Список лазерных приложений - List of laser applications

Лазерные указки

Многие научные, военные, медицинские и коммерческие лазерные приложения были разработаны с момента изобретения лазер в 1958 г. согласованность, высоко монохромность, и способность достигать чрезвычайно высоких полномочия все свойства, которые позволяют использовать эти специализированные приложения.

Научный

В науке лазеры используются по-разному, в том числе:

Лазеры также могут косвенно использоваться в спектроскопия в качестве системы микровыбора проб, метод, называемый лазерным абляция (LA), который обычно применяется к ИСП-МС аппарат, в результате чего получился мощный LA-ICP-MS.

Демтредер обсуждает принципы лазерной спектроскопии.[2]

Спектроскопия

Большинство типов лазеров по своей природе являются чистыми источниками света; они испускают около-монохромный свет с очень четко определенным диапазоном длины волн. Благодаря тщательной разработке компонентов лазера чистота лазерного излучения (измеренная как "ширина линии ") можно улучшить больше, чем чистоту любого другого источника света. Это делает лазер очень полезным источником для спектроскопия. Высокая интенсивность света, которая может быть достигнута в небольшом, хорошо коллимированном пучке, также может быть использована для создания нелинейно-оптического эффекта в образце, что делает такие методы, как Рамановская спектроскопия возможный. Другие спектроскопические методы, основанные на лазерах, могут быть использованы для создания чрезвычайно чувствительных детекторов различных молекул, способных измерять молекулярные концентрации в долях на 10.12 (ppt) уровень. Из-за высокой плотности мощности, достижимой с помощью лазеров, возможно индуцированное пучком атомное излучение: этот метод называется Спектроскопия лазерного пробоя (LIBS).

Термическая обработка

Термическая обработка с помощью лазеров позволяет избирательно упрочнять поверхность от износа с незначительным искажением детали или без нее. Поскольку это исключает необходимость в значительной части доработки 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, создаваемые традиционными лакокрасочными покрытиями во время процесса термообработки лучами CO2-лазера.

Одним из факторов, определяющих успех операции термообработки, является контроль излучения лазерного луча на поверхности детали. Оптимальное распределение освещенности определяется термодинамикой взаимодействия лазера с материалом и геометрией детали.

Как правило, освещенность от 500 до 5000 Вт / см2 удовлетворяет термодинамическим ограничениям и обеспечивает быстрый нагрев поверхности и минимальное необходимое общее количество тепла. Для общей термообработки одним из лучших вариантов является равномерный квадратный или прямоугольный брус. Для некоторых специальных применений или приложений, где термообработка выполняется на краю или углу детали, может быть лучше уменьшить энергетическую освещенность вблизи края, чтобы предотвратить плавление.

Погода

Исследования показывают, что однажды ученые смогут дождь и молния штормы (а также микроманипуляции с некоторыми другими погодными явлениями) с использованием лазеры высоких энергий. Такой прорыв потенциально может искоренить засухи, помочь уменьшить погоду катастрофы и распределять погодные ресурсы по нуждающимся районам.[3][4]

Лазерная локация Луны

Основная статья: Лунный лазерный локационный эксперимент

Когда астронавты Аполлона посетили Луну, они посадили световозвращатель массивы, чтобы сделать возможным Лунный лазерный эксперимент. Лазерные лучи фокусируются через большие телескопы на Земле, направленный на массивы, и время, необходимое для отражения луча обратно на Землю, измеряется для определения расстояния между Землей и Луной с высокой точностью.

Фотохимия

Некоторые лазерные системы в процессе синхронизация режима, может производить чрезвычайно короткие световые импульсы - от пикосекунд или фемтосекунд (10−12 - 10−15 секунд). 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 биохимия, где он используется для анализа деталей сворачивания и функции белка.

Лазерный сканер

Основная статья: Считыватель бар-кода

Лазерные сканеры штрих-кода идеально подходят для приложений, требующих высокоскоростного считывания линейных кодов или сложенных символов.

Лазерное охлаждение

Основная статья: Лазерное охлаждение

Техника, которая недавно стала успешной: лазерное охлаждение. Это включает захват атома, метод, при котором ряд атомов заключен в специальную форму электрический и магнитные поля. Сияние определенных длин волн света на ионах или атомах замедляет их, таким образом охлаждение их. По мере продолжения этого процесса все они замедляются и имеют одинаковый энергетический уровень, образуя необычное расположение материи, известное как Конденсат Бозе – Эйнштейна.

Термоядерная реакция

Некоторые из самых мощных и сложных в мире устройств из нескольких лазеров и оптических усилителей используются для создания световых импульсов чрезвычайно высокой интенсивности и чрезвычайно короткой продолжительности, например лаборатория лазерной энергетики, Национальный центр зажигания, ГЕККО XII, Лазер Nike, Лазерный мегаджоуль, HiPER. Эти импульсы устроены так, что они поражают гранулы тритий –дейтерий одновременно со всех сторон, надеясь, что сжимающий эффект ударов вызовет атомные слияние в гранулах. Этот метод, известный как "термоядерный синтез с инерционным удержанием ", пока не удалось достичь" безубыточности ", то есть пока реакция синтеза генерирует меньше энергии, чем используется для питания лазеров, но исследования продолжаются.

Микроскопия

Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия и Микроскопия с двухфотонным возбуждением использовать лазеры для получения четких изображений толстых образцов на различной глубине. Лазерная микродиссекция использовать лазеры для получения определенных популяций клеток из среза ткани под микроскопом.

Дополнительные методы лазерной микроскопии включают гармоническую микроскопию, микроскопию четырехволнового смешения.[5] и интерферометрическая микроскопия.[6]

Военный

Военный использование лазеров включает такие приложения, как целеуказание дальность, защитные меры, связь и оружие направленной энергии.

Прямо как энергетическое оружие

Основная статья: Лазерное оружие

А лазерное оружие является оружие направленной энергии на основе лазеры.

Защитные меры противодействия

Приложения защитного противодействия могут варьироваться от компактных до маломощных. инфракрасные средства противодействия к мощным бортовым лазерным системам. В системах ИК-противодействия используются лазеры, чтобы сбить с толку ищущих. инфракрасное самонаведение ракеты.

Дезориентация

Основная статья: Лазерный ослепитель

Некоторые виды оружия просто используют лазер, чтобы дезориентировать человека. Одно из таких орудий - Фалес Зеленый лазерный оптический Warner.[7]

Руководство

Основная статья: Лазерное наведение

Лазерное наведение - это метод наведение ракеты или другой снаряд или транспортное средство к цели с помощью лазерного луча.

Указатель цели

Основная статья: Лазерный указатель
Целеуказатель

Еще одно военное применение лазеров - это лазерный целеуказатель. Это маломощный лазерный указатель используется для обозначения цели для высокоточный боеприпас, как правило, запускается с самолета. Управляемый боеприпас корректирует свою траекторию полета к отраженному от цели лазерному свету, обеспечивая высокую точность прицеливания. Луч лазерного целеуказателя настроен на частоту импульсов, которая соответствует установленной на управляемом боеприпасе, чтобы боеприпасы поражали назначенные цели и не следовали за другими лазерными лучами, которые могут использоваться в этом районе. Лазерный целеуказатель может быть направлен на цель с помощью самолета или находящейся поблизости пехоты. Лазеры, используемые для этой цели, обычно инфракрасный лазеры, поэтому противник не может легко обнаружить направляющий лазерный луч.

Огнестрельное оружие

Лазерный прицел

Лазерный прицел, используемый Силы обороны Израиля во время тренировки коммандос
Смит и Вессон револьвер с лазерным прицелом, установленным на спусковая скоба.

В большинстве огнестрельного оружия лазер использовался как инструмент для улучшения наведения на цель других систем оружия. Например, лазерный прицел представляет собой небольшой лазер, обычно видимый светом, который помещается на пистолет или винтовку и направлен таким образом, чтобы излучать луч, параллельный стволу. Поскольку лазерный луч имеет низкую расходимость, лазерный луч выглядит как небольшое пятно даже на больших расстояниях; пользователь помещает точку на желаемую цель, и ствол пистолета выравнивается (но не обязательно с учетом падение пули, парусность, расстояние между направлением луча и осью ствола и подвижность цели при движении пули).

В большинстве лазерных прицелов используется красный лазерный диод. Другие используют инфракрасный диод для создания точки, невидимой невооруженным глазом, но обнаруживаемой приборами ночного видения. Модуль адаптивного целеуказания огнестрельного оружия Лазерный световой модуль LLM01 сочетает в себе видимые и инфракрасные лазерные диоды. В конце 1990-х зеленый твердотельный лазер с диодной накачкой (DPSS) стали доступны лазерные прицелы (532 нм).

Лазеры, нацеленные на глаза

Несмертельное лазерное оружие было разработано ВВС США, чтобы временно ограничить способность противника стрелять из оружия или иным образом угрожать силам противника. Это устройство освещает противника безвредным лазерным светом малой мощности и может ослеплять, дезориентировать объект или заставлять его бежать. Несколько видов ослепители теперь доступны, а некоторые из них использовались в бою.

Остается возможность использования лазеров для ослепления, поскольку для этого требуются такие более низкие уровни мощности и это легко достижимо в переносном устройстве. Однако большинство стран считает преднамеренное постоянное ослепление врага запрещенным правила войны (видеть Протокол об ослепляющем лазерном оружии ). Хотя несколько стран разработали ослепляющее лазерное оружие, например китайское ЗМ-87, считается, что ни один из них не прошел стадию прототипа.

В дополнение к приложениям, которые пересекаются с военными приложениями, широко известное использование лазеров правоохранительными органами предназначено для лидар для измерения скорости транспортных средств.

Голографический оружейный прицел

А голографический оружейный прицел использует лазерный диод для освещения голограмма сетки прицела, встроенной в плоское стеклянное оптическое окно прицела. Пользователь смотрит в оптическое окно и видит перекрестие. сетка изображение накладывается на расстоянии на поле зрения.[8]

Медицинское

Смотрите также: Лазерная медицина

Промышленное и коммерческое

Лазеры, используемые для визуальных эффектов во время музыкального представления. (А лазерное световое шоу.)
Выравнивание пола из керамической плитки с помощью лазерного устройства

Промышленные лазерные приложения 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 киловатта используются в основном для промышленных приложений обработки материалов. За пределами этого порогового значения мощности существуют тепловые проблемы, связанные с оптикой, которые отделяют эти лазеры от их аналогов с меньшей мощностью.[9] Лазерные системы в диапазоне 50-300 Вт используются в основном для накачивание, пластиковая сварка и пайка Приложения. Лазеры мощностью более 300 Вт используются в пайка, тонкий металл сварка и листовой металл резка Приложения. Требуемая яркость (измеряемая произведением параметров луча) выше для резки, чем для пайки и сварки тонких металлов.[10] Приложения высокой мощности, такие как закалка, облицовка, и сварка с глубоким проплавлением требуют оптической мощности в несколько кВт и используются в широком спектре промышленных процессов.

Обработка микроматериалов - это категория, которая включает все приложения для лазерной обработки материалов мощностью менее 1 киловатта.[11] Использование лазеров в обработке микроматериалов нашло широкое применение при разработке и производстве экранов для смартфонов, планшетных компьютеров и светодиодных телевизоров.[12]

Подробный список промышленных и коммерческих лазерных приложений включает:

Развлечения и отдых

Съемка и ранжирование

Основная статья: Лазерный дальномер

При геодезии и строительстве лазерный уровень прикрепляют к штативу, выравнивают и затем вращают для освещения горизонтальной плоскости. В проекторе лазерного луча используется вращающаяся головка с зеркалом для поворота лазерного луча вокруг вертикальной оси. Если зеркало не является самовыравнивающимся, оно снабжено визуально читаемыми пузырьками уровня и регулируемыми вручную винтами для ориентации проектора. Посох, который несет оператор, оснащен подвижным датчиком, который может обнаруживать лазерный луч и подает сигнал, когда датчик находится на одной линии с лучом (обычно звуковой сигнал). Расположение датчика на градуированной рейке позволяет сравнивать высоты между разными точками на местности.

Башенный лазерный уровень используется в сочетании с датчиком на колесном тракторе-скрепере в процессе лазерного нивелирования земли, чтобы довести землю (например, сельскохозяйственное поле) до почти ровной поверхности с небольшим уклоном для дренажа. Линейный лазерный уровень был изобретен в 1996 году Стивом Дж. Оросом-младшим [1] Этот тип уровня не требует тяжелого мотора для создания иллюзии линии из точки, скорее, он использует линзу для преобразования точки в линию.

Средство от птиц

Лазерные лучи используются для разгона птиц с сельскохозяйственных угодий, промышленных площадок, крыш и взлетно-посадочных полос аэропортов. Птицы склонны воспринимать лазерный луч как физическую палку. Направляя лазерный луч на птиц, они пугаются и улетают. На рынке представлены лазерные фонари с ручным управлением.[15] или автоматизированные роботы[16] для автоматического перемещения лазерного луча.

Изображений

  • Лазерные модули

  • Q-line лазер

  • Лазеры использовались в концерте Classical Spectacular в 2005 г.

  • Поверхность тестовой мишени мгновенно испаряется и загорается при облучении непрерывной волной большой мощности. углекислый лазер испуская десятки киловатт дальнего инфракрасный свет. Обратите внимание, что оператор стоит за листами оргстекло, который непрозрачен в дальней инфракрасной области.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Уиллс, Стюарт. "Земные партнеры Кассини". Новости оптики и фотоники. Оптическое общество. В архиве из оригинала 7 июля 2018 г.. Получено 7 июля 2018.
  2. ^ В. Демтрёдер, Лазерная спектроскопия, 3-е изд. (Спрингер, 2009 г.)
  3. ^ «Калифорнийские ученые могут управлять погодой с помощью лазеров - www.express.co.uk». В архиве из оригинала на 2018-10-23. Получено 2018-10-23.
  4. ^ «Человек, который хочет контролировать погоду с помощью лазеров - www.cnn.com». В архиве из оригинала на 2018-10-23. Получено 2018-10-23.
  5. ^ Дуарте FJ, изд. (2009). «Глава 9». Настраиваемые лазерные приложения (2-е изд.). Бока-Ратон: CRC Press.
  6. ^ Дуарте Ф.Дж. (2016). «Перестраиваемая лазерная микроскопия». В Duarte FJ (ред.). Настраиваемые лазерные приложения (3-е изд.). Бока-Ратон: CRC Press. С. 315–328. ISBN  9781482261066.
  7. ^ "Thales GLOW". Thalesgroup.com. В архиве из оригинала от 23.03.2012. Получено 2011-09-25.
  8. ^ «Объяснение прицелов Red Dot / Reflex Sights и Holosights». ultimak.com. В архиве из оригинала 27.12.2012. Получено 2013-07-27.
  9. ^ «Мировой рынок лазеров - обзор и прогноз рынка 2012». Неограниченные стратегии. 5-е издание: 56–85. Январь 2012 г.
  10. ^ Спаркс, М .; Гросс, М .; Celotto, S .; Zhang, T .; О'Нил, Вт (2008). «Практические и теоретические исследования резки в инертном газе нержавеющей стали 304 с использованием волоконного лазера высокой яркости». Журнал лазерных приложений (1042-346X): 59–67.
  11. ^ «Мировой рынок лазеров - обзор и прогноз рынка 2012». Неограниченные стратегии. 5-е издание: 86–110. Январь 2012 г.
  12. ^ "Объяснение технологии OLED". Информация об OLED. OLED-info.com. В архиве из оригинала 15 октября 2012 г.. Получено 17 октября 2012.
  13. ^ «Cinetyp Hollywood - субтитры к фильмам, субтитры к видео, субтитры DVD, наложение фильмов, видео, фильм, оверлей, иностранные субтитры, скрытые субтитры, открытые субтитры, списки заметок». Cinetyp.com. В архиве из оригинала от 28.02.2009. Получено 2009-10-11.
  14. ^ "SM Cinema добавляет еще пять лазерных проекторов Christie 6P". www.christiedigital.com. В архиве из оригинала от 18.10.2017. Получено 2016-11-16.
  15. ^ "лазерные фонари отпугивания птиц". Birdcontrolgroup.com. В архиве из оригинала на 13.04.2016. Получено 2016-04-28.
  16. ^ «автоматизированные лазерные роботы для отпугивания птиц». Birdcontrolgroup.com. В архиве из оригинала на 2016-05-04. Получено 2016-04-28.

внешняя ссылка