Lazerlerin pratik uygulaması

Lazerin icadı haklı olarak 20. yüzyılın en önemli keşiflerinden biri olarak kabul edilebilir. Bu teknolojinin geliştirilmesinin başlangıcında bile, çok yönlü bir uygulanabilirlikten zaten kehanet edilmişti, en başından beri, o sırada ufukta bazı görevlerin bile görünmemesine rağmen, çeşitli problemleri çözme olasılığı görülebiliyordu.

Tıp ve astronotik, termonükleer füzyon ve en son silah sistemleri, lazerin günümüzde başarıyla kullanıldığı alanlardan sadece birkaçıdır. Lazerin nerede pratik uygulama bulduğunu görelim ve görünüşünü bir dizi bilim adamına borçlu olan bu harika buluşun büyüklüğünü görelim.

Lazer spektroskopisi

Monokromatik lazer radyasyonu prensip olarak, hem belirli bir frekansta sürekli bir dalga şeklinde hem de bir femtosaniyenin fraksiyonlarına kadar süren kısa darbeler şeklinde herhangi bir dalga boyunda elde edilebilir. İncelenen örneğe odaklanan lazer ışını, araştırmacıların ışığın frekansını değiştirerek spektroskopi yapmalarına ve ayrıca lazer ışınının polarizasyonunu kontrol ederek süreçlerin tutarlı analizini yapmalarına izin veren doğrusal olmayan optik etkilere maruz kalmaktadır.

Nesnelere olan mesafeleri ölçme

Lazer ışını, bu nesne çok uzakta olsa bile, incelenen nesneye yönlendirmek için çok uygundur, çünkü lazer ışınının sapması çok küçüktür. Bu nedenle, 2018'de bir deneyin parçası olarak, Yunnan Çin Gözlemevi'nden aya bir lazer ışını yönlendirildi. Ay yüzeyine zaten monte edilmiş olan Apollo 15 reflektörleri, kirişi gözlemevinin aldığı Dünya'ya geri yansıtıyordu.

Lazer ışığının, herhangi bir elektromanyetik dalga gibi, sabit bir hızda - ışık hızında hareket ettiği bilinmektedir. Işın geçiş zamanının ölçümleri, 22 Ocak 2018'de Pekin zamanının 21:25 ila 22:31 aralığında gözlemevi ile ay arasındaki mesafenin 385823,433 ila 387119,600 kilometre arasında değiştiğini gösterdi.

Lazer mesafe bulucu, Dünya'dan Ay'a olan mesafe kadar büyük mesafeler için benzer bir prensipte çalışır. Darbeli lazer, ışının yansıtıldığı bir nesneye bir ışın gönderir. Radyasyon detektörü yansıyan bir ışın alır. Radyasyonun başlaması ile dedektörün yansıtılan ışını yakaladığı an arasındaki zaman ve ışık hızı dikkate alınarak, cihazın elektronik aksamı nesneye olan mesafeyi hesaplar.

Uyarlamalı Optik ve Atmosferik Bozulma Telafisi

Bir teleskopla dünyadan uzak bir astronomik nesneyi gözlemlerseniz, atmosferin bu nesnenin ortaya çıkan görüntüsüne belirli optik çarpıtmalara neden olduğu ortaya çıkar. Bu çarpıklıkları gidermek için, uyarlanabilir optik denilen yöntemler kullanılır - çarpıklıklar ölçülür ve telafi edilir.

Bu hedefe ulaşmak için, güçlü bir lazer ışını, basit ışık gibi, atmosferde dağılmaya maruz kalan, gözlemciye geri dönerken, üst kısımda tam olarak aynı optik bozulmaları yaşayan bir “yapay yıldız” oluşturan gözlenen nesneye doğru yönlendirilir. atmosferik katmanların yanı sıra gözlemlenen astronomik nesnenin görüntüsü.

Bozulma bilgisi, gözlenen astronomik nesnenin görüntüsünü uygun şekilde ayarlayarak optik bozulmayı telafi etmek için işlenir ve kullanılır. Sonuç olarak, nesnenin görüntüsü daha "temiz" olur.

Biyoloji ve fotokimya

Proteinlerin oluşumu ve işleyişi ile ilgili biyokimyasal çalışmalarda, femtosaniye süresinin ultra kısa lazer darbeleri yararlıdır.Bu darbeler, düşük canlı kimyasal bileşikleri bulmak ve incelemek için yüksek zamansal çözünürlüğe sahip kimyasal reaksiyonları başlatmayı ve incelemeyi mümkün kılar.

Işık darbesinin polarizasyonunu değiştirerek, bilim adamları, kesin olarak tanımlanan reaksiyon sırasında olayların gelişimi için birkaç olası senaryo arasından seçim yaparak kimyasal reaksiyonun gerekli yönünü ayarlayabilirler.

Lazer darbe mıknatıslanması

Bugün, birkaç femtosaniye süreli ultrashort lazer darbeleri kullanılarak medyanın mıknatıslanmasında ultra hızlı değişiklik olasılığı üzerine araştırmalar yürütülmektedir. Zaten şimdi lazerle 0.2 pikosaniye içinde ultra hızlı demanyetizasyonun yanı sıra polarize ışıkla manyetikleşmenin optik kontrolü elde edildi.

Lazer soğutma

Erken lazer soğutma deneyleri iyonlarla gerçekleştirilmiştir. İyonlar, bir iyon tuzağındaki bir elektromanyetik alan tarafından tutuldu ve burada bir lazer ışığı demeti ile aydınlatıldı. Fotonlarla esnek olmayan çarpışmalar sırasında iyonlar enerji kaybetti ve böylece ultra düşük sıcaklıklara ulaşıldı.

Bundan sonra, katıların lazerle soğutulmasının daha pratik bir yöntemi bulundu - aşağıdakilerden oluşan anti-Stokes soğutma. Zemin durumunun (titreşim seviyesinde) hemen üzerinde bir durumda olan ortamın bir atomu, uyarılmış durumun (titreşim seviyesinde) hemen altındaki enerjiye heyecanlandı ve fononu emerek, atom heyecanlı duruma geçti. Daha sonra atom, enerjisi pompa enerjisinden daha yüksek olan ve toprak durumuna geçen bir foton yaydı.

Füzyon tesislerinde lazerler

Isıtılmış plazmanın bir termonükleer reaktör içinde tutulması problemi bir lazer ile de çözülebilir. Küçük bir hacim termonükleer yakıt, güçlü bir lazerle birkaç nanosaniye boyunca her taraftan ışınlanır.

Hedef yüzey buharlaşır, bu da yakıtın iç katmanları üzerinde büyük bir basınca yol açar, bu nedenle hedef süper derecede sıkıştırma ve sıkıştırma yaşar ve belirli bir sıcaklıkta böyle bir sıkıştırılmış hedefte zaten termonükleer füzyon reaksiyonları meydana gelebilir. Isıtma, ultra güçlü femtosaniye lazer darbeleri kullanılarak da mümkündür.

Lazer tabanlı optik cımbızlar

Lazer cımbızlar, bir lazer diyottan ışık kullanarak mikroskobik dielektrik nesneleri manipüle etmeyi mümkün kılar: birkaç nanonewton içindeki nesnelere kuvvetler uygulanır ve birkaç nanometreden çok küçük mesafeler de ölçülür. Bu optik cihazlar günümüzde proteinlerin, yapılarının ve çalışmalarının incelenmesinde kullanılmaktadır.

Savaş ve savunma lazer silahları

20. yüzyılın ikinci yarısının başlangıcında, Sovyetler Birliği'nde füze savunması yararına hedeflere vurabilecek silahlar olarak kullanılabilecek yüksek güçlü lazerler zaten geliştirildi. 2009'da Amerikalılar, teorik olarak potansiyel bir düşmanın hava ve yer hedeflerine vurabilen 100 kW'lık bir mobil katı hal lazeri oluşturulduğunu duyurdular.

Lazer görme

Küçük bir lazer ışık kaynağı, bir tüfeğin veya tabancanın namlusuna sıkıca tutturulur, böylece ışını namluya paralel yönlendirilir. Nişan alırken, atıcı lazer ışınının küçük sapması nedeniyle hedefte küçük bir benek görür.

Çoğunlukla bu tür yerler için kırmızı lazer diyotlar veya kızılötesi lazer diyotlar kullanılır (böylece spot sadece gece görüş cihazında görülebilir). Gün ışığı koşullarında daha fazla kontrast için yeşil lazer LED'li lazer manzaraları kullanılır.

Askeri bir düşmanı aldatmak

Düşük güçlü bir lazer ışını düşmanın askeri teçhizatına yönlendirilir. Düşman bu gerçeği keşfediyor, bir çeşit silahın ona yönelik olduğuna inanıyor ve bir saldırı başlatmak yerine acilen savunmak için önlemler almaya zorlanıyor.

Lazer güdümlü mermi

Bir uçaktan fırlatılan bir roket gibi uçan bir mermiyi hedeflemek için lazer ışınının yansıyan bir noktasını kullanmak uygundur. Yerden veya uçaktan bir lazer hedefi aydınlatır ve mermi onun tarafından yönlendirilir. Lazer, tespit edilmesi daha zor olduğu için yaygın olarak kızılötesi olarak kullanılır.

Lazerle sertleştirme

Metalin yüzey alanı lazerle kritik bir sıcaklığa ısıtılırken, ısı termal iletkenliği nedeniyle ürünün derinliklerine nüfuz eder. Lazer eylemi durur durmaz ürün, ürünün gelecekte kullanılması sırasında hızlı aşınmayı önleyen sertleştirme yapılarının oluşmaya başladığı içerideki ısının nüfuz etmesi nedeniyle hızla soğur.

Lazer tavlama ve temperleme

Tavlama, ürünün önce belirli bir sıcaklığa ısıtıldığı, daha sonra bu sıcaklıkta belirli bir süre tutulduğu, daha sonra yavaş yavaş oda sıcaklığına kadar soğutulduğu bir tür ısıl işlemdir.

Bu, metalin sertliğini azaltır, daha fazla mekanik işlemeyi kolaylaştırırken, mikro yapıyı geliştirir ve metalin daha büyük bir homojenliğini sağlar, iç gerilmeleri hafifletir. Lazer tavlama, küçük metal parçaları bu şekilde işlemenizi sağlar.

Daha yüksek süneklik elde etmek ve malzemelerin kırılganlığını azaltmak için parçaların eklemlerindeki mukavemetinin kabul edilebilir bir seviyesini koruyarak tatil yapılır. Bunun için, ürün 150-260 ° C ila 370-650 ° C sıcaklığa lazerle ısıtılır, ardından yavaş soğutma (soğutma) yapılır.

Lazer temizleme ve yüzeylerin dekontaminasyonu

Bu temizleme yöntemi, cisimlerden, anıtlardan, sanat eserlerinden yüzey kirleticilerini gidermek için kullanılır. Radyoaktif kontaminasyondan gelen ürünleri temizlemek ve mikroelektronikleri temizlemek için. Bu temizleme yöntemi, mekanik taşlama, aşındırıcı işleme, titreşim işleme, vb.

Lazer füzyonu ve amorfizasyonu

Hazırlanan alaşım yüzeyinin bir tarama kirişi veya kısa bir darbe ile yüksek hızlı amorfizasyonu, eriyiklerin donması, yüksek sertlikte, korozyon direncinde ve manyetik özelliklerin iyileştirilmesinde bir tür metal camın hızlı bir şekilde çıkarılması nedeniyle elde edilir. Ön kaplama malzemesi, ana malzeme ile birlikte, bir lazerin etkisi altında amorfizasyona eğilimli bir kompozisyon oluşturmak üzere seçilir.

Lazer alaşımı ve yüzey kaplaması

Metal bir yüzeyin lazerle alaşımı mikro sertliğini ve aşınma direncini arttırır.

Lazer kaplama yöntemi aşınmaya dayanıklı yüzey katmanları uygulamanıza izin verir. Örneğin ICE vanaları ve diğer motor parçaları gibi artan aşınma koşullarında kullanılan yüksek hassasiyetli parçaların restorasyonunda kullanılır. Burada baz ile ilişkili monolitik bir tabaka oluştuğu için, bu yöntem püskürtmeden kaliteden daha üstündür.

Vakumlu lazer püskürtme

Vakumda, malzemenin bir kısmı bir lazerle buharlaştırılır, daha sonra buharlaşma verileri özel bir substrat üzerinde yoğunlaştırılır, burada diğer ürünlerle gerekli yeni kimyasal bileşime sahip bir malzeme oluştururlar.

Lazer kaynağı

Çok düzgün, dar ve derin bir kaynak sağlayan yüksek güçlü lazerler kullanarak umut verici bir endüstriyel kaynak yöntemi. Geleneksel kaynak yöntemlerinden farklı olarak, lazer gücü daha hassas bir şekilde kontrol edilir, bu da kaynağın derinliğini ve diğer parametrelerini çok hassas bir şekilde kontrol etmenizi sağlar. Bir kaynak lazeri kalın parçaları yüksek hızda kaynak yapabilir, sadece güç eklemeniz gerekir ve bitişik bölgelerdeki termal etki minimumdur. Kaynak daha iyi elde edilir, ayrıca bu yöntemle elde edilen herhangi bir bağlantı.

Lazer kesim

Odaklanmış lazer ışınındaki yüksek enerji konsantrasyonu, kesilen dar ve ısıdan etkilenen bölge minimumken neredeyse bilinen tüm malzemelerin kesilmesini mümkün kılar. Buna göre, önemli kalıntı suşları yoktur.

Lazer kazıma

Daha sonra küçük elemanlara ayrılması için, yarı iletken yonga plakaları çizilir - bir lazerle derin oluklar uygulanır. Burada, bir elmas alet kullanmaktan daha yüksek bir doğruluk elde edilir.

Oluğun derinliği 40 ila 125 mikron arasındadır, genişlik 20 ila 40 mikron arasındadır, işlenmiş plakanın kalınlığı 150 ila 300 mikron arasındadır. Oluklar saniyede 250 mm'ye kadar hızlarda üretilir. Bitmiş ürünlerin üretimi daha büyük, evlilik daha az.

Lazer kazıma ve markalama

Günümüzde endüstrinin hemen hemen her yerinde lazer gravür ve markalama kullanılmaktadır: çizimler, yazıtlar, örneklerin kodlanması, plakalar, isim levhaları, sanatsal dekorasyon, hediyelik eşya, mücevher, en küçük ve en kırılgan ürünlerdeki minyatür yazıtların uygulanması - sadece otomatik lazer sayesinde mümkün oldu teknolojisi.

Tıpta lazer

Lazerlerin modern tıptaki uygulanabilirliğini abartmak imkansızdır. Gözün pul pul dökülmüş retinasını pıhtılaştırmak için cerrahi lazerler kullanılır, lazer neşterler eti kesebilir ve kemikleri lazerlerle kaynaklayabilir. Bir karbon dioksit lazeri biyolojik dokulara kaynak yapar.

Tabii ki, tıp ile ilgili olarak, bu yönde, bilim adamları her yıl iyileştirmek ve geliştirmek, yakındaki dokular üzerinde zararlı yan etkilerden kaçınmak için belirli lazerleri kullanma teknolojisini geliştirmek zorundalar. Bazen bir lazerin bir yeri iyileştirdiği görülür, ancak hemen komşu bir organ veya yanlışlıkla altına düşen bir hücre üzerinde yıkıcı bir etkisi vardır.

Cerrahi bir lazerle birlikte çalışmak üzere özel olarak tasarlanmış ek alet kitleri, doktorların gastrointestinal cerrahi, safra yolları, dalak, akciğerler ve karaciğerin ameliyatında başarılı olmasına izin verdi.

Dövme çıkarma, görme düzeltme, jinekoloji, üroloji, laparoskopi, diş hekimliği, beyin ve omurga tümörlerinin çıkarılması - bunların hepsi bugün sadece modern lazer teknolojisi sayesinde mümkündür.

Bilgi teknolojisi, tasarım, yaşam ve lazer

CD, DVD, BD, holografi, lazer yazıcılar, barkod okuyucular, güvenlik sistemleri (güvenlik bariyerleri), ışık gösterileri, multimedya sunumları, işaretçiler vb. Dünyamızın kaybolduğunda nasıl görüneceğini hayal edin. lazer ...