Как устроен лазер: 404 – Ошибка: 404

Содержание

Открытие и использование лазера

Лазер без преувеличения можно назвать одним из важнейших открытий XX века.

Что такое лазер

Говоря простыми словами, лазер – это устройство, создающее мощный узконаправленный пучок света. Название «лазер» (laser) образовано путём сложения первых букв слов, составляющих английское выражение light amplification by stimulated emission of radiation, что означает «усиление света посредством вынужденного излучения». Лазер создаёт световые лучи такой силы, что они способны прожигать отверстия даже в очень прочных материалах, затрачивая на это лишь доли секунды.

Обычный свет рассевается от источника по разным направлениям. Чтобы собрать его в пучок, используют различные оптические линзы или вогнутые зеркала. И хотя таким световым лучом можно даже разжечь огонь, его энергию невозможно сравнить с энергией лазерного луча.

Принцип работы лазера

В физической основе работы лазера лежит явление вынужденного, или индуцированного, излучения. В чём же его суть? Какое излучение называют вынужденным?

В стабильном состоянии атом вещества имеют наименьшую энергию. Такое состояние считается основным, а все другие состояния – возбуждёнными. Если сравнить энергию этих состояний, то в возбуждённом состоянии она избыточна по сравнению с основным. При переходе атома из возбуждённого состояния в стабильное атом самопроизвольно испускает фотон. Такое электромагнитное излучение называется

спонтанным излучением.               

Если же переход из возбуждённого состояния в стабильное происходит принудительно под воздействием внешнего (индуцирующего) фотона, то образуется новый фотон, энергия которого равна разности энергий уровней перехода. Такое излучение называется вынужденным.

Новый фотон является «точной копией» фотона, вызвавшего излучение. Он имеет такую же энергию, частоту и фазу. При этом он не поглощается атомом. В результате фотонов становится уже два. Воздействуя на другие атомы, они вызывают дальнейшее появление новых фотонов.

Новый фотон излучается атомом под воздействием индуцирующего фотона, когда атом находится в возбуждённом состоянии. Атом, находящийся в невозбуждённом состоянии, просто поглотит индуцирующий фотон. Поэтому, чтобы свет усиливался, необходимо, чтобы возбуждённых атомов было больше, чем невозбуждённых. Такое состояние называется инверсией населённости.

Как устроен лазер

В конструкцию лазера входят 3 элемента:

1.Источник энергии, который называют механизмом «накачки» лазера.

2.Рабочее тело лазера.

3.Система зеркал, или оптический резонатор.

Источники энергии могут быть разными: электрические, тепловые, химические, световые и др.

Их задача – «накачать» энергией рабочее тело лазера, чтобы вызвать в нём генерацию светового лазерного потока. Источник энергии называют механизмом «накачки» лазера. Им могут быть химическая реакция, другой лазер, импульсная лампа, электрический разрядник и др.

Рабочим телом, или лазерными материалами, называют вещества, выполняющие функции активной среды. Собственно в рабочем теле и зарождается лазерный луч. Как же это происходит?

В самом начале процесса рабочее тело находится в состоянии термодинамического равновесия, а большинство атомов – в нормальном состоянии. Для того чтобы вызвать излучение, необходимо подействовать на атомы, чтобы система перешла в состояние

инверсии населённости. Эту задачу и выполняет механизм накачки лазера. Как только новый фотон появится в одном атоме, он запустит процесс образования фотонов в других атомах. Этот процесс вскоре станет лавинообразным. Все образующиеся фотоны будут иметь одинаковую частоту, а световые волны сформируют световой луч огромной мощности.

В качестве активных сред в лазерах используют твёрдые, жидкие, газообразные и плазменные вещества. Например, в первом лазере, созданном в 1960 г., активной средой был рубин.

Рабочее тело помещается в оптический резонатор. Самый простой из них состоит из двух параллельных зеркал, одно из которых полупрозрачное. Часть света оно отражает, а часть пропускает. Отражаясь от зеркал, пучок света возвращается обратно и усиливается. Это процесс повторяется многократно. На выходе из лазера образуется очень мощная световая волна. Зеркал в резонаторе может быть и больше.

Кроме того, в лазерах используют и другие устройства – зеркала, способные менять угол поворота, фильтры, модулятора и др. С их помощью можно изменять длину волны, длительность импульсов и других параметров.

Когда изобрели лазер

В 1964 г. русские физики Александр Михайлович Прохоров и Николай Геннадиевич Басов, а также американский физик Чарлз Хард Таунс стали лауреатами Нобелевской премии по физике, которая была присуждена им за открытие принципа работы квантового генератора на аммиаке (мазера), которое они сделали независимо друг от друга.

Александр Михайлович Прохоров

Николай Геннадиевич Басов

Нужно сказать, что мазер был создан за 10 лет до этого события, в 1954 г. Он излучал когерентные электромагнитные волны сантиметрового диапазона и стал прообразом лазера.

Автор первого рабочего оптического лазера – американский физик Теодор Майман. 16 мая 1960 г. он впервые получил красный лазерный луч, вышедший из красного рубинового стержня. Длина волны этого излучения составляла 694 нанометра.

Теодор Майман

Современные лазеры имеют разные размеры, от микроскопических полупроводниковых, до громадных, размером с футбольное поле, неодимовых лазеров.

Применение лазеров

Без лазеров невозможно представить современную жизнь. Лазерные технологии применяются в самых разных отраслях: науке, технике, медицине.

В быту мы пользуемся лазерными принтерами.

В магазинах применяются лазерные считыватели штрих-кодов.

С помощью лазерных лучей в промышленности возможно проводить обработку поверхностей с высочайшей точностью (резку, напыление, легирование и др.).

Лазер позволил измерить расстояние до космических объектов с точностью до сантиметров.

Появление лазеров в медицине изменило многое.

Трудно представить современную хирургию без лазерных скальпелей, которые обеспечивают высочайшую стерильность и разрезают ткани аккуратно. С их помощью проводят практически бескровные операции. С помощью лазерного луча очищают сосуды организма от холестериновых бляшек. Широко используется лазер в офтальмологии, где с его помощью делается коррекция зрения, лечатся отслоения сетчатки, катаракта и др. С его помощью дробят камни в почках. Незаменим он в нейрохирургии, ортопедии, стоматологии, косметологии и т.д.

В военном деле применяют лазерные системы локации и навигации.

«Как устроен лазер?» — Яндекс.

Кью

L Light Световое

A Amplification by Усиление путем

S Stimulated Стимулированного

E Emission of Испускания

R Radiation Излучения

Если говорить о лазерных станках, их устройство можно поделить на две значимые части:

  1. Лазерный излучатель (сам лазер)
  2. Система транспортировки лазерного луча.

О принципе работы лазера просто и доходчиво читает лекцию Павел Андреевич Викт`ор https://youtu.be/eq_UeRg5gGI доступно даже для абсолютно неподготовленного человека. Просто посмотрите все станет ясно.

Излучатели бывают самых различных типов и назначений. В зависимости от системы накачки и активной среды получают различные длины электромагнитных волн и иные параметры излучения, что определяет назначение лазера в промышленности и быту. О видах лазеров и их назначении можно получить поверхностную информацию на Wikipedia Виды лазеров

Что касается транспортировки лазерного луча, то они делятся на две основные группы:

  1. Гальвосканатор. Принцип работы построен на двух зеркалах с прецизионным (высокоточным) приводом. Каждое зеркало вращается вокруг своей оси, одно зеркало отвечает за ось абсцисс — второе за ось ординат. Зеркала быстро и точно вращаются двигателями в результате луч транспортируется в координаты заданные с помощью ЧПУ. Луч также проходит через фокусирующую F-Theta лизну (точнее комплекс линз — объектив). Посмотреть как изготавливаются линзы можно в этом промо ролике https://youtu.be/Xpca3fnDBbw Такая система используется в 90% для маркировки, гравировки, фотоэрозии материалов, в меньшей степени резки. Системы бывают различных размеров, есть ультра точные гальвосканаторы с небольшим полем обработки 5*5см они используются для создания микросхем, а есть и большие, — используются в текстильной промышленности, например джинсы уже давно не варят, их маркируют лазером (видео https://youtu.be/-8dDp4RMppM)
  2. Портальная система. Такой метод транспортировки луча чаще используется для резки материалов, но и для гравировки тоже. В этой системе сами зеркала неподвижно закреплены на узлах портала который уже и перемещается приводами. Как это работает можно посмотреть здесь https://youtu.be/a73t_Vshg8U

Принципиальные схемы транспортных систем

P.S. Если есть желание получить ликбез по физике просто и доступно, то рекомендую посмотреть уроки на этом канале. Просто, доходчиво и с самого начала. Для детей и их родителей.

Как устроен лазер? | Novosti.Info

Описанные физические идеи позволили советским академикам Н. Г. Басову, А. М. Прохорову и американскому физику Ч. Таунсу в 1954 году, используя возбужденные молекулы аммиака, разработать «мазер» — мощный излучатель радиоволн. Эта выдающаяся научная работа была заслуженно отмечена Нобелевской премией по физике.

А что, если подобным же образом, изменив состав газа, создать и лазер — источник оптического излучения? Для этого различие между спокойным и возбужденным состоянием газовых молекул по количеству запасенной энергии должно быть в точности равно энергии квантов видимого и невидимого света. А для того, чтобы лазер излучал непрерывно, а не короткими, хотя и сильными вспышками, необходимо все время перебрасывать электроны с нижнего уровня на верхний. Ученые никак не могли придумать, как это сделать.

Опытные доказательства квантовых переходов внутри атома, как и разгадка фотоэлектрического эффекта, позволили всем скептикам, в том числе и самому Планку, удостовериться в реальном существовании частиц излучения. Вывод закона излучения не был простой игрой в формулы.

Макс Планк написал в своих биографических заметках, что новые идеи в науке чаще всего побеждают потому, что постепенно умирают защитники старых. Квантовые взгляды самого Планка пришли в физику, к счастью, не столь грустным и длительным путем.

Лазерным лучом приваривают тончайшие проводки к электронным схемам.Лазеры участвуют в операциях, вырезая поврежденные сосуды и участки кожи.

Все вычисления, сделанные по формуле Планка, расчеты энергии квантов или фотонов разных длин волн с высокой степенью точности совпали с экспериментом.

Например, когда квантами определенной энергии облучали атом, для которого было известно энергетическое расстояние между возбужденным и невозбужденным состоянием электрона, электрон всегда послушно перескакивал с одной орбиты на другую, заранее теоретически предсказанную.

Вероятно, именно это обстоятельство и навело ученых на мысль: лучше всех справится с задачей постоянной «переброски» возвратившихся электронов снова с нижнего уровня на верхний… свет, излучаемый самим лазером. Просто надо выпускать из лазера не весь свет — небольшое его количество необходимо вернуть обратно в кристалл для повторного возбуждения электронов.

В 60-х годах нашего столетия были созданы лазеры из различных материалов: из кристаллов рубина с примесью атомов хрома, из стекла с добавками редкоземельных элементов, лазеры газовые, жидкостные, полупроводниковые, химические.

Внешне любой лазер устроен очень просто. Например, кристалл-стержень из рубина обычно окружен трубчатыми лампами-вспышками. Иногда лампа-вспышка изготавливается в виде спирали и надевается на длинный кристалл, напоминая змею, обвивающую трость дрессировщика. С обоих торцов кристалла ставят два зеркала: одно сплошное, другое полупрозрачное.

Слабый свет излучает лазер в первые мгновения. После многократных отражений между зеркалами начинает возбуждаться все больше атомов внутри кристалла. Процесс напоминает лавину в горах, и через доли секунды стремительный поток красного света вырывается сквозь полупрозрачное зеркало. Часть света лазера продолжает раскачиваться между зеркалами, поддерживая непрерывную работу «световой пушки».

Веселый фантазер барон Мюнхгаузен летал верхом на пушечных ядрах и утверждал, что жители Луны воюют друг с другом,восседая на трехглавых гусях. Сколько выдумок подарил бы нам Мюнхгаузен, если бы он хоть раз заглянул в современный оптический телескоп!

Это сравнение не случайно. Лучи света, испускаемые лазером, не только обладают большой энергией и способностью легко сверлить отверстия в стали, пробивать бетонные стены и сваривать самые тугоплавкие материалы. Эти лучи строго параллельны друг другу и мало расходятся в стороны после преодоления очень больших расстояний. Именно поэтому лучи лазера были выбраны для светового выстрела по Луне…

Если на Луну послать пучок радиоволн с помощью, например, радиотелескопа в г. Пущино под Москвой, выполненного в виде зеркальной чаши диаметром 22 метра, то на поверхность естественного спутника Земли попадет лишь небольшая часть сигнала. Пучок радиоволн, пробежав в космосе 300 тысяч километров, расплывается в пятно с поперечником в 30 тысяч километров, намного превышающим размер Луны! Лазер, испускающий невидимые инфракрасные волны, «осветит» на Луне круг диаметром 2—3 километра, а лазерный источник видимых лучей образует пятно еще меньшего размера.

Благодаря этим экспериментам расстояние от Земли до Луны известно с точностью до 10 метров! Прохождению лучей с наземных установок в космос мешает воздушная атмосфера, и ученые задумали установить лазеры на спутниках Земли.

Для измерения расстояния между Землей и Луной советские и французские инженеры использовали именно лазерные лучи. Да и барон Мюнхгаузен, живи он в наше время, несомненно, выбрал бы для путешествия на Луну и для разведывательных полетов в лагерь неприятеля легкий и точный луч лазера…

Источник: Марк Колтун “Мир физики“.

Лазер. Устройство лазера – презентация онлайн

1. Лазер

Подготовили:
ученики 8 класса
«Ульминская РСОШ
имени И.Я.Донцова»
Тяпкин Александр
Марко Геннадий

2. Лазер – это устройство, создающее мощный узконаправленный пучок света. Название «лазер» образовано путём сложения первых букв

слов, составляющих английское выражение light amplification
by stimulated emission of radiation, что означает «усиление света
посредством вынужденного излучения». Лазер создаёт световые
лучи такой силы, что они способны прожигать отверстия даже в
очень прочных материалах, затрачивая на это лишь доли секунды.

3. Как устроен лазер

1.Источник энергии, который называют механизмом
«накачки» лазера.
2.Рабочее тело лазера.
3.Система зеркал, или оптический резонатор.
• Источники энергии могут быть разными: электрические, тепловые,
химические, световые и др. Их задача – «накачать» энергией рабочее
тело лазера, чтобы вызвать в нём генерацию светового лазерного
потока. Источник энергии называют механизмом «накачки» лазера.
Им могут быть химическая реакция, другой лазер, импульсная лампа,
электрический разрядник и др.
• Рабочим телом, или лазерными материалами, называют вещества,
выполняющие функции активной среды. Собственно в рабочем теле
и зарождается лазерный луч
В самом начале процесса рабочее тело находится в
состоянии термодинамического равновесия, а
большинство атомов – в нормальном состоянии. Для того
чтобы вызвать излучение, необходимо подействовать на
атомы, чтобы система перешла в состояние инверсии
населённости. Эту задачу и выполняет механизм накачки
лазера. Как только новый фотон появится в одном атоме,
он запустит процесс образования фотонов в других
атомах. Этот процесс вскоре станет лавинообразным. Все
образующиеся фотоны будут иметь одинаковую частоту, а
световые волны сформируют световой луч огромной
мощности.
• В качестве активных сред в лазерах используют твёрдые, жидкие,
газообразные и плазменные вещества. Например, в первом лазере, созданном в
1960 г., активной средой был рубин.
• Рабочее тело помещается в оптический резонатор. Самый простой из них
состоит из двух параллельных зеркал, одно из которых полупрозрачное. Часть
света оно отражает, а часть пропускает. Отражаясь от зеркал, пучок света
возвращается обратно и усиливается. Это процесс повторяется многократно.
На выходе из лазера образуется очень мощная световая волна. Зеркал в
резонаторе может быть и больше.
• Кроме того, в лазерах используют и другие устройства – зеркала, способные
менять угол поворота, фильтры, модулятора и др. С их помощью можно
изменять длину волны, длительность импульсов и других параметров.
Полупроводниковые
На парах металлов

8. Изобретение лазера В 1964 г стали лауреатами Нобелевской премии по физике, которая была присуждена им за открытие принципа

работы
квантового генератора на аммиаке (мазера), которое они
сделали независимо друг от друга.
Александр
Михайлович
Прохоров
Николай
Геннадиевич
Басов
Чарлз
Хард
Таунс

11. Применение лазера

12. В медицине

13. В военном деле

14. Спасибо за внимание!

Лазерная очистка – ОКБ БУЛАТ

Сегодня широкий спектр систем на основе импульсных лазеров находит свое применение для очистки или удаления покрытий. Лазерное оборудование применяется для удаления слоя краски с деликатных поверхностей, снятия изоляции с проводов, отчистки поверхности, удаления остатков вулканизации резины на пресс-формах для покрышек и пр. Все эти операции в том или ином роде могут быть отнесены к «очистке».

Почему лазерное излучение?

Развитие лазерной очистки произошло под влиянием потребности в неабразивной и безопасной очистке, способной заменить использование химических растворителей и механических абразивных систем.

Одной из ключевых проблем, характеризующих большинство традиционных методов очистки, является повреждение подложки и негативное влияние на окружающую среду. Абразивная очистка повреждает деликатные поверхности и сопровождается большими объемами загрязнения. Использованию же химических растворителей сопутствуют жидкие отходы и потенциально опасные испарения. Подобные проблемы и привели к созданию первых чистящих лазерных систем.

К преимуществам лазерной очистки поверхности относятся следующие:

  1. бесконтактный / неабразивный процесс;
  2. отсутствие химических растворителей или частиц абразива;
  3. снижение объемов загрязнений;
  4. возможность автоматизации;
  5. безопасность.
Тип процесса Взаимодействие с основой Безопасность и экология Автоматизация
Химические растворители Не повреждает Большой объем загрязнений (опасные расстворители), тре­бующий специальной утилизации. Оператору требуются средства защиты. Низкая – Средняя
Пескоструйная обработка Высокая абразивность, не подходит для очистки деликатных поверхностей Большой объем загрязнений (песок, пластиковые гранулы и т.п.). Средняя – Высокая
Очистка сухим льдом Неэффективна для очистки деликатных поверхностей Очень шумная. Опасные испарения. Низкая. Ручная обработка.
Лазерная очистка Не повреждает Низкий объем выбросов (только удаляемый материал) Высокая

Как работает лазерная очистка поверхности

Практически все технологии лазерной очистки основываются на импульсном лазерном излучении, при этом значения выходной мощности, длины волны излучения и параметров самого импульса могут значительно отличаться.

Сверхкороткие импульсы (порядка нано- – микросекунд) с мощностью в несколько миллионов Ватт направляется на очищаемую поверхность. Воздействующая энергия приводит к взрыву загрязнения, часть которого испаряется, а остатки рассеиваются в виде пыли, и могут быть удалены системой фильтрации. Этот процесс повторяется до достижения необходимой глубины снятия. Лазерное излучение поглощается органическими материалами, такими как краска, изоляция или резина. Металлические поверхности, такие как формообразующая для покрышки или медная жила, отражают лазерное излучение. В результате на подложку не оказывается механического, химического или теплового воздействия.

Глубина абляции может контролироваться с точностью до 5-10 мкм, что делает возможным выборочное удаление покрытий. Это особенно важно, если необходимо удалить только часть из многослойной окраски, удалив верхний слой, без повреждения подложки.

Существует целый ряд импульсных лазеров на YAG:Nd, CO2 и диодные. Для очистки поверхности доказывают свою эффективность CO2-TEA лазеры, и до сегодняшнего дня большинство установок по лазерной очистки строится на их основе*.

Применение и экономика

В технологии лазерной очистки можно различить микро-, макро- и крупно-масштабные применения. Что касается стоимости вложений, то они напрямую зависят от требуемой мощности лазера, определяющей, как быстро необходимо производить очистку и каков объем удаляемого материала.

Микро- применение

В электронной индустрии существует потребность в зачистке проводов для проведения приварки или припайки разъемов, клемм или соединителей. Так, изоляция на тонких проводах, таких как плоские, может эффективно удаляться, без повреждения медного проводника. В отличие от механической зачистки, лазер способен удалять изоляцию толщиной от 1 мкм или серебряное покрытие проводника, без воздействия на слой с антикоррозийной защитой. Лазерные установки позволяют выполнять тонкие надрезы и формировать окна на тонких проводах, печатных платах и подобных компонентах с большей точностью и гибкостью, чем механические способы.

На автомобильные тормозные системы или системы охлаждения наносят полиамидные покрытия, защищающие их от износа и коррозии. Для установки выводов необходимо зачищать покрытие на концах трубок. Лазерные системы способны успешно удалять покрытие без повреждения мягкой алюминиевой сердцевины.

Для таких применений бюджет систем начинается от $ 150 000, а производительность системы может достигать скоростей в одно изделие за несколько секунд, в зависимости от удаляемого материала.

Макро- применение

При производстве изделий из резины и при производстве покрышек возникает потребность в очистке форм после того, как форма выполнит несколько сотен изделий. Пресс-формы, в которых происходит остывание, необходимо демонтировать и очищать при помощи механических установок или химических растворителей. Процесс отнимает много времени, а также может повредить дорогую оснастку. Очистка формы для покрышки типового пассажирского автомобиля занимает около восьми машинных часов, и примерно столько же времени уходит на сопутствующие работы. Применение лазера позволяет очищать формы без демонтажа, непосредственно на рабочем станке, при этом, без возможных повреждений. Мобильная лазерная установка способна за 45–60 минут очистить пресс-форму для покрышки, площадь которой составляет немногим меньше 1 м2.

Подобные системы используют пять из десяти крупнейших производителей автопокрышек, каждому из которых такая установка обошлась в $500 000.

В качестве других примеров макро–применений, в том числе мобильных, можно привести удаление краски с аэрокосмических приборов, деталей автомобилей и т.п.

Крупно-масштабные

С начала 1990-х коммерческие и военные самолеты должны регулярно очищаться от краски для проведения D-check проверок и работ по обслуживанию. С увеличением законодательных запретов на применение химических растворителей лазерные технологии могут предложить потенциальную замену. Вместе с этим, лазерная очистка разрабатывается для удаления красок на основе свинца с мостов и корпусов кораблей.

Многочисленные научно-исследовательские проекты совместно с промышленниками и при финансовой поддержке государственных институтов дали неоднозначные результаты. На сегодняшний день лишь небольшое число промышленных лазерных систем используются для снятия краски с деталей самолетов и вертолетов, что доказывает потенциал данной технологии. При этом, шагов к полной зачистке воздушных судов, железнодорожных вагонов или зданий от краски не было сделано до сих пор.

Применяемые в автоматизированных линиях на базе многокиловаттных лазеров решения обходятся в $1 – 2 млн., позволяя очищать 10 – 20 м2/час. Существует также возможность повысить производительность.

Оборудование для лазерной очистки

Из-за многообразия задач и деталей установки по лазерной очистке редко бывают оборудованием «со склада». Ключевым в подобных системах является принцип перемещения луча по детали. В некоторых решениях луч сканируется по поверхности (так например, при очистке пресс-форм, снятии краски), в то время как в других луч остается неподвижным, над перемещающейся деталью (удаление изоляции проводов).

Подготовлено по материалам:
JÖrg Jetter – Laser surface cleaning [ILS]

* Прим. переводчика: Оригинальная статья была опубликована в [ILS] в 2002 году и отражает ситуацию на тот момент времени.

Понимание лазеров: что такое волоконный лазер?

20 декабря О волоконных лазерах

Написано в 13: 35h in Общие by Telesis

В мире лазеров лишь немногие системы, похоже, завоевали популярность среди пользователей так же быстро, как ранние волоконно-лазерные системы.

Это не удивительно. Волоконные лазеры представляют собой значительный скачок по сравнению с тем, что было возможно с более ранними технологиями, такими как первые диодные системы с накачкой, или с установленными методологиями, такими как СО2-лазер.

Но что именно волоконный лазер? 

Для инженеров и ученых волоконный лазер представляет собой устройство, в котором «среда с активным усилением представляет собой оптическое волокно, легированное редкоземельными элементами, такими как эрбий, иттербий, неодим, диспрозий, празеодим, тулий и гольмий».

Но для неинженеров и тех, кто не совсем научен, такое объяснение оставляет желать лучшего.

Итак, давайте объясним.

Волокно вместо газа

Традиционно газ находится в ядре лазера. Например, CO2-лазер – это лазер, в котором используется диоксид углерода, бесцветный газ с плотностью примерно на 60 процентов выше, чем у сухого воздуха. Это позволяет использовать инфракрасный луч с полосами длин волн с центром в 9. 4 и 10.6 микрометров.

Этот уровень луча подходит для резки самых разных материалов. CO2-лазеры также полезны в медицинских ситуациях, таких как хирургия мягких тканей или дерматология.

В отличие от этого, волоконный лазер заменяет газ обычным оптическим волокном, изготовленным из кварцевого стекла. Это волокно затем «легируется», когда к нему добавляется чуть-чуть одного из редкоземельных элементов.

Атомы, составляющие лазерную среду, затем помещаются в это легированное редкоземельными элементами волокно. Когда фотоны испускаются, они заключены внутри этой легированной волоконной сердцевины.

Почему выбирают волоконный лазер?

Идея ограничить фотоны в легированном редкоземельным волокном волокне дает его главное преимущество перед конкурентами: стабильность.

Поскольку волоконный лазер генерирует свой луч внутри сердечника, для доставки луча не требуется сложное или чувствительное оптическое оборудование.

С другой стороны, обычный лазер использует оптическое волокно для перемещения лазерного луча или зеркала, чтобы отражать его. Любой подход работает, но оба требуют чрезвычайно точного выравнивания. Это делает обычные лазеры чувствительными к движению и ударам. И как только все выходит из строя, специалист должен все исправить.

У волоконного лазера такой чувствительности нет. Это стабильно. Волоконный лазер может справиться с ударами, ударами, вибрациями и общим диссонансом на любой сборочной линии.

Есть еще одно преимущество, заключающееся в том, что лазерный луч ограничен сердечником из легированного волокна: он удерживает луч прямым и небольшим. 

Это, в свою очередь, позволяет малым и необходимость фокусировки. Как правило, в лазерах чем меньше точка, создаваемая лучом, тем эффективнее резка.

Еще одним преимуществом является то, что волоконные лазеры являются энергоэффективными.

Волоконный лазер может преобразовать почти 100 процентов входного сигнала, который он получает, в луч, тем самым ограничивая количество энергии, преобразуемой в тепловую энергию. Это означает, что волокно имеет тенденцию оставаться защищенным от теплового повреждения или разрушения.

Все это создает надежный лазер, который практически не требует обслуживания. 

Телесис и волоконный лазер

Волоконные лазеры имеют долгую историю. Они были впервые изобретены Элиасом Снитцером в 1963 году. Но первые коммерческие модели появились на рынке только в конце 1980-х годов.

И Телесис был там.

Нашей первой моделью был лазер на основе иттербиевого волокна. В нем использовался подход, получивший признание в коммуникациях, но Telesis признал, что его можно адаптировать для использования в маркировочных материалах. Это было потрясающее развитие. Этот новый стиль лазерной маркировки был самой передовой технологией своей эпохи. 

Его основной прорыв был связан с его устойчивым характером. Иттербиевый волоконный лазер производил время работы 20,000 часов и выше. Такая успешная технология доказала, что она до сих пор широко используется для маркировки поверхностей. 

Следующим шагом для Telesis стала разработка лазерной системы Vanadate. В этой системе используется кристалл из ванадата (соединение химического элемента ванадия) с волоконно-связанными диодами.  

Лазер Ванадат производит луч очень высокого качества, который может производить необычайно тонкие линии на удивительно широком диапазоне материалов. 

Сегодняшние модели

Сегодня Telesis производит и продает несколько разновидностей не требующих обслуживания лазеров с иттербиевым волокном с модуляцией добротности специально для маркировки.

Наши модели электростанций называются Серия FiberЭти лазеры имеют средние уровни мощности от 10 до 100 Вт и подают мощный лазерный луч прямо на маркировочную головку с помощью гибкого оптоволоконного кабеля в металлической оболочке. 

Волоконно-оптические технологии и прочная механическая конструкция делают лазеры идеально подходящими для промышленных сред, где удары, вибрация и пыль могут оказаться слишком многими другими подходами.

Конструкция волоконно-оптических маркеров серии F позволяет сделать корпус в целом очень маленьким и модульным, что облегчает его интеграцию в различные промышленные приложения. Системы лазерной маркировки серии Fiber обеспечивают лучшую в своем классе надежность MTBF-диода на 100,000 110 часов без требований к водяному охлаждению и только для однофазного питания 220/XNUMX В переменного тока.

Недавно мы выпустили совершенно новую продуктовую линейку, нацеленную на снижение затрат при одновременном повышении скорости производства для производственных клиентов.

Идея позади Импульсная волоконная лазерная маркировочная система с двумя головками Это просто: пусть один человек, использующий только один персональный компьютер, может одновременно управлять несколькими лазерами. 

Тем не менее, несмотря на эту простоту, система Dual Head поддерживает качество луча, которым известны все волоконные лазеры Telesis, а также надежность работы MTBF-диода в 100,000 XNUMX часов. Система Dual Head полностью охлаждается воздухом и питается от однофазной электрической розетки.

Самое главное, что система Dual-Head позволяет легко перейти от более традиционной печати цифровых кодов к современной 2D-матричной печати, которая может кодировать большие объемы данных отслеживания.

Крупные производители видят выгоду. Система с двумя головками была развернута и протестирована на ведущих производителях, таких как Harley-Davidson® Motorcycles и Nissan® Motor Co. Ltd.

Волоконные лазеры следующего поколения

В быстро меняющемся мире технологии волоконных лазеров ни одна компания не может почивать на лаврах. Даже такая компания, как Telesis.

Наш последний прорыв только недавно вошел в производство: Лазерная система на 100 Вт.

Сообщество инженеров давно знает об исключительной мощи 100-ваттных волоконных лазеров. Но люди в C-suite давно знают, что лазерные системы с таким уровнем  власть была слишком дорогой для всех, кроме немногих. Вот почему Telesis поручил нашей команде ученых и инженеров мирового уровня создать доступную версию такой системы.

Примечательно, что они сделали это. 

Наш новый мощный волоконный лазер делает глубокие (0.3 миллиметра) метки за один проход! Благодаря такой скорости и глубине 100-ваттный лазер идеально подходит для таких применений, как создание меток VIN в автомобильной промышленности или идентификаторов деталей для авионики.

Производители взволнованы.  Мы продали три из этих новых волоконных лазерных систем, пока они еще тестировались!

Следующий?

С прорывом 100-ваттного оптоволоконного лазера хочется сказать, что индустрия достигла своего апогея. Чего еще можно ожидать от волоконного лазера?

Мы намерены выяснить.

Наши инженеры знают, что надежная природа волоконно-лазерных машин в сочетании с точным лучом, который они производят, указывают на будущее все более быстрых и менее дорогих маркировочных устройств.

На самом деле, у них уже есть несколько сюрпризов. Так что следите за обновлениями.

В отличие от многих других производителей, Telesis производит самые разные маркировочные машины, используя самые разные технологии. Это первая статья из серии, в которой объясняются различные технологии, которые мы используем, и рассматриваются их преимущества и недостатки в любой конкретной среде.

 

Обсудите ваши потребности маркировки детали с экспертом сегодня  //  Скачать руководство по продукту Telesis

Лазер для всех.

– Базовые знания. Кто такое лазер? Как он устроен, породы, масти, и другое…
Навигация:
Старт – ИнфРаздел – Базовые знания
Понятие

  Лазер. Если дословно перевести на русский и сказать простыми словами – это самоусиливающийся свет. Чтобы понять  принцип действия лазера – не надо быть академиком. Ближе всего к лазеру относится древнее языческое гадание со свечой и зеркалами. Уже в древности мудрецы и пророки знали, что лазер будет помогать им резать пластики и передавать терабайты информации. Они вглядывались в зеркала и гадали – ну когда же… Как это обычно бывает, все произошло случайно. Мышка бежала, хвостиком махнула…
Что-то я сбился с темы.
  Устройство вызывающее лазер в плоскость нашего бытия нарекли лазерным излучателем. Обычно лазерный излучатель представляет собой нечто среднее между молотком и трансклюкатором(выгодно сочетая в себе достоинства обоих – безотказность и неописуемость результата) и состоит из следующих элементов:

  1. Рабочее вещество. То, в чем происходит рождение мириад фотонов заполняющих собой все пространство рабочего вещества. Как и все в этом мире, может представлять собой одну из трех основ мироздания – быть воздухом(газом), водой(да да, водой!) и землей(кристалл либо стекло, твердь всякая, прозрачная).

  2. Возбудитель, четвертая основа – огонь. Может быть разрядом электричества, для возбуждения газа,а может быть лампой сверхъяркой, свет которой подобен сиянию всех звезд разом, ослепляющей слабые очи людские и возбуждающей даже камни на свечение.

  3. Резонатор. То, что есть два зеркала друг напротив друга, лицом к лицу, отныне и вовеки. Благодаря им свет не покидает рабочее вещество, а накапливается в нем, набирая силу и вес.

  4. Квантрон. Этим словом шифруют от непосвященных корпус, который держит в себе все три предыдущих элемента, не дает им распасться и стать мусором обыкновенным(бесполезным, как холодильник на полюсе). В редких случаях все четыре элемента могут быть воссоединены в единое – как газовая лазерная труба, одним видом своим бросающая вызов всем самым смелым картинам абстракционистов.

  5. Лилу. Мила Йовович. Призвана спасти все человечество, но без парня с крепкими орешками, даже ей это не под силу. Однако под тактильным воздействием и при помощи всех 4 элементов – демонстрирует собой самый яркий ПиаР лазерной техники. 

Классификация

  Все существующие на данный момент лазерные устройства делятся на две группы:

  1. Действие которых на вещество приводит к изменению его физического состояния, например, нагреву. Такие лазеры называют технологическими(в лаборатории) или промышленными(на производстве).

  2. Термическое действие которых отсутствует и в основном действие лазера связано с особенностями взаимодействия излучения с молекулярными связями в веществе(резонансное или селективное воздействие). Это информационные лазеры.

  Информационные лазеры имеют к производству достаточно посредственное отношение. Разговор о них – это отдельная тема, которая будет рассмотрена позже(когда я с ними смогу познакомится наощупь). Поэтому дальше продолжим классификацию промышленных лазеров. Они снова делятся на две группы:

  1. Газовые. Названы так, потому что активное вещество газ. Абсолютно вся система генерации лазера заключена в газовую трубу, накидываешь контакты от блока питания – и она в работе. Если выходит из строя – то вся труба разом. Чаще всего встречаются СО2, основной параметр – длина волны – 10,6 мкм. Ну очень маленькая величина. Лазеры этой группы взаимодействуют со всеми органическими веществами и если проще – со всем кроме металла и камня.

  2. Твердотельные. Активное вещество – кристалл. Сперва использовали алюмосиликат бериллия – рубин, сейчас используют итрий-алюминиевый гранат – так называемый ИАГ(хотя произносится Яг)-кристалл. Длина волны – 1,06 мкм. В десять раз меньше чем у газового. Поэтому те вещества которые газовый лазер режет – твердотельный проходит без взаимодействия(как рентген через мышечную ткань), а те вещества которые газовый не в состоянии затронуть – отлично царапает. Металлы и керамика – конек ИАГ-лазеров.

Области применения

  В настоящее время лазеры используются в большинстве отраслей промышленности, науки и народного хозяйства(из учебника). Пятикиловаттный рубин режет вагоны в ПВРЗ, чучело ИАГ-лазера закрывает дыру на стене в лаборатории ХНУРЕ, доярка Машка целит в ведро лазерной указкой привязанной к коровьей сиське(из жизни). Пока наши корабли бороздят галактические просторы и о лазерах пишут книги в таком количестве, что становится жалко джунгли Амазонки и радуешься развитию цифровых носителей информации – в жестоких реалиях Восточной Украины, на стыке веков, лазеры предстают немного в ином свете, чем в букваре.

 

  Кратко перечислим основные области применения технологических лазеров.

 

  Газовые чаще всего применяются для порезки и гравировки пластиков и кожи. Хотя возможны экстравагантные варианты – порезка картона(для изготовления уникальных дизайнерских визиток) или нанесение татуировок на гладкие части тела должников. Превосходно выглядит контурная и векторная гравировка по дереву. Есть профессионалы делающие картины из меха, фигурно порезанного на неповторимые детали. Практически все объемные буквы над магазинами всего подряд(вывески), образцы внутренней рекламы(презентеры и диспенсеры), где огоньки бегают туда-сюда, сюда-туда, увлекло – это результат сборки заготовок порезанных лазером.

  Твердотельные лазеры на 90% представлены установками мощностью до 1кВт, которые способны только гравировать и не в состоянии резать что-либо кроме фольги. Если есть желание резать металл, надо тщательно продумать процесс и выбрать между механообработкой, лазером или плазмой. Гравировка по металлу – номерки, шильды и сувениры. Есть еще одно крайне специфическое направление с использованием твердотельных лазеров – изготовление анилоксовых валов для полиграфии, но эта тема настолько специфична, что для ее рассмотрения здесь не хватит места на сервере и я могу не дожить до Пасхи, раскрыв тайны мастеров этого направления.

 

  Если коротко и просто – лазер заменил собой несколько инструментов, чем позволил упростить некоторые виды технологических процессов. Все тонкости – дальше, глубже в кроличьей норе. Добро пожаловать в удивительный мир лазеров.

Как работают лазеры? | Кто изобрел лазер?

Лазеры — это удивительные мощные световые лучи. достаточно, чтобы подняться в небо на несколько миль или прорезать куски металла. Хотя они кажутся довольно недавними изобретениями, на самом деле они с нами более полувека: теория была разработана в 1958 году; первый практический лазер был построен в 1960 году. В то время лазеры были захватывающие примеры передовой науки: секретный агент 007, Джеймс Бонд был чуть не разрублен пополам лазерным лучом в 1964 году. фильм Голдфингер .Но, кроме злодеев Бонда, никто еще имел представление, что делать с лазерами; как известно, они были описаны как «решение, ищущее проблему». Сегодня у всех нас есть лазеры дома (в CD- и DVD-проигрывателях), в наших офисах (в лазерные принтеры), так и в магазинах, где мы покупаем (в сканеры штрих-кода). Наша одежда вырезается лазером, мы лечим зрение их, и мы отправляем и получаем электронные письма через Интернет с сигналами что лазеры прожигают оптоволоконные кабели. Понимаем ли мы это или нет, все мы целыми днями пользуемся лазерами, но сколько из нас на самом деле понять, что они из себя представляют или как они работают?

Основная идея лазера проста.Это трубка, которая концентрирует свет снова и снова, пока не появляется в действительно мощном луче. Но как именно это происходит? Что происходит внутри лазера? Давайте посмотрим поближе!

Фото: Научный эксперимент по проверке юстировки оптического оборудования с использованием лазерных лучей, проведенных в Центре надводных боевых действий ВМС США (NSWC). Фото Грега Войтко предоставлено ВМС США и Викисклад.

Что такое лазер?

Лазеры — это больше, чем просто мощные фонарики. Разница между обычным светом и лазерным светом подобна разнице между рябь в ванной и огромные волны на море. Вы, наверное, замечали, что если двигать руками вперед-назад в в ванне можно сделать довольно сильные волны. Если вы продолжаете двигать руками в такт волнам, которые вы создаете, волны становятся все больше и больше. Представьте, что вы делаете это несколько миллионов раз в открытом океане. Вскоре над вашей головой будут возвышаться горные волны! Лазер делает нечто подобное со световыми волнами.Он начинается со слабого света и продолжает добавлять все больше и больше энергии, так что световые волны становятся все более концентрированными.

Фото: гораздо проще заставить лазерные лучи двигаться точно по траектории, чем обычные световые лучи. как в этом эксперименте по разработке лучших солнечных батарей. Изображение Уоррена Гретца предоставлено Министерством энергетики США/NREL. (Департамент энергетики/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Если вы хоть раз видели лазер в научной лаборатории, вы наверняка заметили сразу два очень важных отличия:

  • Если фонарик излучает «белый» свет (смесь всех различных цвета, создаваемые световыми волнами всех частот), лазер делает так называемый монохроматический свет (из одного, очень точную частоту и цвет — часто ярко-красный, зеленый или невидимый «цвет», такой как инфракрасный или ультрафиолетовый).
  • Где луч фонарика проходит через линзу в короткий и довольно нечеткий конус, лазер стреляет более плотным и узким лучом по гораздо большее расстояние (мы говорим, что это сильно коллимировано ).

Есть третье важное отличие, которое вы не заметите:

  • Там, где световые волны в луче фонарика все перемешаны (с гребнями одних лучей смешиваются с впадинами других), волны в лазерном света идут точно в ногу: гребень каждой волны совпадает с гребень каждой второй волны.Мы говорим, что лазерный свет когерентен . Думайте о луче фонарика как о толпе пассажиров, толкающихся и толкающихся, толкающихся вниз по перрон вокзала; для сравнения, лазерный луч подобен парад солдат, все маршируют точно в ногу.

Эти три вещи делают лазеры точными, мощными и удивительно полезными лучами энергии.

Как лазеры излучают свет?

Если вы хотите узнать о лазерах столько подробностей, сколько вам нужно, можете не читать. или пропустите страницу ниже к типам лазеров.В этом разделе те же пункты из поля выше рассматриваются более подробно, и еще немного “теоретически”.

Вы часто читаете в книгах, что “лазер” означает для усиления света за счет стимулированного излучения. Это сложный и запутанный глоток, но если вы медленно разберете его, это на самом деле очень четкое объяснение того, как лазеры делают свои сверхмощные лучи света.

Спонтанное излучение

Начнем с «R» лазера: излучение.Излучение лазеров не имеет ничего общего с опасным радиоактивность , вещество, которое заставляет счетчики Гейгера щелкать, что атомы извергаются, когда они разбиваются вместе или развалиться. Лазеры производят электромагнитное излучение, как обычный свет, радиоволны, рентгеновские лучи и инфракрасное излучение. Несмотря на то что он по-прежнему производится атомами, они производят («излучают») его совершенно по-другому, когда электроны прыгают вверх и вниз внутри них. Мы можем подумайте об электронах в атомах, сидящих на энергетических уровнях, которые немного как ступеньки на лестнице.В норме электроны располагаются на самом нижнем возможный уровень, который называется основным состоянием атома. Если вы стреляете затрачивая нужное количество энергии, вы можете сдвинуть электрон вверх уровне, на следующую ступеньку «лестницы». Это называется поглощение и в новом состоянии мы говорим атома возбуждает — но он также нестабилен. Он очень быстро возвращается в основное состояние испуская энергию, которую он поглотил в виде фотона (частица света). Мы называем этот процесс спонтанным излучением излучение: атом испускает свет (излучает излучение) всеми сам (спонтанно).

Фото: Самопроизвольное излучение — при свечах.

От свечей до лампочек, от светлячков до карманных фонариков, все обычные формы света работают в процессе спонтанного излучения. В свече горение (химическая реакция между кислородом и горючим, в данном случае воском) возбуждает атомы и делает их нестабильными. Они излучают свет, когда возвращаются в исходное (основное) состояние. Каждый фотон, произведенный спонтанным излучением внутри пламени этой свечи, отличается от любого другого фотона, поэтому существует смесь различных длин волн (и цветов), создающая «белый» свет.Фотоны возникают в случайных направлениях, с волнами, которые не идут в ногу друг с другом («не в фазе»), поэтому свет свечи намного слабее, чем лазерный свет.

Вынужденное излучение

Обычно типичный пучок атомов имеет больше электроны в основном состоянии, чем в возбужденном, это одна из причин, по которой атомы не излучают свет спонтанно. Но что, если мы возбудим эти атомы — накачаем их энергией — так их электроны находились в возбужденном состоянии. В этом случае «население» возбужденных электронов было бы больше, чем “население” в их основных состояниях, так что было бы много электроны, готовые и желающие производить фотоны света.Мы называем это ситуация инверсия населения , потому что обычное состояние дела в атомах меняются местами (инвертируются). Теперь предположим а также то, что мы могли поддерживать наши атомы в этом состоянии некоторое время. в то время как они не автоматически прыгали обратно на землю состояние (временно возбужденное состояние, известное как метастабильное состояние ). состояние ). Тогда мы найдем что-то действительно интересное. Если бы мы стреляли фотон с нужной энергией через нашу кучу атомов, мы заставили бы один из возбужденных электронов прыгнуть обратно на свое основное состояние, испуская как фотон, который мы выпустили, так и фотон вызвано изменением состояния электрона.Потому что мы стимулируя атомы получать из них излучение, этот процесс называется вынужденным излучением . Мы получаем два фотона после вставляя один фотон, эффективно удваивая наш свет и усиливая это (увеличение). Эти два фотона могут стимулировать другие атомы к испускать больше фотонов, так что довольно скоро мы получаем каскад фотонов — цепная реакция — выбрасывание блестящего луча чистого, когерентного свет лазера. Здесь мы усилили свет с помощью стимулированного испускание излучения — отсюда и название лазера.

Рисунок: Как работают лазеры в теории: Слева: Поглощение: энергия огня (зеленый) в атом, и вы можете перевести электрон (синий) из его основного состояния в возбужденное состояние, что обычно означает отталкивание его дальше от ядра (серый ). Середина: спонтанное излучение: возбужденный электрон естественным образом возвращается в свое основное состояние, испуская квант (пакет энергии) в виде фотона (зеленое покачивание). Справа: Стимулированное излучение: запустив фотон рядом с группой возбужденных атомов, вы можете вызвать каскад идентичных фотонов. Один фотон света запускает многие, так что здесь мы имеем усиление света (создание большего количества света) за счет стимулированного излучения (электромагнитного) излучения — ЛАЗЕР!

Чем отличается лазерный свет?

Если так лазеры излучают свет, то почему они делают единый цвет и когерентный луч? Это сводится к представление о том, что энергия может существовать только в виде фиксированных пакетов, каждый из которых называется квантом . Это немного похоже на деньги. Вы можете иметь только деньги, кратные самой базовой единице вашей валюты, которая может быть цент, пенни, рупия или что-то еще.Вы не можете иметь десятую часть цент или двадцатая часть рупии, но вы можете иметь 10 центов или 20 рупий. То же самое относится и к энергии, и это особенно заметно внутри атомов.

Подобно ступеням лестницы, энергетические уровни в атомах находятся в фиксированных местах с промежутками между ними. Ты на лестницу нельзя ставить ногу, только на ступеньки; И в точно так же вы можете только перемещать электроны в атомах между фиксированные энергетические уровни. Чтобы совершить прыжок электрона с нижнего на более высокий уровень, вы должны ввести точное количество (количество) энергия, равная разнице между двумя энергетическими уровнями.Когда электроны возвращаются из своего возбужденного состояния в основное, они выделяют такое же, точное количество энергии, которое форма фотона света определенного цвета. Вынужденное излучение в лазерах заставляет электроны производить каскад идентичных фотонов — идентичных по энергии, частоте, длине волны — и это почему лазерный свет монохроматичен. Произведенные фотоны эквивалентны световым волнам, гребни и впадины которых совпадают (другими словами, они «в фазе») — и это то, что делает лазерный свет когерентным.

Типы лазеров

Фото: Лазеры — как мы их знаем: это лазер и линза, которые сканируют диски внутри проигрывателя компакт-дисков или DVD-дисков. Маленький круг в правом нижнем углу — это полупроводниковый лазерный диод, а большой синий круг — это линза, которая считывает свет от лазера после того, как он отражается от блестящей поверхности диска.

Так как мы можем возбудить много разных атомов разными способами, мы можем (теоретически) создать много различных типов лазеров.На практике существует лишь несколько распространенных видов, из которых пять наиболее известных: твердотельные, газообразные, жидкие красители, полупроводники и волокно.

Твердые тела, жидкости и газы — это три основных состояния материи, которые дают нам три разных типа лазеров. Твердотельные лазеры как те, что я проиллюстрировал выше. Среда представляет собой что-то вроде рубиновый стержень или другой твердый кристаллический материал и импульсная лампа, обернутая вокруг него перекачивают свои атомы, полные энергии. Для эффективной работы необходимо твердое тело должно быть легировано , процесс, который заменяет некоторые из атомы твердого тела с ионами примесей, придавая ему в самый раз уровни энергии для создания лазерного излучения определенной, точной частота.Твердотельные лазеры производят мощные лучи, обычно очень короткими импульсами. Газовые лазеры , напротив, производят непрерывные яркие лучи с использованием соединений благородных газов (в так называемые эксимерные лазеры) или углекислый газ (CO2) в качестве среды, накачивается электричеством. СО2 лазеры мощные, эффективные и обычно используются в промышленная резка и сварка. Лазеры с жидким красителем используют раствор молекул органических красителей как среда, накачиваемая чем-то как дуговая лампа, лампа-вспышка или другой лазер.Их большое преимущество заключается в том, что их можно использовать для получения более широкой полосы световых частот, чем твердотельные и газовые лазеры, и они могут даже быть «настроенным» для воспроизведения различных частот.

Несмотря на то, что твердотельные, жидкостные и газовые лазеры большие, мощные и дорогие полупроводниковые лазеры дешевые, крошечные, похожие на чипы устройства, используемые в таких вещах, как проигрыватели компакт-дисков, лазерные принтеры, и сканеры штрих-кода. Они работают как нечто среднее между обычным Светодиод (LED) и традиционный лазер. Подобно светодиоду, они излучают свет, когда электроны и «дырки» (по сути, «недостающие» электроны”) прыгают и соединяются; как лазер, они генерируют когерентный монохроматический свет. Вот почему они иногда называются лазерными диодами (или диодными лазерами). Вы можете прочитать больше о них в нашей отдельной статье о полупроводниках лазерные диоды.

Наконец, волоконных лазеров творят чудеса внутри оптических волокон; по сути, легированный оптоволоконный кабель становится усиливающая среда.Они мощные, эффективные, надежные и упростите передачу лазерного излучения туда, где это необходимо.

Для чего используются лазеры?

… никто из нас, кто работал над первыми лазерами, не представлял себе, сколько применений может быть в конечном итоге… Люди, участвующие в этом, движимые главным образом любопытством, часто не имеют ни малейшего представления о том, к чему приведут их исследования.

Чарльз Таунс, Как появился лазер, 1999.

Когда Теодор Мейман разработал первый практический лазер, мало кто осознавал, насколько важными будут эти машины в итоге стать. Goldfinger , фильм о Джеймсе Бонде 1964 года, предложил дразнящий взгляд на будущее, в котором промышленные лазеры могли прорезать как по волшебству все на своем пути — даже секретных агентов! Позже в том же году, сообщая о награде Нобелевской премии по физике пионеру лазеров Чарльзу Таунсу, The New York Times предположил, что «лазерный луч может, например, нести все радио- и телепрограммы мира плюс несколько сто тысяч телефонных звонков одновременно.Это использовано широко используется для определения дальности и слежения за ракетами». столетие спустя, подобные приложения — точные инструменты, цифровые связь и оборона — остаются одними из наиболее важных применений лазеры.

Фото: каждый раз, когда он печатает документ, лазерный принтер на вашем столе занят стимулируя миллионы атомов! Лазер внутри него используется для рисования очень точного изображения страницы, которую вы хотите напечатать, на большом барабане, который собирает активные чернила (тонер) и переносит их на бумагу.

Инструменты

Режущие инструменты на основе CO2-лазеров широко используются в промышленности: они точны, легко автоматизируются и, в отличие от ножей, никогда не нуждаются в заточке. Там, где когда-то вручную вырезали куски ткани, делать вещи, как джинсы из денима, теперь ткани рубятся на лазеры с роботизированным наведением. Они быстрее и точнее, чем люди и может разрезать несколько толщин ткани одновременно, что улучшает эффективность и производительность. Одинаковая точность одинаково важна в медицине: врачи регулярно воздействуют на тела своих пациентов лазерами.для всего, от взрыва раковых опухолей и прижигания кровеносных сосудов до устранение проблем со зрением у людей (лазерная хирургия глаза, исправление отслоение сетчатки и лечение катаракты включают лазеры).

Фото: Хирург-офтальмолог проводит операцию LASIK. Фото Ларри А. Симмонса предоставлено ВВС США.

Связь

Лазеры составляют основу всех видов Цифровые технологии 21 века. Каждый раз, когда вы проводите покупки через сканер штрих-кода продуктового магазина, вы используете лазер для преобразования напечатанного штрих-кода в число, которое может использовать кассовый компьютер понимать.Когда вы смотрите DVD или слушаете CD, полупроводниковый лазерный луч отражается от вращающегося диска, чтобы преобразовать его напечатанный преобразование данных в числа; компьютерный чип преобразует эти числа в кино, музыку и звук. Наряду с волоконно-оптическими кабелями лазеры широко используются в технологии под названием фотоника — с использованием фотонов света для связи, например, для отправки огромных потоков данные туда и обратно через Интернет. В настоящее время Facebook экспериментирует с использованием лазеров (вместо радиоволн), чтобы улучшить связь с космосом. спутников, что может привести к более высокой скорости передачи данных и значительно улучшенный доступ в Интернет в развивающихся странах.

Фото: Будущее за лазерным оружием? Это система лазерного оружия ВМС США (LaWS), которая была испытана на борту USS Ponce в 2014 году. Нет дорогих пуль или ракет с такой лазерной пушкой, только бесконечный запас яростно направленной энергии. Фото Джона Ф. Уильямса предоставлено ВМС США и Викисклад.

Оборона

Военные долгое время были одним из крупнейших пользователей этой технологии, главным образом, в оружии и ракетах с лазерным наведением.Несмотря на свою популяризацию в кино и на телевидении, научно-фантастическая идея лазерное оружие, способное разрезать, убить или ослепить врага, оставалось фантастическим до середины 1980-х гг. В 1981 году The New York Times зашла так далеко, что процитировала одну «военный эксперт по лазерам», говоря: «Это просто глупо. больше энергии, чтобы убить одного человека лазером, чем уничтожить ракеты.” Двумя годами позже лазерное оружие большой дальности официально стал краеугольным камнем президента США Рональда Рейгана. спорная Стратегическая оборонная инициатива (СОИ), более известная как «Программа Звездных войн».Первоначальная идея заключалась в использовании космических, Рентгеновские лазеры (среди прочих технологий) для уничтожения наступающего противника ракет до того, как они успели нанести урон, хотя по плану постепенно прекратила свое существование после распада Советского Союза и конца холодная война.

Тем не менее, военные ученые продолжают трансформировать лазерные ракеты из научной фантастики в реальность. ВМС США впервые начали испытания LaWS (Laser Weapon System) на борту корабля USS Ponce в Персидском заливе в 2014 году.Использование твердотельных лазеров с накачкой светодиоды, он был предназначен для повреждения или уничтожения техники противника более дешевле и точнее, чем обычные ракеты. Испытания оказались успешными, и флот объявила о заключении контрактов на создание дополнительных систем LaWS в 2018 году. Тем временем продолжается разработка космических лазеров, хотя ни один из них еще не развернут.


Фото: Ученые из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии разработали самый мощный в мире лазер National Ignition Facility (NIF) для ядерных исследований.Размещенный в 10-этажном здании, занимающем площадь размером с три футбольных поля, он использует 192 отдельных лазерных луча для обеспечения мощности до 500 триллионов ватт. (в 100 раз больше энергии, чем любой другой лазер), генерирующий температуры до 100 миллионов градусов. NIF стоит в общей сложности 3,5 миллиарда долларов и, как ожидается, будет способствовать проведению передовых ядерных исследований в течение следующих 30 лет. Слева: один из двойных лазерных отсеков в Национальном центре зажигания. Справа: как это работает: лучи лазера концентрируются на небольшой топливной таблетке в камере, создавая высокие температуры (как в глубинах звезд).Идея состоит в том, чтобы произвести ядерный синтез (заставить атомы соединяться вместе) и высвободить огромное количество энергии. Фото: Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса.

Что такое лазер? | Космическое пространство НАСА – Наука НАСА для детей

Краткий ответ:

Лазер производит очень узкий пучок света, который используется во многих технологиях и инструментах. Буквы в слове лазер означают L свет A усиление на S стимулированное E миссия R излучение.

Буквы в слове лазер означают L свет A усиление S стимулирование E миссия R излучение. Лазер — необычный источник света. Это сильно отличается от лампочки или вспышки. Лазеры производят очень узкий пучок света. Этот тип света полезен для многих технологий и инструментов, даже для тех, которые вы можете использовать дома!


Как работает лазер?

Свет распространяется волнами, и расстояние между вершинами волны называется длиной волны .

Каждый цвет света имеет свою длину волны. Например, синий свет имеет более короткую длину волны, чем красный свет. Солнечный свет — и типичный свет от лампочки — состоит из света с разными длинами волн. Наши глаза видят эту смесь длин волн как белый свет.

На этой анимации показаны различные длины волн солнечного света. Когда все разные длины волн (цвета) объединяются, получается белый свет. Изображение предоставлено: НАСА

.

Лазер отличается.Лазеров в природе не бывает. Однако мы придумали способы искусственного создания этого особого типа света. Лазеры производят узкий пучок света, в котором все световые волны имеют очень близкие длины волн. Световые волны лазера движутся вместе, их вершины выстраиваются в линию, или в фазе . Вот почему лазерные лучи очень узкие, очень яркие и могут быть сфокусированы в очень маленькое пятно.

Эта анимация представляет собой изображение синфазных лазерных световых волн.Изображение предоставлено: НАСА

.

Поскольку лазерный луч остается сфокусированным и не сильно рассеивается (как фонарик), лазерные лучи могут перемещаться на очень большие расстояния. Они также могут концентрировать много энергии на очень небольшой площади.

Эта анимация показывает, как лазер может сфокусировать весь свой свет в одной маленькой точке. Авторы и права: НАСА

Лазеры имеют множество применений. Они используются в прецизионных инструментах и ​​могут резать алмазы или толстый металл. Они также могут быть разработаны для помощи в деликатных операциях.Лазеры используются для записи и извлечения информации. Они используются в коммуникациях и для передачи телевизионных и интернет-сигналов. Мы также находим их в лазерных принтерах, сканерах штрих-кода и DVD-плеерах. Они также помогают делать детали для компьютеров и другой электроники.

Лазеры также используются в приборах, называемых спектрометрами. Спектрометры могут помочь ученым выяснить, из чего состоят вещества. Например, марсоход Curiosity использует лазерный спектрометр, чтобы увидеть, какие химические вещества содержатся в определенных породах на Марсе.

Это изображение марсианской почвы до (слева) и после (справа) ее уничтожения лазерным прибором ChemCam марсохода Curiosity. Проделывая крошечные отверстия в марсианской почве и камне, ChemCam может определить, из чего сделан материал. Изображение предоставлено: NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/IRAP/LPGN/CNRS

.

миссии НАСА использовали лазеры для изучения газов в атмосфере Земли. Лазеры также использовались в инструментах, которые отображают поверхности планет, лун и астероидов.

Ученые даже измерили расстояние между Луной и Землей с помощью лазеров! Измеряя количество времени, которое требуется лазерному лучу, чтобы добраться до Луны и обратно, астрономы могут точно сказать, как далеко она находится!

Как работает лазер | Охрана окружающей среды и безопасность


Электромагнитный спектр и квантовая энергия

Электромагнитный спектр состоит из полного диапазона частот от радиоволн до гамма-лучей.Все электромагнитное излучение состоит из фотонов, которые представляют собой отдельные квантовые пакеты энергии. Например, бытовая лампочка излучает около 1 000 000 000 000 000 000 000 фотонов света в секунду! В этом курсе нас будет интересовать только та часть электромагнитного спектра, в которой работают лазеры, — инфракрасное, видимое и ультрафиолетовое излучение.

Имя Длина волны
Ультрафиолет 100–400 нм
Видимый 400–750 нм
Ближний инфракрасный диапазон 750 нм – 3000 нм
Дальний инфракрасный порт 3000 нм – 1 мм

Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии за открытие и интерпретацию формулы – E=mc 2 – верно? Неправильно.

Он получил Нобелевскую премию за объяснение явления, называемого фотоэлектрическим эффектом. Когда свет (электромагнитная энергия) падает на металлическую поверхность в вакууме, он может высвобождать электроны с этой поверхности. Эти электроны можно обнаружить как ток, протекающий в вакууме к электроду. Однако свет не всегда был достаточно сильным, чтобы вызвать этот эффект. Когда ученые сделали свет ярче, увеличения количества электронов не наблюдалось. Только когда они изменили цвет света (длину волны), они увидели изменение фотоэмиссии электронов.Это было объяснено Эйнштейном с помощью теории, согласно которой свет состоит из фотонов, каждый из которых имеет дискретный квант энергии, пропорциональный их длине волны. Чтобы электрон освободился от поверхности металла, ему нужен фотон с достаточной энергией, чтобы преодолеть энергию, связывающую его с атомом. Таким образом, если бы свет стал ярче, это дало бы больше фотонов, но ни у кого из них не хватило бы энергии, чтобы освободить электрон. Свет с более короткой длиной волны состоял из фотонов с более высокой энергией, которые могли обеспечить необходимую энергию для освобождения электрона.Теперь вы спросите: «Какое, черт возьми, представление о квантовой энергии имеет отношение к лазеру?». Что ж, с этим фоном за плечами мы продолжим.


Лазерные компоненты

Лазерная среда

Вещество, которое при возбуждении энергией излучает свет во всех направлениях. Вещество может быть газом, жидкостью или полупроводниковым материалом.

Механизм возбуждения или энергетический насос

Механизм возбуждения лазера — это источник энергии, используемый для возбуждения активной среды.Обычно используются следующие механизмы возбуждения: электричество от источника питания, лампы-вспышки, лампы или энергия другого лазера.

Оптическая полость

Оптический резонатор используется для отражения света от лазерной среды обратно в себя. Обычно он состоит из двух зеркал, по одному на каждом конце лазерной среды. Когда свет отражается между двумя зеркалами, его сила увеличивается, что приводит к усилению энергии от механизма возбуждения в виде света. Выходной ответвитель лазера обычно представляет собой частично прозрачное зеркало на одном конце лазерной среды, которое позволяет части света покинуть оптический резонатор и использовать его для создания лазерного луча.


Как это работает

Лазерная среда обычно излучает фотоны в определенных спектральных линиях при возбуждении источником энергии. Длина волны определяется различными квантовыми уровнями или энергетическими состояниями материала. Обычно большинство атомов в среде находятся в основном состоянии.Некоторый небольшой процент будет существовать и при более высоких энергиях. Обычно эти более высокие энергетические состояния нестабильны, и электроны почти сразу высвобождают эту избыточную энергию в виде фотонов и возвращаются в основное состояние. В некоторых материалах, особенно в тех, которые выбраны в качестве среды генерации, возможно метастабильное состояние, когда атом или молекула какое-то время остаются в возбужденном состоянии.

Энергия подается в лазерную среду системой накачки энергии. Эта энергия запасается в виде электронов, захваченных на метастабильных энергетических уровнях.Накачка должна вызвать инверсию населенностей (т. Е. Больше атомов в метастабильном состоянии, чем в основном состоянии), прежде чем может произойти лазерное воздействие.

Когда достигается инверсия населенностей, спонтанный распад нескольких электронов с метастабильного энергетического уровня на более низкий энергетический уровень запускает цепную реакцию. Спонтанно излучаемые фотоны будут сталкиваться (не поглощаясь) с другими атомами и стимулировать их электроны к переходу с метастабильного энергетического уровня на более низкие энергетические уровни, испуская фотоны с точно такой же длиной волны, фазой и направлением.

Это действие происходит в оптическом резонаторе. Когда фотоны, которые распадаются в направлении зеркал (большинство из них теряется — лазеры не так эффективны, как можно было бы предположить), достигают конца лазерного материала, они отражаются обратно в материал, где продолжается цепная реакция и количество фотоны увеличиваются. Когда фотоны достигают частично отражающего зеркала, только часть фотонов отражается обратно в резонатор, а остальная часть появляется в виде лазерного луча.

Теперь, когда мы знаем основы, давайте обсудим типы и классификации лазеров.

<<Предыдущий раздел            Следующий раздел>>                                                   

Лазерный свет уровня

| Как работает лазер

Часто, когда упоминается термин «лазер», разум представляет луч света, прорезающий кусок стали, или хирургическое применение лазера. Но есть много разных типов лазера. Лазеры, используемые в Health Renew, не производят тепла, не режут и не обжигают.Они эффективны, неинвазивны и безболезненны. LLLT — это биологически безвредная форма светотерапии, которая стимулирует работу различных клеток организма. Это просто безопасный, исцеляющий свет. И хотя LLLT является новым для Северной Америки, он успешно используется в Европе уже более 35 лет.
В настоящее время доступно множество отличных лазерных устройств. После долгих исследований компания Health Renew, Inc. выбрала терапевтическую лазерную терапию Theralase (www.theralase.com). Канадская компания Theralase в настоящее время является мировым лидером в области лазерных технологий, получив одобрение FDA в США и сертификацию CSA в Канаде.Это одобрения, полученные с большим трудом, и ни один другой низкоуровневый лазер не имеет ни того, ни другого. Оборудование производится в Канаде по канадским стандартам, которые являются одними из самых высоких в мире. Лазерная головка содержит как видимые лазерные диоды с длиной волны 660 нм, так и невидимые (ближний инфракрасный диапазон) диоды с длиной волны 905 нм для насыщения светом тела до 4 дюймов. расширенные функции безопасности

Как работает низкоинтенсивная лазерная терапия?

Проще говоря:

Лазер — это особая форма света.Все ваше тело состоит из клеток, которые реагируют на энергию света. Эта световая энергия преобразуется внутри клеток в химическую энергию, называемую АТФ, и клетки используют эту энергию для исцеления. Невероятно, но только поврежденные клетки реагируют на лазер, здоровые клетки не затрагиваются. Было обнаружено, что определенные длины волн LLLT наиболее приемлемы для организма. Лазерный свет низкого уровня стимулирует рост и восстановление клеток. Улучшает клеточную связь для ускорения заживления. Он стимулирует образование новых кровеносных сосудов, улучшает нервную функцию, а также уменьшает отек и препятствует образованию рубцов.

В техническом плане:


Энергия света состоит из небольших порций энергии, называемых фотонами, которые движутся волнообразно. Плотность фотонов в луче световой энергии в сочетании с длиной волны света определяет, какая реакция произойдет, когда ткань будет омыта этой энергией. Поскольку при LLLT плотность входящих фотонов недостаточно высока, чтобы вызвать повышение температуры ткани, энергия передается непосредственно клеткам-мишеням, что изменяет уровень их активности.Это изменение активности напрямую связано с заживлением. Теоретически для достижения фотоответа в клетке-мишени требуется всего один фотон. В зависимости от состояния клеток и окружающих их тканей, реакция может быть биостимуляцией, например ускоренным заживлением ран, или биозамедлением, например уменьшением боли. Эти противоположные стороны одной и той же терапевтической медали в совокупности называются биомодуляцией.

Длина волны также важна, поскольку длина волны лазерной энергии определяет глубину проникновения луча в ткань.Лазеры ближнего инфракрасного диапазона имеют наилучшую инфильтрацию, благодаря чему достигается более глубокое поглощение, что имеет большое значение при лечении проблем с мышцами и суставами. Таким образом, при НИЛИ длина волны проникает в проблему, а уровень фотоплотности вызывает биоактивацию.

Было показано, что биологически происходят следующие изменения:

  • Повышение продукции АТФ
  • Производство ДНК увеличилось
  • Повышенный уровень серотонина и ацетилхолина
  • Стимулированная митохондриальная активность
  • Модуляция макрофагов, фибробластов и других клеток, способствующая различным аспектам процесса заживления
  • Образование новых кровеносных сосудов
  • Регуляция электролитного баланса
  • Улучшение сотовой связи
  • Усовершенствованный процесс против старения
  • Стимулированная иммунная система

Чем лазерная терапия отличается от других форм светотерапии?

Все формы света положительно влияют на живые организмы. В качестве примера можно привести влияние солнечного света или яркого света на эмоциональное благополучие человека, например, в случаях сезонного адаптивного расстройства. Но хотя было показано, что терапия ярким светом оказывает положительное влияние на здоровье человека, из-за множества цветов (длин волн), встречающихся в свете, эффекты не очень точны. Конкретные проблемы со здоровьем требуют более точной договоренности. Лазер отличается от источника яркого света тем, что эффекты каждого типа лазера очень точны.Определенный цвет или длина волны оказывают очень специфическое воздействие на организм. Эти специфические эффекты были измерены и проанализированы. Лазерные устройства производятся для получения желаемых результатов в организме очень контролируемым образом.

Лазерный свет не только очень специфичен, но благодаря своей структуре он способен проникать глубоко в ткани (до 4 дюймов по сравнению с ½ дюйма для яркого света). Следовательно, лазер является гораздо более мощным лечебным механизмом, чем яркий источник света.

Как лазеры воздействуют на кожу?

В таких фильмах, как «Остин Пауэрс» и «Джеймс Бонд», лазеры приобрели мистическое значение благодаря своей силе.Дерматологи часто используют их на пациентах, и лазеры стали одним из самых популярных устройств, используемых для ухода за кожей. [1] Они универсальны, и наука о том, как они работают, весьма увлекательна.

 

Лазеры избирательно воздействуют на кожу

Существуют различные типы лазеров в зависимости от типа света, который они излучают. Физика, стоящая за этим, связана с различными природными кристаллами в природе. Кристалл можно перевести в активированное состояние, а затем испускать свет, когда кристалл выходит из активированного состояния.Это означает, что лазеры могут излучать очень узкую полосу света, специфичную для кристалла, используемого в лазере, и этот свет может избирательно воздействовать на разные участки кожи. Некоторые из целей включают в себя:

1) Кровеносные сосуды

Примеры: импульсный лазер на красителе, лазер Nd:YAG

Лазеры нацелены на гемоглобин в крови. Воздействуя на гемоглобин, лазеры могут эффективно разрушать кровеносные сосуды. Косметически эти лазеры могут уменьшить появление кровеносных сосудов, которые появляются на лице из-за хронического солнечного повреждения или розацеа.На ногах эти лазеры можно использовать для лечения неприглядных сосудистых звездочек. С медицинской точки зрения эти лазеры можно использовать для воздействия на такие поражения, как бородавки (лазер воздействует на кровеносные сосуды в бородавке) и гемангиомы (аномальное доброкачественное разрастание кровеносных сосудов).

2) Волосы

Примеры: александритовый лазер, лазер Nd:YAG, диодный лазер

Лазеры воздействуют на кожный пигмент, известный как меланин. Поэтому более темные волосы с большим количеством пигмента лучше поглощают энергию лазера и легче разрушаются.На самом деле, белые волосы плохо поддаются воздействию лазера. Помимо наших волос, наша кожа также имеет пигмент, и лазеры тщательно отбираются и используются так, чтобы воздействовать на волосы, но свести к минимуму повреждение кожи. Лазеры не могут удалить волосы навсегда, но они могут уменьшить их размер, чтобы они росли намного медленнее и были менее заметны.

3) Кожный пигмент

Пример: лазер Nd:YAG

Подобно удалению волос, лазеры воздействуют на пигмент меланин в коже, чтобы уничтожить темные пятна на коже.Однако все не так просто. Лазеры не следует использовать для лечения рака кожи, такого как меланома, или поражения, которое представляет собой нечто большее, чем просто изменение пигмента. Вот почему важно, чтобы дерматолог сначала осмотрел поражения, чтобы подтвердить диагноз, если рак вызывает потенциальную проблему. Несколько примеров поражений кожи, которые могут выглядеть как небольшое количество кожного пигмента, но на самом деле представляют собой нечто большее, включают меланому (смертельный рак кожи) или себорейный кератоз (доброкачественное нераковое образование, которое представляет собой нечто большее, чем просто изменение пигмента). ).Лазеры могут быть эффективны при лечении нераковых нежелательных пигментных поражений, таких как лентиго (известные как солнечные пятна) и меланодермия. [2,3]  

4) Вода

Пример: лазер на углекислом газе, лазер Er:YAG

Кожа в основном состоит из воды. Лазеры, воздействующие на воду, можно использовать для восстановления и омоложения выработки коллагена в коже. Воздействуя на воду, эти лазеры создают зоны микротравм, которые стимулируют выработку коллагена. Это производство коллагена может восполнить потерянный коллаген и привести к улучшению внешнего вида морщин. [4,5]

 

Светлее против темной кожи

Очень важно учитывать уровень пигментации кожи при выборе правильной лазерной процедуры. Более темная кожа по-разному поглощает пигмент и имеет больший риск потемнения кожи (известного как гиперпигментация), осветления кожи (известного как гипопигментация), образования волдырей и рубцов. Некоторые лазеры не подходят для более темной кожи, поэтому необходимо тщательно выбирать настройки.

 

Являются ли лазеры такими же, как интенсивный импульсный свет

?

№Это не одно и то же. Интенсивный импульсный свет посылает широкий световой импульс, который фильтруется перед попаданием на кожу. Лазеры отличаются тем, что кристалл активируется для доставки очень узкой полосы световой энергии к коже. Причина, по которой это важно, заключается в том, что интенсивный импульсный свет подобен мастеру на все руки, и его можно использовать для многих различных процедур и кожных целей. Интенсивный импульсный свет не так эффективен или эффективен по отношению к одиночной цели, как лазер.

* Этот веб-сайт предназначен только для общей информации о красоте кожи, хорошем самочувствии и здоровье.Этот веб-сайт не может использоваться в качестве замены медицинской консультации, диагностики или лечения какого-либо состояния или проблемы со здоровьем. Информация, представленная на этом веб-сайте, никогда не должна использоваться для игнорирования, задержки или отказа в лечении или совете врача или квалифицированного поставщика медицинских услуг.

Типы лазеров – твердотельный лазер, газовый лазер, жидкостный лазер и полупроводниковый лазер

ЛАЗЕР расшифровывается как усиление света за счет стимулированного излучения Радиация. Лазер – это устройство, которое производит высоко направленный свет. Он излучает свет в результате процесса, называемого вынужденное излучение, увеличивающее интенсивность света.

А лазер отличается от обычных источников света четырьмя способами: когерентность, направленность, монохромность и высокая интенсивность.

световые волны обычных источников света имеют много длин волн.Следовательно, фотоны, испускаемые обычными источниками света, не фазы. Таким образом, обычный свет некогерентен.

Вкл. с другой стороны, световые волны лазерного излучения имеют только один длина волны. Следовательно, все фотоны, испускаемые лазерным светом находятся в фазе. Таким образом, лазерный свет является когерентным.

световые волны от лазера содержат только одну длину волны или цвет поэтому он известен как монохроматический свет.

лазерный луч очень узкий и может быть сконцентрирован на очень небольшая площадь. Это делает лазерный луч высоконаправленным.

лазерный свет распространяется в небольшой области пространства. Следовательно, все энергия концентрируется на узкой области. Поэтому лазер свет имеет большую интенсивность, чем обычный свет.

Типы лазеры

Лазеры делятся на 4 типа в зависимости от типа лазера используемый носитель:

  • Твердотельный лазер
  • Газовый лазер
  • Жидкость лазер
  • Полупроводник лазер
Твердотельный лазер

А твердотельный лазер – это лазер, который использует твердое тело в качестве лазера. Средняя.В этих лазерах используются стекло или кристаллические материалы. использовал.

ионов вводятся в виде примесей в основной материал, который может быть стекло или хрусталь. Процесс добавления примесей в вещество называется допингом. Редкоземельные элементы, такие как церий (Ce), эрбий (Eu), тербий (Tb) и т. д. чаще всего используются в качестве присадок.

Материалы такой как сапфир (Al 2 O 3 ), легированный неодимом иттрий-алюминиевый гранат (Nd: YAG), стекло, легированное неодимом (Nd: стекло) и стекло, легированное иттербием, используются в качестве основы. материалы для лазерной среды. Из них легированные неодимом чаще всего используется иттрий-алюминиевый гранат (Nd: YAG).

Первым твердотельным лазером был рубиновый лазер.Он до сих пор используется в некоторых приложениях. В этом лазере используется рубиновый кристалл. как лазерная среда.

В твердое состояние В лазерах в качестве источника накачки используется световая энергия. Свет источники, такие как импульсная лампа, лампы-вспышки, дуговые лампы или лазер для накачки используются диоды.

Полупроводник лазеры не относятся к этой категории, потому что эти лазеры обычно с электрической накачкой и связаны с различными физическими процессы.

Газовый лазер

Газовый лазер — это лазер, в котором электрический ток разряжается через газ внутри лазерной среды для получения свет лазера. В газовых лазерах лазерная среда находится в газообразное состояние.

Газовые лазеры используются в приложениях, требующих лазерного излучения. с очень высоким качеством луча и большой длиной когерентности.

В газовом лазере лазерная среда или усиливающая среда состоит из смесь газов. Эта смесь фасуется в стакан трубка. Стеклянная трубка, наполненная смесью газов, действует в качестве активной среды или лазерной среды.

Газовый лазер — первый лазер, работающий по принципу преобразование электрической энергии в энергию света. Он производит лазерный луч в инфракрасной области спектра на 1.15 мкм.

Газовые лазеры бывают разных типов: гелиевые (He) – Неоновые (Ne) лазеры, аргоновые ионные лазеры, углекислотные лазеры (лазеры CO 2 ), лазеры на оксиде углерода (CO лазеры), эксимерные лазеры, азотные лазеры, водородные лазеры, и т. д. Тип газа, используемого для создания лазерной среды, может определить длину волны или эффективность лазеров.

Жидкий лазер

Жидкостный лазер — это лазер, в котором жидкость используется в качестве лазера. Средняя.В жидкостных лазерах свет поставляет энергию лазеру. Средняя.

Примером жидкостного лазера является лазер на красителе. Лазер на красителе это лазер, использующий органический краситель (жидкий раствор) в качестве лазерная среда.

Лазер на красителе состоит из органического красителя, смешанного с растворителем. Эти лазеры генерируют лазерный свет из возбужденной энергии. состояния органических красителей, растворенных в жидких растворителях.Это производит лазерный луч в ближнем ультрафиолете (УФ) для ближней инфракрасной (ИК) области спектра.

Полупроводниковый лазер

Полупроводниковые лазеры играют важную роль в нашей повседневной жизни. жизнь. Эти лазеры очень дешевы, компактны и потребляют низкая мощность. Полупроводниковые лазеры также известны как лазеры. диоды.

Полупроводниковые лазеры отличаются от твердотельных лазеров.В твердотельные лазеры, в качестве источника накачки используется световая энергия тогда как в полупроводниковых лазерах используется электрическая энергия как источник помпы.

В полупроводниковых лазерах p-n соединение полупроводника диод образует активную среду или лазерную среду. То оптическое усиление производится внутри полупроводникового материала.


Как работают «случайные» лазеры

На этом микроскопическом изображении пленки полимера DOO-PPV видны комки нерастворенного полимера внутри более темного растворенного полимерного материала. Считается, что такие неровности создают крошечные полости, которые действуют как встроенные зеркальные резонаторы, производя так называемый «случайный лазерный» свет, согласно новому исследованию университета. Фото: Рэнди Полсон, Университет Юты.

Когда ученые из Университета Юты открыли новый тип лазера, генерируемого электропроводящим пластиком или полимером, никто не мог объяснить, как он работает, и некоторые сомневались, что это реально. Теперь, десятилетие спустя, исследователи из Юты обнаружили, что эти «случайные лазеры» возникают из-за естественных зеркальных полостей в полимерах, и они говорят, что такие лазеры могут оказаться полезными для диагностики рака.

«До сих пор никто не знал, как это работает», — говорит З. Вали Вардени, выдающийся профессор физики и старший автор нового исследования, опубликованного онлайн в воскресенье, 24 января, в журнале Nature Physics . «Нам удалось получить изображения полостей. Это большой шаг в нашем понимании этого странного явления, в которое мало кто верил».

Материалы или «усиливающие среды», которые генерируют обычные лазеры, помещаются в упорядоченную структуру, известную как «резонаторы без потерь» (часто зеркала), которые генерируют свет, практически не теряя его.Случайные лазерные материалы, напротив, неупорядочены и теряют часть света.

Или, как выразился Вардени: «Вы можете получить генерацию из ненужных материалов, если они содержат светящиеся молекулы. Из беспорядка рождается идеальный порядок».

В новом исследовании Вардени и его коллеги создали изображения, чтобы показать естественные полости в «пи-сопряженной полимерной пленке», которая представляет собой тонкую пленку органического полимера, называемого DOO-PPV, который проводит электричество, несмотря на то, что это пластик. -подобный материал. («Пи-сопряжение» относится к электронной структуре материала.)

Микроскопические полости — естественные неровности в пластике — действуют вместе как зеркала в обычных резонаторах, которые помогают усиливать свет в обычном лазере.

Лазеры

«тщательно спроектированы и сконструированы для получения лазерного излучения», — говорит соавтор исследования Рэнди Полсон, старший инженер-оптик Лазерного института Диксона Университета Юты. «Удивительно, но есть класс лазеров, в которых лазерное излучение происходит из материалов, которые буквально сотрясаются.Они называются случайными лазерами, поскольку излучение происходит из неконтролируемой конфигурации» — неупорядоченной, а не кристаллической структуры внутри «генерирующей среды» — материала, используемого для генерации лазера.

«Существовали некоторые разногласия по поводу того, как работают случайные лазеры. Для аналогии представьте, что вы находитесь за пределами спортивного стадиона и слышите рев толпы. Является ли шум инициированным по всему стадиону одновременно (во главе с чирлидерами, кричащими «Вперед! иди!»), или люди кричат ​​сами по себе («Отличный улов», «Да!»)?»

«Наша работа показала, что излучение от случайных лазеров происходит с одним излучателем за раз, как отдельные лица в толпе, кричащие несвязанные крики», — говорит Полсон.

Вардени и Полсон провели исследование с первым автором Абдуллой Тулеком, который сейчас работает в Турции, но в то время был докторантом Университета Юты. Исследование финансировалось Министерством энергетики США и Национальным научным фондом.

Как работают лазеры

Лазер расшифровывается как усиление света за счет стимулированного излучения. В отличие от лампы накаливания, которая излучает свет с разной длиной волны во всех направлениях, обычный лазерный свет имеет одну длину волны и движется как луч в одном направлении со световыми волнами синхронно.

Вардени объясняет, как испускается лазерный луч. Во-первых, «вы возбуждаете молекулу или хромофор» — краситель или другое вещество, излучающее свет, — используя электричество или другой источник света. Возбужденная молекула испускает фотон или световую частицу. Фотоны путешествуют и стимулируют другие молекулы хромофора к излучению дополнительного света.

Когда группа фотонов попадает на хромофоры с энергией, соответствующей резонансу со светом, который будут излучать хромофоры, хромофоры излучают свет в тот же момент, когда фотоны ударяют по ним. Комбинированное излучение — это вынужденное излучение — «сер» в лазере.

Когда в 1960-х годах были разработаны лазеры, исследователи поняли, что если вы поместите больше хромофоров в полость какого-либо кристаллического материала, оптическая полость будет действовать как зеркало, усиливая («а» в слове «лазер») стимулированное излучение света.

Вардени говорит, что большинство обычных лазеров делятся на две категории:

  • Полостные лазеры, такие как в лазерных указках и продуктовых сканерах.В этих лазерах генерирующий лазер материал содержится внутри полостей.
  • Лазеры, не требующие полостей, просто полимер, состоящий из цепочки хромофоров, которые излучают свет в быстрой последовательности, усиливая световой поток. По словам Вардени, импульсные лазеры, используемые в коммерческих целях и в медицине, используют этот метод.
Два других типа лазеров были продемонстрированы, но не использовались для практических целей: лазеры сверхизлучения и сверхфлуоресценции, в которых хромофоры «чувствуют» друг друга, чтобы действовать согласованно и производить лазерный свет без зеркал.

Pi-сопряженные полимеры люминесцируют при возбуждении электричеством или источником света. Они излучают различные цвета и используются для изготовления светоизлучающих диодов (LED), которые все чаще используются во всем, от светофоров до рождественских гирлянд.

В 1999 году Вардени и его коллеги опубликовали в журнале Physical Review B информацию об открытии пятого типа лазера — случайного лазера. В пленке полимера ДОО-ППВ они излучали лазерный свет с несколькими длинами волн в узкой полосе красного цвета.

Судя по характеру светового излучения, это был резонаторный лазер, за исключением того, что никто не мог найти полости в полимерной пленке.

Физики «не могли этого понять», — говорит Вардени. «Никто этого не понимал».

Тем не менее, другие группы исследователей вскоре обнаружили случайную генерацию в других материалах.

На этом микроскопическом изображении показан участок электропроводящего пластика или полимерной пленки, который подвергся бомбардировке импульсом зеленого света от обычного лазера. Зеленый свет возбуждает крошечные полости в пленке, создавая красный «случайный лазерный» свет, который можно увидеть на фотографии. Физики из Университета Юты опубликовали исследование, объясняющее, как работает этот странный вид лазера. Фото: Рэнди Полсон, Университет Юты.

Новое исследование: порядок в неупорядоченном материале

В обычных лазерах полости создаются путем тщательного размещения зеркал вокруг среды, содержащей хромофорный материал, будь то кристалл, газ или краситель, говорит Вардени.Новое исследование показывает, что случайные лазеры имеют крошечные встроенные естественные зеркала, добавляет он.

Чтобы сделать снимки полостей, генерирующих лазер, в полимере DOO-PPV, ученые сфокусировали зеленый лазерный импульс на тонкой пленке полимера, стимулируя случайное красное лазерное излучение пленки. Сфокусировав линзу определенным образом, они сделали 10 000 изображений спектра красного лазерного излучения, испускаемого микроскопическими квадратами внутри пленки, а затем собрали их в изображение всего куска полимерной пленки.

Они обнаружили зеркальные полости, показав соседние пиксели с одинаковым спектром красного света и одним и тем же показателем преломления выше среднего, который является мерой того, как быстро свет распространяется внутри материала. По словам Вардени, когда они нанесли на карту области с показателем преломления выше среднего в полимере DOO-PPV, эти области были соединены в петли, которые действуют как зеркальные полости для генерации лазерного света.

Исследователи из Юты использовали так называемое «преобразование Фурье» для анализа волновой картины от случайного лазера DOO-PPV.Полсон приводит аналогию: если вы играете на гитаре, а затем используете преобразование Фурье для анализа звуковых волн, вы можете выяснить, какие струны или ноты были сыграны в любой момент.

Аналогичным образом исследователи трансформировали картины световых волн для различных точек на полимере, и это показало, что внутри материала есть полости.

Генерация случайным образом может автоматизировать анализ тканей на наличие рака

Вардени и его коллеги в настоящее время проводят дополнительные исследования, направленные на разработку и коммерциализацию случайных лазеров для различения раковых и нераковых тканей человека. В исследовании 2004 года, опубликованном в Applied Physics Letters, они ввели в ткань толстой кишки человека — нормальную и опухолевую — красный флуоресцентный краситель, который при стимуляции генерирует случайный лазерный свет.

Они смогли отличить опухоль от нормальной ткани толстой кишки, потому что опухоль испускала больше отдельных линий случайного лазерного света, возможно, потому, что ее структура была более беспорядочной, чем нормальная ткань.

«Нарушения в раковой ткани гораздо более хаотичны, чем в доброкачественной ткани», — говорит Вардени.

В настоящее время патологоанатомы ищут аномалии, указывающие на рак, но Вардени говорит, что у метода случайного лазерного излучения есть потенциал для автоматизации исследований тканей на наличие рака.


Возможна ли случайная генерация в облаке холодных атомов?
Предоставлено Университет Юты

Цитата : Как работают «случайные» лазеры (24 января 2010 г.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.