Промислове застосування лазерів

В даний час областізастосування лазерів розширюються з кожним днем. Після першого промисловоговикористання лазерів для отримання отворів в рубінах для годинників ціпристрої успішно застосовуються в самих різних областях.

Мрійники і фантастинеодноразово передбачали появи незвичайних речей, зокрема світивши,відрізняється незвичайними властивостями. І ось, в 1960р. перший лазерний проміньбув отриманий при накачуванні маленького кубічного кристала рубіна спалахамисвітла. Кілька років потому деякі фізики проводили випробування по зварюванні,бурінню, гравіруванню, скрайбування, свердлінню, синтезу, гартуванню,маркіруванню, плавленню і формуванню структур за допомогою лазерного променябез контакту з матеріалом.

Лазерні системи діляться натри основні групи: твердотільні лазери, газові, серед яких особливе місце займаєCO 2 - лазер; і напівпровідникові лазери. Якийсь час назадз'явилися такі системи, як перебудовувані лазери на барвниках,твердотільні лазери на активованих стеклах.

РУБІН. У лазерах цейкристал має високий поріг генерації й отже низький ККД, зазвичай 0.5%.Його вихідна потужність також сильно залежить від робочої температури, щообмежує частоту повторення імпульсів величиною 10 Гц або менш. В той жечас цей матеріал термічно стійкий і не боїться перегріву. Проте його широкезастосування обмежує досить висока вартість спеціально вирощеногокристала, особливо якщо потрібно стрижень великих розмірів. Тому рубіновілазери застосовуються коли необхідне випромінювання довжиною хвилі 694 нм або непотрібна висока енергія на виході і ККД не грає істотної ролі.Наприклад, такі лазери стали широко використовуватися для спеціальної фотографії - голографії , після того, як вдалося домогтися достатньоїчутливості плівки на частоті 694 нм. Ці лазери більш зручні та дляпробивки дуже точних отворів , оскільки із зменшенням довжини хвилі розміриточки фокусу, що обмежується дифракцією, зменшуються. Не так давно деяківчені передбачали, що рубіновий лазер скоро відслужить свій термін. Однак

вданий час напівпровідникові прилади на арсеніді галію (GaAs) можуть зварюватисяз тугоплавкими металевими провідниками за допомогою імпульсного рубіновоголазера. Процес триває 100 нс замість 5-30 хв, що вимагаються при звичайнійзварці з подальшим відпалом. Це важливе досягнення застосовується велектронних системах, використовуваних в супутниковому зв'язку, реактивних двигунах,геотермальних свердловинах, атомних реакторах, приймачах радіолокаційних станційі ракет, інтегральних мікрохвильових ланцюгах.

твердотільні лазери на люминесцирующихсередовищах. Це лазери на склі, активованих неодимом (Nd: YAG), лазери на кристаліітрій-літієвого флюориту, легованого ербієм (ІЛФ, Er: YAG) або їх аналоги.Це лазери з оптичним накачуванням. ККД не вище 5%, проте потужність практичноне залежить від робочої температури. Так як це порівняно дешевий матеріал,підвищення потужності можна виробляти простим збільшенням розміру робочогоелемента. Ці типи лазерів застосовуються в лазерній спектроскопії, нелінійноїоптиці, лазерній технології: зварювання, гарт, зміцнення поверхні . Лазерніскла застосовуються в потужних установках для лазерного термоядерногосинтезу.

ГАЗОВІ ЛАЗЕРИ. Існуєкілька сумішей газів, які можуть випускати вимушене випромінювання. Один згазів - двоокис вуглецю - застосовується в N2 - СО 2 - і СО - лазерахпотужністю> 15 кВт. з поперечною накачуванням електричним розрядом. А такожгазодинамічні лазери з теплової накачуванням, у яких основна робоча суміш:N2 + CO2 + He або N2 + CO2 + H2O. Розглянемо деякі можливості застосування такихлазерів промислових установках.

Відома термічнаобробка матеріалів і деталей звичайними засобами. Попередній підігрів з використанням газових лазерів дозволяє обробляти матеріали більш високоїтвердості. Прямолінійні ділянки багатокомпонентних деталей легко зварюються газовими лазерами, в той час як Непрямолінійність ділянки зварюються з використаннямспеціальних поворотних дзеркальних систем. Виробляється лазерна гарт ізаточка деталей. Застосовуються подібні лазери в спектроскопії, лазернійхімії, медицині .

Установки на основі СО 2 - Лазерів потужністю 500 Вт успішно застосовуються для лазерного різання пошаблонам і розкроювання сталей або пластмас, пробивання отворів, якщо їхдіаметр не дуже малий. У загальному випадку товщина розрізання матеріалу залежитьвід потужності випромінювання. В даний час вартість СО2 - лазерів не особливовисока. Вартість газів, вживаних в СО2 - лазерах порівнянна з вартістюенергії, споживаної верстатами, призначеними для пробиття отворів.Характеристики СО2 - лазерів стабільні. Лазери легкі в управлінні і безпечніпри дотриманні правил експлуатації.

ІНШІ ГАЗОВІ ЛАЗЕРИ.Електророзрядних лазери низького тиску на благородних газах: He-Ne, He-Xe іін Це малопотужні системи відрізняються високою монохроматичністю іспрямованістю. Застосовуються в спектроскопії, стандартизації частоти і довжинивипромінювання, у настроюванні оптичних систем.

Іонний аргоновий лазер -лазер безперервної дії, що генерує зелений промінь. Накачування здійснюєтьсяелектричним розрядом. Потужність досягає декількох десятків Вт Застосовується вмедицині, спектроскопії, нелінійній оптиці.

Ексимерні лазери. РобочаСереда - суміш благородних газів з F2, Cl2, фторидами. Збуджуються потужнострумовоїелектронним пучком або поперечним розрядом. Працюють в імпульсному режимі в УФ -діапазоні довжин хвиль. Застосовуються для лазерного термоядерного синтезу.

Хімічні лазери. Робоче середовище -суміш газів. Основне джерело енергії - хімічна реакція між компонентамиробочої суміші. Можливі варіанти лазерів імпульсної і безперервної дії.Вони мають широкий спектр генерації в ближньої ИК - області спектра. Володіютьвеликою потужністю безперервного випромінювання і великою енергією в імпульсі. Такілазери застосовуються в спектроскопії, лазерної хімії, системах контролюскладу атмосфери.

НАПІВПРОВІДНИКОВІ ЛАЗЕРИстановлять найчисленнішу групу. Накачування здійснюється інжекцією черезгетероперехід, а також електронним пучком. Гетеролазери мініатюрні, маютьвисокий ККД. Можуть працювати як в імпульсному, так і в безперервному режимах.Незважаючи на низьку потужність вони знайшли своє застосування в промисловості. Вонизастосовуються для спектроскопії, оптичної стандартизації частоти,оптико-волоконних ліній зв'язку, для контролю форми, інтерференційнихсмуг деформації, в оптико-електроніці, у робототехніці, у системахпожежобезпеки . У побуті застосовуються в системах оптичної обробкиінформації (у сканерах) в парі з нескладною системою багатогранних дзеркал,застосовуваних для відхилення променя, в звуко-і відеосистемах, в охоронних системах. Останнім часом напівпровідникові лазери, завдяки своїм малим розмірам,застосовуються і в медицині. Лазери з електронним накачуванням перспективні в системахпроекційного лазерного телебачення.

З кожним роком лазери всеміцніше входять в промисловість і побут людини.

Список літератури:

1) Промислове застосування лазерів.Под.ред. Г.Кебнера, М.-1988.

2) Довідник по лазерам, пров. зангл. А.М.Прохорова. Том 1, М.-1978.

3) Фізична енциклопедія. Гл.ред.А.М.Прохоров. Том 2, М.-1990.

4) Звелто О., Принципи лазерів,пер.с англ., М.-1984.