التطبيق العملي لليزر

يمكن اعتبار اختراع الليزر بحق أحد أهم الاكتشافات في القرن العشرين. حتى في بداية تطور هذه التقنية ، تنبأوا بالفعل بتطبيق متعدد الاستخدامات بالكامل ، فمنذ البداية كان احتمال حل مجموعة متنوعة من المشاكل مرئيًا ، على الرغم من حقيقة أن بعض المهام لم تكن مرئية حتى في الأفق في ذلك الوقت.

الطب والملاحة الفضائية والاندماج النووي الحراري وأحدث أنظمة الأسلحة - هذه ليست سوى بعض المجالات التي يتم فيها استخدام الليزر بنجاح اليوم. لنرى أين وجد الليزر تطبيقًا عمليًا ، ونرى عظمة هذا الاختراع الرائع ، الذي يدين بمظهره لعدد من العلماء.

التحليل الطيفي بالليزر

يمكن الحصول على الإشعاع الليزري أحادي اللون من حيث المبدأ بأي طول موجي ، سواء في شكل موجة مستمرة من تردد معين وفي شكل نبضات قصيرة ، تدوم حتى كسور من الفمتوثانية. مع التركيز على العينة قيد الدراسة ، يخضع شعاع الليزر لتأثيرات بصرية غير خطية ، والتي تتيح للباحثين إجراء التحليل الطيفي عن طريق تغيير وتيرة الضوء ، وكذلك إجراء تحليل متماسك للعمليات من خلال التحكم في استقطاب شعاع الليزر.

قياس المسافات إلى الأشياء

شعاع الليزر مناسب للغاية للتوجيه إلى الكائن قيد الدراسة ، حتى لو كان هذا الكائن بعيدًا جدًا ، لأن اختلاف شعاع الليزر صغير جدًا. لذلك ، في عام 2018 ، كجزء من التجربة ، تم توجيه شعاع الليزر من مرصد يونان الصيني إلى القمر. عاكسات Apollo 15 ، التي تم تثبيتها بالفعل على سطح القمر ، عكست شعاع العودة إلى الأرض ، حيث استقبلها المرصد.

من المعروف أن ضوء الليزر ، مثله مثل أي موجة كهرمغنطيسية ، يتحرك بسرعة ثابتة - بسرعة الضوء. أظهرت قياسات وقت مرور الحزمة أن المسافة من المرصد إلى القمر ، في الفترة من 21:25 إلى 22:31 بتوقيت بكين في 22 يناير 2018 ، تراوحت بين 385823.433 إلى 387119600 كيلومتر.

مكتشف مدى الليزر ، لمسافة ليست كبيرة مثل المسافة من الأرض إلى القمر ، يعمل على مبدأ مماثل. يرسل الليزر النبضي شعاعًا إلى كائن تنعكس منه الحزمة. كاشف الإشعاع يتلقى شعاع ينعكس. مع مراعاة الوقت بين بداية الإشعاع واللحظة التي اكتشف فيها الكاشف الحزمة المنعكسة ، وكذلك سرعة الضوء ، تحسب إلكترونيات الجهاز المسافة إلى الكائن.

البصريات التكيفية والتعويض تشويه الغلاف الجوي

إذا لاحظت جسمًا فلكيًا بعيدًا عن الأرض من خلال تلسكوب ، اتضح أن الغلاف الجوي يقدم تشوهات بصرية معينة في الصورة الناتجة لهذا الكائن. من أجل إزالة هذه التشوهات ، يتم استخدام أساليب ما يسمى البصريات التكيفية - يتم قياس التشوهات وتعويضها.

من أجل تحقيق هذا الهدف ، يتم توجيه شعاع ليزر قوي نحو الكائن المرصود ، والذي يخضع ، مثل الضوء البسيط ، للتناثر في الغلاف الجوي ، ويشكل "نجمًا اصطناعيًا" ، وهو الضوء الذي يخرج منه ، في طريق العودة إلى المراقب ، نفس التشوهات البصرية تمامًا في الجزء العلوي طبقات الغلاف الجوي ، وكذلك صورة الجسم الفلكي المرصود.

تتم معالجة معلومات التشويه واستخدامها للتعويض عن التشوه البصري عن طريق ضبط صورة الكائن الفلكي المرصود بشكل مناسب. نتيجة لذلك ، تكون صورة الكائن أكثر "نظيفة".

الحيوية والكيمياء الضوئية

في الدراسات البيوكيميائية حول تكوين البروتينات وعملها ، تكون نبضات الليزر الفائقة القصر ذات مدة الفمتوثانية مفيدة.تتيح هذه البقوليات بدء ودراسة التفاعلات الكيميائية بدرجة عالية من الوقت لإيجاد ودراسة حتى المركبات الكيميائية المنخفضة المعيشة.

عن طريق تغيير استقطاب نبض الضوء ، يمكن للعلماء تحديد الاتجاه اللازم للتفاعل الكيميائي ، من خلال اختيار بعض السيناريوهات المحتملة لتطور الأحداث أثناء التفاعل المحدد بدقة.

مغنطيسية نبضة الليزر

اليوم ، يتم إجراء بحث حول إمكانية حدوث تغييرات فائق السرعة في مغنطة الوسائط باستخدام نبضات الليزر فائقة القصر لمدة قصيرة من الفمتوثانية. حققت بالفعل إزالة المغناطيسية فائقة السرعة عن طريق الليزر في 0.2 بيكو ثانية ، بالإضافة إلى التحكم البصري في التمغنط عن طريق الاستقطاب الضوئي.

تبريد الليزر

أجريت تجارب التبريد بالليزر في وقت مبكر مع أيونات. تم احتجاز الأيونات بواسطة حقل كهرومغناطيسي في فخ أيون ، حيث تم إضاءة هذه الشعاع بواسطة حزمة من ضوء الليزر. في عملية التصادم غير المرن مع الفوتونات ، فقدت الأيونات الطاقة ، وبالتالي تم الوصول إلى درجات حرارة منخفضة للغاية.

بعد ذلك ، تم العثور على طريقة أكثر عملية لتبريد الليزر للمواد الصلبة - التبريد المضاد لـ Stokes ، والذي يتكون مما يلي. كانت ذرة الوسيط ، التي تكون في حالة فوق مستوى الأرض مباشرة (على مستوى الذبذبات) ، متحمسة للطاقة أسفل الحالة المثيرة مباشرة (على مستوى الذبذبات) ، وامتصاصا للذرة الصوتية ، انتقلت الذرة إلى الحالة المثارة. ثم تنبعث الذرة من الفوتون طاقته أعلى من طاقة المضخة ، ويمر في حالة الأرض.

الليزر في النباتات الانصهار

يمكن أيضًا حل مشكلة الاحتفاظ بالبلازما الساخنة داخل مفاعل نووي حراري بالليزر. يتم تشعيع كمية صغيرة من الوقود النووي الحراري من جميع الجوانب لعدة نانوثانية بواسطة ليزر قوي.

يتبخر السطح المستهدف ، مما يؤدي إلى ضغط هائل على الطبقات الداخلية للوقود ، وبالتالي فإن الهدف يتعرض لضغط وضغط فائقين ، وفي درجة حرارة معينة يمكن أن تحدث تفاعلات الاندماج النووي الحراري بالفعل في مثل هذا الهدف المضغوط. التدفئة ممكنة أيضًا باستخدام نبضات ليزر فمتوثانية قوية جدًا.

الملقط البصري القائم على الليزر

تتيح ملاقط الليزر إمكانية معالجة الكائنات العازلة المجهرية باستخدام الضوء من الصمام الثنائي للليزر: يتم تطبيق القوى على الكائنات داخل بضعة نيوتن ، كما يتم قياس مسافات صغيرة من عدة نانومتر. تستخدم هذه الأجهزة البصرية اليوم في دراسة البروتينات وتركيبتها وعملها.

أسلحة الليزر القتالية والدفاعية

في بداية النصف الثاني من القرن العشرين ، تم تطوير الليزر عالي الطاقة بالفعل في الاتحاد السوفيتي والذي يمكن استخدامه كأسلحة قادرة على ضرب الأهداف لصالح الدفاع الصاروخي. في عام 2009 ، أعلن الأمريكيون عن إنشاء ليزر محمول بقوة 100 كيلو وات ، قادر نظريًا على ضرب أهداف جوية وبرية لعدو محتمل.

البصر بالليزر

يتم توصيل مصدر ضوء الليزر الصغير بشكل صارم ببراميل بندقية أو مسدس بحيث يتم توجيه شعاعها بالتوازي مع برميل. عندما يرمي الهدف ، يرى مطلق النار بقعة صغيرة على الهدف بسبب الاختلاف المنخفض لشعاع الليزر.

في الغالب لمثل هذه المعالم ، يتم استخدام الثنائيات الليزرية الحمراء أو الثنائيات الليزرية تحت الحمراء (بحيث لا يمكن رؤية البقعة إلا في جهاز للرؤية الليلية). لمزيد من التباين في ضوء النهار ، يتم استخدام مشاهد الليزر مع المصابيح الليزر الأخضر.

خداع خصم عسكري

يتم توجيه شعاع الليزر منخفض الطاقة نحو المعدات العسكرية للعدو. يكتشف العدو هذه الحقيقة ، ويعتقد أن هناك نوعًا من الأسلحة يستهدفه ، ويُجبر على اتخاذ تدابير عاجلة للدفاع بدلاً من شن هجوم.

قذيفة موجهة بالليزر

من المريح استخدام بقعة منعكسة من حزمة الليزر لتوجيه قذيفة تحلق ، مثل صاروخ يطلق من طائرة. يضيء الليزر من الأرض أو من الطائرة الهدف ، ويتم توجيه القذيفة به. يشيع استخدام الليزر للأشعة تحت الحمراء ، حيث يصعب اكتشافه.

تصلب الليزر

يتم تسخين المساحة السطحية للمعادن بواسطة الليزر إلى درجة حرارة حرجة ، في حين أن الحرارة تخترق عمق المنتج بسبب التوصيل الحراري. بمجرد توقف العمل بالليزر ، يبرد المنتج سريعًا بسبب تغلغل الحرارة في الداخل ، حيث تبدأ الهياكل الصلبة في التكوين ، مما يمنع التآكل السريع أثناء الاستخدام المستقبلي للمنتج.

الليزر الصلب وتلطيف

الصلب هو نوع من المعالجة الحرارية التي يتم فيها تسخين المنتج لأول مرة إلى درجة حرارة معينة ، ثم يتم الاحتفاظ به في درجة الحرارة هذه لفترة معينة ، ثم يتم تبريده ببطء إلى درجة حرارة الغرفة.

هذا يقلل من صلابة المعدن ، ويسهل معالجته الميكانيكية الإضافية ، مع تحسين البنية المجهرية وتحقيق مزيد من التوحيد للمعادن ، يخفف من الضغوط الداخلية. يسمح لك التلدين بالليزر بمعالجة الأجزاء المعدنية الصغيرة بهذه الطريقة.

يتم تنفيذ العطلة من أجل الحصول على ليونة أعلى وتقليل هشاشة المواد مع الحفاظ على مستوى مقبول من قوتها في مفاصل الأجزاء. لهذا ، يتم تسخين المنتج بالليزر إلى درجة حرارة 150-260 درجة مئوية إلى 370-650 درجة مئوية ، تليها التبريد البطيء (التبريد).

التنظيف بالليزر وإزالة التلوث من الأسطح

تستخدم طريقة التنظيف هذه لإزالة الملوثات السطحية من الأشياء والآثار والأعمال الفنية. لتنظيف المنتجات من التلوث الإشعاعي وتنظيف الإلكترونيات الدقيقة. طريقة التنظيف هذه خالية من العيوب المتأصلة في الطحن الميكانيكي ، المعالجة الكاشطة ، معالجة الاهتزاز ، إلخ.

الانصهار الليزر و amorphization

يتم تحقيق تآكل عالي السرعة لسطح السبائك المجهز بحزمة مسح أو نبضة قصيرة بسبب الإزالة السريعة للحرارة ، حيث يتجمد الذوبان ، وهو نوع من الزجاج المعدني ذو صلابة عالية ، ومقاومة التآكل ، وتحسين الخصائص المغناطيسية. يتم اختيار مادة الطلاء المسبق بحيث تكون جنبًا إلى جنب مع المادة الرئيسية لتشكيل تركيبة عرضة للتلف تحت تأثير الليزر.

السبائك بالليزر والتسطيح

إن خلط السطح المعدني بالليزر يزيد من متانته وتآكله.

تتيح لك طريقة تسطيح الليزر تطبيق طبقات سطحية مقاومة للاهتراء. يتم استخدامه في استعادة الأجزاء عالية الدقة المستخدمة في ظروف التآكل المتزايد ، على سبيل المثال ، صمامات ICE وأجزاء المحرك الأخرى. هذه الطريقة متفوقة من حيث الجودة على الاخرق لأن طبقة متجانسة تتشكل هنا مرتبطة بالقاعدة.

رش بالليزر

في الفراغ ، يتم تبخير جزء من المادة بواسطة الليزر ، ثم يتم تكثيف بيانات التبخير على ركيزة خاصة ، حيث تشكل مع منتجات أخرى مادة تحتوي على التركيب الكيميائي الجديد اللازم.

اللحام بالليزر

طريقة واعدة للحام الصناعي باستخدام أشعة الليزر عالية الطاقة ، مما يوفر لحامًا ناعمًا للغاية وضيق وعميق. على عكس أساليب اللحام التقليدية ، يتم التحكم في طاقة الليزر بشكل أكثر دقة ، مما يتيح لك التحكم بدقة في عمق ومعاملات اللحام الأخرى. ليزر لحام قادر على لحام الأجزاء السميكة بسرعة عالية ، تحتاج فقط إلى إضافة طاقة ، والتأثير الحراري على المناطق المجاورة ضئيل. يتم الحصول على أفضل لحام ، وكذلك أي اتصال تم الحصول عليها عن طريق هذه الطريقة.

قطع الليزر

يتيح تركيز الطاقة العالي في حزمة الليزر المركزة قطع أي مادة معروفة تقريبًا ، بينما تكون الضيقة ضيقة والمنطقة المتأثرة بالحرارة ضئيلة للغاية. وفقا لذلك ، لا توجد سلالات كبيرة المتبقية.

الليزر يخدش

للفصل اللاحق إلى عناصر أصغر ، يتم وصف رقائق أشباه الموصلات - يتم تطبيق أخاديد عميقة باستخدام الليزر. هنا ، يتم تحقيق دقة أعلى من عند استخدام أداة الماس.

يتراوح عمق الأخدود من 40 إلى 125 ميكرون ، والعرض يتراوح من 20 إلى 40 ميكرون ، ويبلغ سمك اللوح المعالج من 150 إلى 300 ميكرون. يتم تصنيع الأخاديد بسرعات تصل إلى 250 ملم في الثانية. ناتج المنتجات النهائية أكبر ، الزواج أقل.

النقش بالليزر ووضع العلامات

يتم استخدام النقش والوسم بالليزر في كل مكان تقريبًا في هذا المجال: رسومات الرسم والنقوش وترميز العينات واللوحات ولوحات الأسماء والزخارف الفنية والهدايا التذكارية والمجوهرات والنقوش المصغرة على أصغر المنتجات وأكثرها هشاشة - أصبح ذلك ممكنًا بفضل الليزر الآلي التكنولوجيا.

الليزر في الطب

من المستحيل المبالغة في تقدير مدى تطبيق الليزر في الطب الحديث. تُستخدم أشعة الليزر الجراحية لتخثر شبكية العين المُقشرة ، وتسمح لك مشرطات الليزر بقطع اللحم ، ولحام العظام بالليزر. ليزر ثاني أكسيد الكربون يلحم الأنسجة البيولوجية.

بطبيعة الحال ، فيما يتعلق بالطب ، في هذا الاتجاه ، يتعين على العلماء تحسين وصقل كل عام ، وتحسين تقنية استخدام أشعة ليزر معينة لتجنب الآثار الجانبية الضارة على الأنسجة القريبة. يحدث أن الليزر يشفي مكانًا واحدًا ، لكن له تأثير مدمر على الفور على عضو مجاور أو خلية تسقط بطريق الخطأ.

سمحت مجموعات الأدوات الإضافية ، المصممة خصيصًا للعمل مع الليزر الجراحي ، للأطباء بالنجاح في جراحة الجهاز الهضمي وجراحة القناة الصفراوية والطحال والرئتين والكبد.

إزالة الوشم ، تصحيح الرؤية ، أمراض النساء ، جراحة المسالك البولية ، تنظير البطن ، طب الأسنان ، إزالة أورام المخ والعمود الفقري - كل هذا ممكن اليوم فقط بفضل تقنية الليزر الحديثة.

تكنولوجيا المعلومات والتصميم والحياة والليزر

CD ، DVD ، BD ، التصوير المجسم ، طابعات الليزر ، قارئات الباركود ، أنظمة الأمان (الحواجز الأمنية) ، العروض الخفيفة ، عروض الوسائط المتعددة ، المؤشرات ، إلخ. فقط تخيل كيف سيبدو عالمنا إذا اختفى منه الليزر ...