Seznam laserových aplikací - List of laser applications

Laserová ukazovátka

Mnoho vědeckých, vojenských, lékařských a komerčních laserové aplikace byly vyvinuty od vynálezu laser v roce 1958. soudržnost, vysoká jednobarevnost a schopnost dosáhnout extrémně vysoké úrovně pravomoci jsou všechny vlastnosti, které umožňují tyto specializované aplikace.

Vědecký

Ve vědě se lasery používají mnoha způsoby, včetně:

Lasery mohou být také použity nepřímo v spektroskopie jako systém mikroodběru vzorků, technika zvaná Laser ablace (LA), na který se obvykle vztahuje ICP-MS zařízení, jehož výsledkem je výkonný LA-ICP-MS.

Principy laserové spektroskopie pojednává Demtröder.[2]

Spektroskopie

Většina typů laseru je ze své podstaty čistý zdroj světla; vydávají blízko-jednobarevný světlo s velmi dobře definovaným rozsahem vlnové délky. Pečlivým designem laserových komponentů se čistota laserového světla (měřeno jako „šířka čáry ") lze zlepšit více než čistotu jakéhokoli jiného zdroje světla. Díky tomu je laser velmi užitečným zdrojem spektroskopie. Vysoká intenzita světla, které lze dosáhnout v malém, dobře kolimovaném paprsku, lze také použít k vyvolání nelineárního optického efektu ve vzorku, což umožňuje techniky, jako je Ramanova spektroskopie možný. K výrobě extrémně citlivých detektorů různých molekul, které jsou schopné měřit molekulární koncentrace v částech na 10, lze použít i jiné spektroskopické techniky založené na laseru12 (ppt) úroveň. Vzhledem k vysokým výkonovým hustotám dosažitelným lasery je možná atomová emise vyvolaná paprskem: tato technika se nazývá Laserem indukovaná poruchová spektroskopie (LIBS).

Tepelné zpracování

Tepelné zpracování laserem umožňuje selektivní vytvrzení povrchu proti opotřebení s malým nebo žádným zkreslením součásti. Protože se tím eliminuje mnoho přepracování dílů, které se aktuálně provádí, kapitálové náklady laserového systému se v krátké době obnoví. Byl také vyvinut inertní absorpční povlak pro laserové tepelné zpracování, který eliminuje výpary generované konvenčními nátěry během procesu tepelného zpracování pomocí laserových paprsků CO2.

Jedním z faktorů rozhodujících pro úspěch operace tepelného zpracování je kontrola ozáření laserovým paprskem na povrchu součásti. Optimální rozložení ozáření je řízeno termodynamikou interakce laser-materiál a geometrií dílu.

Ozařování v rozmezí 500–5 000 W / cm ^ 2 obvykle uspokojí termodynamická omezení a umožňují rychlé vyhřívání povrchu a minimální požadovaný celkový tepelný příkon. Pro všeobecné tepelné zpracování je jednou z nejlepších možností jednotný čtvercový nebo obdélníkový paprsek. U některých speciálních aplikací nebo aplikací, kde se tepelné zpracování provádí na hraně nebo rohu dílu, může být lepší mít blízko okraje sníženou intenzitu ozáření, aby se zabránilo roztavení.

Počasí

Výzkum ukazuje, že vědci mohou být jednoho dne schopni vyvolat déšť a Blesk bouře (stejně jako mikromanipulace s některými dalšími jevy počasí) pomocí vysokoenergetické lasery. Takový průlom by mohl potenciálně vymýtit sucha, pomozte zmírnit počasí katastrofy a přidělit povětrnostní zdroje oblastem v nouzi.[3][4]

Rozsah lunárního laseru

Hlavní článek: Lunární laserový měřicí experiment

Když astronauti Apolla navštívili Měsíc, zasadili se retroreflektor pole umožňující Lunární laserový měřicí experiment. Laserové paprsky jsou zaostřeny přes velké dalekohledy na Zemi namířené k polím a měřil se čas potřebný k tomu, aby se paprsek odrazil zpět na Zemi, aby se s vysokou přesností určila vzdálenost mezi Zemí a Měsícem.

Fotochemie

Některé laserové systémy, procesem zamykání režimu, může produkovat extrémně krátké pulsy světla - tak krátké jako pikosekundy nebo femtosekundy (10−12 - 10−15 sekundy). Tyto impulsy lze použít k zahájení a analýze chemických reakcí, což je technika známá jako fotochemie. Krátké impulzy lze použít k prozkoumání procesu reakce při velmi vysokém časovém rozlišení, což umožňuje detekci krátkodobých intermediálních molekul. Tato metoda je zvláště užitečná v biochemie, kde se používá k analýze podrobností skládání a funkce proteinů.

Laserový skener

Hlavní článek: Čtečka čárových kódů

Laserové snímače čárových kódů jsou ideální pro aplikace, které vyžadují vysokorychlostní čtení lineárních kódů nebo skládaných symbolů.

Laserové chlazení

Hlavní článek: Laserové chlazení

Technika, která má nedávný úspěch, je laserové chlazení. To zahrnuje zachycování atomů, metoda, kde je počet atomů omezen ve speciálně tvarovaném uspořádání elektrický a magnetické pole. Záření určitých vlnových délek světla na ionty nebo atomy je tedy zpomaluje chlazení jim. Jak tento proces pokračuje, všichni jsou zpomalení a mají stejnou energetickou hladinu, tvořící neobvyklé uspořádání hmoty známé jako a Kondenzát Bose – Einstein.

Jaderná fůze

Některá z nejvýkonnějších a nejsložitějších uspořádání více laserů a optických zesilovačů na světě se používají k výrobě extrémně vysokých impulzů světla extrémně krátké doby, např. laboratoř pro laserovou energetiku, Národní zapalovací zařízení, GEKKO XII, Nike laser, Laser Mégajoule, Ahoj. Tyto impulsy jsou uspořádány tak, aby dopadaly na pelety tritium –deuterium současně ze všech směrů v naději, že stlačovací účinek nárazů vyvolá atomové fúze v peletách. Tato technika, známá jako „fúze setrvačné izolace „, dosud nebyl schopen dosáhnout„ zlomového “, to znamená, že fúzní reakce zatím generuje méně energie, než kolik se používá k napájení laserů, ale výzkum pokračuje.

Mikroskopie

Konfokální laserová skenovací mikroskopie a Dvoufotonová excitační mikroskopie využívat lasery k získání snímků bez rozmazání tlustých vzorků v různých hloubkách. Mikrodisekce s laserovým snímáním použijte lasery k získání specifických populací buněk z tkáňové sekce pod mikroskopickou vizualizací.

Mezi další techniky laserové mikroskopie patří harmonická mikroskopie, čtyřvlnná směšovací mikroskopie[5] a interferometrická mikroskopie.[6]

Válečný

Válečný použití laserů zahrnují aplikace jako označení cíle a střelba, obranná protiopatření, komunikace a řízené energetické zbraně.

Přímo jako energetická zbraň

Hlavní článek: Laserová zbraň

A laserová zbraň je zbraň s řízenou energií na základě lasery.

Obranná protiopatření

Aplikace obranných protiopatření se mohou pohybovat od kompaktních, nízkých výkonů infračervená protiopatření k vysokovýkonným vzdušným laserovým systémům. Systémy protiopatření IR používají lasery, aby zmátly hledající hlavy infračervené navádění rakety.

Dezorientace

Hlavní článek: Laserový oslňovač

Některé zbraně jednoduše používají laser k dezorientaci člověka. Jednou z takových zbraní je Thales Zelený laserový optický varovný signál.[7]

Vedení

Hlavní článek: Laserové navádění

Laserové navádění je technika vedení rakety nebo jiný projektil nebo vozidlo k cíli pomocí laserového paprsku.

Označení cíle

Hlavní článek: Laserové označení
Označení cíle

Další vojenské použití laserů je jako označení laserového cíle. Jedná se o nízkou spotřebu laserové ukazovátko slouží k označení cíle pro a přesně naváděná munice, obvykle vypuštěné z letadla. Naváděná munice upravuje svoji dráhu letu k domovu do laserového světla odraženého od cíle, což umožňuje velkou přesnost míření. Paprsek označení laserového cíle je nastaven na pulzní frekvenci, která odpovídá frekvenci nastavené na naváděné munici, aby bylo zajištěno, že munice zasáhne určené cíle a nebude sledovat další laserové paprsky, které se mohou v dané oblasti používat. Laserový značkovač může být zasažen na cíl letadlem nebo blízkou pěchotou. Lasery používané k tomuto účelu jsou obvykle infračervený lasery, takže nepřítel nemůže snadno detekovat naváděcí laserové světlo.

Střelné zbraně

Laserový zaměřovač

Laserový zaměřovač používaný Izraelské obranné síly během výcviku komanda
Smith & Wesson revolver vybavený laserovým zaměřovačem namontovaným na ochranný kryt spouště.

Laser se ve většině střelných zbraní používal jako nástroj ke zlepšení zaměření jiných zbraňových systémů. Například a laserový zaměřovač je malý laser, obvykle viditelného světla, umístěný na pistoli nebo pušce a vyrovnaný tak, aby vyzařoval paprsek rovnoběžný s hlavní. Protože laserový paprsek má malou divergenci, laserové světlo se jeví jako malé místo i na velké vzdálenosti; uživatel umístí bod na požadovaný cíl a hlaveň zbraně je vyrovnána (ale nemusí to nutně umožňovat pokles střely, vítr, vzdálenost mezi směrem paprsku a osou hlavně a pohyblivostí cíle při pohybu střely).

Většina laserových zaměřovačů používá červenou laserovou diodu. Jiní používají infračervený dioda k vytvoření tečky neviditelné pouhým lidským okem, ale detekovatelné pomocí zařízení pro noční vidění. Modul adaptivního získávání cílů střelných zbraní Modul laserového světla LLM01 kombinuje viditelné a infračervené laserové diody. Na konci 90. let zelená diodový laser čerpaný v pevné fázi (DPSS) laserové mířidla (532 nm) byly k dispozici.

Lasery zaměřené na oči

Neletální laserová zbraň byla vyvinuta americkým letectvem, aby dočasně narušila schopnost protivníka vystřelit ze zbraně nebo jinak ohrozit nepřátelské síly. Tato jednotka osvětluje protivníka neškodným laserem s nízkou spotřebou energie a může mít za následek oslnění nebo dezorientaci subjektu nebo jeho útěk. Několik typů oslnivci jsou nyní k dispozici a některé byly použity v boji.

Zůstává možnost použití laseru k oslepení, protože to vyžaduje takové nižší úrovně výkonu a je to snadno dosažitelné v přenosné jednotce. Většina národů však považuje úmyslné trvalé oslepování nepřítele za zakázané ze strany pravidla války (vidět Protokol o oslepujících laserových zbraních ). Ačkoli několik národů vyvinulo oslepující laserové zbraně, například čínské ZM-87, žádný z nich není věřil, že se dostal přes fázi prototypu.

Kromě aplikací, které přecházejí s vojenskými aplikacemi, je široce známé použití laserů pro vymáhání práva lidar k měření rychlosti vozidel.

Pohled na holografickou zbraň

A holografický zaměřovač zbraní používá laserovou diodu k osvětlení a hologram nitkového kříže zabudovaného do plochého skleněného optického okénka zaměřovače. Uživatel se dívá optickým oknem a vidí nitkový kříž nitkový kříž obrázek položený na dálku na zorné pole.[8]

Lékařský

Viz také: Laserová medicína

Průmyslové a obchodní

Lasery používané pro vizuální efekty během hudebního vystoupení. (A laserová světelná show.)
Vyrovnání podlahy z keramických dlaždic laserovým zařízením

Průmyslové laserové aplikace lze rozdělit do dvou kategorií v závislosti na výkonu laseru: zpracování materiálu a zpracování mikro-materiálu.

Při zpracování materiálu se lasery s průměrným optickým výkonem nad 1 kilowatt používají hlavně pro aplikace zpracování průmyslových materiálů. Za touto prahovou hodnotou výkonu existují tepelné problémy související s optikou, která odděluje tyto lasery od jejich protějšků s nižší spotřebou.[9] Laserové systémy v rozsahu 50-300W se používají především pro čerpací, svařování plastů a pájení aplikace. Lasery nad 300 W se používají v tvrdé pájení tenký kov svařování a plech řezání aplikace. Požadovaný jas (měřený produktem parametru paprsku) je vyšší pro řezné aplikace než pro tvrdé pájení a svařování tenkých kovů.[10] Vysoce výkonné aplikace, jako např kalení, opláštění, a hluboko pronikající svařování, vyžadují vícekW optického výkonu a používají se v široké škále průmyslových procesů.

Zpracování mikro materiálu je kategorie, která zahrnuje všechny aplikace pro zpracování laserového materiálu do 1 kilowattu.[11] Použití laserů ve Micro Materials Processing našlo široké uplatnění ve vývoji a výrobě obrazovek pro smartphony, tablety a LED televizory.[12]

Podrobný seznam průmyslových a komerčních laserových aplikací zahrnuje:

Zábava a rekreace

Geodetické a rozsahové

Hlavní článek: Laserový dálkoměr

Při zaměření a konstrukci je laserová úroveň připevněna na stativ, vyrovnána a poté otočena, aby osvětlila vodorovnou rovinu. Projektor laserového paprsku využívá rotující hlavu se zrcadlem pro zametání laserového paprsku kolem svislé osy. Pokud zrcadlo není samonivelační, je vybaveno vizuálně čitelnými libelami a ručně nastavitelnými šrouby pro orientaci projektoru. Pracovník přepravovaný obsluhou je vybaven pohyblivým senzorem, který dokáže detekovat laserový paprsek a vydává signál, když je senzor v jedné linii s paprskem (obvykle slyšitelné pípnutí). Poloha snímače na stupnici umožňuje srovnání výšek mezi různými body v terénu.

Laserová vodováha namontovaná na věži se používá v kombinaci se senzorem na škrabce kolového traktoru v procesu vyrovnávání pozemního laseru, aby se půda (například zemědělská oblast) přiblížila téměř rovině s mírným sklonem pro odvodnění. Úroveň laserové čáry vynalezl v roce 1996 Steve J. Orosz, Jr. [1] Tento typ úrovně nevyžaduje těžký motor k vytvoření iluze čáry z tečky, spíše používá čočku k transformaci tečky do čáry.

Odrazující pták

Laserové paprsky se používají k rozptýlení ptáků ze zemědělské půdy, průmyslových areálů, střech a z letištních drah. Ptáci mají tendenci vnímat laserový paprsek jako fyzickou tyč. Pohybem laserového paprsku směrem k ptákům se vyděsí a odletí. Na trhu jsou ručně ovládané laserové hořáky[15] nebo automatizované roboty[16] automaticky pohybovat laserovým paprskem.

snímky

  • Laserové moduly

  • Laser Q-line

  • Lasery byly použity na koncertě Classical Spectacular v roce 2005

  • Povrch testovaného cíle se okamžitě odpaří a po ozáření vysokovýkonnou kontinuální vlnou vzplane laser na bázi oxidu uhličitého emitující desítky kilowattů daleko infračervený světlo. Všimněte si, že operátor stojí za listy papíru plexisklo, který je v infračervené oblasti neprůhledný.

Viz také

Reference

  1. ^ Wills, Stewart. „Partneři společnosti Cassini Earthbound“. Novinky v oblasti optiky a fotoniky. Optická společnost. Archivováno z původního dne 7. července 2018. Citováno 7. července 2018.
  2. ^ W. Demtröder, Laserová spektroskopie, 3. vyd. (Springer, 2009)
  3. ^ „Kalifornští vědci schopní kontrolovat počasí pomocí laserů - www.express.co.uk“. Archivováno od originálu 23. 10. 2018. Citováno 2018-10-23.
  4. ^ „Muž, který chce ovládat počasí pomocí laserů - www.cnn.com“. Archivováno od originálu 23. 10. 2018. Citováno 2018-10-23.
  5. ^ Duarte FJ, ed. (2009). „Kapitola 9“. Laditelné laserové aplikace (2. vyd.). Boca Raton: CRC Press.
  6. ^ Duarte FJ (2016). "Laditelná laserová mikroskopie". V Duarte FJ (ed.). Laditelné laserové aplikace (3. vyd.). Boca Raton: CRC Press. 315–328. ISBN  9781482261066.
  7. ^ "Thales GLOW". Thalesgroup.com. Archivováno od originálu dne 2012-03-23. Citováno 2011-09-25.
  8. ^ „Mířidla Red Dot / Reflexní mířidla a holosvětla vysvětlena“. ultimak.com. Archivováno z původního dne 2012-12-27. Citováno 2013-07-27.
  9. ^ „Celosvětový trh s lasery - přehled trhu a prognóza 2012“. Neomezené strategie. 5. vydání: 56–85. Leden 2012.
  10. ^ Sparkes, M .; Gross, M .; Celotto, S .; Zhang, T .; O'Neil, W (2008). "Praktické a teoretické výzkumy řezání inertní plynem z nerezové oceli 304 pomocí vláknového laseru s vysokým jasem". Journal of Laser Applications (1042–346 ×): 59–67.
  11. ^ „Celosvětový trh s lasery - přehled trhu a prognóza 2012“. Strategie neomezené. 5. vydání: 86–110. Leden 2012.
  12. ^ „Technologie OLED vysvětlena“. OLED informace. OLED-info.com. Archivováno z původního dne 15. října 2012. Citováno 17. října 2012.
  13. ^ „Cinetyp Hollywood - titulky k filmu, titulky k videu, titulky DVD, překryv filmu, video, film, překrytí, cizí titulky, skryté titulky, otevřené titulky, seznamy spotů“. Cinetyp.com. Archivováno od původního dne 2009-02-28. Citováno 2009-10-11.
  14. ^ „Společnost SM Cinema přidává dalších pět laserových projektorů Christie 6P“. www.christiedigital.com. Archivováno od originálu dne 2017-10-18. Citováno 2016-11-16.
  15. ^ „laserové odstrašující hořáky“. Birdcontrolgroup.com. Archivováno od originálu dne 2016-04-13. Citováno 2016-04-28.
  16. ^ "automatizované laserové roboty na odstrašení ptáků". Birdcontrolgroup.com. Archivováno z původního dne 2016-05-04. Citováno 2016-04-28.

externí odkazy