסתומי ICE וחלקי מנוע אחרים. שיטה זו עדיפה באיכותם על התזמון מכיוון שנוצרת כאן שכבה מונוליטית הקשורה לבסיס.

ריסוס לייזר ואקום

בוואקום מאדים חלק מהחומר על ידי לייזר ואז נתוני האידוי מתעבים על מצע מיוחד, כאשר בעזרת מוצרים אחרים הם יוצרים חומר עם ההרכב הכימי החדש הדרוש.

ריתוך בלייזר

שיטה מבטיחה לריתוך תעשייתי באמצעות לייזרים בעלי עוצמה גבוהה, ומעניקה ריתוך חלק מאוד, צר ועמוק. בשונה משיטות ריתוך רגילות, כוח הלייזר נשלט בצורה מדויקת יותר, מה שמאפשר לך לשלוט בצורה מדויקת מאוד על עומק ופרמטרים אחרים של הריתוך. לייזר ריתוך מסוגל לרתך חלקים עבים במהירות גבוהה, אתה רק צריך להוסיף כוח, וההשפעה התרמית על אזורים סמוכים היא מינימלית. הריתוך מתקבל טוב יותר, כמו גם כל חיבור שמתקבל בשיטה זו.

חיתוך לייזר

ריכוז אנרגיה גבוה בקרן הלייזר הממוקדת מאפשר לחתוך כמעט כל חומר ידוע, בעוד שהחתך צר והאזור המושפע מחום הוא מינימלי. בהתאם לכך, אין זנים שיוריים משמעותיים.

שרבוט לייזר

לצורך ההפרדה שלאחר מכן לאלמנטים קטנים יותר, מורטים מוליכים למחצה מכתבים - חריצים עמוקים מוחלים באמצעות לייזר. כאן מושגת דיוק גבוה יותר מאשר בשימוש בכלי יהלומים.

עומק החריץ הוא 40 עד 125 מיקרון, הרוחב הוא 20 עד 40 מיקרון, בעובי הצלחת המעובדת בין 150 ל 300 מיקרון. החריצים מיוצרים במהירויות של עד 250 מ"מ לשנייה. התפוקה של מוצרים מוגמרים גדולה יותר, הנישואין פחות.

חריטת לייזר וסימון

כמעט בכל מקום בענף כיום משתמשים בחריטת לייזר וסימון: יישום רישומים, כתובות, קידוד דגימות, צלחות, לוחיות, קישוט אמנותי, מזכרות, תכשיטים, כתובות מיניאטוריות על המוצרים הקטנים והשבריריים ביותר - התאפשר רק בזכות הלייזר האוטומטי טכנולוגיה.

לייזר ברפואה

אי אפשר להעריך יתר על המידה את תחולתם של לייזרים ברפואה המודרנית. לייזרים כירורגיים משמשים לקרישה של הרשתית המפושטת של העין, קרקפות לייזר יכולות לחתוך בשר ולרתך עצמות בעזרת לייזרים. לייזר פחמן דו חמצני מרתך רקמות ביולוגיות.

כמובן שבקשר לרפואה, בכיוון זה, על המדענים לשפר ולכלכל בכל שנה, לשפר את הטכנולוגיה של שימוש בלייזרים מסוימים על מנת להימנע מתופעות לוואי מזיקות על הרקמות הסמוכות. לעיתים קורה שלייזר מרפא מקום אחד, אך יש לו מיד השפעה הרסנית על איבר שכנה או על תא שנפל תחתיו.

ערכות כלים נוספות, שתוכננו במיוחד לעבודה בשילוב עם לייזר כירורגי, אפשרו לרופאים להצליח בניתוחי מערכת העיכול, ניתוח דרכי המרה, הטחול, הריאות והכבד.

הסרת קעקועים, תיקון ראייה, גינקולוגיה, אורולוגיה, לפרוסקופיה, רפואת שיניים, הסרת גידולי מוח ושדרה - כל זה אפשרי היום רק בזכות טכנולוגיית הלייזר המודרנית.

טכנולוגיית מידע, תכנון, חיים ולייזר

CD, DVD, BD, הולוגרפיה, מדפסות לייזר, קוראי ברקוד, מערכות אבטחה (מחסומי אבטחה), מופעי אור, מצגות מולטימדיה, מצביעים וכו '. דמיינו איך העולם שלנו היה נראה אם ​​הוא נעלם ממנו הלייזר ...