lasery

U R Z

D Z E N I A L A S E R O W E

Zebrał i opracował - mgr in

. Andrzej Po

wiardowski

Tre

ść

poni

sza mo

e by

wykorzystana wył

cznie na zaj

ciach w Zespole Szkół Ł

czno

ci w Gda

sku

Spis tre

ci:

1. Wst

p.................................................................................................................... 2

2. Wła

ciwo

ci laserowych

ródeł

wiatła ................................................................. 4

3. Podział laserów..................................................................................................... 5

4. Budowa i działanie laserów ................................................................................... 6

4.1. Laser rubinowy .............................................................................................. 6

4.2. Laser gazowy ................................................................................................ 8

4.3. Laser półprzewodnikowy ............................................................................. 10

4.4. Laser neodymowy........................................................................................ 12

5. Zastosowanie laserów......................................................................................... 13

5.1. Zapis i odczyt na płytach CD, DVD, Bluray itp. ............................................ 14

5.2. Drukarka laserowa....................................................................................... 14

5.3. Czytnik kodu kreskowego ............................................................................ 15

5.4. Holografia .................................................................................................... 15

5.5. Medycyna .................................................................................................... 15

5.6. Metrologia.................................................................................................... 17

5.7. Przemysł...................................................................................................... 18

5.8. Komunikacja ................................................................................................ 21

5.9. Inne zastosowania....................................................................................... 22

1. Wst

Nazwa

LASER

wzi

ła si

z angielskiego:

ight

mplification

timulated

mission

adiation,

czyli

Wzmocnienie

wiatła przez Wymuszon

Emisj

Promieniowania.

Laser reprezentuje jedno z najbardziej godnych uwagi osi

gni

ęć

naukowych i technicznych dwudziestego wieku. Od chwili uruchomienia

przez Theodora H. Maimana pierwszego lasera w 1960 roku, nast

pił

gwałtowny rozwój techniki laserowej.

Obecnie laserów u

ywa si

w wielu ró

nych dziedzinach, takich jak:

biologii i medycynie; ł

czno

ci i komunikacji; systemach radarowych

naziemnych, powietrznych i kosmicznych; zdalnym monitorowaniu

rodowiska naturalnego (powietrza, fauny i flory); obróbce materiałów i

przemy

le; ró

nego typu pomiarach i czujnikach, a tak

e w badaniach

naukowych. Na ameryka

skim promie kosmicznym z łatwo

odebra

laserow

, skierowan

do niego z Ziemi z odległo

ci 300

km. Nawet na tak długiej drodze rozszerza si

ona bardzo niewiele. Dzi

swojej spójno

ci, nat

ęŜ

eniu i monochromatyczno

ci laser nadaje si

widowiskowych efektów w dyskotekach i roz

wietlania nieba nad miastami

na specjalne okazje.

Laser jest specyficznym

ródłem

wiatła, zdecydowanie ró

nym od

arz

cych si

arówek,

wiatła fluorescencyjnego itp.

Takie zwyczajne

wiatło, które widzimy jako białe, w rzeczywisto

jest mieszanin

wielu ró

nokolorowych promieni o ró

nych długo

ciach

fali.

Rys. Wi

zka

wiatła białego rozszczepiona za pomoc

pryzmatu

W przeciwie

stwie do tych

ródeł, promieniowanie lasera

charakteryzuje si

wysokim stopniem uporz

dkowania pola

wietlnego,

inaczej nazywanego koherencj

(spójno

)

wiatła. Jest ono

monochromatyczne (jednobarwne), czyli składa si

wył

cznie z promieni

o jednakowej długo

ci fali i jest widoczne w postaci wi

zki o bardzo

czystym kolorze. Oznacza to,

e laser jest

ródłem spójnych fal

optycznych, w przeciwie

stwie do innych

ródeł

wiatła, które generuj

tylko, tzw. "szum optyczny" .

U podstaw działania laserowego generatora fal

wietlnych le

y odkryte

w 1917 r. przez Alberta Einsteina zjawisko tzw. emisji wymuszonej.

dzy emisj

spontaniczn

(samorzutn

), a wymuszon

istniej

ró

nice. Emisja spontaniczna polega na powstaniu pojedynczego fotonu,

natomiast efektem emisji wymuszonej jest zawsze drugi foton (oprócz

fotonu wymuszaj

cego foton wymuszony). Te dwa z kolei fotony mog

wymusi

emisj

dwóch kolejnych itd. Poniewa

emisja wymuszona jest

zjawiskiem rezonansowym, powstaj

ca wi

zka jest idealnie spójna i

jednobarwna, z zakresu widma od podczerwieni do nadfioletu.

2. Wła

ciwo

ci laserowych

ródeł

wiatła

ródła te charakteryzuj

nast

puj

cymi wła

ciwo

ciami:

•

bardzo mały k

t rozbie

ci wi

zki laserowej, rz

rad. Zwykłe

wiatło rozchodzi si

ródła w ró

nych kierunkach. Dlatego

rednica plamy

wiatła latarki na

cianie jest tym wi

ksza, a jasno

ść

tej plamy tym mniejsza, im dalej odsunie si

latark

ciany. Wi

zka

wiatła lasera natomiast nie rozszerza si

i pozostaje spójna nawet na

bardzo długim dystansie.

•

liwo

ść

uzyskiwania ogromnych g

sto

ci mocy w trakcie

ogniskowania wi

zki za pomoc

układów optycznych (obecnie

uzyskuje si

sto

ci rz

du 10

W/cm2);

•

liwo

ść

generacji ró

nych długo

ci fal promieniowania

emitowanego przez lasery, od około 10 nm do ponad 7

•

liwo

ść

polaryzacji liniowej, k

towej lub eliptycznej;

•

liwo

ść

pracy ci

głej lub impulsowej.

3. Podział laserów

Wyró

nia si

nast

puj

ce podstawowe rodzaje laserów:

1. Lasery gazowe

a) laser helowo-neonowy, kryptonowy, ksenonowy, argonowy)

b) laser molekularny CO

c) laser ekscymerowy

2. Lasery cieczowe, tzw. barwnikowe, zawieraj

ce roztwór rodaminy (w

zaniku)

3. Lasery stałe

a) lasery krystaliczne

b) lasery półprzewodnikowe

c) laser tytanowy

d) laser forsterytowy

e) szklano - neodymowy

4. Lasery chemiczne

Rodzajów laserów jest znacznie wi

cej, my omówimy teraz budow

niektórych, bardziej popularnych.

4. Budowa i działanie laserów

Lasery to optoelektroniczne

ródła

wiatła emituj

ce skupion

, spójn

promieniowania elektromagnetycznego o dokładnie okre

lonej

długo

ci fali. Jak ju

wiemy, nazwa laser pochodzi od skrótu angielskich

słów: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation -

wzmocnienie

wiatła wskutek zjawiska emisji wymuszonej.

To wzmocnienie

wiatła mo

na najlepiej wytłumaczy

na przykładzie

lasera rubinowego.

4.1. Laser rubinowy

Laser rubinowy jest laserem krystalicznym składaj

cym si

z kryształu

rubinu w kształcie pr

ta sztucznie wyhodowanego i domieszkowanego

okre

lonymi atomami, podobnie jak w przypadku innych materiałów

półprzewodnikowych (zwykle jest to kryształ korundu z domieszk

jonów

chromu).

Schemat budowy lasera rubinowego: (1) promie

wiatła lasera, (2)

ródło

wiatła białego, (3) Pr

t rubinowy, (4) Zwierciadło, (5) Rezonator

optyczny, (6) Zwierciadło półprzepuszczalne.

Powierzchnie czołowe tego kryształu s

bardzo dokładnie i równolegle

oszlifowane. Na jedn

z nich naparowano warstw

metalu całkowicie

odbijaj

wiatło, a na drug

warstw

lustrzan

półprze

roczyst

, tzn.

tak

, która w jednym kierunku przepuszcza

wiatło lepiej ni

w drugim,

podobnie jak połyskuj

ce złotym kolorem szyby w nowoczesnych

budynkach biurowych lub lustrzane okulary słoneczne.

Odległo

ść

dzy powierzchniami czołowymi kryształu tak dobrano,

by stanowiła całkowit

wielokrotno

ść

długo

ci fal

wietlnych emitowanych

w krysztale rubinu. Cały układ staje si

w ten sposób rezonatorem

optycznym.

Równolegle do tego kryształu zainstalowano ksenonow

lamp

błyskow

. Widmo

wiatła tej lampy jest białe i zawiera wszystkie długo

fal od ultrafioletu do podczerwieni, a wi

c cał

gam

stotliwo

ci.

Do lampy doprowadzono wysokie napi

cie i impulsy wyzwalaj

ce.

Impulsy

wietlne z lampy wzbudzaj

w krysztale rubinu fale

wietlne o

jednej, jedynej cz

stotliwo

ci. Fale takie okre

la si

mianem

monochromatycznych lub koherentnych, czyli spójnych, co oznacza

całkowit

równo

ść

faz. Ulegaj

one wielokrotnemu odbiciu od obu

powierzchni lustrzanych, przez cały czas zasilane „pompowan

” energi

lampy. Powstaje swego rodzaju rezonans, w wyniku którego z

półprze

roczystej powierzchni wychodzi w

ski promie

laserowy. Promie

ten pulsuje z cz

stotliwo

lampy błyskowej. Uzyskuje si

zatem nie

głe

wiatło, lecz seri

błysków

wietlnych.

Taki promie

laserowy to przekształcone

wiatło białe, a jego

nat

ęŜ

enie jest wi

ksze od maksymalnej amplitudy pierwotnego

szerokopasmowego widma, st

d wyst

puj

ce w nazwie okre

lenie

wzmacniania

wiatła. Zachodz

ce podczas tej przemiany skomplikowane

zjawiska wynikaj

z praw mechaniki kwantowej.

4.2. Laser gazowy

W laserach gazowych wła

ciwie nie mo

na mówi

o pobudzeniu

wietlnym. Wzbudzenie lasera nast

puje w wyniku bezpo

redniego

wyładowania elektrycznego w mieszaninie gazów. Zasad

jego działania

na by porówna

do działania

wietlówki.

Widok lasera gazowego małej mocy

Laser gazowy składa si

z rury szklanej z umieszczonymi na jej

powierzchniach czołowych zwierciadłami, tworz

cymi rezonator optyczny

(rysunek).

W laserach z gazem szlachetnym stosuje si

neon, argon, krypton,

ksenon lub mieszanin

neonu i helu (laser neonowo-helowy).

Do wtopionych elektrod przykłada si

wysokie napi

cie.

Przepływaj

cy strumie

elektronowy powoduje silne zderzenia atomów

gazu, które oddaj

c energi

generuj

drgania

wietlne. Podobnie jak w

laserze rubinowym promie

odbija si

od czoła powierzchni lustrzanych,

odpowiednio ukierunkowuje fazowo i wychodzi z półprze

roczystej

powierzchni czołowej w postaci promieniowania o bardzo małej szeroko

pasma, ale tym razem o charakterze ci

głym. Długo

ść

jego fali zale

y od

składu gazu wypełniaj

cego laser. Z laserów z gazem szlachetnym mo

uzyska

moc

wietln

du kilku watów.

W innej odmianie lasera gazowego stosuje si

dwutlenek w

gla CO

W tym przypadku osi

ga si

o wi

ksze moce, ale ba

szklan

stale

trzeba uzupełnia

nowym gazem, a zu

yty odpompowywa

. Ze wzgl

du na

przemian

ej ilo

ci energii trzeba zapewni

w nim skuteczne

chłodzenie.

4.3. Laser półprzewodnikowy

Jak wiemy, w zwykłej postaci dioda LED słu

y jedynie jako

ródło

wiatła do sygnalizacji lub do przedstawiania cyfr i znaków. Staje si

ona

diod

laserow

dopiero po odpowiednim ukształtowaniu zł

cza

półprzewodnikowego w precyzyjnie obrobiony pr

cik długo

ci 300um

(0,3mm) i grubo

ci 40um.

Dioda laserowa emituje promieniowanie ci

głe, a do pracy wymaga

niskiego napi

cia, które w prosty sposób daje si

modulowa

napi

ciem

przemiennym o ró

nej cz

stotliwo

ci. Diody tego typu posiadaj

znaczn

sprawno

ść

energetyczn

(do 50%) i dlatego znajduj

szerokie

zastosowanie.

Pod koniec 2005 roku polscy naukowcy zbudowali niebieskie lasery

półprzewodnikowe ró

nego rodzaju. Sprzedawane s

, głównie za granic

lasery o mocy do 1 W w impulsie i lasery o pracy ci

głej o mocy 100 i 200

mW.

4.4. Laser neodymowy

to najpot

ęŜ

niejsze lasery

wiata - u

ywane przede wszystkim do

badania struktury atomów i reakcji rozszczepienia. Emituj

one pot

ęŜ

impulsy energii w zakresie terawatów - impulsy te jednak s

bardzo krótkie,

krótsze od pikosekundy.

Podstaw

konstrukcji jest szkło z domieszk

neodymu, które emituje

impulsowo promieniowanie podczerwone o długo

ci fali

=1,06 µm

(

wiatło widzialne ma długo

ść

fali mi

dzy 0,38 a 0,78 µm).

Najpot

ęŜ

niejszy laser brytyjski, nazywaj

cy si

"Vulcan", ma moc 50

terawatów (50 i 12 zer), a najwi

kszy w USA, "Nova" - 10 terawatów. W

obu tych laserach o

rodkiem jest szkło.

Laser Vulcan

5. Zastosowanie laserów

Wst

Wraz z pojawieniem si

laserów w pocz

tkach lat sze

ść

dziesi

tych

przepowiadano nast

pienie nowej ery w nauce i technice. Nast

piło jednak

rozczarowanie. Lasery pocz

tkowo nie spełniły pokładanej w nich nadziei.

Z laserami wi

zano mo

liwo

ść

dokładnej obróbki materiałów, wykonywania

otworów w twardych przedmiotach, ci

cia arkuszy blach itp.

Produkowane wtedy lasery miały jednak za mał

moc, aby mogły by

stosowane w przemy

le. Na przykład pierwszy laser gazowy, helowo-

neonowy, zapewnił

redni

moc wyj

ciow

zki

wietlnej mniejsz

mW i nie dopuszczał my

li o wykorzystaniu jej jako narz

dzia

skrawaj

cego. Nadzieje te od

yły dopiero kiedy udało si

skonstruowa

lasery krystaliczne o mocy ponad 1 kW przy pracy ci

głej i o mocy w

impulsie 10

W oraz lasery gazowe o mocy 60 kW przy pracy ci

głej.

Lasery o pracy ci

głej i lasery pracuj

ce impulsowo konkuruj

obecnie z tradycyjnymi obrabiarkami i znajduj

coraz szersze

zastosowanie w wielu ró

norodnych i wyspecjalizowanych operacjach

technologicznych, głównie dzi

ki:

- osi

ganej obecnie du

ej mocy w impulsie

- małym przekroju poprzecznym wi

zki promieniowania

- dokładno

ci z jak

na kontrolowa

i sterowa

jej nat

ęŜ

enie, poło

enie

i czas oddziaływania z materi

Zjawiska fizyczne obserwowane przy obróbce materiałów i spawaniu

za pomoc

zki promieniowania laserowego zwi

zane s

głównie z

procesami cieplnymi.

5.1. Zapis i odczyt na płytach CD, DVD, Bluray itp.

Zapis i odczyt na płytach omówili

my wcze

niej.

5.2. Drukarka laserowa

Układ elektrostatycznego ładowania b

bna pozostawia na jego

powierzchni ujemne ładunki elektrostatyczne. Wi

zka laserowa emitowana

impulsami pada na b

ben zale

nie od wzoru drukowanego rysunku,

zmieniaj

c jego ładunki na dodatnie. Dodatnio naładowane obszary b

bna

przyci

gaj

ujemnie naładowane cz

stki sproszkowanego atramentu

zwanego tonerem. Na przesuwaj

cym si

arkuszu papieru odbija si

toner

i powstaje rysunek.

5.3. Czytnik kodu kreskowego

Kod kreskowy to zestaw cyfr zapisanych w systemie dwójkowym.

Szeroki czarny pasek, lub szeroki biały odst

p oznaczaj

w tym systemie

„1”, natomiast w

ski czarny pasek lub w

ski biały odst

p „0”. Kombinacje

zer i jedynek w układzie dwójkowym odpowiadaj

cyfrom i liczbom z układu

dziesi

tnego. Wi

zka laserowa padaj

c na paski kodu jest odbijana przez

białe odst

py, a pochłaniana przez czarne paski. Odbite promienie s

kierowane na fotodiod

, która rejestruje sygnały.

5.4. Holografia

Jest to wytwarzanie trójwymiarowych obrazów charakteryzuj

cych si

tak

gł

, jak

posiadaj

przedmioty realne. Promienie laserowe

wykorzystane s

zarówno do wytwarzania hologramu, jak i do jego

odczytu. Dowolny fragment, niewa

ne jak mały, mo

e by

wykorzystany do

rekonstrukcji całego obrazu. Jedynym ograniczeniem jest tutaj pogorszenie

rozdzielczo

ci oraz efektów gł

bi w miar

zmniejszania si

, wybranego

do rekonstrukcji, fragmentu hologramu. Coraz wi

ksze znaczenia ma tak

holografia przestrzenna.

5.5. Medycyna

W latach 60. przeprowadzono po raz pierwszy udane próby

wykorzystania lasera rubinowego do koagulacji (przyklejenia) siatkówki

oka. Dzi

znane s

setki ró

nych typów laserów, z których ka

dy w

kszym lub mniejszym stopniu mo

e by

przydatny w diagnostyce lub

terapii medycznej.

Lasery w medycynie mog

wykorzystywane do nast

puj

cych

celów:

- diagnostyki stanu organizmu (lasery diagnostyczne)

- terapii schorze

(lasery stymulacyjne, czyli pobudzaj

ce i

chirurgiczne)

- jako

ródło

wiatła pod

wietlaj

cego pole operacji.

Lasery diagnostyczne, stymulacyjne i o

wietlaj

ce to lasery małej

mocy.

Zadaniem laserów stosowanych w chirurgii jest usuwanie tkanek, a

odbywa si

to na drodze termicznej lub mechanicznej. Lasery te generuj

promieniowanie o znacznie wi

kszych mocach i st

d cz

sto mówi si

nich jako o energetycznych. Charakter oddziaływania promieniowania

laserowego na tkank

zale

y od parametrów promieniowania i własno

tkanki.

Lasery wykorzystywane w oftalmologii słu

Ŝą

do koagulacji siatkówki

(przyklejanie jej do dna oka). Odklejenie si

siatkówki od dna oka mo

nast

samoistnie lub po uderzeniu w głow

. Wi

laserow

do jej sklejania, i tu laser okazuje si

niezast

piony. Laser

nakierowuje si

dokładnie na okre

lony punkt gałki ocznej i wysyła si

krótki impuls

wiatła. Za pomoc

soczewki skupia si

go w miejscu

sklejenia. Tkanka zostaje spalona, skleja si

na mikroskopijnym obszarze,

po czym powstaje blizna, która wzmacnia miejsce sklejenia. Operacja

sklejenia siatkówki jest bezbolesna, gdy

ze wzgl

du na krótki czas trwania

impulsu promieniowania nie zachodz

jeszcze reakcje odruchowe.

Lasery cz

sto s

stosowane tak

e w dermatologii (czyli leczenie

choroby skóry), a tak

e do usuwania niewielkich naczy

krwiono

nych na

powierzchni twarzy, powstałych np. po odmro

eniach.

Lasery charakteryzuj

doskonał

jako

zki. Ich

promieniowanie udaje si

przesyła

wiatłowodami o niewielkiej

rednicy

rdzenia (50 um), dzi

ki temu mo

na ich u

ywa

w trudno dost

pnych

miejscach ciała ludzkiego.

Laser okazuje si

tak

e pomocny w walce z rakiem. W tym

przypadku równie

wykorzystuje si

Ŝą

sto

ść

mocy i małe rozmiary

zki promieniowania laserowego. Mo

na nakierowa

na chore komórki

i zniszczy

je, nie naruszaj

c przy tym zdrowych tkanek.

Promieniowanie niektórych laserów jest silnie pochłaniane przez

wod

. Maj

c typowo powierzchniowe oddziaływanie i doskonale

nadaj

do ci

cia tkanek. Z racji do

ść

precyzyjnego dawkowania energii

i stosunkowo wysokiej cz

sto

ci powtarzania impulsów, prowadzi si

przy

ich pomocy korekcje krzywizny rogówki oka.

Doskonałe wyniki dzi

ki laserom osi

ga si

równie

w stomatologii

(bezbolesne leczenie próchnicy).

5.6. Metrologia

Jako wzorzec długo

ci ustalono w roku 1960 "pomara

czowe"

spontaniczne przej

cie 2p10 > 5d5, w atomie kryptonu 86Kr o długo

ci fali

605,7802105 nm i wzgl

dnej niestało

ci długo

ci fali 3•10-9. Za wzorzec

czasu przyj

to na XIII Generalnej Konferencji Wzorców i Pomiaru w roku

1967, jedno z przej

ść

dzy dwoma poziomami struktury subtelnej stanu

podstawowego atomu cezu 133Cs. Jako sekund

uznano czas trwania 9

192 631 770 cykli wymienionego przej

cia, a jednostk

stotliwo

odpowiednio jako odwrotno

ść

tej wielko

ci. Wzorzec ten zapewnia

wzgl

niestało

ść

stotliwo

ci rz

du 10-13.

Lasery stwarzaj

liwo

ść

poł

czenia obu wzorców (długo

ci i

stotliwo

ci) w jednym przyrz

dzie przy zwi

kszonej dokładno

ci, a

równocze

nie przy ni

szym koszcie i du

ej prostocie obsługi.

W metrologii laser mo

e wyst

powa

nie tylko jako wzorzec czasu i

długo

ci, ale ze wzgl

du na swoje naturalne cechy, znalazł inne

zastosowania metrologiczne, np.:

- w interferencyjnych metodach pomiaru elementów w optyce i

mechanice;

- interferometrii holograficznej;

- interferencyjnych metodach pomiaru przemieszcze

, k

tów,

odległo

ci i pr

dko

ci;

- impulsowych metodach pomiaru odległo

ci i pr

dko

ci w tym

równie

do pomiaru ruchów tektonicznych Ziemi (wykrywanie trz

sie

ziemi);

- metodach pomiaru stanu i ska

rodowiska naturalnego.

W metrologii po raz pierwszy zastosowano laser do pomiaru

odległo

ci do obiektów wojskowych w styczniu 1961 r.

5.7. Przemysł

Najwa

niejszymi odbiorcami rynkowymi technologii laserowej s

przemysły: elektroniczny, samochodowy i lotniczy.

Pierwsze prace w latach 60. i 70. nad wykorzystaniem laserów do

obróbki materiałów prowadzone były w warunkach laboratoryjnych.

Wykorzystano do tego celu stałe lasery impulsowe o energii dochodz

cej

do 100 J w impulsie, które przeznaczono głównie do dr

ąŜ

enia, punktowego

spawania cienkich blach i drutów oraz mikroobróbki cieplnej.

Punktem zwrotnym w dziedzinie laserowej obróbki materiałów było

opracowanie i zbudowanie pod koniec lat sze

ść

dziesi

tych laserów CO

działaniu ci

głym. Lasery przemysłowe o mocach powy

ej 1 kW zacz

ły

ukazywa

w latach siedemdziesi

tych, a ich pojawienie si

na rynku

stworzyło mo

liwo

ść

wykonywania procesu spawania blach stalowych o

grubo

ci kilku mm.

W obróbce materiałów z zastosowaniem laserów wykorzystuje si

głównie termiczne efekty absorpcji promieniowania laserowego.

Oddziaływanie termiczne zaabsorbowanego promieniowania prowadzi do

lokalnego nagrzewania, przetapiania lub odparowania materiału, a w

konsekwencji powoduje zmiany jego struktury, własno

ci b

kształtu w

precyzyjnie obrabianym miejscu.

Obróbk

ciepln

za pomoc

promieniowania laserowego

charakteryzuje łatwo

ść

uzyskiwania na powierzchni obrabianego materiału

ych g

sto

ci mocy promieniowania dochodz

cych do 1018 W/cm2.

Czas oddziaływania impulsu z materiałem mo

e by

od femtosekund

(10-15 s), a

do sekund. Dzi

ki temu temperatur

wymagan

do celów

obróbki lub mikroobróbki uzyskuje w krótkim czasie tylko cienka warstwa

materiału lub nawet grupy atomów, podczas gdy warstwy poło

one dalej

od miejsca obróbki nie zd

ąŜą

nagrza

i pozostaj

chłodne, co pozwala

unikn

ąć

ich odkształce

Lasery pozwalaj

na precyzyjne ci

cie, spawanie, przetapianie,

ąŜ

enie, znakowanie, a tak

e na utwardzanie powierzchni obrabianego

materiału za pomoc

fali uderzeniowej.

Lasery najcz

ęś

ciej wykorzystywane s

w takich procesach jak:

utwardzanie powierzchniowe, spawanie, nasycanie, naparowywanie, ci

cie

i dr

ąŜ

enie otworów.

Lasery umo

liwiaj

precyzyjne zdejmowanie jednej warstwy

atomowej po drugiej, co pozwala na wykorzystanie ich w technologiach

specjalnych, jak np.: litografii laserowej, fotochemii, mikrodr

ąŜ

arkach.

Pozwalaj

ąŜ

w dielektrykach otwory o

rednicy poni

ej 10 um.

Jednym z cz

sto wyst

puj

cych procesów technologicznych w

przemy

le jest ci

cie blach. Do realizacji tego procesu wykorzystuje si

bardzo wydajny laser gazowy - C0

, generuj

cy promieniowanie

podczerwone o długo

ci fali ok. 1,06 um. Wi

promieniowania odbit

zwierciadła i skupion

przez soczewk

kieruje si

na powierzchni

obrabianego materiału (np. arkusza blachy). Proces ci

cia powstaje przy

przesuwaniu detalu wzgl

dem nieruchomej wi

zki. Pod wpływem

promieniowania w materiałach powstaje temperatura wy

sza od

temperatury topnienia tych materiałów. W miejscu stopienia nast

puje

rozdzielenie fragmentów ci

tego detalu. W praktycznych urz

dzeniach

laserowych uzyskuje si

dko

ci ci

cia od około 6 mm/s dla stali

nierdzewnej do ok. 250 mm/s dla tytanu.

Laserowej metodzie ci

cia poddaje si

tylko materiały o małej

przewodno

ci cieplnej. Takie metale jak np. mied

czy aluminium maj

Ŝą

przewodno

ść

ciepln

, o rz

d wielko

ci wi

ksz

tytan, i nie udaje

ich ci

ąć

laserow

, bowiem energia cieplna wydzielana w

miejscu padania i ogniskowania wi

zki jest szybko odprowadzana, co

powoduje ochładzanie miejsca napromieniowanego i trudno

ci w jego

topieniu.

Obróbce przez kruszenie poddaj

materiały o małym

przewodnictwie cieplnym, o du

ej rozszerzalno

ci cieplnej i małej

wytrzymało

ci na rozrywanie. Przewiduje si

e w przyszło

ci mo

liwe

dzie kruszenie skał i dr

ąŜ

enie tuneli. Dodatkow

zalet

takiej metody

ąŜ

enia b

dzie jednoczesne wytyczanie kierunku dr

ąŜ

onego szybu.

Oczywi

cie,

eby wszystko było jasne, nale

y jeszcze wyja

, dlaczego

niektóre materiały p

kaj

w miejscu silnego nagrzania. Otó

, jak wiadomo,

wiele materiałów drewnopodobnych oraz minerałów zawiera wod

zwi

zan

lub wprost wod

krystaliczn

. Intensywne ogrzewanie prowadzi

do wyparowania wody i innych bardziej istotnych składników. Pary

odparowanych substancji wytwarzaj

wewn

trz materiałów du

e ci

nienie,

które prowadzi do mikrop

kni

ęć

i pojawiania si

drobnych szczelin.

W przemysłowych zastosowaniach lasera wykorzystuje si

energi

ciepln

wypromieniowania przez niego wi

zki równie

do zgrzewania,

lutowania i spajania ró

nych detali. W niektórych szczególnych

przypadkach nawet zastosowanie innych technologii ni

laserowej jest

niemo

liwe. Dla przykładu zlutowanie lub zgrzanie elementów zatopionych

w szklanej ba

ce, np. lampie elektronowej, przypadkowo rozł

czonych na

skutek uszkodzenia, mo

e si

odby

tylko przy u

yciu lasera. Wi

promieniowania laserowego kieruje si

przy tym na uszkodzone elementy,

doprowadzaj

c do ich trwałego poł

czenia. Obudowa szklana lampy nie

stanowi przeszkody, gdy

jest przezroczysta i nie pochłania energii wi

zki

laserowej.

5.8. Komunikacja

Laser znajduje zastosowanie równie

w systemach ł

czno

ci i

komunikacji.

Pierwsze zastosowanie lasera w ł

czno

ci polegało na wysłaniu w

kierunku Ksi

ęŜ

yca bardzo silnego impulsu laserowego. Wi

zka po odbiciu

od powierzchni Ksi

ęŜ

yca powróciła na Ziemi

i tu została zarejestrowana.

Stworzyło to mo

liwo

ci badania powierzchni planet w laboratoriach

ziemskich. Z oblicze

wynika,

e promieniowanie laserowego

ródła

wiatła w postaci ci

gów impulsów o energii 10

J i czasie trwania 1 ns o

rozbie

ci wi

zki 1

rad (mikroradian) mo

e by

odebrane na Ziemi z

odległo

ci 10 lat

wietlnych! Antena stacji odbiorczej (reflektor optyczny)

powinna mie

przy tym 30 m

rednicy.

W komunikacji bardzo wa

rol

odgrywaj

wiatłowody.

W miar

jak coraz wi

cej ludzi u

ywa Internetu, telefonu i faksu,

nie zapotrzebowanie na ł

cza telekomunikacyjne. I w tej dziedzinie

lasery s

pomocne. Kable

wiatłowodowe, przewodz

ce sygnały w formie

impulsów

wietlnych o ró

nej intensywno

ci, przenosz

wielokrotnie wi

cej

informacji, ni

tradycyjne miedziane kable telefoniczne.

wiatłowodowych sieciach telekomunikacyjnych pojedyncze włókno

e równocze

nie przesyła

tysi

ce rozmów telefonicznych. Cienkie

szklane włókna przewodz

sygnały w formie impulsów

wiatła lasera.

5.9. Inne zastosowania

Wykorzystuj

c wła

ciwo

ci promieniowania spójnego stosuje si

jeszcze lasery do:

•

wywoływania ró

norodnych reakcji chemicznych,

•

kontroli zanieczyszcze

atmosfery,

•

lasery impulsowe du

ej mocy zastosowano do obserwacji

bardzo odległych wolno przesuwaj

cych si

obiektów jak

chmury, balony, zawiesiny, spaliny z rakiet

•

pomiarów pr

dko

ci przepływów cieczy,

•

automatycznego sterowania i kontroli,

•

miejscowego domieszkowania półprzewodników

•

obróbki materiałów ceramicznych i szklistych,

•

przeprowadzania kontrolowanych reakcji termoj

drowych,

•

rozdzielania izotopów,

•

zapisywania lub odczytywania stanu elektrooptycznych

komórek pami

ciowych,

•

pomiarów małych drga

o amplitudzie rz

du 10

-14

•

pomiarów wielko

ci elektrycznych i holografii,

•

w telewizji przemysłowej i noktowizji

•

laserowe urz

dzenia

yroskopowe (np. w nawigacji)

•

skonstruowano laserow

lask

dla niewidomych