L’aplicació pràctica de làsers

La invenció del làser pot ser considerada un dels descobriments més significatius del segle XX. Fins i tot al principi del desenvolupament d’aquesta tecnologia, ja profetitzaven una aplicabilitat completament versàtil, des del principi la visió de resoldre diversos problemes era visible, tot i que algunes tasques ni tan sols eren visibles a l’horitzó en aquell moment.

Medicina i astronautica, fusió termonuclear i els darrers sistemes d’armament: aquestes són algunes de les àrees en les quals el làser s’utilitza amb èxit. Vegem on va trobar l’aplicació làser el làser i veiem la grandesa d’aquest meravellós invent, que deu la seva aparença a diversos científics.

Espectroscòpia làser

La radiació làser monocromàtica es pot obtenir en principi amb qualsevol longitud d'ona, tant en forma d'ona contínua d'una certa freqüència com en forma de polsos curts, que duren fins a fraccions d'una femtosegona. Centrant-nos en la mostra en estudi, el feix làser experimenta efectes òptics no lineals, cosa que permet als investigadors realitzar espectroscòpia canviant la freqüència de llum, així com realitzar anàlisis coherents dels processos controlant la polarització del feix làser.

Mesura de distàncies amb objectes

El feix làser és molt convenient dirigir-lo a l'objecte estudiat, fins i tot si aquest objecte es troba molt lluny, ja que la divergència del feix làser és molt petita. Així doncs, el 2018, com a part d’un experiment, es va dirigir un feix làser des de l’Observatori Xinès de Yunnan fins a la lluna. Els reflectors Apollo 15, que ja estaven instal·lats a la superfície lunar, reflectien el feix de tornada a la Terra, on va ser rebut per l'observatori.

Se sap que la llum làser, com qualsevol ona electromagnètica, es mou a una velocitat constant - a la velocitat de la llum. Les mesures del temps de pas dels feixos van demostrar que la distància de l'observatori a la lluna, en l'interval de 21:25 a 22:31 hora de Beijing el 22 de gener de 2018, oscil·lava entre 385823.433 i 387119.600 quilòmetres.

El cercador de rangs làser, per a distàncies no tan grans com la distància de la Terra a la Lluna, funciona sobre un principi similar. Un làser polsat envia un feix a un objecte des del qual es reflecteix el feix. El detector de radiació rep un feix reflectit. Després d’haver tingut en compte el temps entre l’inici de la radiació i el moment en què el detector va atrapar el feix reflectit, així com la velocitat de la llum, l’electrònica del dispositiu calcula la distància a l’objecte.

Compensació per òptica adaptativa i distorsió atmosfèrica

Si observeu un objecte astronòmic llunyà de la terra a través d’un telescopi, resulta que l’atmosfera introdueix certes distorsions òptiques a la imatge resultant d’aquest objecte. Per eliminar aquestes distorsions s’utilitzen mètodes de l’anomenada òptica adaptativa: es mesuren i compensen les distorsions.

Per assolir aquest objectiu, un potent raig làser es dirigeix ​​cap a l'objecte observat, que, com la llum simple, experimenta la dispersió a l'atmosfera, formant una "estrella artificial", la llum de la qual, a la tornada a l'observador, experimenta exactament les mateixes distorsions òptiques a la part superior. capes atmosfèriques, així com la imatge de l'objecte astronòmic observat.

La informació de distorsió es processa i s'utilitza per compensar la distorsió òptica ajustant adequadament la imatge de l'objecte astronòmic observat. Com a resultat, la imatge de l'objecte és més "neta".

Bio i fotoquímica

En els estudis bioquímics sobre la formació i el funcionament de les proteïnes, són útils pulsacions làser d’ultrasortit de durada femtosegona.Aquests polsos permeten iniciar i estudiar reaccions químiques amb una alta resolució temporal per tal de trobar i estudiar fins i tot compostos químics amb poca vida.

En canviar la polarització del pols de llum, els científics poden establir la direcció necessària de la reacció química, escollint entre uns quants possibles escenaris per al desenvolupament d'esdeveniments durant la reacció estrictament definida.

Magnetització del pols làser

Avui s'està investigant sobre la possibilitat de canvis ultra ràpids en la magnetització de suports mitjançant polsos làser d'ultrasort de poca durada femtosegona. Ja s'ha aconseguit una desmagnetització ultra ràpida mitjançant un làser en 0,2 picosegons, així com un control òptic de la magnetització mitjançant la polarització de la llum.

Refrigeració per làser

Es van realitzar primers experiments de refrigeració amb làser amb ions. Els ions eren sostinguts per un camp electromagnètic en una trampa iònica, on eren il·luminats per un feix de llum làser. En el procés de col·lisions inelàstiques amb fotons, els ions van perdre energia i, per tant, es van assolir temperatures ultralowes.

Després d'això, es va trobar un mètode més pràctic de refrigeració làser de sòlids: el refredament anti-Stokes, que consisteix en el següent. Un àtom del medi, que es troba en un estat just per sobre de l’estat terrestre (a nivell vibracional), s’emocionava a l’energia just per sota de l’estat excitat (al nivell vibracional) i, absorbint el fonó, l’àtom passà a l’estat excitat. Aleshores l’àtom va emetre un fotó l’energia del qual és superior a l’energia de la bomba, passant a l’estat terrestre.

Làsers en plantes de fusió

El problema de contenir plasma escalfat dins d’un reactor termonuclear també es pot solucionar amb un làser. Un petit volum de combustible termonuclear és irradiat per totes les parts per diversos nanosegons mitjançant un potent làser.

La superfície de l’objectiu s’evapora, la qual cosa condueix a una enorme pressió sobre les capes interiors del combustible, per la qual cosa l’objectiu experimenta una compressió i compactació de gran superfície, i a una certa temperatura ja es poden produir reaccions termonuclears de fusió en un objectiu tan compactat. També es pot escalfar amb polsos làser femtosegons de gran potència.

Pinces òptiques basades en làser

Les pinces làser permeten manipular objectes dielèctrics microscòpics mitjançant la llum d’un díode làser: s’apliquen forces sobre objectes dins d’uns pocs nanonewtons, i també es mesuren distàncies petites de diversos nanòmetres. Aquests dispositius òptics s’utilitzen avui en dia en l’estudi de les proteïnes, la seva estructura i treball.

Armes làser de combat i defensives

Al començament de la segona meitat del segle XX, a la Unió Soviètica ja es van desenvolupar làsers d’alta potència que podrien utilitzar-se com a armes capaces de colpejar objectius en favor de la defensa dels míssils. El 2009, els nord-americans van anunciar la creació d’un làser d’estat sòlid mòbil de 100 kW, teòricament capaç d’aconseguir assolir objectius aeris i terrestres d’un potencial adversari.

Vista làser

Una petita font làser està lligada rígidament al canó d’un fusell o pistola de manera que el seu feix està dirigit paral·lel al canó. En apuntar, el tirador veu una petita tacada a la diana a causa de la petita divergència del feix làser.

Principalment per a aquests llocs de vista, s'utilitzen díodes làser vermell o díodes làser infraroig (de manera que només es pot veure un lloc en un dispositiu de visió nocturna). Per a un major contrast en les condicions de llum del dia, s’utilitzen visions làser amb leds làser verds.

Enganyar un adversari militar

Un feix làser de baix consum està dirigit cap a l'equipament militar de l'enemic. L’enemic descobreix aquest fet, creu que s’hi dirigeix ​​algun tipus d’arma i es veu obligat a prendre mesures d’urgència per defensar en lloc de llançar un atac.

Projectil guiat per làser

És convenient utilitzar un punt reflectit d’un feix làser per apuntar un projectil volador, com un coet llançat des d’un avió. Un làser des de terra o des d’un avió il·lumina l’objectiu, i el projectil el guia. El làser s’utilitza habitualment per infrarojos, ja que és més difícil de detectar.

Enduriment làser

La superfície del metall s’escalfa per làser fins a una temperatura crítica, mentre que la calor penetra profundament en el producte per la seva conductivitat tèrmica. Tan aviat com l’acció del làser s’atura, el producte es refreda ràpidament a causa de la penetració de calor a l’interior, on comencen a formar-se estructures d’enduriment, que impedeixen un desgast ràpid durant el futur ús del producte.

Recobriment i tremp del làser

El recuit és un tipus de tractament tèrmic en què el producte s’escalfa primer a una temperatura determinada, després es manté a aquesta temperatura durant un cert temps, després es refreda lentament fins a temperatura ambient.

Això redueix la duresa del metall, facilitant el seu processament mecànic més, alhora que millora la microestructura i aconsegueix una major uniformitat del metall, alleuja les tensions internes. El recuit amb làser us permet processar petites peces metàl·liques d’aquesta manera.

Les vacances es realitzen amb l'objectiu d'obtenir una ductilitat més elevada i reduir la fragilitat del material mantenint un nivell acceptable de la seva resistència a les articulacions de les peces. Per a això, el producte s'escalfa a làser fins a una temperatura de 150-260 ° C a 370-650 ° C, seguit d'un refredament lent (refredament).

Neteja làser i descontaminació de superfícies

Aquest mètode de neteja s’utilitza per eliminar contaminants superficials d’objectes, monuments, obres d’art. Per a productes de neteja de contaminació radioactiva i de neteja de microelectrònica. Aquest mètode de neteja està lliure dels inconvenients inherents a la mòlta mecànica, el processament abrasiu, el processament de vibracions, etc.

Fusió i amorfització làser

L’amorfització a gran velocitat de la superfície d’aliatge preparada amb un feix d’escaneig o un pols curt s’aconsegueix a causa d’una eliminació ràpida de calor, durant la qual es fon la congelació, es forma una mena de vidre metàl·lic amb alta duresa, resistència a la corrosió i millorades característiques magnètiques. El material de revestiment està seleccionat de manera que juntament amb el material principal formin una composició propensa a l’amorfització sota l’acció d’un làser.

Aliatge i làser per làser

L’altura d’una superfície metàl·lica amb un làser augmenta la seva microhardness i la resistència al desgast.

El mètode de cobertura làser us permet aplicar capes superficials resistents al desgast. S'utilitza en la restauració de peces d'alta precisió utilitzades en condicions de major desgast, per exemple, com vàlvules ICE i altres peces del motor. Aquest mètode és de qualitat superior a la polvorització perquè aquí es forma una capa monolítica associada a la base.

Polvorització làser a buit

En buit, una part del material és vaporitzada per un làser, i després les dades de vaporització es condensen en un substrat especial, on amb altres productes formen un material amb la nova composició química necessària.

Soldadura per làser

Un prometedor mètode de soldadura industrial mitjançant làsers d’alta potència, donant una soldadura molt suau, estreta i profunda. A diferència dels mètodes convencionals de soldadura, la potència del làser es controla amb més precisió, cosa que permet controlar amb molta precisió la profunditat i altres paràmetres de la soldadura. Un làser de soldadura és capaç de soldar peces gruixudes a gran velocitat, només cal afegir energia i l'efecte tèrmic en zones adjacents és mínim. La soldadura s’obté millor, així com qualsevol connexió obtinguda per aquest mètode.

Tall làser

Una alta concentració d’energia en el feix làser centrat permet tallar gairebé qualsevol material conegut, mentre que el tall és estret i la zona afectada per la calor és mínima. Per tant, no hi ha soques residuals significatives.

Escriptura làser

Per a la posterior separació en elements més petits, s’escriu les hòsties semiconductors: s’aplica ranures profundes amb un làser. Aquí, s’aconsegueix una precisió més elevada que quan s’utilitza una eina de diamants.

La profunditat de la ranura és de 40 a 125 micres, l'amplada és de 20 a 40 micres, amb un gruix de la placa processada de 150 a 300 micres. Les ranures es fabriquen a velocitats de fins a 250 mm per segon. La producció de productes acabats és major, el matrimoni és menor.

Gravat i marcatge per làser

Gairebé a tot arreu de la indústria s’utilitzen avui el gravat i el marcatge per làser: dibuix de dibuixos, inscripcions, codificació de mostres, plaques, plaques d’identificació, decoració artística, records, joies, inscripcions en miniatura dels productes més petits i fràgils - només es va fer possible gràcies al làser automatitzat tecnologia

Làser en medicina

És impossible sobreestimar l’aplicabilitat dels làsers en la medicina moderna. Els làsers quirúrgics s’utilitzen per coagular la retina exfoliada de l’ull, els bisturins làser permeten tallar la carn i soldar els ossos amb làser. Un làser de diòxid de carboni solda teixits biològics.

Per descomptat, pel que fa a la medicina, en aquesta direcció, els científics han de millorar i perfeccionar cada any, millorar la tecnologia d’utilitzar determinats làsers per tal d’evitar efectes secundaris nocius sobre els teixits que hi ha a prop. Passa que un làser guareix un lloc, però immediatament té un efecte destructiu sobre un òrgan veí o una cèl·lula que cau accidentalment sota ell.

Els kits d’eines addicionals, especialment dissenyats per treballar junts amb un làser quirúrgic, van permetre als metges tenir èxit en cirurgia gastrointestinal, cirurgia del tracte biliar, melsa, pulmons i fetge.

Eliminació del tatuatge, correcció de la visió, ginecologia, urologia, laparoscòpia, odontologia, eliminació de tumors cerebrals i espinals, tot això només és possible avui en dia gràcies a la moderna tecnologia làser.

Tecnologia de la informació, disseny, vida i làser

CD, DVD, BD, holografia, impressores làser, lectors de codis de barres, sistemes de seguretat (barreres de seguretat), programes de llum, presentacions multimèdia, punters, etc. Imagineu com es veuria el nostre món si desaparegués el làser ...