Применение лазера: Применение лазеров на практике

Применение лазеров на практике

Лазер или оптический квантовый генератор — это устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.

Изобретение лазера можно по праву считать одним из самых значимых открытий 20 столетия. Еще в самом начале разработки данной технологии ей уже пророчили совершенно разностороннюю применимость, с самого начала была видна перспектива решения самых разных задач, несмотря на то, что некоторые задачи даже не виднелись на горизонте в то время.

Медицина и космонавтика, термоядерный синтез и новейшие системы вооружений, — вот лишь некоторые из направлений, в которых сегодня с успехом применяется лазер. Давайте посмотрим, где же нашел практическое применение лазер, и убедимся в величии этого замечательного изобретения, обязанного своим появлением целому ряду ученых.

Лазерная спектроскопия

Монохроматическое излучение лазера можно получить в принципе с любой длиной волны, причем как в форме непрерывной волны определенной частоты, так и в форме коротких импульсов, длительностью вплоть до долей фемтосекунд. Будучи сфокусирован на исследуемом образце, лазерный луч подвергается нелинейным оптическим влияниям, что позволяет исследователям осуществлять спектроскопию изменяя частоту света, а также проводить когерентный анализ процессов, управляя поляризацией лазерного луча.

Измерение расстояний до объектов

Луч лазера очень удобно направлять на исследуемый объект, даже если этот объект находится очень далеко, ведь расхождение луча лазера очень незначительно. Так, в 2018 году, в рамках эксперимента, из Китайской обсерватории Юньнань лазерный луч был направлен на Луну. Светоотражатели «Апполон-15», которые уже были установлены на поверхности Луны, отразили луч обратно на Землю, где он был принят обсерваторией.

Известно, что свет лазера, как и любая электромагнитная волна, движется с постоянной скоростью — со скоростью света. Измерения времени прохождения луча показали, что расстояние от обсерватории до Луны, в промежутке времени с 21:25 до 22:31 по пекинскому времени 22 января 2018 года, составляло от 385823,433 до 387119,600 километров.

Лазерный дальномер, для не столь больших расстояний как расстояние от Земли до Луны, работает на аналогичном принципе. Импульсный лазер посылает луч на объект, от которого луч отражается. Детектор излучения принимает отраженный луч. Приняв в расчет время между началом излучения и тем моментом когда детектор поймал отраженный луч, а также скорость света, электроника прибора рассчитывает расстояние до объекта.

Адаптивная оптика и компенсация атмосферных искажений

Если наблюдать с земли в телескоп за каким-нибудь далеким астрономическим объектом, то окажется, что атмосфера вносит определенные оптические искажения в получаемое изображение этого объекта. Чтобы данные искажения убрать, применяют методы так называемой адаптивной оптики — искажения измеряются и компенсируются.

Чтобы данной цели достичь, в сторону наблюдаемого объекта направляют мощный луч лазера, который, как и простой свет, испытывает в атмосфере рассеивание, формируя «искусственную звезду», свет от которой, на обратном пути к наблюдателю, испытывает точно такие же оптические искажения в верхних слоях атмосферы, как и изображение наблюдаемого астрономического объекта.

Информация об искажениях обрабатывается, и используется для компенсации оптических искажений путем соответствующей корректировки изображения наблюдаемого астрономического объекта. В результате изображение объекта получается более «чистым».

Био и фотохимия

В биохимических исследованиях на тему образования и работы белков, полезны сверхкороткие лазерные импульсы фемтосекундной длительности. Данные импульсы позволяют инициировать и изучать химические реакции с высоким временным разрешением, чтобы находить и исследовать даже маложивущие химические соединения.

Изменяя поляризацию светового импульса, ученые могут задать необходимое направление химической реакции, выбрав из нескольких возможных сценариев развития событий в ходе реакции строго определенный.

Намагничивание лазерным импульсом

Сегодня ведутся исследования о возможности сверхбыстрого изменения намагниченности сред при помощи сверхкоротких лазерных импульсов длительностью в несколько фемтосекунд. Уже сейчас достигнуто сверхбыстрое размагничивание лазером за 0,2 пикосекунды, а также оптическое управление намагниченностью путем поляризации света.

Охлаждение сред лазером

Ранние эксперименты по охлаждению при помощи лазера проводились с ионами. Ионы удерживались электромагнитным полем в ионной ловушке, где освещались пучком лазерного света. В процессе неупругих соударений с фотонами, ионы теряли энергию, и таким образом были достигнуты сверхнизкие температуры.

Уже после был найден более практичный метод лазерного охлаждения твердых тел — антистоксово охлаждение, который заключается в следующем. Атом среды, находясь в состоянии чуть выше основного состояния (на колебательном уровне), возбуждался до энергии чуть ниже возбужденного состояния (на колебательном уровне), и, поглощая фонон, атом переходил в возбужденное состояние. Затем атом испускал фотон, энергия которого выше, чем энергия накачки, переходя в основное состояние.

Лазеры в установках термоядерного синтеза

Проблема удержания разогретой плазмы внутри термоядерного реактора может быть также решена при помощи лазера. Небольшой объем термоядерного топлива облучают со всех сторон в течение нескольких наносекунд мощным лазером.

Поверхность мишени испаряется, что приводит к огромному давлению на внутренние слои топлива, таким образом мишень испытывает сверхсильное сжатие и уплотнение, и при определенной температуре в такой уплотненной мишени уже могут протекать термоядерные реакции синтеза. Нагрев также возможен при помощи сверхмощных лазерных импульсов фемтосекундной длительности.

Оптический пинцет на основе лазера

Лазерный пинцет позволяет при помощи света от лазерного диода манипулировать микроскопическими диэлектрическими объектами: к объектам прикладываются силы в пределах нескольких наноньютон, также измеряются крошечные расстояния от нескольких нанометров. Данные оптические приборы применяются сегодня в исследовании белков, их структуры и работы.

Боевое и оборонительное лазерное оружие

Еще в начале второй половины 20 столетия в Советском Союзе уже разрабатывались лазеры высокой мощности, которые могли бы применяться в качестве оружия, способного поражать цели в интересах ПРО. В 2009 году американцы заявили о создании мобильного твердотельного лазера мощностью в 100 кВт, теоретически способного поражать воздушные и наземные цели потенциального противника.

Лазерный прицел

Небольшой источник лазерного света жестко прикрепляется к стволу винтовки или пистолета так, чтобы его луч был направлен параллельно стволу. При прицеливании стрелок видит на мишени маленькое пятнышко, благодаря малой расходимости лазерного луча.

В основном для таких прицелов используются красные лазерные диоды либо инфракрасные лазерные диоды (чтобы пятнышко можно было разглядеть лишь в прибор ночного видения). Для большей контрастности в условиях дневного света применяются лазерные прицелы с зелеными лазерными светодиодами.

Обман военного противника

Маломощный лазерный луч направляется в сторону военной техники противника. Противник обнаруживает этот факт, полагает что на него направлено какое-то оружие, и вынужден срочно принимать меры к защите, вместо того чтобы вести атаку.

Лазерное наведение снаряда

Для наведения летящего снаряда, такого как запускаемая с самолета ракета, удобно использовать отраженное пятно лазерного луча. Лазер с земли или с самолета подсвечивает цель, а снаряд по нему ориентируется. Лазер обычно используется инфракрасный, так как его труднее обнаружить.

Закалка металла лазером

Участок поверхности металла нагревают лазером до критической температуры, при этом тепло проникает вглубь изделия благодаря его теплопроводности. Как только действие лазера прекращается, происходит быстрое остывание изделия за счет проникновения тепла вовнутрь, где начинают формироваться закалочные структуры, препятствующие быстрому износу при будущей эксплуатации изделия.

Лазерные отжиг и отпуск

Отжиг — это такой вид термической обработки, при котором сначала осуществляют нагрев изделия до определённой температуры, затем выдерживают в течение определенного времени при этой температуре, далее медленно охлаждают до комнатной температуры.

Так снижают твердость металла, облегчая дальнейшую механическую его обработку, при этом улучшается микроструктура и достигается большая однородность металла, снимаются внутренние напряжения. Отжиг лазером позволяет обрабатывать таким образом мелкие детали из металлов.

Отпуск проводят с целью получения более высокой пластичности и снижения хрупкости материала при сохранении приемлемого уровня его прочности в местах соединения деталей. Для этого изделие подвергается нагреву лазером до температуры от 150—260 °C до 370—650 °C с последующим медленным охлаждением (остыванием).

Лазерная очистка и дезактивация поверхностей

Данный способ очистки применяют для удаления поверхностных загрязнений с предметов, памятников, произведений искусства. Для очистки изделий от радиоактивных загрязнений и для очистки микроэлектроники. Такой способ очистки лишен недостатков, свойственных механическому шлифованию, абразивной обработке, виброобработке и т. д.

Лазерное оплавление и аморфизация

Скоростная аморфизация подготовленной поверхности сплава сканирующим лучом или коротким импульсом достигается благодаря быстрому теплоотводу, при котором происходит как-бы замораживание расплава, образуется подобие металлического стекла с высокой твердостью, стойкостью к коррозии, улучшением магнитных характеристик. Материал предварительного покрытия подбирается так, чтобы вместе с основным материалом образовывать состав, склонный к аморфизации под действием лазера.

Лазерное легирование и наплавка

Легирование поверхности металла лазером повышает его микротвердость и износостойкость.

Метод лазерной наплавки позволяет наносить износостойкие поверхностные слои. Применяется в восстановлении высокоточных деталей, используемых в условиях повышенного износа, например таких как клапаны ДВС и другие детали двигателей. Данный метод по качеству превосходит напыление, поскольку здесь формируется монолитный слой связанный с основой.

Вакуумно-лазерное напыление

В вакууме лазером испаряется участок материала, затем данные испарения конденсируются на специальной подложке, где с другими продуктами образуют материал с необходимым новым химическим составом.

Лазерная сварка

Перспективный метод промышленной сварки с использованием мощных лазеров, дающих очень ровный, узкий и глубокий сварной шов. В отличие от обычных методов сварки, мощность лазера регулируется более прецизионно, что позволяет очень точно регулировать глубину и другие параметры сварного шва. Сварочный лазер способен сваривать толстые детали на высокой скорости, достаточно лишь добавить мощности, причем тепловое воздействие на прилегающие зоны минимально. Сварной шов получается более качественным, как и любое соединение, полученное данным способом.

Лазерная резка

Высокая концентрация энергии в сфокусированном лазерном луче дает возможности для разрезания почти любого известного материала, при этом рез получается узким, а зона термического воздействия минимальной. Соответственно отсутствуют и значимые остаточные деформации.

Лазерное скрайбирование

Для последующего разделения на более мелкие элементы, пластины полупроводника скрайбируют — наносят лазером глубокие канавки. Здесь достигается более высокая точность, чем при использовании алмазного резца.

Глубина канавки — от 40 до 125 мкм, ширина от 20 до 40 мкм, при толщине обрабатываемой пластинки от 150 до 300 мкм. Изготовление канавки происходит со скоростью до 250 мм в секунду. Выход готовой продукции больше, брака — меньше.

Лазерная гравировка и маркировка

Практически везде в промышленности на сегодняшний день применяются именно лазерная гравировка и маркировка: нанесение рисунков, надписей, кодирование образцов, таблички, шильды, художественная отделка, сувениры, ювелирные изделия, миниатюрные надписи на самых мелких и хрупких изделиях, — стали возможны только благодаря автоматизированной лазерной технологии.

Лазер в медицине

Невозможно переоценить применимость лазеров в современной медицине. Хирургические лазеры применяются для коагуляции отслоившейся сетчатки глаза, лазерные скальпели позволяют резать плоть, лазерами сваривают кости. Углекислотным лазером сваривают биологические ткани.

Безусловно, что касается медицины, то в данном направлении ученым приходится каждый год улучшать и уточнять, совершенствовать технологии использования тех или иных лазеров, дабы избежать вредных побочных действий на ткани, которые расположены рядом. Бывает так, что одно место лазер лечит, но тут же оказывает разрушительное действие на соседний орган или случайно попавшую под него клетку.

Дополнительные наборы инструментов, специально созданные для работы совместно с хирургическим лазером, позволили медикам добиться успехов в желудочно-кишечной хирургии, хирургии желчных путей, селезенки, легких и печени.

Удаление татуировок, коррекция зрения, гинекология, урология, лапароскопия, стоматология, удаление опухолей головного и спинного мозга — все это возможно сегодня только благодаря современной лазерной технике.

Информационные технологии, дизайн, быт и лазер

CD, DVD, BD, голография, лазерные принтеры, считыватели штрих-кодов, системы безопасности (защитные барьеры), световые шоу, мультимедийные презентации, указки и т. д. Только представьте, как бы стал выглядеть наш мир, если бы из него исчез лазер…

Ранее ЭлектроВести писали, что украинские энергетики нашли новое применение для беспилотников. С помощью дронов измеряют запасы угля на теплоэлектростанциях.

По материалам: electrik.info.

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

пучок из семи мощных лазерных лучей всех цветов радуги, которые могли быть направлены как в одну сторону, так и в разные. Конструкция была установлена после того, как на город обрушился ураган «Сэнди» в октябре 2012 года. Гигантская радуга показывала: город пережил катастрофу, и его жизнь продолжается.

Еще одним интересным примером применения лазера в индустрии развлечений стал лазерный костюм для вечеринок, разработанный тайваньским дизайнером по имени Wei-Chieh Shih. Одежда представляет собой лазерную установку и способна освещать все вокруг красным светом, генерируя лучи, направленные в разные стороны.

Лазеры в сфере транспорта

Лазеры могут быть полезны и в сфере транспорта. Так, например, в Нидерландах планируют внедрить установку лазерных излучателей на локомотивах поездов: это позволит убирать мусор и опавшие листья с путей прямо во время движения. Ведь все посторонние предметы, прилипшие к колесам, увеличивают тормозной путь и повышают риск катастрофы.

Лазер может быть использован и при езде на велосипеде. Велосипедными дорожками оснащены далеко не все улицы. А в темное время суток автомобилисты могут не увидеть разметку. В «умных» байках появилась необычная функция: они могут проецировать велосипедную дорожку при помощи лазерной установки. Такой подход повышает безопасность: велосипедист становится видимым и для других участников дорожного движения в темное время суток.

Еще один схожий способ применения лазера предложили создатели инновационной системы уличной безопасности Guardian. Смысл разработки — в установке специальных излучателей на столбах возле светофоров. Когда горит красный свет для пешеходов, проход закрыт лазерным лучом. Как только загорается зеленый, красный свет закрывает путь автомобилистам. Система направлена на повышение безопасности на дорогах: она работает как сдерживающий психологический фактор.

Лазерные гаджеты

Лазер встроен в некоторые современные гаджеты. Так, например, устройство Magic Cube способно проецировать виртуальную клавиатуру на рабочий стол или другую поверхность. Гаджет ориентирован на пользователей планшетов и смартфонов.

Применение лазеров в спорте

Интересное применение лазера придумала компания Nike. Разработка представляет собой мобильную установку, которая может проецировать поля для игры в футбол при помощи лазерных лучей. Площадку можно создать на любой ровной поверхности — как в городе, так и за его пределами.

Выводы

Мы нисколько не преувеличиваем, когда говорим, что, появившись в середине XX века, лазеры сыграли в нашей жизни такую же значимую роль, как электричество и радио. Лазер проник практически во все области деятельности человека, и если вдруг изъять его, то мир перестанет быть таким привычным и комфортным. Даже текст этой статьи, читаемый вами сегодня с компьютера или смартфона, доступен благодаря полупроводниковым лазерам, активно используемым в новейших оптических средствах связи. Без лазеров невозможно представить компьютеры, а значит, и огромный пласт современной жизни человека. Будучи очень интересно устроенным, лазер открывает перед современной наукой новые перспективы развития. Свойства его невероятно многогранны, и можно смело сказать, что лазерный луч «высвечивает» себе путь абсолютно во всех сферах человеческой жизни, делая ее качественнее и счастливее!

Применение лазеров в промышленности.

Лазерная техника еще очень молода — ей нет и полувека.


Однако за это совсем небольшое время лазер из любопытного лабораторного устройства превратился в средство научного исследования, в инструмент, применяемый в промышленности. Трудно найти такую область современной техники, где бы не работали лазеры.


Их излучение используется для связи, записи и чтения информации, для точных измерений; они незаменимы в медицине хирургии и терапии. Многие учёные считают, что кардинальные изменения, которые лазер внёс в жизнь человека, — подобны последствиям промышленного применения электричества в конце XIX в. Огромные возможности лазерной технологииологии объясняются особыми свойствами лазерного излучения. Его природу изучает квантовая механика. Именно её законы описывают процессы, происходящие в лазере, поэтому его также называют оптическим квантовым генератором. С момента своего изобретения лазеры зарекомендовали себя как «готовые решения еще не известных проблем».


 В силу уникальных свойств излучения лазеров, они широко применяются во многих отраслях науки и техники, а также в быту (проигрыватели компакт-дисков, лазерные принтеры, считыватели штрих-кодов, лазерные указки и пр.). В промышленности лазеры используются для резки, сварки и пайки деталей из различных материалов и как указующие устройства.


В настоящее время лазеры широко используются в деревообрабатывающей промышленности, причем за последние годы область их распространения значительно расширилась. Использование лазеров облегчает позиционирование заготовок, совмещение наружных рисунков двух заготовок, минимизацию образующихся отходов, монтаж сложных конструкционных элементов зданий и сооружений. Чаще находят применение лазерные устройства генерирующие линию или пересечение линий (крест). Применение лазеров помогает значительно повысить выход готовой продукции и повысить производительность оборудования за счет экономии времени на установку и позиционирование заготовки.


Примеры использования лазеров: Лазеры берут на на себя функции линии, упора или шаблона, например: широко используются в линиях по производству срубов деревянных домов, как указатель линии распила на торцовочных станках и указатель центра чаши на станках для выборки венцовых чаш; указатель линии для ориентации бревен на оцилиндровочных станках позиционного типа, различной конструкции; указатель линии распила на различных торцовочных станках и в линиях выбраковки пороков; указатель линии распила на круглопильных многопильных и обрезных станках; указатель линии распила и центра постава на лесопильных рамах, ленточнопильных станках; указатель позиций при сверлении отверстий; указатель линии сгиба или разреза; проецирование контуров при укладке, склеивании, ламинировании; в строительстве позиционирование мест установки различных конструкций, указатель линии для сверления ряда отверстий, для укладки плитки, паркета и пр.

Практическое применение лазеров

Измерительная лазерная технология используется при проведении различных измерений, а также для контроля размеров, качества материалов, изделий, линейных перемещений.

Эти технологии отличаются высокой скоростью, позволяют проводить измерения бесконтактно.

Лазерные измерители основаны на принципах голографии и позволяют обнаруживать поверхностные дефекты размером до 1 мкм, находить и количественно определять статические и динамические деформации различных деталей.

Перспективно использование лазеров в химической технологии. Лазерную интенсификацию химических реакций можно рассматривать как разновидность фотохимических процессов. Использование лазерного излучения в химической технологии перспективно для получения новых продуктов, осуществления новых химических реакций, интенсификации существующих химико-технологических процессов.

В производстве интегральных схем действие лазера используют для локальной термической диссоциации некоторых металлсодержащих органических соединений при изготовлении пленочных элементов схем; интенсификации процессов локального окисления и восстановления; для получения тонких пленок путем испарения материалов в вакууме.

Термическое действие лазерного излучения может быть применено для поверхностного упрочнения (закалка и «залечивание» микродефектов оплавлением) быстроизнашивающихся металлических деталей.

В пищевой промышленности выделяют два направления практического применения лазеров: для целенаправленного воздействия на вещество, а также для передачи и обработки информации, осуществления контроля и измерений.

Использование энергии излучения гелий-неонового лазера для обработки воды при производстве хлеба позволяет интенсифицировать созревание теста, не увеличивая дозы дрожжей, а также повышать выход и качество хлеба в целом.

Эффект лазерной активации апробирован и внедряется в производстве молочных продуктов, что позволяет экономить 10 — 30% реагентов, ускорять процессы в 1,2 – 2 раза, уменьшать расходы тепла, электроэнергии, чистой воды, улучшать качество готовой продукции и сточных вод. Лазерная активация молока повышает продолжительность бактерицидной фазы и качество молока по бактериальной обсемененности.

Обработка молока позволяет снижать кислотность молока при приемке, сокращается время получения молочных продуктов (например, кефира). При этом улучшаются органолептические свойства готовой продукции – кефира, сметаны, пастеризованного молока, творога, мороженого.

Лазеры используются и для ускорения производства безалкогольных напитков с улучшенными свойствами, сохранения качества мяса и мясопродуктов.

Лазеры широко применяются как датчики и регуляторы на технологических линиях, они помогают при производстве этикеток, маркировке продуктов, при помощи лазеров осуществляют контроль и анализ показателей в процессе пищевого производства. Например, используется лазерная флуоресцентная экспресс-диагностика для бактериальной обсемененности продуктов.

При контроле технологии производства сыра перспективно применение волоконно-оптической системы лазерной флуоресцентной диагностики Это позволяет обнаружить нарушение технологии и определять звено в технологической цепочке. Кроме того, методика позволяет установить критические сроки использования объектов очистки технологической системы, что существенно удешевляет процесс изготовления продукции и сокращает простой оборудования.

Предварительная апробация метода и аппаратуры лазерной флуоресцентной диагностики для оценки качества пищевых продуктов (молока, молочнокислых продуктов, сыра, вина, пива) подтвердила его эффективность на всех этапах их изучения, хранения, реализации и применения.

Исследования ученых (Б.Ф. Федоров, 1988; В.К. Асенов, 1993; Н.Ю. Выхрест, 1999 и др.) подтверждают эффективность использования лазерных технологий в пищевой промышленности.

Находит применение лазерная обработка для стимуляции посевного материала, дистанционного зондирования полей, космического землеведения. Проводится лазерное исследование качества зерна, лазерный контроль качества яиц и обработка мясных продуктов лазерным излучением.

Необходимы дальнейшие исследования и внедрение лазерной технологии в пищевую промышленность, сельскохозяйственное производство и другие отрасли.

Применение лазеров — презентация онлайн

1. ЛАЗЕРЫ

900igr.net
Историческая справка
Принцип действия лазера
Свойства лазерного излучения
Виды лазеров
Применение лазеров

3. Историческая справка

В 1940г. российский физик В.А.Фабрикант
указал на возможность использования
явления вынужденного излучения для
усиления электромагнитных волн.
В 1954г. Российские ученые Н.Г.Басов и
А.М.Прохоров и независимо от них американский физик Ч.Таунс использовали
явление индуцированного излучения для
создания микроволнового генератора
радиоволн с длиной волны 1,27 см
(«мазер»).
В 1963г. Н.Г.Басков и А.М.Прохоров и
Ч.Таунс были удостоены Нобелевской
премии.
В 1960г. Американскому ученому Т.Мейману
удалось создать квантовый генератор
индуцирующий излучение оптического
диапазона. Новый генератор назвали
«лазер».

4. Принцип действия лазера

В обычных условиях атомы
находятся в низшем энергетическом состоянии.
За счет поглощения энергии
волны часть атомов переходит в
высшее энергетическое
состояние (на 3 энергетический
уровень).
На уровне 3 у атомов «время жизни» около 10-8 с, после
чего они самопроизвольно переходят в состояние 2 без
излучения энергии.
«Время жизни» на уровне 2 составляет 10-3 с. Создается
«перенаселенность» этого уровня возбужденными
атомами.
Атомы, «перенаселившие» 2 уровень, самопроизвольно
переходят на первый уровень с излучением большого
количества энергии.

5. Свойства лазерного излучения

Лазеры создают пучки света с
малым углом расхождения (10-5
рад.).
Свет, излучаемый лазером,
монохроматичен, т.е. Имеет
только одну длину волны, один
цвет.
Лазеры являются самыми
мощными источниками света:
сотни и тысячи ватт. Мощность
излучения Солнца — 7·103Вт, а у
некоторых лазеров – 1014Вт.

6. Виды лазеров

Рубиновый лазер
Импульсная лампа с зеркальным отражателем «накачивает»
энергию в рубиновый стержень.
В веществе стержня , возбужденном световой вспышкой,
возникает лавина фотонов.
Отражаясь в зеркалах, она
усиливается и вырывается
наружу лазерным лучом.

7. Виды лазеров

Газовые лазеры
Между зеркалами находится запаянная трубка с газом,
который возбуждается электрическим током.
Неон светится красным светом,
криптон – желтым, аргон – синим.

8. Виды лазеров

Газо-динамический
лазер
Похож на реактивный двигатель.
В камере сгорания сжигается
угарный газ с добавлением керосина или бензина, или спирта. В
мощном газодинамическом
лазере свет рождает струю раскаленного газа при давлении в десятки атмосфер. Проносясь между зеркалами,
молекулы газа начинают отдавать энергию в виде
световых квантов, мощность которых 150 — 200 кВт.

9. Виды лазеров

Полупроводниковый лазер
В полупроводниковом лазере излучает слой между двумя
полупроводниками разного типа (p-типа, n-типа).
Через этот слой – не толще листа бумаги –
пропускают электрический ток, возбуждающий его атомы.

10. Виды лазеров

Жидкостный лазер
Жидкость с красителем в специальном сосуде устанавливается между зеркалами. Энергия молекулы красителя
«накачивается» оптически с помощью газовых лазеров. В
тяжелых молекулах органических красителей вынужденное излучение возникает сразу в широкой полосе длин
волн. С помощью светофильтров выделяют свет одной
длины волны.

11. Применение лазеров Лазер режет, сваривает, кует, сверлит и т. д.

Тонкую вольфрамовую
проволоку для электрических лампочек протягивают через отверстия в
алмазах,пробитые лазерным лучом.
Рубиновые подшипники –
камни для часов – обрабатывают на лазерных станках-автоматах.

12. Применение лазеров Лазер режет, сваривает, кует, сверлит и т. д.

Лазерные станки для шлифовки
дорожки качения в кольцах
сверхмалых подшипников.
Лазерный луч сжигает
любой, даже самый
прочный и жаростойкий материал.

13. Применение лазеров в медицине

Глазную операцию, которая
раньше была бы очень
сложной(или невозможной
вообще), теперь можно
проводить амбулаторно.
В руке у хирурга
лазерный скальпель.

14. Применение лазеров в медицине

Красный луч рубинового лазера свободно проходит
сквозь оболочку красного шарика и поглощается синим,
прожигая его. Поэтому при хирургической операции
световой луч воздействует на стенку кровеносного
сосуда, «не замечая» самой крови.

15. Применение лазеров в медицине

Лазерный перфоратор «Эрмед303» для бесконтактного
взятия проб крови.
Первый отечественный лазерный
аппарат «Мелаз-СТ», применяющийся в стоматологии.

16. Применение лазеров в экологии

Лазеры на красителях позволяют следить за состоянием
атмосферы. Современные города накрыты «колпаком» пыльного, закопченного воздуха. О степени его загрязнения можно
судить по тому, насколько сильно в нем рассеиваются лазерные лучи с разной длиной волны. В чистом воздухе свет не
рассеивается, его лучи становятся невидимыми.

17. Применение лазеров при посадке самолетов

Заходя на посадку,
самолет движется
по пологой траектории – глиссаде.
Лазерное устройство, помогающее
пилоту, особенно в
непогоду, тоже
названо «Глиссада». Его лучи
позволяют точно
сориентироваться в
воздушном пространстве над аэродромом.

18. Применение лазеров в голографии

Чтобы сделать цветную
голограмму, на вид не
отличимую от реального
предмета, необходимы три
лазера с излучением разного
цвета.

19. Применение лазеров при оформлении театральных постановок

Такие картины, нарисованные лазерными лучами. Уже
сегодня используются для
оформления эстрадных
концертов и театральных
постановок, а когда-нибудь,
возможно, специалист по
лазерной оптике станет в
театре столь же привычной
фигурой, как гример или
декоратор.

20. Применение лазеров в электротехнике

Миниатюрные
метки, сделанные на диске
лазерным лучом,
обеспечивают
невиданную плотность записи.

21. Литература

С.В.Громов Физика. 11класс/ М. «Просвещение». 2002г.
С.Д.Транковский. Книга о лазерах / М. «Детская
литература». 1988г.
Большой энциклопедический словарь школьника / М.
«Большая Российская энциклопедия». 2001г.
Энциклопедия для детей.Техника. / М. Аванта. 2004г.
Энциклопедический словарь юного физика / М.
«Педагогика-Пресс». 1997г.
Слайд- презентацию оформила
учитель физики
МОУ «Большекустовская средняя
общеобразовательная школа»
Усынина Любовь Владимировна
2007 г.

Лазер. История создания лазера. Устройство лазера. Применение лазера

ЛАЗЕР
Амангазинова Б.
Бабинцева Н.
Есмурзина Ч.

2. Содержание

Введение
История создания лазера
Устройство лазера
Применение лазера

3. Что такое ЛАЗЕР?

ЛАЗЕР — устройство, создающее
когерентные монохроматические
(создается тонкий пучок света)
электромагнитные волны оптического
диапазона. Слово лазер составлено из
первых букв английского словосочетания
light amplification by stimulated
emission of radiation, означающего
усиление света вынужденным
излучением.

4. История создания

В 1917 году Альберт Эйнштейн
теоретически показал, что согласовать
вспышки излучения отдельных атомов
между собой позволило бы создать
внешнее электромагнитное излучение.
В 1939 г. советский физик В. А. Фабрикант
наблюдал экспериментально усиление
электромагнитных волн (оптическое
усиление) в результате процесса
индуцированного излучения.
Советские физики Н. Г. Басов, А. М. Прохоров и
американский физик
Ч. Таунс в 1954 году,
используя возбужденные молекулы аммиака,
разработали «мазер» — мощный излучатель
радиоволн.

5. История создания

В 1960 г. в США
Т. Мейман создал
первый лазер —
квантовый генератор
электромагнитных
волн в видимом
диапазоне спектра.
Виды лазеров
Полупроводниковый
Рубиновый
Газовый

7. Устройство лазера

Действие лазера
основано на
вынужденном
излучении средой
фотонов под
действием
внешнего
электромагнитно
го поля.

8. Устройство лазера

В любом лазере есть
три основные части.
1) Активная рабочая
среда
2) Система накачки
3) Устройство для
усиления
излучаемого света
— оптический
резонатор
Лазеры
различаются
Способом
накачки
Рабочей
средой
оптическая
накачка,
возбуждение
электронным
ударом,
химическая
накачка
газы, жидкости,
стекла, кристаллы,
полупроводники
Режимом
Конструкцией
резонатора
работы
импульсный,
непрерывный
два
параллельных
плоских зеркала
Медицина
микроэлектроника
Полиграфическая
промышленность
машиностроение
ПРИМЕНЕНИЕ
ЛАЗЕРА
промышленность
строительных
материалов
для связи
голография
Химические и
термоядерные
реакции

11. Применение лазера

Очень перспективно
применение
лазерного луча для
связи, особенно в
космическом
пространстве

12. Применение лазера

В медицинском
оборудование

13. Применение лазера

С помощью луча
лазера можно
проводить
хирургические
операции:
например,
«приваривать»
отслоившуюся от
глазного дна
сетчатку

14. Применение лазера

Лазеры используются для различных видов
обработки материалов: металлов, бетона,
стекла, тканей, кожи и т.п.

15. Применение лазера

Огромная мощность лазерного луча
используется для испарения материалов в
вакууме, для сварки и т. д.

16. Применение лазера

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.

17. Применение лазера

Лазеры
применяются для
записи и хранения
информации
(лазерные диски).

18. Применение лазера

Перспективно
использование
мощных лазерных
лучей для
осуществления
управляемой
термоядерной
реакции.

19. Применение лазера

Лазеры позволили
создать светолокатор,
с помощью которого
расстояние до
предметов измеряется
с точностью до
нескольких
миллиметров

20. Применение лазера

Получать объемные
изображения
предметов,
используя
когерентность
лазерного луча
голография

21. Применение лазера

Возбуждая лазерным
излучением атомы
или молекулы, можно
вызвать между ними
химические реакции,
которые в обычных
условиях не идут.
Направленный непосредственно на
молекулу лазерный луч не разъединял
отдельные фрагменты ДНК, а соединял
их вместе.

виды лазеров, преимущества и недостатки

Стоматологические лазеры:как современные технологии помогают работе врача?

Лазеры в стоматологии используются для отбеливания эмали, препарирования мягких и твердых тканей зубов.Лазерный аппарат повышает эффективность стоматологических процедур, позволяет выполнять хирургические манипуляции с минимальным дискомфортом для пациента. Заживление после лечения лазером происходит быстрее за счет стерилизующего эффекта излучения.

Эффективно использование лазера и в детской стоматологии. У детей нет свойственного взрослым страха перед зубным врачом, поэтому быстрое и безболезненное лечение лазером, не связанное с неприятными ощущениями не вызывает стресса.

Виды стоматологических лазеров

Диодный лазер: применение в стоматологии

• Лечение зубов
• Антисептическая обработка полости внутри зуба,
• Прочищение зубных каналов,
• Иссечение десневого капюшона при росте зубов мудрости, снятие воспаления
• Удаление зубов
• Извлечение труднодоступных зубов мудрости

В первую очередь,  диодный лазер подходит  для мягких тканей. Его можно использовать как эндодонтический лазер, с его помощью стерилизовать каналы, запечатывать дентинные канальцы. 

Эрбиевый лазер в стоматологической практике

• Подготовка кариозных полостей к установке пломб;
• Лечение пришеечного кариеса
• Коррекция клиновидного дефекта зуба
• Проведение эндодонтического лечения и удаления пульпы
• Выполнение контурирования и шлифовки зуба, не затрагивая окружающие мягкие и костные ткани
• Устранение повышенной чувствительности зубной эмали.

Применение эрбиевого лазера  характеризуется значительным противовоспалительным, бактерицидным и бактериостатическим свойствами.

Эрбиевые стоматологические лазеры с длиной волны 2940 нм идеально подходят для препарирования твердых тканей, так как такое излучение имеет максимальное поглощение водой и гидроксиаппатитом, которые в большей степени содержатся в костной ткани и тканях зуба.

Doctor Smile Simpler — диодный стоматологический лазер

Усовершенствованная модель стоматологического лазера Doctor Smile Simpler обладает рядом преимуществ в работе:

чрезвычайная простота в использовании дает возможность стоматологу осуществлять лечение без специальной подготовки, нажатием одной кнопки на сенсорном дисплее можно выбрать нужную область применения, для которой уже заданы установки с наиболее подходящими и научно обоснованными параметрами для каждого вида стоматологии:

• Эндодонтия
• Хирургия
• Пародонтология
• Терапия
• Отбеливание

В стоматологическом лазере Doctor Smile Simpler используется конфигурация T.O.P. (TISSUE OPTIMIZED PULSING – импульс, оптимизированный по различным видам тканей). 

Она дает возможность выбора из 4-х видов хирургических программ:

• По грануляционным тканям
• По неизмененным тканям
• По фиброзным тканям
• Коагуляция

Doctor Smile D5 — диодный стоматологический лазер 

У компании Doctor Smile есть более дешевая модель лазера, дополненная возможностью проведения отбеливания.Это модель Doctor Smile D5 — диодный стоматологический лазер с функцией лазерного отбеливания. 

В данной модели успешно реализована возможность подключения насадок для отбеливания больших и малых участков зубного ряда, которые входят в комплект.

Врачи отмечают, что при помощи лазеров удобно работать с пластикой уздечки, лечением пародонта, вестибулопластикой.

Применение диодного лазера  на мягких тканях отличается минимальной областью некроза, что становится возможным в результате контурирования тканей. Их края сохраняют расположение, которое задал врач, что является значительным эстетическим фактором. 

При помощи диодного лазера можно за один визит к стоматологу выполнить контурирование улыбки, подготовить зубы и снять оттиск. 

Преимущества работы с лазерами

• Лазерное лечение считается более качественным и менее болезненным, что привлекает интерес пациентов
• Снижает беспокойство у пациентов, испытывающих страх перед бормашиной
• Cводит к минимуму кровотечение и отечность при обработке мягких тканей
• В некоторых случаях позволяет сохранить больше здоровой ткани зуба при препаровке кариозных полостей
• Быстрое восстановление пациента после процедуры 
• Отсутствие сколов и трещин на эмали, которые часто бывают при работе с борами 
• Отсутствие послеоперационных рубцов при работе с мягкими тканями 
• Стерильность 

Как выбрать стоматологический лазер? 

Перед покупкой обратите внимание на комплектацию:  защитные очки иногда  нужно докупать отдельно, с лазером могут идти не все необходимые наконечники, управление — ножной привод не входит в комплект.

Определитесь, при оказании каких услуг вы хотите использовать лазер, от этого зависит выбор насадок и типа лазера.

  В интернет магазине вы можете выбрать и другие модели стоматологических лазеров, исходя из ваших профессиональных предпочтений и бюджета. 

 Материал подготовлен: Ирина Королева, редактор блога Stomdevice 

применений лазеров

Применения
Лазеры

Лазер
оптическое устройство, генерирующее интенсивный пучок когерентных
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

1. Лазеры
   используется для бескровной хирургии.
2. Лазеры
   используется для разрушения камней в почках.
3. Лазеры
   используется в диагностике и терапии рака.
4. Лазеры
   используется для коррекции кривизны хрусталика глаза.
5. Лазеры
   используется в оптоволоконном эндоскопе для обнаружения язв в
   кишечник.
6. Печень
   а болезни легких можно лечить с помощью лазеров.
7. Лазеры
   используется для изучения внутреннего строения микроорганизмов и
   клетки.
8. Лазеры
   используется для проведения химических реакций.
9. Лазеры
   используется для создания плазмы.
10. Лазеры
    используется для успешного удаления опухолей.
11. Лазеры
    используется для удаления кариеса или разрушенной части зубов.
12. Лазеры
    используется в косметических процедурах, таких как лечение акне,
    целлюлит и эпиляция.

Лазеры
в Коммуникациях

1. Лазерный свет
   используется в оптоволоконной связи для отправки информации
   на большие расстояния с низкими потерями.
2. Лазерный свет
   используется в подводных сетях связи.
3. Лазеры
   используется в космической связи, радарах и спутниках.

Лазеры
в промышленности

1. Лазеры
   используется для резки стекла и кварца.
2. Лазеры
   используется в электронной промышленности для обрезки компонентов
   Интегральные схемы (ИС).
3. Лазеры
   используется для термической обработки в автомобильной промышленности.
4. Лазерный свет
   используется для сбора информации о префиксных ценах
   различных товаров в магазинах и коммерческих учреждениях
   со штрих-кода, нанесенного на продукт.
5. Ультрафиолет
   лазеры используются в полупроводниковой промышленности для
   фотолитография.Фотолитография — это метод, используемый для
   изготовление печатной платы (PCB) и микропроцессора
   с помощью ультрафиолета.
6. Лазеры
   используется для сверления аэрозольных форсунок и контрольных отверстий внутри
   требуемая точность.

Лазеры
в области науки и технологий

1. А лазер
   помогает в изучении броуновского движения частиц.
2. С
   помощь гелий-неона
   лазера было доказано, что скорость света одинакова в
   все направления.
3. С
   с помощью лазера можно подсчитать количество атомов
   в веществе.
4. Лазеры
   используется в компьютерах для извлечения сохраненной информации из
   Компакт-диск (CD).
5. Лазеры
   используется для хранения большого количества информации или данных на CD-ROM.
6. Лазеры
   используется для измерения загрязняющих газов и других загрязняющих веществ
   атмосферы.
7. Lasers помогает
   в определении скорости вращения Земли точно.
8. Лазеры
   используется в компьютерных принтерах.
9. Лазеры
   используется для создания трехмерных изображений в космосе
   без использования линз.
10. Лазеры
    используется для обнаружения землетрясений и подводных ядерных
    взрывы.
11. Галлий
    арсенидный диодный лазер можно использовать для установки невидимого забора
    для защиты области.

Лазеры
в Военном деле

1. Лазер
   дальномеры используются для определения расстояния до
   объект.
2. кольцевой лазерный гироскоп используется для зондирования и измерения очень
   небольшой угол поворота движущихся объектов.
3. Лазеры
   Может использоваться как скрытный осветитель для разведки
   ночью с высокой точностью.
4. Лазеры
   используются для утилизации энергии боеголовки путем повреждения
   ракета.
5. Лазер
   свет используется в лидарах для точного измерения расстояния
   к объекту.

Применение лазеров, объяснение в энциклопедии RP Photonics

Энциклопедия> буква L> лазерные приложения

можно найти в Руководстве покупателя RP Photonics.Среди них:

Найдите более подробную информацию о поставщиках в конце этой статьи энциклопедии или посетите наш

Вас еще нет в списке? Получите свою запись!

Используя наш рекламный пакет, вы можете разместить свой логотип и далее под описанием продукта.

Если вы каким-либо образом используете лазеры, обратитесь в RP Photonics за советом относительно наиболее подходящих лазерных источников или за помощью в разработке лазера.

Определение: приложения с лазерными устройствами

немецкий: Laseranwendungen

Категория: лазерные устройства и лазерная физика

Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

Автор: Dr.Rüdiger Paschotta

URL: https://www.rp-photonics.com/laser_applications.html

Лазеры — это источники света с очень особыми свойствами, о которых говорилось в статье о лазерном свете.
По этой причине существует большое разнообразие лазерных приложений, в результате чего общий объем продаж лазеров во всем мире составил более 8 миллиардов долларов США (по данным на 2013 год).
В следующих разделах дается краткий обзор.

Лазерное производство

Лазеры широко используются для лазерной обработки материалов на производстве, например.грамм. для резки, сверления, сварки, плакирования, пайки (пайки), закалки, модификации поверхности, маркировки, гравировки, микрообработки, импульсного лазерного напыления, литографии и т. д.
Во многих случаях к небольшому пятну прикладывается относительно высокая оптическая интенсивность, что приводит к интенсивному нагреву, возможно испарению и образованию плазмы.
Существенными аспектами являются высокая пространственная когерентность лазерного света, обеспечивающая сильную фокусировку, а также часто возможность генерации интенсивных импульсов.

Методы лазерной обработки имеют много преимуществ по сравнению с механическими методами.Они позволяют изготавливать очень тонкие конструкции высокого качества, избегая механических нагрузок, например, вызванных механическими сверлами и лезвиями.
Лазерный луч с высоким качеством луча можно использовать для сверления очень мелких и глубоких отверстий, например для форсунок.
Часто достигается высокая скорость обработки, например при изготовлении фильтровальных сит.
Кроме того, снимается ограничение срока службы механических инструментов.
Также может быть выгодно обрабатывать материалы, не касаясь их.

Требования к оптической мощности и качеству луча, помимо длины волны, во многом зависят от области применения и используемых материалов.Например, для лазерной маркировки пластмасс можно использовать довольно низкие уровни мощности, тогда как для резки, сварки или сверления металлов требуется гораздо больше — часто несколько киловатт.
При пайке может потребоваться большая мощность, но только умеренное качество луча, тогда как особенно удаленная сварка (то есть сварка со значительным расстоянием между лазерной головкой и свариваемыми деталями) зависит от высокого качества луча.

Производство с помощью лазера часто позволяет изготавливать практически одинаковые детали с более высоким качеством и / или меньшей стоимостью.Кроме того, часто можно реализовать совершенно новую конструкцию деталей или использовать новые материалы.
Например, автомобильные детали все чаще изготавливаются из легких материалов, таких как алюминий, что требует дополнительных операций лазерного соединения.
Снижение веса возможно не только при использовании более легких материалов, но и, например, производя их с более короткими фланцами из-за более высокой точности, чем это возможно при традиционных методах производства.

Лазеры также широко используются для юстировки.Юстировочные лазеры могут просто излучать гауссов лазерный луч, формируя круглое пятно на заготовке, линию, крест или какой-либо другой узор.
Они важны для многих производственных процессов.

Медицинские приложения

Имеется широкий спектр медицинских приложений.
Часто они относятся к внешним частям человеческого тела, до которых легко добраться со светом; примерами являются глазная хирургия и коррекция зрения (LASIK), стоматология, дерматология (например, фотодинамическая терапия рака) и различные виды косметического лечения, такие как удаление татуировок и удаление волос.

Лазеры также используются для хирургии (например, простаты), используя возможность разрезать ткани, вызывая минимальное кровотечение.
Некоторые операции можно делать эндоскопическими средствами; эндоскоп может содержать оптическое волокно для доставки света к месту операции и другое волокно для визуализации, помимо дополнительных каналов для механических инструментов.

Для медицинских приложений требуются самые разные типы лазеров в зависимости от длины оптической волны, выходной мощности, формата импульса и т. Д.Во многих случаях длина волны лазера выбирается так, чтобы определенные вещества (например, пигменты в татуировках или кариес в зубах) поглощали свет сильнее, чем окружающие ткани, что позволяет более точно нацеливать их.

Медицинские лазеры не всегда используются в терапии.
Некоторые из них скорее помогают в диагностике, например с помощью методов визуализации глаз, лазерной микроскопии или лазерной спектроскопии (см. ниже).

Подробнее читайте в статье о медицинских лазерах.

Метрология

Лазеры широко используются в оптической метрологии, например.грамм. для чрезвычайно точных измерений положения и оптического профилирования поверхности с помощью интерферометров, для дальнего поиска и навигации.

Лазерные сканеры сканируют направление лазерных лучей, которые могут считывать, например, штрих-коды или другая графика на некотором расстоянии.
Также возможно сканирование трехмерных объектов, например в контексте расследования места преступления (CSI).

Оптический отбор проб — это метод, применяемый для характеристики быстрых электронных микросхем, микроволновая фотоника, терагерцовая наука и т. Д.

Лазеры

также позволяют выполнять чрезвычайно точные измерения времени и поэтому являются важным компонентом оптических часов, которые начинают превосходить по своим характеристикам используемые в настоящее время атомные часы цезия.

Волоконно-оптические датчики, часто исследуемые с помощью лазерного излучения, позволяют выполнять распределенное измерение температуры, напряжения и других величин, например в нефтепроводах и крыльях самолетов.

Хранение данных

Оптическое хранилище данных, например в компакт-дисках (CD), DVD, Blu-ray дисках и магнитооптических дисках почти всегда используется лазерный источник, который имеет высокую пространственную когерентность и, таким образом, может использоваться для обработки очень крошечных пятен на носителе записи, что позволяет хранение данных очень высокой плотности.Другой случай — голография, где временная когерентность также может иметь значение.

Связь

Дисплеи

Лазерные проекционные дисплеи, содержащие источники RGB, могут использоваться для кинотеатров, домашних видео, симуляторов полета и т. Д. И часто превосходят другие дисплеи в отношении возможных размеров экрана, разрешения и насыщенности цвета.
Однако дальнейшее снижение производственных затрат будет иметь важное значение для более глубокого проникновения на рынок.

Лазерная спектроскопия

Лазерная спектроскопия используется во многих различных формах и в широком диапазоне приложений.Например, физика атмосферы и мониторинг загрязнения получают прибыль от обнаружения следовых газов с помощью технологии LIDAR с дифференциальным поглощением.
Твердые материалы можно анализировать с помощью спектроскопии лазерного пробоя.
Лазерная спектроскопия также играет важную роль в медицине (например, в обнаружении рака), биологии и различных типах фундаментальных исследований, отчасти связанных с метрологией (см. Выше).

Микроскопия

Различные научные приложения

Лазерное охлаждение позволяет довести облака атомов или ионов до чрезвычайно низких температур.Это находит применение в фундаментальных исследованиях, а также в промышленных целях.

В частности, в биологических и медицинских исследованиях, оптический пинцет может использоваться для захвата мелких частиц, таких как бактерии или части живых клеток, и манипулирования ими.

Лазерные звезды-проводники используются в астрономических обсерваториях в сочетании с адаптивной оптикой для атмосферной коррекции.
Они позволяют существенно увеличить разрешение изображения даже в тех случаях, когда естественная направляющая звезда, находящаяся достаточно близко, недоступна.

Энергетические технологии

В будущем мощные лазерные системы могут сыграть роль в производстве электроэнергии.
Лазерно-индуцированный ядерный синтез исследуется как альтернатива другим типам термоядерных реакторов.
Для разделения изотопов можно также использовать мощные лазеры.

Военное применение

Есть множество военных лазерных приложений.
В относительно редких случаях лазеры используются в качестве оружия; «лазерный меч» стал популярным в кино, но не на практике.Некоторые мощные лазеры в настоящее время разрабатываются для потенциального использования в качестве оружия направленной энергии на поле боя или для уничтожения ракет, снарядов и мин.

В других случаях лазеры действуют как целеуказатели или лазерные прицелы (по сути, лазерные указатели, излучающие видимые или невидимые лазерные лучи) или как раздражающие или ослепляющие (обычно не разрушающие напрямую) контрмеры, например против зенитных ракет с тепловым наведением.
Также возможно временно или навсегда ослепить солдат с помощью лазерных лучей, хотя последнее запрещено правилами войны.

Есть также много лазерных приложений, не предназначенных специально для использования в военных целях, например в таких областях, как определение расстояния, лидары и оптическая связь.

Поставщики

Справочник покупателя RP Photonics содержит информацию о 31 поставщиках лазерных приложений. Среди них:

Laser Quantum

Laser Quantum Лазеры используются во многих различных приложениях в промышленных и научных исследованиях, и каждый из них адаптирован для наилучшего соответствия среде, в которой они находятся.См. Описание некоторых приложений лазера Laser Quantum на нашем веб-сайте.

TOPTICA Photonics

TOPTICA предлагает лазеры для приложений в таких областях, как биофотоника, промышленное производство, фундаментальные и прикладные квантовые технологии, оптическая микроскопия, терагерцовое зондирование, сверхбыстрые исследования, управление полупроводниковыми процессами, метрология, астрономия и геология.

FYLA LASER

В FYLA мы разрабатываем ультрасовременные волоконные лазеры с длительностью импульса в диапазоне наносекунды, пикосекунды и фемтосекунды.Наши лазеры используются во многих областях, от микроскопии (двухфотонная микроскопия, SHG, SPIM, OCT) до определения характеристик полупроводников, обеспечивая более высокий уровень надежности, более длительный срок службы и экономичное решение.

Megawatt Lasers

MegaWatt Lasers Inc. специализируется на производстве твердотельных лазеров с ламповой накачкой и резонаторов накачки. В наших насосных камерах используются диффузные отражатели с самой высокой в ​​отрасли отражательной способностью. Мы можем предоставить услуги проектирования и инжиниринга для различных типов лазерных приложений.

Лазеры RPMC

Лазеры RPMC предлагают самый широкий выбор твердотельных лазеров в Северной Америке, а также широкий выбор типов лазерных диодов и газовых лазеров, что позволяет нам обслуживать широкий спектр лазерных приложений. Чтобы упростить вам процесс выбора, мы составили список распространенных лазерных приложений.

Вопросы и комментарии пользователей

Здесь вы можете оставлять вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора.Автор принимает решение о приеме на основании определенных критериев. По сути, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы скоро удалили его. (См. Также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личный отзыв или консультацию от автора, пожалуйста, свяжитесь с ним, например по электронной почте.

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами.(Если вы позже откажетесь от своего согласия, мы удалим эти данные.) Поскольку ваши материалы сначала проверяются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

См. Также: лазеры, лазерная обработка материалов, лазеры для обработки материалов, медицинские лазеры, лазерная микроскопия, лазерная спектроскопия, лазерный свет, фотоника
и другие статьи в категории лазерные устройства и лазерная физика

Код для ссылок на других сайтах

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем веб-сайте, в социальных сетях, дискуссионном форуме, Википедии), вы можете получить здесь требуемый код.

HTML-ссылка на эту статью:

   
 Статья о лазерных приложениях  
 в  
 Энциклопедия фотоники RP   

С изображением для предварительного просмотра (см. Рамку чуть выше):

   
  alt = "article">   

Для Википедии, например в разделе «== Внешние ссылки ==»:

  * [https://www.rp-photonics.com/laser_applications.html 
 статья «Лазерные приложения» в энциклопедии RP Photonics]  

Лазерная технология, определение, приложения и проблемы — Физика

Лазерная технология, определение, приложения и задачи

Современная физика, весна 2015

Фархад Эфтехари

Для нашего заключительного обзора курса современной физики нам пришлось выбирать между некоторыми темами, касающимися материала курса, поэтому я выбрал следующие начальные вопросы для работы над моим отчетом.

• Как работает лазерная технология?

• Каковы применения лазерной техники?

• Как появилась лазерная технология?

Я начну с высказывания своего мнения о лазерной технологии и предложу варианты применения таких технологий на основе устройств и приложений, с которыми я столкнулся, и кратко опишу свои убеждения в отношении изобретения такой практической технологии.

Определение

На мой взгляд, лазерная технология основана на фокусировке фотонов света в одном месте, и такой подход делает ее более мощной, чем луч света.Кроме того, я много раз слышал, что опасно указывать на лазерную точку в чьем-то глазу.

Кроме того, когда мы узнали о светодиодах и о том, что недавно был изобретен синий светодиод, теперь, когда я думаю об этом, я предполагаю, что никогда не видел синего лазера, хотя я видел красный лазер и в некоторых случаях зеленый лазер. Поэтому я предполагаю, что по этой причине лазеры и светодиоды должны иметь очень похожую структуру. (дополнительный вопрос: почему синий лазер был изобретен последним, если он был изобретен, и похож ли он на концепцию и причину светодиодов?) Я также предполагаю, что на практике создать зеленый лазер труднее, чем красный, поскольку красный световые лазерные устройства намного дороже и дешевле зеленых.(дополнительный вопрос: почему создать зеленый лазер сложнее и дороже, чем красный?) приложения и устройства. Далее я упоминаю применение такой технологии, насколько я встречал, наблюдал, использовал или читал:

• Компьютерные устройства, такие как лазерная мышь, лазерная презентация, CD-ROM и DVD-ROM

• Астрономия и связь приложения

• Медицина, хирургия и здравоохранение

• Военные машины, оружие и танки

• Резка в металлургической и смежных отраслях

• Робототехника, особенно в обработке изображений и вычислении расстояний

• Игрушки

Компьютерные устройства

В компьютерной индустрии есть несколько устройств, с которыми я столкнулся, для работы которых использовались лазерные технологии.Причиной выбора такой технологии были три основные причины. Во-первых, причина заключалась в том, чтобы показать лазерный луч и показать определенное место в местах, например, на презентациях. Во-вторых, причина заключалась в использовании этой технологии в качестве метода навигации по поверхностям для понимания движения, например, лазерных мышей. В-третьих, причина заключалась в том, чтобы излучать лазерный свет и, получая, что определенный лазер понимает данные, например CD-ROM и DVD-ROM, они излучают лазерный луч, и он попадает на поверхность компакт-диска или DVD, а затем отражается на приемник. выглядит как глаз, и он определяет, были ли данные 0 или 1.(дополнительный вопрос: как оптические приводы считывают данные?)

Приложения для астрономии и связи

В области астрономии я видел документальный фильм, в котором кратко описывается применение связи спутников друг с другом с помощью лазеров. Я предполагаю, что они используют двоичный код для связи друг с другом. Посылая биты данных, например 0 и 1. (дополнительный вопрос: как спутники используют лазеры для связи друг с другом?)

Медицина, хирургия и здоровье

В вопросах, связанных со здоровьем, лазеры оказали большое влияние.Используя лазеры, ученые и врачи могут указать на раковые клетки, чтобы уничтожить их, и иногда им не нужно разрезать тело пациента, чтобы применить свою операцию в тех случаях, когда разрез может вызвать другое заболевание, а в некоторых частях может даже не быть возможный. (дополнительный вопрос: как ученые могут использовать лазеры, чтобы проходить через ткани человека и работать с внутренним органом?)

Боевые машины, пушки и танки

Есть пушки, которые с помощью лазерных лучей полностью показывают место пули в целевой объект.И более тяжелая лазерная техника может использовать лазер в качестве оружия для создания невероятно прочной брони. (дополнительный вопрос: как можно создать такой сильный лазерный луч, чтобы использовать его в качестве оружия для уничтожения тяжелой техники?)

Металлургическая промышленность

Для придания формы и резки твердых материалов иногда используется лазер.

Робототехника

В роботах также можно встретить применение лазера. Датчики могут обнаруживать лазерные лучи и с их помощью вычислять расстояние.Роботы могут указывать на лазерный луч от его отправителя, а с помощью обработки изображения приемник может определять диаметр такого луча и вычислять расстояние от робота до других объектов и поверхностей. (дополнительный вопрос: как в робототехнике можно использовать лазер для определения расстояния робота до другого объекта?)

Игрушки

Лазеры — очень интересные и забавные объекты, поэтому мы даже можем увидеть их применение в игрушках для детей.

Мы знаем, что такие факторы, как тепло, могут изменить физическое и химическое состояние соединения.

Сильные стороны

• Разнообразие областей, которые указали на мои знания в области применения такой технологии

• Истинный интерес к такой технологии и ее приложениям

• Использование моих собственных знаний без поиска в Google.

• Большая часть того, что я написал, имеет смысл.

• Пытаться использовать научный стиль письма.

• Приступаем к дальнейшим вопросам.

Слабость

• У меня нет ссылок в поддержку наших аргументов.

• Я не уверен, что мой анализ полностью верен.

• Мне нужно дать более научные объяснения в соответствии с законами физики

Что нам нужно, чтобы узнать больше?

Как мы могли бы улучшить мое объяснение?

Что вы еще не понимаете или не знаете по этой теме?

«Лазер» — это аббревиатура от «Усиление света за счет вынужденного излучения».

Как работает лазер?

Лазер — это, по сути, машина, которая заставляет миллиарды атомов испускать триллионы фотонов одновременно, так что они выстраиваются в линию, образуя действительно концентрированный световой луч.

Красный лазер содержит длинный кристалл из рубина с лампой-вспышкой, окружающей его. Фотовспышка похожа на флуоресцентную полосу света, только она намотана на кристалл рубина и время от времени вспыхивает, как вспышка фотоаппарата.

Рис. 1. Различные этапы создания лазерного излучения в импульсной лампе

Как импульсная трубка и кристалл излучают лазерный свет?

1. Высоковольтное электрическое питание приводит к включению и выключению вспышки лампы.

2. Когда трубка мигает, она направляет энергию в кристалл рубина, заставляя его вводить энергию в кристалл в виде фотонов.

3. Атомы в кристалле рубина поглощают эту энергию в процессе, называемом поглощением. Когда атом поглощает фотон энергии, один из его электронов переходит с низкого энергетического уровня на более высокий (уровень E). Электрон может оставаться на более высоком энергетическом уровне всего несколько миллисекунд. Он возвращается к исходному уровню, выделяя поглощенную энергию в виде нового фотона светового излучения.Этот процесс называется спонтанным излучением.

4. Фотоны, испускаемые атомами, увеличивают и уменьшают масштаб внутри кристалла рубина, перемещаясь со скоростью света.

5. Время от времени один из этих фотонов попадает в уже возбужденный атом. Когда это происходит, возбужденный атом испускает два фотона света вместо одного. Это называется вынужденным излучением. Теперь один фотон света произвел два, поэтому свет был усилен.

6. Зеркало на одном конце лазерной трубки удерживает фотоны, отскакивающие назад и вперед внутри кристалла снова и снова.

7. Частичное зеркало на другом конце трубки отбрасывает некоторые фотоны обратно в кристалл, но позволяет некоторым из них уйти.

8. Уходящие фотоны образуют очень концентрированный луч мощного лазерного света. [1]

Чем лазерный свет отличается от обычного света?

Намного больше концепций полагается на лазеры, помимо мощных фонарей. Разница между обычным светом и лазерным светом — это какая-то разница между рябью в вашей ванне и огромными волнами на море.Когда мы двигаем руками и создаем волны в ванне, они становятся все сильнее и сильнее. Представьте, что вы можете продолжать этот процесс, создавая волны огромные и сильные, как волны океана. Согласно этой концепции, лазер делает нечто подобное со световыми волнами, делая их намного сильнее, чем обычные световые волны. [1]

Типы лазеров

Типы лазеров могут варьироваться в зависимости от используемой среды. И они будут доступны для исследовательских, медицинских, промышленных и коммерческих целей.

Твердотельные лазеры излучают инфракрасный свет на расстоянии 1,064 микрометра. Материал генерации в них распределен в твердой матрице.

Рис. 2. Твердотельный лазер

Газовые лазеры (гелиевый и гелий-неоновый, HeNe, являются наиболее распространенными газовыми лазерами) излучают красный видимый свет.

Рисунок 3. Газовые лазеры

В эксимерных лазерах используются химически активные газы, такие как хлор и фтор, в смеси с инертными газами, такими как аргон, криптон или ксенон. Они излучают свет в ультрафиолетовом диапазоне.

В лазерах на красителях используются сложные органические красители, такие как родамин 6G, в жидком растворе или суспензии в качестве лазерной среды. Их можно настраивать в широком диапазоне длин волн.

Рис. 4. Лазеры на красителях

Полупроводниковые лазеры (диодные лазеры) не являются твердотельными лазерами. Эти электронные устройства, как правило, очень маленькие и потребляют мало энергии. [2]

Рис. 5. Полупроводниковые лазеры

Области применения лазера

Вот список областей применения лазера: [3]

Медицинские приложения

Сильно коллимированный луч лазера может быть дополнительно сфокусирован на микроскопическая точка с чрезвычайно высокой плотностью энергии.Эта концепция делает его полезным для резки и прижигания инструмента.

Сварка и резка

Сильно коллимированный луч лазера может быть дополнительно сфокусирован на микроскопическую точку с чрезвычайно высокой плотностью энергии для сварки и резки.

Например, в автомобильной промышленности широко используются лазеры на углекислом газе мощностью до нескольких киловатт для сварки с компьютерным управлением на сборочных конвейерах автомобилей.

Геодезия

Гелий-неоновые и полупроводниковые лазеры стали стандартной частью оборудования полевых геодезистов.Быстрый лазерный импульс направляется на угловой отражатель в точке измерения, и для определения расстояния измеряется время отражения.

Швейная промышленность

Лазерные резаки с компьютерным управлением можно запрограммировать на раскрой 400 размера 6, а затем 700 размера 9. Полезность лазера для таких операций резки заключается в том, что луч сильно коллимирован и может быть дополнительно сфокусирован на микроскопическую точку с чрезвычайно высокой плотностью энергии для резки.

Лазерно-ядерный синтез

Оптоволоконные драйверы для телефонов могут быть твердотельными лазерами размером с песчинку и потреблять мощность всего в полмиватта.Они могут посылать 50 миллионов импульсов в секунду в подключенное телефонное волокно и кодировать более 600 одновременных телефонных разговоров.

Связь

Цифровая передача данных играет ключевую роль в современном обществе. Оптическая связь — это любая форма связи, в которой в качестве среды передачи используется свет. Система оптической связи состоит из передатчика, который кодирует сообщение в оптический сигнал, канала, который передает сигнал к месту назначения, и приемника, который воспроизводит сообщение из принятого оптического сигнала.[4]

Лазерная печать

За несколько лет лазерный принтер стал доминирующим методом печати в офисах. В нем используется полупроводниковый лазер и принцип ксерографии. Лазер фокусируется и сканируется через фотоактивный барабан, покрытый селеном, где он создает рисунок заряда, который отражает материал для печати.

Компакт-диски и оптические диски

Аналоговые звуковые данные оцифровываются путем дискретизации с частотой 44,1 кГц и кодирования в виде двоичных чисел в углублениях компакт-диска.Когда сфокусированный лазерный луч проходит через ямки, он воспроизводит двоичные числа в схеме обнаружения.

Рис. 6. Как оптические приводы записывают CD / DVD

Спектроскопия

Лазерная спектроскопия позволила повысить точность измерения частот спектральных линий, и это имеет фундаментальное значение для нашего понимания основных атомных процессов.

Термическая обработка

Термическая обработка для закалки или отжига давно применяется в металлургии.Но лазеры открывают новые возможности для селективной термообработки металлических деталей.

Сканеры штрих-кода

Сканеры для супермаркетов обычно используют гелий-неоновые лазеры для сканирования универсальных штрих-кодов с целью идентификации продуктов. Лазерный луч отражается от вращающегося зеркала и сканирует код, отправляя модулированный луч на детектор света, а затем на компьютер, на котором хранится информация о продукте. Для этой цели также можно использовать полупроводниковые лазеры.

Охлаждение лазера

Начиная примерно с 1985 года, благодаря работам Стивена Чу и других, использование лазеров для достижения чрезвычайно низких температур продвинулось до такой степени, что были достигнуты температуры 10-9 К.

Лазеры — это мощные пучки электромагнитного излучения. Лазерные лучи могут быть получены из видимого света, рентгеновских лучей, ультрафиолетового или инфракрасного света.

Лазерные лучи могут быть созданы в 8 различных шагов, как это было полностью объяснено ранее. Лазерные лучи по сравнению с обычным светом имеют важное отличие, и такое различие связано с тем, что они намного более мощные по сравнению с обычным светом.

На основе среды, которую мы используем для создания таких лучей, мы создаем несколько типов лазеров, таких как твердотельные лазеры, газовые лазеры, эксимерные лазеры, лазеры на красителях и полупроводниковые лазеры.

Такие мощные лазерные лучи могут найти различное применение в различных областях науки, исследований и промышленности. Применения в медицине, сварке и резке, съемке, швейной промышленности, лазерном ядерном синтезе, коммуникации, лазерной печати, компакт-дисках и оптических дисках, спектроскопии, термообработке, сканерах штрих-кодов, лазерном охлаждении.

Из-за применения лазеров исследования в этой области действительно важны и жизненно важны для другой области науки, и такой аспект сделал эту тему очень практической и важной темой.

• Почему синий лазер был изобретен последним, если он был изобретен, и похож ли он на концепцию и причину светодиодов?

• Почему создать зеленый лазер сложнее и дороже, чем красный?

• Как оптические приводы считывают данные?

• Как спутники используют лазеры для связи друг с другом?

• Как ученые могут использовать лазеры, чтобы проходить через ткани человека и работать с внутренним органом?

• Как можно создать такой мощный лазерный луч, чтобы использовать его в качестве оружия для уничтожения тяжелой техники?

• Как в робототехнике можно использовать лазер для определения расстояния робота от другого объекта?

1. Лазеры.http://www.explainthatstuff.com/lasers.html (по состоянию на 15 мая 2015 г.).

2. Типы и классификация лазеров. http://oregonstate.edu/ehs/laser/training/laser-types-and-classification (по состоянию на 15 мая 2015 г.).

3. Лазерные приложения. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/optmod/lasapp.html (по состоянию на 15 мая 2015 г.).

4. Лазеры для связи. http://www.modulight.com/applications-communication/ (по состоянию на 15 мая 2015 г.).

Войдите, чтобы комментировать.

Литература по применению лазеров — IPG Photonics

2019 Характеристика излучения высоких гармоник Январь 2019

Определение характеристик излучения высоких гармоник от ZnO до 11 эВ, накачиваемых источником с высокой частотой повторения Cr: ZnS

Мы сообщаем об измерении гармоник высокого порядка от кристалла ZnO с энергией фотонов до 11 эВ, генерируемых фемтосекундным Cr: ZnS-лазером с высокой частотой повторения, работающим в средней инфракрасной области на 2–3 мкм, обеспечивая несколько циклов импульсы со средней мощностью в несколько ватт и пиковой мощностью в несколько мегаватт.Высокая интенсивность фокусировки достигается за один проход через кристалл без образования полости или наноструктурированного рисунка для усиления поля. Мы измеряем более 108 фотонов высоких гармоник в секунду.

Джулио Вампа, Сергей Васильев, Ханже Лю, Майк Миров, Филип Х. Баксбаум и Дэвид А. Рейс

Январь 2019 г., Optics Letters

CloseOctave-Spanning Cr: ZnS фемтосекундный лазер с внутренней нелинейной интерферометрией Январь 2019

Cr: ZnS-фемтосекундный лазер с октавной развязкой и внутренней нелинейной интерферометрией

Мы сообщаем о супероктавной поликристаллической системе Cr: ZnS с несколькими циклами и мощностью 4 Вт при частоте повторения 78 МГц, в которой все необходимые оптические сигналы для измерения частоты смещения несущей и огибающей генерируются внутренне.

Сергей Васильев, Игорь Москалев, Виктор Смольский, Джереми Пепперс, Майк Миров, Владимир Федоров, Дмитрий Мартышкин, Сергей Миров и Валентин Гапонцев

Январь 2019 г., Optica

Близкие сверхоктавные длинноволновые когерентные переходные процессы в среднем инфракрасном диапазоне Январь 2019 г.

Супероктавные длинноволновые когерентные переходные процессы в среднем инфракрасном диапазоне, вызванные оптическим выпрямлением коротких импульсов длиной 2,5 мкм
9000

Фемтосекундные лазерные источники и гребенки оптических частот в области молекулярных отпечатков электромагнитного спектра имеют решающее значение для множества приложений в естественных науках и науках о жизни.Здесь мы представляем Cr: ZnS-лазеры в качестве удобного средства для создания сверхоктавных электромагнитных переходных процессов в среднем ИК-диапазоне посредством оптического выпрямления (или генерации внутриимпульсной разностной частоты, IDFG). Результаты подчеркивают потенциал этой архитектуры для сверхбыстрой спектроскопии и создания широкополосных частотных гребенок в длинноволновом инфракрасном диапазоне.

Сергей Васильев, Игорь С. Москалев, Виктор О. Смольски, Джереми М. Пепперс, Майк Миров, Андрей фон Муравьев, Кевин Завильски, Питер Г.Шунеманн, Сергей Б. Миров, Константин Л. Водопьянов, Валентин П. Гапонцев

Январь 2019 г., Optica

CloseClose2018 Границы лазеров среднего ИК диапазона на основе халькогенидов, легированных переходными металлами Сентябрь / октябрь 2018 г.

Границы лазеров среднего ИК диапазона на основе халькогенидов, легированных переходными металлами

Полупроводники II-VI, легированные ионами

TM, активно изучаются с 1960-х годов многими исследовательскими группами. Однако о генерации кристалла Cr: ZnSe впервые сообщили в 1996 году ученые из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса.В этой публикации авторы сформулировали основные характеристики, которые делают эти материалы столь привлекательными для применения в лазерах среднего инфракрасного диапазона (MIR).

Сергей Б. Миров, член IEEE, Игорь С. Москалев, Сергей Васильев, Виктор Смольский, Владимир фон Федоров, Дмитрий Мартышкин, Джереми Пепперс, Майк Миров, Алексей Дергачев и Валентин Гапонцев

сентябрь / октябрь 2018 г., Журнал избранных тем квантовой электроники IEEE

Close3 Approaches Show: Волоконные лазеры подготовлены для электронной мобильностиОктябрь 2018 Волоконно-оптические технологии позволяют использовать волоконно-оптические станки для массового производства на различных рынках Январь 2018Закрыть2017 Волоконно-лазерная сварка соединяет сложные металлыМарт 2017Закрыть2016Лазерная лазерная сварка с использованием микроканальных отверстий может сваривать проблемные металлыОбщая тенденция в октябре 2016 г. Стоимость В лазерном скальпеле 2 мкм используются керамические материалы для усиления Сентябрь 2016 г.

В недорогом лазерном скальпеле 2 мкм используются керамические материалы для усиления

Ученые из Российской академии наук, Нижегородского государственного университета, НТО «ИРЭ-Полюс» и Московского физико-технического института разработали лазер на керамической основе, который разрезает ткани с минимальными травмами и как минимум в два раза дешевле, чем лазеры, использующие высококачественные материалы для генерации из кристаллов.

Сентябрь 2016 г., Laser Focus World

Гейл Овертон

Close Недавние прорывы в твердотельных лазерных технологиях среднего ИК-диапазона Июнь 2016 Волоконная оптика: от «света трубопроводов» до полностью оптических коммуникаций Май 2016 г.

Волоконная оптика: от «света трубопроводов» до полностью оптических коммуникаций

IPG Photonics недавно разработала инновационный лазер GLPN-500-R на основе волоконной оптики, в котором сочетание качества одномодового луча, короткой длины волны, короткой длительности импульса и большей мощности позволяет исследовать новые области применения.Спустя год после получения награды Prism Award компания IPG продолжила совершенствовать архитектуру лазера и оптимизировать его компоненты, что привело к значительному уменьшению форм-фактора.

Май 2016, Photonics Spectra

Джастин Мерфи

Волоконный лазер CloseOver 50% с эффективностью подключения к стене Апрель 2016 Разделение энергетического сектора Весна 2016

Разделение энергетического сектора

К 2030 году необходимо будет вывести из эксплуатации более 20 ядерных объектов в Великобритании, и это побудило инженеров найти новые методы, которые помогут таким объектам безопасно завершить свою рабочую жизнь.

Весна 2016, Laser Systems Europe

Gemma Church

CloseЛазерные системы используются при резке труб большого диаметра Март 2016 Волоконные лазеры уровня киловатт Зрелые Март 2016 г.

Несмотря на то, что современные высокомощные волоконные лазеры непрерывного действия берут свое начало в телекоммуникационных технологиях, они давно покинули эту арену и стали естественными при надежной и качественной обработке материалов.

марта 2016 г., Laser Focus World

John Wallace

Лазеры CloseFiber продолжают увеличивать долю рынка в области обработки материалов Февраль 2016 Волоконные лазеры QCW достигают совершеннолетия Февраль 2016 г.

Волоконные лазеры QCW достигают совершеннолетия

Эффективность подключения к розетке, высокий PRR — это лишь два преимущества новой лазерной технологии

Февраль 2016 г., Канадское промышленное оборудование

Шон Мерфи (IPG Photonics) и Гэри Лорингер (Paradigm Precision)

Лазеры CloseFiber: обработка материалов с несколькими лучами, февраль 2016 г.

Волоконные лазеры: обработка материалов с несколькими лучами

Волоконные лазеры, создающие пятна разного размера, длительности импульса или длины волны, могут быть объединены в один процесс для таких применений, как пайка, сварка и текстурирование поверхности.

Февраль 2016, Laser Focus World

Тоби Страйт, Андреас Гусенко, Майкл Групп и Тони Холт

Лазер CloseFiber позволяет маркировать современные пластмассы Январь 2016Закрыть2015Лазерное текстурирование поверхности с помощью новых волоконных лазеровНоябрь 2015Лазерный степпер берет на себя обычную сварку Может быть июль / август 2015 Самый гибкий лазер — когда-либо! Июль / Август 2015 Лазерная резка углепластика июль / август 2015

Лазерная резка углепластика

Использование волоконного лазера 30 кВт

июль / август 2015, LIA Сегодня

Дирк Херцог, Маттиас Шмидт-лер, Мартен Канисиус, Макс Оберландер, Ян-Филипп Таше и Клаус Эммельманн

CloseClamp, закрывающий, лазерная сварка Июнь 2015

Зажим, закрывающий, лазерная сварка

Для лазерной сварки требуется подходящий корпус, чистая среда и надлежащий зажим.Одна технология решает все три проблемы.

Июнь 2015 г., Изготовитель

Тим Хестон

Микрообработка волоконным лазером в крупносерийном производстве Май / июнь 2015 г.

Микрообработка волоконным лазером в крупносерийном производстве

Новое поколение волоконных лазеров IPG QCW обеспечивает высокопроизводительное сверление, разметку и резку с качеством микрообработки.

Май / июнь 2015 г., Промышленные лазерные решения

Марко Мендес, Рузбех Саррафи, Джошуа Шонли и Рой ВанГемерт

Волокно ближней фокусировки с Афара Май 2015 г.

Волокно с фокусировкой издалека

По мере того как оптоволокно дешевеет, R&E Automated Systems продолжает использовать удаленные системы лазерной сварки для автопроизводителей

Май 2015 г., FF Journal

Ник Райт, исполнительный редактор

CloseMid-IR лазеры: линза Керра с синхронизацией мод в поликристаллическом Cr: ZnS и Cr: ZnSe конкурирует с Ti: сапфиром Май 2015 года, одобренные Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA), добавки повышают эффективность встроенной лазерной маркировки пластмасс Апрель / май 2015 г.Что нового с мощностью 100 кВт волоконных лазеров? Январь 2015 г.

Что нового в волоконных лазерах мощностью 100 кВт?

ILS, советник редакции Др.Кунихико Вашио, находясь в лаборатории в Центре исследований и разработок NADEX Laser (Цуруга, Япония), стал свидетелем следующего эксперимента с волоконным лазером мощностью 100 кВт для сварки нержавеющей стали SUS 304 при мощности 100 кВт (размер пятна диаметром 1 мм) …

янв 2015, Industrial Laser Solutions

Дэвид Белфорте, главный редактор

CloseClose

2014Что могут делать лазеры с композитами? Волоконные лазеры в аэрокосмической промышленности

Волоконные лазеры в аэрокосмической промышленности
Аэрокосмическая промышленность может получить большие выгоды от перехода на волоконные лазеры.

июль 2014 г., Industrial Laser Solutions
Bill Shiner, IPG Photonics

Close Волоконные лазеры большой мощности для геотермальной, нефтяной и газовой отраслей Волоконный лазер
В условиях массового производства в автомобильной промышленности точечная контактная сварка и дистанционная лазерная сварка являются хорошо зарекомендовавшими себя технологиями.

Январь 2014 г., Industrial Photonics
Клаус Крастель , IPG Laser GmbH

CloseClose2013 ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ: Волоконный лазер мощностью 100 кВт, измеритель мощности для промышленности Nd: YAG-лазеры с накачкой были рабочей лошадкой и десятилетиями доминировали на рынке аэрокосмического бурения, но сейчас волоконный лазер в аэрокосмической промышленности серьезно рассматривается для внедрения на производственных линиях.

13 августа 2013 г., Laser Focus World
Билл Шайнер, IPG Photonics

CloseProgress in Lasers улучшает соединение полимеров

Progress in Lasers улучшает соединение полимеров
Волоконно-тулиевые лазеры перспективны для лазерной сварки прозрачных полимеров для медицинских устройств и другие отрасли.

Август 2013 г., Отделка пластмасс
от Тони Холт , IPG Photonics

CloseИспользование лазерных технологий Использование волоконных лазеров для труб из нержавеющей стали Тритан находит новое применение в медицинских технологиях IPG Волоконно-оптические лазеры высокой мощности, субмикронные лазеры для лазеров 2012 и другие достижения в сварке Oil

Волоконные лазеры Drill for Oil
Лазерная мощность 20 кВт, передаваемая через специальное оптоволокно, может просверливать твердые породы.

декабря 2012 г., Laser Focus World

Jeff Hecht

CloseЛазерная резка помогает компании выжить в рецессии Сварка пластмасс в медицине
Мощная лазерная технология, первоначально разработанная для телекоммуникационной отрасли, теперь нацелена на сварку пластмасс и имеет значительные последствия для медицинских рынков, поскольку исключает использование красителей и других экстрагируемых добавок.

Май 2012, Plastics Today
Doug Smock

Лазерная технология CloseFiber расширяет ассортимент «умных добавок» Улучшает лазерную маркировку пластмасс

«Умные добавки» улучшают лазерную маркировку пластмасс
Новейшее поколение «умных добавок» для лазерной маркировки включение в полимеры — это качественный скачок в технологии, который дает возможность и экономит средства.

Февраль 2012, Industrial Laser Solutions
Scott Sabreen

CloseDrilling with Fiber Laser

Drilling with Fiber Lasers

Импульсные волоконные лазеры снижают затраты на приобретение и эксплуатацию.

Январь 2012 г., Industrial Laser Solutions
Jens Dietrich and Ingomar Kelbassa

CloseSuper Lasers to ускорение вывода из эксплуатации ядерных установок

Super Lasers для ускорения вывода из эксплуатации ядерных установок

Лазеры экономят время, повышают производительность и внедряют новые технологии, что существенно влияет на чистую прибыль компании и долгосрочную позицию на рынке.

Январь 2012, Laser Focus World
Stan Wilford

CloseClose2011 Волоконно-лазерная технология становится все более разнообразной

Волоконно-лазерная технология становится более разнообразной
Волоконные лазеры предлагают такие преимущества, как длительный срок службы, низкая сложность, снижение эксплуатационных расходов и низкие эксплуатационные расходы, которые теперь можно найти в различных изделиях на основе волокна с уровнями мощности, соответствующими потребностям приложений, ранее обслуживаемых лазерами CO ₂ .

декабрь 2011 г., Laser Focus World

Тони Холт

Лазер CloseFiber заменяет два лазера CO2 в KMDP Предотвращение износа и разрыва

Предотвращение износа и разрыва
Стивен Маунси рассматривает множество применений классификации лазеров, особенно в приложениях для выработки электроэнергии и добычи нефти и при бурении нефтяных скважин.

Осень 2011, Laser Systems Europe
Stephen Mounsey

CloseDriving Vehicle Production

Производство автомобилей
Грег Блэкман исследует растущий спрос на лазеры в автомобильной промышленности.

Осень 2011, Laser Systems Europe
Грег Блэкман

CloseЛазерные компании стремятся выйти из рецессииЗакрыть2010Анализ потенциала твердотельных лазеров Провайдер оптоволокна

Провайдер оптоволоконных кабелей
IPG является синонимом Photon области волоконных лазеров, и вот уже 20 лет

Апрель 2010 г., Electro Optics
Bill Shiner, IPG Photonics

Лазерная точечная сварка CloseFiber

Точечная сварка волоконным лазером
Анализирует типичное применение лазерных шаговых двигателей.

марта 2010 г., Industrial Laser Solutions
Klaus Krastel, IPG Laser GmbH

CloseDevelopments in Fiber Laser TechnologyClose

7 Top Applications of Lasers in Manufacturing

Лазеры сегодня являются одним из наиболее широко используемых инструментов в производстве, особенно потому, что аддитивное производство и Индустрия 4.0 позволяют инженерам создавать более сложные элементы и конструкции продуктов, требующие жестких допусков. Лазерная обработка может создавать мелкие детали, которые сложно или невозможно сделать с использованием традиционного обрабатывающего оборудования.Лазерная резка очень чистая, без заусенцев или теплового воздействия на окружающий материал, что устраняет необходимость в некоторых дополнительных этапах чистовой обработки. Лазерные процессы становятся все более популярными производственными технологиями для производителей медицинского оборудования, поскольку они создают более мелкие и современные продукты.

Ниже приведены семь основных применений лазеров в производстве.

1. Лазерная маркировка

Лазеры все чаще используются для нанесения уникальных идентификационных номеров (UID) на детали и изделия, что позволяет легко их отследить в случае отзыва.Лазерная маркировка очень долговечна и может выдерживать множество циклов стерилизации для медицинских устройств. На изделиях с плоской или изогнутой геометрией можно наносить лазерную маркировку как на удобочитаемую информацию, так и на штрих-код, включая коды партий и партий и даже истории проектирования.

2. Текстурирование поверхности

Лазеры могут создавать текстуры или узорчатые микроструктуры на поверхностях компонентов или продуктов, которые улучшают физические характеристики, такие как скорость износа, сцепление, оптические свойства и грузоподъемность.Лазерное микротекстурирование может создать шероховатость на медицинских имплантатах, что облегчит закрепление новой ткани или кости и их прорастание в новый имплант. Узоры с элементами размером до 10 мкм можно создавать с очень высоким разрешением по глубине.

Рекомендуем вам: 9 открытий материалов, которые могут изменить производство

3. Лазерная абляция

Этот метод субтрактивной обработки по существу испаряет материал с большой точностью с помощью лазерного луча.Длина импульса, длина волны и интенсивность регулируются в зависимости от обрабатываемого материала. Абляция особенно полезна для обработки чувствительных материалов, таких как наноматериалы или сверхпроводящие материалы, поскольку бесконтактный метод не изменяет структуру материала и не повреждает его поверхность истиранием или нагревом.

4. Лазерное сверление

Лазеры
невероятно точны при сверлении отверстий микронного размера в широком спектре материалов, включая металлы, полимеры и керамику.«Многие из производимых сегодня деталей требуют микроскопических деталей, которые могут быть созданы только с помощью лазерного сверления», — сказал Мэтт Ниппер, директор по разработке продукции Laser Light Technologies. «Очень маленькие, сложные элементы можно изготавливать из различных материалов с помощью таких методов, как прямая запись, трепанирование и проецирование маски без теплового воздействия или материального ущерба».

5. Лазерная резка

Подобно лазерному сверлению, лазерная резка основана на использовании сфокусированного лазерного луча для абляции материала, прямого реза или вырезания рисунков до очень точной глубины в материале или компоненте.Сверхбыстрые лазеры обычно используются для различных типов металлов и полимеров, поскольку они режут чистые края и не создают зон термического влияния. Лазеры могут резать широкий спектр материалов, включая алюминий, титан и сталь, с допусками микронного уровня.

Вам также могут понравиться: 8 способов, которыми 3D-печать помогает в борьбе с коронавирусом

6. Лазерная сварка

Этот процесс особенно эффективен для продуктов со сложной геометрией или из разнородных материалов, которые трудно соединить вместе.В зависимости от продукта лазерная сварка может быть лучшим способом соединения по сравнению со склеиванием или пайкой, особенно для соединения металлов и пластмасс. Он также позволяет создавать прочные и высокоточные сварные швы размером от 0,004 дюйма и обеспечивать стабильное качество.

7. Зачистка проводов

Зачистка проводов удаляет участки изоляции или экранирования с проводов и кабелей, чтобы обеспечить точки электрического контакта и подготовить провод к заделке. «Лазерное снятие изоляции с проволоки — это быстрый процесс, обеспечивающий превосходную точность и контроль процесса, а также исключающий контакт с проволокой, что позволяет обрабатывать тонкие проволоки калибра более 32 AWG», — сказал Ниппер.«Изоляцию можно удалить с точностью до 0,005 дюйма. Зачистку можно запрограммировать на удаление изоляции в любой точке провода, что обеспечивает высокоточное снятие промежуточных пролетов ».

Новые лазерные приложения

Лазеры — это ключевое оборудование для Индустрии 4.0. Ведутся исследования, как более эффективно использовать их в производственных процессах, в том числе на более высоких скоростях. Например, в 2018 году Национальный институт стандартов и технологий (NIST) создал лазер, который генерирует импульсы в 100 раз быстрее, чем обычные сверхбыстрые лазеры (длительность импульсов составляет квадриллионную долю секунды).Ученые в Германии экспериментируют с интеграцией крошечных лазеров непосредственно в кремниевые чипы для увеличения скорости обработки.

Еще одна область исследований — использование искусственного интеллекта (ИИ) для создания интеллектуальных лазеров, которые «понимают» обрабатываемый материал и время его завершения. Немецкий производитель оборудования STrumpf разрабатывает лазерную систему, которая использует искусственный интеллект для определения лучших точек сварки для создания медных катушек для автомобильной промышленности. По мере того, как все больше компаний используют Индустрию 4.0, включая искусственный интеллект, сенсорные технологии и аддитивное производство, лазеры будут играть все более важную роль в современном производстве.

Марк Кроуфорд — технический писатель из Корралеса, Нью-Мексико.

Laser Applications — обзор

9.12.3 Лазерная маркировка и гравировка

Лазерная маркировка и гравировка — хорошо зарекомендовавшие себя промышленные лазерные приложения. Лазерная маркировка помогает распознавать и идентифицировать продукцию, что становится все более важным из-за ответственности за качество продукции и экологических проблем ( 20 ).Ключевые области применения лазерной маркировки включают автомобильные приложения, такие как детали под капотом, структурные компоненты, панели кузова, фары, бамперы, электрические и электронные устройства, такие как переключатели, вилки, разъемы, корпуса конденсаторов и бобины, крышки для бутылок, этикетки и упаковка. Другие области интересов — упаковка пищевых продуктов, дом и стиль жизни, а также применение в строительстве и сельском хозяйстве. К процессу маркировки предъявляются строгие требования с точки зрения качества, гибкости, скорости и стоимости производства.

Маркировка может представлять собой буквенно-цифровой код, штрих-код (для указания технических данных, серийных номеров, номеров одобрений, даты изготовления и срока годности), а также функциональные символы и логотипы компании. На рисунке 8 показано применение лазерной маркировки.

Рисунок 8. Результат лазерной маркировки на подложке из ПММА, обработанной полимерной пленкой толщиной 10 мм; мощность излучения лазера 23 мВт.

Воспроизведено с Ягю, Х. Микротехнология прозрачного пластика с помощью лазера в видимой области спектра с использованием полимерной пленки, диспергированной в виде наночастиц золота. J. Mater. Процесс. Technol. 2010, 210, 1153–1158.

Традиционные методы письма на пластике включают струйную печать и наклейки с кодом. Они хорошо зарекомендовали себя, но у них есть некоторые недостатки в отношении гибкости и долговечности маркировки, и они влияют на окружающую среду из-за использования чернил и предварительной обработки деталей. Лазерная маркировка полезна, потому что она может сочетать массовое производство с быстрой настройкой, в ней не используются чернила и предварительная обработка, ее можно безопасно интегрировать в сборочную линию и ее можно наносить на продукты с различной геометрией и компьютерным управлением, что приводит к высокой воспроизводимости , высокая скорость и пропускная способность.

Разработка пластиковых изделий с лазерной маркировкой — непрерывный процесс ( 20 — 26 ). Были произведены новые добавки и полимеры с полноцветной маркировкой, а также исследованы такие аспекты, как эстетика и долговечность.

Когда лазерная система используется для маркировки, высокая энергия взаимодействует с материалом и, таким образом, обеспечивает его маркировку. Можно выделить два основных метода: маскировочная печать и печать гальваническими зеркалами. В первом случае маска используется для проецирования изображения или надписи на рабочую поверхность, и обычно для печати изображения на пластике достаточно одного лазерного импульса.Во втором случае используется гальваническое зеркало и достигается максимальная гибкость, при которой печать выполняется путем манипулирования лучом. Лазерный луч фокусируется через гальваническую систему, состоящую из двух управляемых компьютером зеркал, а затем эффективно используется как ручка. Можно напечатать очень мелкие узоры с высоким качеством изображения ( 2 ).

Взаимодействие с лазерным материалом может происходить несколькими способами. Когда пластик поглощает лазерный свет, лазерный свет и пластик могут в основном взаимодействовать в шести возможных режимах: гравировка, абляция, вспенивание, карбонизация и фотовосстановление, отбеливание и формирование цвета.При лазерной маркировке используется гравировка, в то время как абляция и вспенивание могут быть подвержены загрязнению или могут иметь недостаточную устойчивость к царапинам ( 20 ). Для вспенивания это зависит от используемого полимера, настройки лазера и области применения. Устойчивость к истиранию в целом хорошая.

При использовании карбонизации, отбеливания или формирования цвета лазерная печать не влияет на поверхность, а устойчивость напечатанного материала к царапинам и истиранию такая же, как и у основного полимера.

Интересный аспект заключается в том, что, поскольку отпечаток находится «под кожей» пластика, загрязнение не может повлиять на него.

Тип взаимодействия лазерного материала и качество лазерной маркировки сильно зависят как от состава материала, так и от настроек лазера. Более того, влияние красителей и добавок имеет фундаментальное значение. Добавки могут облегчить лазерную маркировку ПЭ и ПП, ПС, ТПУ, ПК, ПЭТ, ПБТ, ПВХ и других материалов. Когда добавки осаждаются в полимер посредством экструзии, литья под давлением, выдувного формования или ротационного формования, пластмассы могут быть маркированы с использованием лазерных технологий быстрого YAG или лазерных систем CO ₂ ( 21 , 22 , 24 ).Превосходный цветовой контраст между изображением и основной смолой может быть получен даже в полупрозрачных и прозрачных полимерах. Доступные цвета: белый, серый, синий, коричневый, зеленый, красный, розовый, фиолетовый, желтый и золотой для темного фона. Был разработан новый стандарт (EN13900-5) для тестирования дисперсии пигментов в маточных смесях в тонких пленках и других чувствительных приложениях ( 25 ). Эту новую норму можно также использовать в качестве основы для тестирования маточных смесей добавок.

Некоторые пигменты для лазерной маркировки получили одобрение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) для использования при загрузке до 0.5% в полиолефинах, которые вступают в контакт с пищевыми продуктами при определенных условиях ( 26 ). Это очень интересно для индустрии пластиковой упаковки.

Для лазерной маркировки прозрачных пластиковых материалов полимерные пленки с диспергированными наночастицами могут использоваться в качестве поглотителя лазерного луча. В исх. ( 27 ), наночастицы Au (средний диаметр 3 нм), диспергированные в этилцеллюлозе, наносили на поглотитель для лазерного микротехнологии прозрачного пластика. Полимерная пленка имеет сильное поглощение на длине волны около 530 нм, и по этой причине использовался лазер Nd: YVO4-SHG (CW, длина волны 532 нм).Микроузор был изготовлен на прозрачном поли (метилметакрилате) и полиэтилентерефталате.

В промышленных системах лазерной маркировки используется лазер CO ₂ и Nd: YAG, и некоторые исследования показали, что лазеры Nd: YAG обеспечивают превосходную читаемость маркировки на таких поверхностях, как керамика и пластик ( 27 ), взаимодействие лазерных материалов с материалами. в CO _{2 выглядит иначе. Лазерная маркировка} связана с поверхностным напылением, в то время как лазерная маркировка YAG является следом прожигания поверхности ( 28 ).В последнее время проявился большой интерес к использованию лазерной маркировки для улучшения эстетического вида маркированного изображения. В работах. ( 29 , 30 ) использование спектрофотометров и соотношений яркости обсуждается для эстетической оценки лазерной маркировки четырех типов поверхностей, маркированных с использованием источника лазера Nd: YAG. Показатель коэффициента яркости оказался хорошим для исследуемых материалов (анодированного алюминия, нержавеющей стали, полибутилентетрафталата (PBT) и фенолформальдегида), даже если необходимы дальнейшие исследования для расширения применимости к другим типам материалов.

Применение лазера в хирургии — Азадголи

Введение

В 1900 году Макс Планк обнаружил, что свет испускается, переносится и поглощается в определенных количествах энергии, называемых квантами, и что это связано с частотой излучения и тем, что он обнаружил как постоянную Планка (1). Вскоре после этого Эйнштейн опубликовал свою работу по квантовой теории, предполагая, что большинство атомов существует в основном энергетическом состоянии (E ₀ ). Эти молекулы E ₀ затем могут быть преобразованы на более высокие уровни энергии, когда к ним добавляется энергия, и при возвращении в свое основное состояние энергия высвобождается спонтанно в виде фотонов или электромагнитных (ЭМ) волн.Он также обнаружил, что когда фотон одной длины волны сталкивается с возбужденным атомом, два фотона высвобождаются одновременно и, следовательно, имеют равные частоты. Эта идея «вынужденного излучения» спустя годы была использована при создании лазеров (2).

Теодор Майман в конечном итоге создал первый «лазер» (усиление света за счет вынужденного излучения), используя электрический источник для возбуждения твердого рубина (3). После этого изобретения закладки были быстро признаны ее многочисленные возможные показания в медицине.Поскольку было известно, что лазер CO ₂ испускает концентрированный луч света, который легко поглощается водой, он стал использоваться для испарения тканей. Лазер на неодиме: иттрий-алюминиевом гранате (Nd: YAG) создавал коагуляционный некроз в тканях, а лазеры видимого света были полезны для достижения гемостаза (4) (, таблица 1, ). Со временем для создания новых лазеров использовалось несколько различных активных сред, что привело к их применению в широком спектре медицинских специальностей. Цель этого обзора — предоставить обзор физики, лежащей в основе лазерных систем, демонстрируя, как одни и те же базовые принципы могут быть применены к различным типам тканей для достижения желаемого эффекта, и как это привело к широкому спектру клинических применений лазеров. .

Таблица 1 Различные лазеры, обычно используемые в медицине, а также длина волны, на которой они работают, их абсорбционные хромофоры и их клиническое применение
Полная таблица

Лазерная физика

Простой лазер состоит из лазерной среды (которая определяет длину волны системы), заключенной между двумя параллельными зеркалами, одно из которых частично отражает и частично пропускает. Среда возбуждается электрическим источником до тех пор, пока количество атомов в возбужденном состоянии не превысит количество атомов в основном состоянии (инверсия населенности).Когда лазерная среда активируется, она начинает спонтанно испускать возбужденные фотоны во всех направлениях. Однако небольшая часть этих фотонов едет вдоль центральной линии лазерной системы единообразно между зеркалами. Затем зеркала отражают эти фотоны, и процесс вынужденного излучения усиливается. Частично пропускающее зеркало затем позволяет испускать мощный когезионный пучок фотонов в виде лазерного излучения (5) (, рис. 1, ).

Рисунок 1 Демонстрирует лазерную среду в основном состоянии (A) с последующим возбуждением атомов на более высокие энергетические уровни (B) и переходом к вынужденному излучению (C) с генерацией лазерного луча в качестве конечного продукта (D).

Взаимодействие лазера с тканью

Воздействие лазера на образец ткани зависит как от свойств ткани, так и от лазера. Свойства ткани включают ее структуру, содержание воды, теплопроводность, теплоемкость, плотность и ее способность поглощать, рассеивать или отражать излучаемую энергию. Свойства лазера, которые играют роль, — это его мощность, плотность, энергосодержание и длина волны (6).

Основные биологические мишени, с которыми имеют дело, по-разному поглощают свет, и их оптимальные спектры поглощения зависят от длины волны падающей энергии фотонов.Для лазеров видимого света и некоторых лазеров ближнего инфракрасного диапазона основными хромофорами (любым веществом, поглощающим свет) являются гемоглобин и меланин, тогда как для лазеров CO ₂ единственным хромофором является вода. Чтобы достичь селективного фототермолиза (с использованием энергии при высоких пиковых мощностях и короткой длительности импульса для уничтожения только намеченной цели) без повреждения окружающей ткани, целевая ткань должна содержать хромофоры, которые поглощают определенную длину волны лазера, и эти хромофоры не должны быть обнаружены. в окружающих тканях (7).

Лазеры на CO _2, , Nd: YAG и аргоне — это лазеры, наиболее часто используемые в медицине и хирургии (, таблица 1, ). Лазер CO ₂ имеет газообразный диоксид углерода в качестве среды и излучает энергию на длине волны 10 600 нм. Поскольку его хромофор, вода, присутствует повсюду, лазеры CO ₂ не могут использоваться для селективного фототермолиза, хотя они избирательны по тканям. Вся падающая энергия поглощается тканевой водой до определенной глубины, предотвращая более глубокое повреждение ткани.Лазеры CO ₂ работают в невидимом инфракрасном диапазоне волн, поэтому для точного лечения требуется наводящий луч. Фокусировка лазера на ткани обеспечивает чрезвычайно высокую плотность мощности, что приводит к мгновенному испарению и абляции ткани. Поскольку интенсивность лазерного луча пропорциональна квадрату диаметра луча, обратная фокусировке луча, хирург может легко переключить лазер с режима разреза на объемное испарение или коагуляцию. Лазер CO ₂ имеет несколько режимов луча, каждый из которых по-разному реагирует на ткань.Самый простой режим — это непрерывная волна (CW), в которой лазерный луч излучается, работает в течение определенного времени, а затем выключается. Однако более современные лазеры являются квазинепрерывными (ультраимпульсными), что означает, что они производят короткие импульсы с высокой пиковой мощностью с очень длинными интервалами между импульсами. Это имеет то преимущество, что позволяет делать более точные разрезы с минимальным выделением тепла, поскольку каждый доставленный импульс короче времени, необходимого для охлаждения целевой ткани (7).

Активная среда Nd: YAG-лазера представляет собой одиночный кристаллический стержень YAG, покрытый ионами неодима.Длина волны света, излучаемого этой системой, которая определяется ионами неодима, составляет 1060 нм (5). Поскольку на этой длине волны отсутствуют ключевые тканевые хромофоры, взаимодействие лазера Nd: YAG с тканью вызывает в значительной степени эффект рассеяния (8). Рассеяние приводит к отражению, которое препятствует формированию типичного узкого когезионного луча. Это снижает проникающую способность лазера, что приводит к более медленному нагреванию ткани (9). Это свойство Nd: YAG-лазера делает его идеальным для гемостаза и некроза опухолей, а также для многочисленных эндоскопических процедур в различных областях (6,10).

Ионные лазеры, такие как аргоновый и криптоновый лазер, работают аналогично газовым лазерам, за исключением того, что они ионизируют активную среду. Это возбуждает ионы вместо атомов, используя большой источник питания. Они могут работать как в импульсном, так и в непрерывном режимах и могут генерировать волны с длинами волн от 250 до 530 нм, причем два самых мощных луча находятся в синем (488 нм) и зеленом (514,5 нм) диапазонах спектра (6).

Клиническое применение лазеров

Поскольку для лечения различных патологических процессов постоянно ведется поиск малоинвазивных методов, использование лазеров становится все более популярным в современной медицине.Помимо практического применения в операционной, лазеры имеют широкий спектр применения в офтальмологии, литотрипсии, диагностике и лечении различных видов рака, а также в дерматологических и косметических процедурах.

Литотрипсия

Лазерная литотрипсия была широко распространенным методом фрагментации мочевых и желчных камней в течение последних нескольких десятилетий (11). Лазеры могут выполнять литотрипсию, обладая фотоакустическим / фотомеханическим эффектом (лазерно-индуцированная ударно-волновая литотрипсия) или преимущественно фототермическим эффектом.Из лазеров, обычно используемых в литотрипсии, импульсный лазер на красителе длительностью 1 мкс является наиболее популярным ударно-волновым лазером и широко изучался (12-14). Это устройство основано на возбуждении кумаринового красителя для получения монохроматического света, который фрагментирует камни (14). При длине волны 504 нм излучается зеленый свет, который в основном поглощается мочевыми камнями желтого цвета, что позволяет безопасно использовать его, не нанося значительного ущерба окружающим тканям (13). Когда камень поглощает энергию от лазера, возбужденные ионы, которые высвобождаются, образуют быстро расширяющееся и пульсирующее облако вокруг камня, создавая ударную волну, которая затем разбивает камень на фрагменты (15).Поскольку этот лазер неэффективен против неабсорбирующих бесцветных камней, например, состоящих из цистина, фотосенсибилизаторы (красители) успешно используются в качестве промывных жидкостей и абсорбентов для инициирования процесса фрагментации (16,17). Nd: YAG-лазер с модуляцией добротности также выполняет литотрипсию с помощью этого механизма, но генерирует ударные волны большей силы (18).

С другой стороны, длинноимпульсный гелиевый: YAG-лазер использует в основном фототермический механизм для фрагментации камней (19) (, рис. 2А, ).Лазер излучает свет с длиной волны 2100 нм, который хорошо поглощается водой. Таким образом, в соответствующей среде жидкость поглощает энергию и в результате нагревается. Образуется облако пара, разделяющее воду и позволяющее оставшейся части лазерного света напрямую контактировать с поверхностью камня, просверливая в нем отверстия и приводя к его фрагментации (13). Исследование, проведенное Cimino et al. продемонстрировал, что лазерная литотрипсия Ho: YAG является более эффективной эндоскопической техникой для лечения камней мочеточника с более высокой скоростью фрагментации камней по сравнению с пневматической литотрипсией, а обзор, проведенный Тейхманом, пришел к выводу, что этот лазер безопасен, эффективен и работает так же хорошо. если не лучше, чем другие методы, и что он также может использоваться при желчных камнях (20,21).

Рисунок 2 Демонстрирует лазер для литотрипсии Ho: YAG (A) и дерматологический лазер на неодиме: иттрий-алюминиевом гранате (Nd: YAG) (B).

Онкология

В настоящее время лазеры безопасно используются для лечения рака, возникающего в различных системах органов. Например, в нейрохирургии лазерная интерстициальная термотерапия (ЛИТТ) является предпочтительным вариантом лечения для пациентов, которые не являются идеальными кандидатами на хирургическое вмешательство (22). С момента появления в нейрохирургии лазеры становятся все более безопасными в использовании и успешно применяются для лечения неоперабельных глиом, а также твердых и геморрагических опухолей, таких как мениниомы, опухоли глубокого основания черепа или опухоли глубоко в желудочках (10 , 23).Методы абляции слизистой оболочки с использованием лазеров в настоящее время широко и успешно используются для лечения поверхностного рака желудочно-кишечного тракта, включая ранний рак желудка, поверхностный рак пищевода, колоректальную аденому и пищевод Барретта высокой степени злокачественности (24). Более того, фотодинамическая терапия (ФДТ) с использованием лазеров также оказалась эффективным методом лечения определенных типов поражений рака легких (25).

Прямая лазерная абляция используется для прямого разрушения раковых клеток за счет фотохимических, фотомеханических и фототермических эффектов.Происходящие фотохимические реакции в конечном итоге образуют токсические радикалы, которые приводят к гибели тканей, фотомеханические реакции вызывают стресс в ткани и приводят к ее фрагментации, а фототермические реакции вызывают нагревание и коагуляцию, которые вызывают гибель клеток (26).

Чтобы улучшить этот процесс и более точно воздействовать на желаемые опухолевые клетки, ФДТ была разработана почти столетие назад и с тех пор приобрела большую популярность. Этот метод лечения включает введение фотосенсибилизирующего лекарственного средства с последующим освещением целевой области видимым светом, соответствующим длине волны поглощения фотосенсибилизирующего лекарственного средства (27).Фотосенсибилизатор, который затем активируется, сначала формирует возбужденное синглетное состояние, а затем переходит в триплетное состояние, которое в присутствии кислорода образует активные формы кислорода, деструктивные для неопластических клеток (28). С другой стороны, селективная фототермическая терапия использует локализованный светопоглощающий краситель для усиления лазерно-индуцированного разрушения опухолевых клеток (29).

Эстетическая и реконструктивная хирургия

Уникальная способность лазеров воздействовать на определенные структуры и слои тканей делает их мощным инструментом в косметической и реконструктивной хирургии.Лазерная шлифовка была основным инструментом, используемым для лечения старения в современной медицине, поскольку, как известно, индукция образования нового коллагена снижает эффекты фотостарения (30). Оригинальные методы шлифовки кожи включали использование абляционных лазерных систем CO ₂ и Er: YAG для нацеливания на определенную часть дермы. Однако, поскольку эти системы также удаляют значительное количество эпидермиса, они приводят к более длительному выздоровлению и усилению побочных эффектов, таких как инфекции и эритема.Неабляционные лазеры, такие как интенсивный импульсный свет, Nd: YAG, диодные и Er: стеклянные лазеры, которые в основном излучают инфракрасный свет, были впоследствии разработаны для решения этих проблем (, рис. 2B, ). Задача этих систем — воздействовать на воду в дерме, которая в процессе нагревает коллаген и вызывает ремоделирование. Поскольку существует система, которая одновременно охлаждает эпидермис, не происходит испарения тканей и не образуется внешняя рана. Совсем недавно фракционная лазерная шлифовка стала основой шлифовки кожи.Используя фракционированные лазеры, тонкие пучки высокоэнергетического света используются для создания небольших зон термического повреждения («микроскопические термические зоны») и одновременной обработки только части кожи (31).

Лазерный липолиз, при котором используется оптическое волокно, вставленное в канюлю диаметром 1 мм, также становится все более популярной процедурой в косметической хирургии. Из-за небольшого размера канюли требуется меньший разрез, что приводит к меньшему кровотечению и образованию рубцов. Из всех лазеров, доступных для медицинских целей, лазеры с длиной волны 920 нм имеют наименьший коэффициент поглощения в жировой ткани, поэтому они проникают в более глубокие слои ткани.Те, у кого длина волны находится в диапазоне 1320–1 444 нм, имеют наибольший коэффициент поглощения в жире, что вызывает меньшую глубину проникновения и позволяет обрабатывать такие ткани поверхностно. Лазер Nd: YAG (1064 нм) — это система, которая наиболее широко используется в лазерном липолизе, поскольку коэффициент поглощения жировой тканью на этой длине волны обеспечивает хорошую глубину проникновения со средним поглощением, вызывая лишь умеренное повышение температуры и, следовательно, меньшее повреждение тканей. (32). Кроме того, коагуляция мелких кровеносных сосудов лазерным светом на этой длине волны приводит к значительно меньшей кровопотере во время процедуры (33).Abdelaal и Aboelatta смогли показать значительное снижение кровопотери (54%) с помощью лазерной липосакции по сравнению с традиционными методами (34). Кроме того, в обзоре, проведенном Mordon and Plot, сделан вывод о том, что лазерный липолиз дает более ровные результаты для кожи (35).

Наконец, способность лазеров избирательно воздействовать на патологическую сосудистую сеть делает их идеальным источником для лечения сосудистых дефектов, таких как винные пятна (36). До использования лазеров у пациентов не было большого количества вариантов лечения этих типов аномалий.Однако в настоящее время для этой цели используются лазеры, которые преимущественно поглощаются гемоглобином, а не меланином, при этом не травмируя эпидермис (37). Совсем недавно были также представлены лазеры с более длинными волнами и, следовательно, возможность более глубокого проникновения в ткани (38).

Абляция проводящих путей

После того, как было обнаружено, что легочные вены (ЛВ) являются важным источником эктопических сокращений, которые приводят к пароксизму фибрилляции предсердий (ФП), разработка устройств катетерной абляции была вдохновлена ​​для периферической изоляции ЛВ (ЛВ) (39).Сегодня лазерный баллонный катетер является одной из эндоскопических систем абляции (EAS), обычно используемых для лечения ФП. Устройство состоит из катетера с эластичным баллоном на конце, который непрерывно промывается оксидом дейтерия. Катетер вводится в левое предсердие, а затем в стержень катетера вводится эндоскоп, что позволяет непосредственно визуализировать цель абляции внутри сердца. Абляция выполняется с помощью диодного лазера с длиной волны 980 нм, расположенного в центральном просвете, излучающего лазерную энергию перпендикулярно стержню катетера, охватывающего дугу под углом 30 ° ° и обеспечивающего круговую абляцию вокруг каждой ЛВ.Лазер на этой длине волны не поглощается оксидом дейтерия. В результате он проникает в ткани за пределы эндотелия, где поглощается молекулами воды, что приводит к нагреванию и коагуляционному некрозу. Доставляемую энергию можно титровать, изменяя мощность (5,5–12 Вт) в наборе заранее определенных уровней (40). Уровни энергии меняются в зависимости от того, на какую сердечную стенку воздействуют (41). Лазер Nd: YAG — еще одна лазерная система, которая обычно используется для этой цели (42). Многоцентровое исследование, проведенное Metzner et al. продемонстрировал значительный процент успеха PVI с использованием EAS и предположил, что показатель успеха в течение 1 года сопоставим с традиционными методами PVI (около 63%) (43).

Чтобы успешно привести к полной блокаде проводимости, в сердце должно быть создано полностью трансмуральное поражение. Melby et al. продемонстрировал, что электрические импульсы, как стимулированные, так и AF, все еще могут распространяться даже через очень узкие промежутки (≥1 мм) в линии абляции (44). При сравнении эффектов различных уровней энергии исследования показали, что использование более высоких уровней энергии приводит к более высокой частоте ПВИ с более низкой частотой рецидивов ФП и без ущерба для профиля безопасности (45,46).

В неврологической хирургии для лечения рефрактерной эпилепсии обычно используется лазерно-индуцированная тепловая терапия (MRgLITT) под контролем МРТ, либо как средство удаления эпилептических очагов, либо как инструмент отсоединения. MRgLITT сочетает в себе диодный лазер (980 нм) с технологией визуализации для предоставления интраоперационной информации, необходимой для контроля количества доставляемой энергии (47,48).

Обзор, проведенный Bandt et al. продемонстрировал успешное использование лазерной абляции для лечения рефрактерной эпилепсии различного очагового происхождения, включая мезиальную височную эпилепсию, кортикальную дисплазию, неокортикальный очаг после инсульта, энцефалоцеле, перивентрикулярную узловую гетеротопию и гамартомы гипоталамуса (48).В дополнение к резективным методам лечения эпилепсии существуют различные стратегии лечения, которые отделяют эпилептогенный мозг от неэпилептогенного мозга с помощью мозолистого тела или полусферотомии. Calistro et al. продемонстрировал успешное эндоскопическое отключение гамартом гипоталамуса с использованием тулиевого лазера с роботизированной системой, а Choudhri et al. успешно продемонстрировал использование углекислотного лазера для мозолистого тела у детей (49,50).

Обсуждение

С момента их разработки использование лазеров в медицине стало чрезвычайно распространенным и часто необходимым. От опасных для жизни заболеваний до косметических дефектов, вызывающих психологический стресс, лазерная терапия привела к успехам в лечении бесчисленных патологий, что в конечном итоге принесло пользу как пациентам, так и врачам. Развитие лазерных технологий привело к практике минимально инвазивных процедур, более короткому времени восстановления и меньшему риску для здоровья пациентов.Поскольку точность и безопасность лазерных технологий продолжают улучшаться, их применение в медицине обязательно будет расширяться, чтобы и дальше обеспечивать более безопасные результаты, более оптимальное избавление от болезней и повышение удовлетворенности пациентов.

Благодарности

Нет.

Конфликт интересов : Авторы не заявляют о конфликте интересов.

Список литературы

1. Дике РХ.Когерентность в самопроизвольных радиационных процессах. Phys Rev 1954; 93: 99-110. [Crossref]
2. Эйнштейн А. Цур Quantentheorie der Strahlung. Phys Zeitschrift 1917; 18: 121-8.
3. Майман ТД. Стимулированное оптическое излучение в рубине. Nature 1960; 187: 493-4. [Crossref]
4. Parker S. Введение, история лазеров и производства лазерных лучей. Бр Дент Дж 2007; 202: 21-31. [Crossref] [PubMed]
5. Фуллер Т.А. Физика хирургических лазеров. Лазеры Surg Med 1980; 1: 5-14.[Crossref] [PubMed]
6. Knappe V, Frank F, Rohde E. Принципы лазеров и биофотонных эффектов. Photomed Laser Surg 2004; 22: 411-7. [Crossref] [PubMed]
7. Оми Т., Нумано К. Роль лазера CO ₂ и фракционного лазера CO ₂ в дерматологии. Laser Ther 2014; 23: 49-60. [Crossref] [PubMed]
8. Эдвардс М.С., Богган Дж. Э., Фуллер Т.А. Лазер в неврологической хирургии. J. Neurosurg 1983; 59: 555-66. [Crossref] [PubMed]
9. Halldórsson T, Rother W, Langeholc J, et al.Теоретические и экспериментальные исследования доказывают безопасность лечения лазером Nd: YAG. Lasers Surg Med 1981; 1: 253-62. [Crossref] [PubMed]
10. Takeuchi J, Handa H, Taki W и др. Nd: YAG-лазер в неврологической хирургии. Surg Neurol 1982; 18: 140-2. [Crossref] [PubMed]
11. Дретлер СП. Лазерная литотрипсия: обзор 20-летних исследований и клинических применений. Lasers Surg Med 1988; 8: 341-56. [Crossref] [PubMed]
12. Чан К.Ф., Пфефер Т.Дж., Тейчман Дж.М. и др.Взгляд на лазерную литотрипсию: процессы фрагментации. Журнал Endourol 2001; 15: 257-73. [Crossref] [PubMed]
13. Адамс DH. Гольмиевый: YAG-лазер и импульсный лазер на красителях: сравнение затрат. Lasers Surg Med 1997; 21: 29-31. [Crossref] [PubMed]
14. Grasso M, Bagley D, Sullivan K. Импульсная лазерная литотрипсия на красителе — в настоящее время применяется для лечения урологических и желчных камней. J Clin Laser Med Surg 1991; 9: 355-9. [PubMed]
15. Smith Jr JA, Stein BS, Benson Jr RC. Лазеры в урологической хирургии.3-е изд. Сент-Луис: Мосби, 1994: 192.
16. Ceccheti W, Tasca A, Guazzieri S и др. Метод фотосенсибилизации для улучшения литотрипсии лазерами на красителях и александрите. Proc SPIE 1993; 1879: 160-4.
17. Tasca A, Cecchetti W., Zattoni F, et al. Фотосенсибилизация цистиновых камней для индукции лазерной литотрипсии. Дж. Урол 1993; 149: 709-12. [PubMed]
18. Rink K, Delacretaz G, Salathe RP. Процесс фрагментации современных лазерных литотрипторов. Лазеры Surg Med 1995; 16: 134-46.[Crossref] [PubMed]
19. Чан К.Ф., Вассар Г.Дж., Пфефер Т.Дж. и др. Гольмиевая лазерная литотрипсия: YAG: доминирующий механизм фототермической абляции с химическим разложением мочевых камней. Lasers Surg Med 1999; 25: 22-37. [Crossref] [PubMed]
20. Cimino S, Favilla V, Russo GI и др. Пневматическая литотрипсия в сравнении с лазерной литотрипсией с гольмием: YAG для лечения одиночных камней мочеточника: проспективное слепое исследование. Урол Инт 2014; 92: 468-72. [Crossref] [PubMed]
21. Teichman JM.Лазерная литотрипсия. Curr Opin Urol 2002; 12: 305-9. [Crossref] [PubMed]
22. Шерман Дж. Х., Хус К., Маркус Дж. И др. Нейрохирургия опухолей головного мозга: последняя информация о последних технических достижениях. Curr Neurol Neurosci Rep 2011; 11: 313-9. [Crossref] [PubMed]
23. Хавасли А.Х., Ким А.Х., Данн Г.П. и др. Стереотаксическая лазерная абляция глиом высокой степени злокачественности. Нейрохирург Фокус 2014; 37: E1. [PubMed]
24. Мугурума Н., Окамото К., Тимура Т. и др. Эндоскопическая абляционная терапия при поверхностных новообразованиях желудочно-кишечного тракта.Dig Endosc 2012; 24: 139-49. [Crossref] [PubMed]
25. Икеда Н., Усуда Дж., Като Х. и др. Новые аспекты фотодинамической терапии рака легкого на ранней стадии центрального типа. Лазеры Surg Med 2011; 43: 749-54. [Crossref] [PubMed]
26. Томсен С. Патологический анализ фототермических и фотомеханических эффектов взаимодействия лазера с тканью. Photochem Photobiol 1991; 53: 825-35. [Crossref] [PubMed]
27. Мроз П, Ярославский А, Харквал Г.Б. и др. Пути гибели клеток в фотодинамической терапии рака.Раки (Базель) 2011; 3: 2516-39. [Crossref] [PubMed]
28. Abrahamse H, Hamblin MR. Новые фотосенсибилизаторы для фотодинамической терапии. Biochem J 2016; 473: 347-64. [Crossref] [PubMed]
29. Чен В.Р., Адамск Р.Л., Хитон С. и др. Фототермическое взаимодействие между лазером и опухолевой тканью, усиленным хромофором, с использованием диодного лазера с длиной волны 808 нм. Cancer Lett 1995; 88: 15-9. [Crossref] [PubMed]
30. Фридман Дж. Р., Грин Р. М., Грин Дж. Б. Гистологические эффекты шлифовальных лазеров. Facial Plast Surg 2014; 30: 40-8.[Crossref] [PubMed]
31. Аслам А, Альстер ТС. Эволюция лазерной шлифовки кожи: от сканирования к фракционной технологии. Dermatol Surg 2014; 40: 1163-72. [Crossref] [PubMed]
32. Майдабади А., Абазари М. Исследование взаимодействия лазера с тканью с использованием метода Монте-Карло для лазера на иттриево-алюминиевом гранате (Nd: YAG), легированном неодимом 1064 нм. J Lasers Med Sci 2015; 6: 22-7. [PubMed]
33. Lukac M, Vizintin Z, Zabkar J, et al. QCW Импульсный лазерный липолиз Nd: YAG 1064 нм.J Laser Heal Acad 2009; 4: 1-12.
34. Abdelaal MM, Aboelatta YA. Сравнение кровопотери при лазерном липолизе и традиционной липосакции. Aesthet Surg J 2014; 34: 907-12. [Crossref] [PubMed]
35. Mordon S, Plot E. Лазерный липолиз в сравнении с традиционной липосакцией для удаления жира. Expert Rev Med Devices 2009; 6: 677-88. [Crossref] [PubMed]
36. Wu EC, Wong BJ. Лазеры и оптические технологии в пластической хирургии лица. Arch Facial Plast Surg 2008; 10: 381-90.[Crossref] [PubMed]
37. Келли К.М., Чой Б., Макфарлейн С. и др. Описание и анализ методов лечения родимых пятен портвейна. Arch Facial Plast Surg 2005; 7: 287-94. [Crossref] [PubMed]
38. Faurschou A, Olesen AB, Leonardi-Bee J, et al. Лазеры или источники света для лечения винных пятен Cochrane Database Syst Rev 2011. CD007152. (Рассмотрение). [PubMed]
39. Haïssaguerre M, Jais P, Shah DC, et al. Спонтанное инициирование фибрилляции предсердий эктопическими сокращениями, возникающими в легочных венах.N Engl J Med 1998; 339: 659-66. [Crossref] [PubMed]
40. Bordignon S, Julian K, Schulte-hahn B и др. Системы эндоскопической абляции. Expert Rev Med Devices 2013; 10: 177-83. [Crossref] [PubMed]
41. Metzner A, Wissner E, Lin T, et al. Баллонные аппараты для терапии мерцательной аритмии. Аритм Электрофизиол Ред. 2015; 4: 58-61. [Crossref] [PubMed]
42. Dörschler K, Muuler G. Роль лазера в кардиохирургии. Thorac Cardiovasc Surg 1999; 47: 385-7. [Crossref] [PubMed]
43. Metzner A, Wissner E, Schmidt B, et al.Острые и отдаленные клинические исходы после эндоскопической изоляции легочной вены: результаты первого проспективного многоцентрового исследования. J Cardiovasc Electrophysiol 2013; 24: 7-13. [Crossref] [PubMed]
44. Melby SJ, Lee AM, Zierer A, et al. Фибрилляция предсердий распространяется через промежутки в линиях абляции: значение для абляционного лечения фибрилляции предсердий. Ритм сердца 2008; 5: 1296-301. [Crossref] [PubMed]
45. Metzner A, Wissner E, Schoonderwoerd B, et al. Влияние различных параметров энергии на эффективность и безопасность эндоскопической изоляции легочных вен.Ритм сердца 2012; 9: 1380-5. [Crossref] [PubMed]
46. Bordignon S, Chun KR, Gunawardene M и др. Стратегии титрования энергии с помощью эндоскопической системы абляции: уроки из исследования высокой и низкой дозы лазерной абляции. Europace 2013; 15: 685-9. [Crossref] [PubMed]
47. Tovar-spinoza Z, Carter D, Ferrone D, et al. Использование лазерно-индуцированной термической абляции под контролем МРТ при эпилепсии. Чайлдс Нерв Syst 2013; 29: 2089-94. [Crossref] [PubMed]
48. Bandt SK, Leuthardt EC.Минимально инвазивная нейрохирургия эпилепсии с использованием стереотаксической МРТ-навигации. Neurosurg Clin N Am 2016; 27: 51-8. [Crossref] [PubMed]
49. Calisto A, Dorfmüller G, Fohlen M, et al. Эндоскопическое отключение гамартом гипоталамуса: безопасность и выполнимость роботизированных процедур с использованием тулиевого лазера.