Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с лазерного прицела )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Лазерные указки разных цветов

Многие научные, военные, медицинские и коммерческие лазерные приложения были разработаны с момента изобретения лазера в 1958 году. Когерентность , высокая монохроматичность и способность достигать чрезвычайно высоких мощностей - все это свойства, которые позволяют использовать эти специализированные приложения.

Научный [ править ]

В науке лазеры используются по-разному, в том числе:

  • Широкий выбор интерферометрических методов
  • Рамановская спектроскопия
  • Спектроскопия лазерного пробоя
  • Атмосферное дистанционное зондирование
  • Исследование явлений нелинейной оптики
  • Голографические методы, использующие лазеры, также вносят свой вклад в ряд методов измерения.
  • Лазерная лидарная технология (LIght raDAR) находит применение в геологии , сейсмологии , дистанционном зондировании и физике атмосферы .
  • Лазеры использовались на борту космических кораблей, например, в миссии Кассини-Гюйгенс . [1]
  • В астрономии лазеры использовались для создания искусственных лазерных опорных звезд , используемых в качестве опорных объектов для телескопов с адаптивной оптикой .

Лазеры также могут косвенно использоваться в спектроскопии в качестве системы микровыбора проб, метод, называемый лазерной абляцией (LA), который обычно применяется к аппарату ICP-MS, что приводит к мощному LA-ICP-MS.

Демтредер обсуждает принципы лазерной спектроскопии. [2]

Спектроскопия [ править ]

Большинство типов лазеров по своей природе являются чистыми источниками света; они излучают почти монохроматический свет с очень четко определенным диапазоном длин волн . За счет тщательного проектирования компонентов лазера чистота лазерного излучения (измеряемая как « ширина линии ») может быть улучшена больше, чем чистота любого другого источника света. Это делает лазер очень полезным источником для спектроскопии . Высокая интенсивность света, которая может быть достигнута с помощью небольшого, хорошо сколлимированного луча, также может быть использована для создания нелинейно-оптического эффекта в образце, что делает такие методы, как рамановская спектроскопиявозможный. Другие спектроскопические методы, основанные на лазерах, могут быть использованы для создания чрезвычайно чувствительных детекторов различных молекул, способных измерять молекулярные концентрации на уровне частей на 10 12 (ppt). Благодаря высокой плотности мощности, достижимой с помощью лазеров, возможно индуцированное пучком атомное излучение: этот метод называется спектроскопией лазерного пробоя (LIBS).

Термическая обработка [ править ]

Термообработка с помощью лазеров позволяет избирательно упрочнять поверхность от износа с незначительным искажением компонента или без него. Поскольку это устраняет необходимость в значительной части доработки деталей, которая выполняется в настоящее время, капитальные затраты на лазерную систему окупаются в короткие сроки. Также было разработано инертное абсорбирующее покрытие для лазерной термообработки, которое устраняет испарения, выделяемые традиционными лакокрасочными покрытиями во время процесса термообработки лучами CO2-лазера.

Одним из факторов, определяющих успех операции термообработки, является контроль излучения лазерного луча на поверхности детали. Оптимальное распределение энергетической освещенности определяется термодинамикой взаимодействия лазера с материалом и геометрией детали.

Как правило, освещенность от 500 до 5000 Вт / см2 удовлетворяет термодинамическим ограничениям и обеспечивает быстрый нагрев поверхности и минимальное требуемое общее количество тепла. Для общей термообработки одним из лучших вариантов является равномерный квадратный или прямоугольный брус. Для некоторых специальных применений или приложений, где термообработка выполняется на краю или углу детали, может быть лучше уменьшить энергетическую освещенность около края, чтобы предотвратить плавление.

Погода [ править ]

Исследования показывают , что ученые могут один день быть в состоянии вызвать дождь и молнию бури (а также микро-манипулирования некоторых других явлений погоды) с использованием высоких энергий лазеров . Такой прорыв потенциально может искоренить засухи , помочь смягчить связанные с погодой катастрофы и выделить погодные ресурсы в нуждающиеся районы. [3] [4]

Лазерная локация Луны [ править ]

Основная статья: Лунный лазерный локационный эксперимент

Когда астронавты Аполлона посетили Луну, они установили решетки ретрорефлекторов, чтобы сделать возможным эксперимент по лунному лазерному определению дальности . Лазерные лучи фокусируются через большие телескопы на Земле, нацеленные на массивы, и время, необходимое для отражения луча обратно на Землю, измеряется для определения расстояния между Землей и Луной с высокой точностью.

Фотохимия [ править ]

Некоторые лазерные системы в процессе синхронизации мод могут производить чрезвычайно короткие световые импульсы - от пикосекунд или фемтосекунд (10 −12 - 10 −15 секунд). Такие импульсы можно использовать для инициирования и анализа химических реакций, метод, известный как фотохимия . Короткие импульсы можно использовать для исследования процесса реакции с очень высоким временным разрешением, что позволяет обнаруживать короткоживущие промежуточные молекулы. Этот метод особенно полезен в биохимии , где он используется для анализа деталей сворачивания и функции белков.

Лазерный сканер [ править ]

Основная статья: Считыватель штрих-кода

Лазерные сканеры штрих-кода идеально подходят для приложений, требующих высокоскоростного считывания линейных кодов или сложенных символов.

Лазерное охлаждение [ править ]

Основная статья: Лазерное охлаждение

Метод, который недавно получил успех, - это лазерное охлаждение . Это включает в себя захват атомов , метод, при котором ряд атомов заключены в специальную конфигурацию электрических и магнитных полей . Сияние определенных длин волн света на ионы или атомы замедляет их, тем самым охлаждая их. По мере продолжения этого процесса все они замедляются и имеют одинаковый энергетический уровень, образуя необычную структуру вещества, известную как конденсат Бозе-Эйнштейна .

Ядерный синтез [ править ]

Некоторые из самых мощных и сложных в мире устройств из нескольких лазеров и оптических усилителей используются для получения световых импульсов чрезвычайно высокой интенсивности и чрезвычайно короткой продолжительности, например, лаборатория лазерной энергетики , National Ignition Facility , GEKKO XII , лазер Nike , Laser Mégajoule , HiPER . Эти импульсы расположены таким образом, что они воздействуют на гранулы трития - дейтерий одновременно со всех направлений, в надежде , что выдавливание эффект воздействия будет вызывать атомное слияние в гранулах. Этот метод, известный как " термоядерный синтез с инерционным удержанием"", пока не удалось достичь" безубыточности ", то есть пока реакция термоядерного синтеза генерирует меньше энергии, чем используется для питания лазеров, но исследования продолжаются.

Микроскопия [ править ]

В конфокальной лазерной сканирующей микроскопии и микроскопии с двухфотонным возбуждением используются лазеры для получения четких изображений толстых образцов на различной глубине. Лазерная микродиссекция с захватом использует лазеры для получения определенных популяций клеток из среза ткани под микроскопической визуализацией.

Дополнительные методы лазерной микроскопии включают гармоническую микроскопию, микроскопию четырехволнового смешения [5] и интерферометрическую микроскопию. [6]

Военные [ править ]

Военное использование лазеров включает такие приложения, как целеуказание и определение дальности, защитные меры противодействия, связь и оружие направленной энергии .

Непосредственно как энергетическое оружие [ править ]

Основная статья: Лазерное оружие

Лазерное оружие является оружие направленной энергии на основе лазеров .

Защитные контрмеры [ править ]

Применения защитного противодействия могут варьироваться от компактных маломощных инфракрасных средств противодействия до высокомощных бортовых лазерных систем. В системах инфракрасного противодействия используются лазеры, чтобы сбить с толку головки самонаводящихся инфракрасных ракет.

Дезориентация [ править ]

Основная статья: Laser dazzler

Некоторое оружие просто использует лазер, чтобы дезориентировать человека. Одним из таких видов оружия является Thales Green Laser Optical Warner . [7]

Руководство [ править ]

Основная статья: Лазерное наведение

Лазерное наведение - это метод наведения ракеты, другого снаряда или транспортного средства на цель с помощью лазерного луча.

Указатель цели [ править ]

Основная статья: Лазерный целеуказатель
Целеуказатель

Еще одно военное использование лазеров - это лазерный целеуказатель . Это маломощный лазерный указатель, используемый для указания цели для высокоточного боеприпаса , обычно запускаемого с самолета. Управляемый боеприпас корректирует траекторию полета к отраженному от цели лазерному свету, обеспечивая высокую точность прицеливания. Луч лазерного целеуказателя настроен на частоту импульсов, которая соответствует установленной на управляемом боеприпасе, чтобы боеприпасы поражали назначенные цели и не следовали за другими лазерными лучами, которые могут использоваться в этом районе. Лазерный целеуказатель может быть направлен на цель с помощью самолета или находящейся поблизости пехоты. Лазеры, используемые для этой цели, обычно инфракрасные. лазеры, поэтому противник не может легко обнаружить направляющий лазерный луч.

Огнестрельное оружие [ править ]

Лазерный прицел [ править ]

Основная статья: Лазерный прицел (огнестрельное оружие)
Лазерный прицел, используемый Армией обороны Израиля во время обучения коммандос
Револьвер Smith & Wesson оснащен лазерным прицелом, установленным на спусковой скобе .

В большинстве случаев применения в огнестрельном оружии лазер использовался как инструмент для улучшения наведения на цель других систем оружия. Например, лазерный прицел - это небольшой лазер , обычно видимого в видимом свете, помещенный на пистолет или винтовку и настроенный так, чтобы излучать луч, параллельный стволу. Поскольку лазерный луч имеет низкую расходимость, лазерный луч выглядит как небольшое пятно даже на больших расстояниях; пользователь помещает пятно на желаемую цель, и ствол пистолета выравнивается (но не обязательно с учетом падения пули , бокового ветра , расстояния между направлением луча и осью ствола, а также подвижности цели во время движения пули. ).

В большинстве лазерных прицелов используется красный лазерный диод. Другие используют инфракрасный диод для создания точки, невидимой невооруженным глазом, но обнаруживаемой приборами ночного видения. В огнестрельном адаптивном модуле обнаружения цели LLM01 лазерный световой модуль объединяет в себе лазерные диоды видимого и инфракрасного диапазона. В конце 1990-х годов стали доступны лазерные прицелы на твердотельных лазерах с зеленой диодной накачкой (DPSS) (532 нм).

Лазеры, нацеленные на глаз [ править ]

Несмертоносное лазерное оружие было разработано ВВС США для временного ограничения способности противника стрелять из оружия или иным образом угрожать силам противника. Это устройство освещает противника безвредным лазерным светом малой мощности и может ослеплять, дезориентировать объект или заставлять его бежать. Теперь доступно несколько типов ослепляющих средств, некоторые из которых использовались в бою.

Остается возможность использовать лазеры для ослепления, поскольку для этого требуются такие более низкие уровни мощности, и это легко достижимо в переносном устройстве. Однако большинство стран считают преднамеренное постоянное ослепление врага запрещенным правилами войны (см. Протокол об ослепляющем лазерном оружии ). Хотя несколько стран разработали ослепляющее лазерное оружие, такое как китайский ZM-87 , считается, что ни одно из них не прошло стадии прототипа.

В дополнение к приложениям, которые пересекаются с военными приложениями, широко известно, что правоохранительные органы используют лазеры для лидара для измерения скорости транспортных средств.

Голографический оружейный прицел [ править ]

Голографический прицел оружия использует лазерный диод , чтобы осветить голограмму в виде сетки , встроенной в оптическое окно плоского стекла прицела. Пользователь смотрит в оптическое окно и видит изображение сетки нитей, наложенное на расстоянии в поле зрения . [8]

Медицинский [ править ]

См. Также: Лазерная медицина
  • Косметическая хирургия ( удаление татуировок , шрамов, растяжек, солнечных пятен, морщин, родинок и волос): см. Лазерная эпиляция . Типы лазеров, используемых в дерматологии, включают рубин (694 нм), александрит (755 нм), матрицу импульсных диодов (810 нм), Nd : YAG (1064 нм), Ho : YAG (2090 нм) и Er : YAG (2940 нм). .
  • Глазная хирургия и рефракционная хирургия
  • Хирургия мягких тканей : CO 2 , Er: YAG-лазер
  • Лазерный скальпель (общая хирургия, гинекологический, урологический, лапароскопический)
  • Фотобиомодуляция (например, лазерная терапия)
  • Удаление опухолей без прикосновения, особенно головного и спинного мозга.
  • В стоматологии для удаления кариеса , эндодонтических / пародонтологических процедур, отбеливания зубов и хирургии полости рта.
  • Лечение рака
  • Ожоги и хирургическое лечение рубцов: контрактура рубцов с использованием CO2 (особенно новые фракционированные CO2-лазеры), покраснение и зуд (импульсный лазер на красителях - PDL), поствоспалительная гиперпигментация (лазеры с модуляцией добротности: рубин, александрит), рубцы после ожогов, нежелательные волосы рост и застревание волосков (Ruby, IPL и многочисленные лазеры для удаления волос)

Промышленное и коммерческое [ править ]

Лазеры, используемые для визуальных эффектов во время музыкального представления. ( Световое лазерное шоу .)
Выравнивание пола из керамической плитки с помощью лазерного устройства

Применения промышленных лазеров можно разделить на две категории в зависимости от мощности лазера: обработка материалов и обработка микроматериалов.

При обработке материалов лазеры со средней оптической мощностью более 1 киловатта используются в основном для промышленных приложений обработки материалов. За пределами этого порога мощности существуют тепловые проблемы, связанные с оптикой, которые отделяют эти лазеры от их аналогов с меньшей мощностью. [9] Лазерные системы в диапазоне 50-300 Вт используются в основном для накачки , сварки пластмасс и пайки . Лазеры мощностью более 300 Вт используются при пайке , сварке тонких металлов и резке листового металла . Требуемая яркость (измеряемая произведением параметров луча) выше для резки, чем для пайки и сварки тонких металлов. [10] Приложения с высокой мощностью, такие как закалка , наплавка и сварка с глубоким проникновением, требуют оптической мощности в несколько кВт и используются в широком спектре промышленных процессов.

Обработка микроматериалов - это категория, которая включает все приложения для лазерной обработки материалов мощностью менее 1 кВт. [11] Использование лазеров в обработке микроматериалов нашло широкое применение при разработке и производстве экранов для смартфонов, планшетных компьютеров и светодиодных телевизоров. [12]

Подробный список промышленных и коммерческих лазерных приложений включает:

  • Лазерная резка
  • Лазерная сварка
  • Лазерное сверление
  • Лазерная маркировка
  • Лазерная чистка
  • Лазерная наплавка - процесс инженерии поверхности, применяемый к механическим компонентам для восстановления, ремонта или наплавки.
  • Фотолитография
  • Оптическая связь по оптоволокну или в свободном пространстве
  • Лазерная обработка
  • Системы наведения (например, кольцевые лазерные гироскопы )
  • Лазерный дальномер / топографический ,
  • Лидар / мониторинг загрязнения,
  • Цифровые минилаборатории
  • Считыватели штрих-кода
  • Лазерная гравировка печатной формы
  • Лазерное приклеивание аддитивных маркировочных материалов для декорирования и идентификации,
  • Лазерные указки
  • Лазерные мыши
  • Лазерные акселерометры
  • Производство OLED-дисплеев
  • Голография
  • Пузырьки
  • Оптический пинцет
  • Написание субтитров к кинофильмам . [13]
  • Энергетическое излучение , которое является возможным решением для передачи энергии альпинисту космического лифта.
  • Лазерные 3D-сканеры для точных 3D-измерений
  • Линейные лазерные нивелиры используются при геодезии и строительстве. Лазеры также используются для наведения самолетов .
  • Широко используется как в бытовом, так и в промышленном оборудовании для обработки изображений.
  • В лазерных принтерах : газовые и диодные лазеры играют ключевую роль в производстве печатных форм с высоким разрешением и в оборудовании для сканирования изображений.
  • Диодные лазеры используются в промышленности в качестве выключателей света, с лазерным лучом и приемником, которые будут включаться или выключаться, когда луч прерывается, а также потому, что лазер может сохранять интенсивность света на больших расстояниях, чем обычный свет, и является более точным. чем обычный свет, его можно использовать для обнаружения продукции в автоматизированном производстве.
  • Лазерная центровка
  • Производство добавок
  • Пластиковая сварка
  • Метрология - портативные и роботизированные лазерные системы для аэрокосмической , автомобильной и железнодорожной промышленности
  • Для хранения и извлечения данных на оптических дисках , например компакт-дисках и DVD-дисках.
  • Блю рей

Развлечения и отдых [ править ]

  • Лазерное освещение сопровождает многие музыкальные концерты.
  • Лазертаг
  • Лазерная арфа : музыкальный инструмент, в котором струны заменены лазерными лучами.
  • В качестве источника света для цифровых кинопроекторов [14]

Геодезия и ранжирование [ править ]

Основная статья: Лазерный дальномер

При геодезии и строительстве лазерный уровень прикрепляется к штативу, выравнивается и затем вращается для освещения горизонтальной плоскости. В проекторе лазерного луча используется вращающаяся головка с зеркалом для поворота лазерного луча вокруг вертикальной оси. Если зеркало не является самовыравнивающимся, оно снабжено визуально читаемыми пузырьками уровня и регулируемыми вручную винтами для ориентации проектора. Посох, который несет оператор, оснащен подвижным датчиком, который может обнаруживать лазерный луч и подает сигнал, когда датчик находится на одной линии с лучом (обычно звуковой сигнал). Расположение датчика на градуированной рейке позволяет сравнивать высоты между разными точками на местности.

Башенный лазерный уровень используется в сочетании с датчиком на колесном тракторе-скрепере в процессе лазерного нивелирования земли, чтобы довести землю (например, сельскохозяйственное поле) до почти ровной поверхности с небольшим уклоном для дренажа. Линейный лазерный уровень был изобретен в 1996 году Стивом Дж. Оросом-младшим [1]. Этот тип уровня не требует тяжелого мотора для создания иллюзии линии из точки, скорее, он использует линзу для преобразования точки в линию.

Изображения [ редактировать ]

  • Лазерные модели разных цветов

  • Лазеры Q-line

  • Лазеры использовались в концерте Classical Spectacular в 2005 году.

  • Лазерная арфа

  • Поверхность тестовой мишени мгновенно испаряется и загорается при облучении мощным лазером на углекислом газе непрерывного действия, излучающим десятки киловатт дальнего инфракрасного света. Обратите внимание, что оператор стоит за листами оргстекла , непрозрачного в дальней инфракрасной области.

См. Также [ править ]

  • Список лазерных статей
  • Несмертельное оружие

Ссылки [ править ]

  1. ^ Уиллс, Стюарт. «Земные партнеры Кассини» . Новости оптики и фотоники . Оптическое общество. Архивировано 7 июля 2018 года . Проверено 7 июля 2018 .
  2. ^ W. Демтредер , Лазерная спектроскопия, 3-е изд. (Спрингер, 2009 г.)
  3. ^ "Калифорнийские ученые могут управлять погодой с помощью лазеров - www.express.co.uk" . Архивировано 23 октября 2018 года . Проверено 23 октября 2018 .
  4. ^ "Человек, который хочет контролировать погоду с помощью лазеров - www.cnn.com" . Архивировано 23 октября 2018 года . Проверено 23 октября 2018 .
  5. ^ Дуарте FJ, изд. (2009). «Глава 9». Настраиваемые лазерные приложения (2-е изд.). Бока-Ратон: CRC Press .
  6. ^ Дуарте FJ (2016). «Перестраиваемая лазерная микроскопия». В Duarte FJ (ред.). Настраиваемые лазерные приложения (3-е изд.). Бока-Ратон: CRC Press . С. 315–328. ISBN 9781482261066.
  7. ^ "Thales GLOW" . Thalesgroup.com. Архивировано 23 марта 2012 года . Проверено 25 сентября 2011 .
  8. ^ "Red Dot Sights / Reflex Sights & Holosights Explained" . ultimak.com . Архивировано 27 декабря 2012 года . Проверено 27 июля 2013 .
  9. ^ «Мировой рынок лазеров - Обзор и прогноз рынка 2012». Неограниченные стратегии . 5-е издание: 56–85. Январь 2012 г.
  10. ^ Спаркс, М .; Брутто, М .; Celotto, S .; Zhang, T .; О'Нил, Вт (2008). «Практические и теоретические исследования резки в инертном газе нержавеющей стали 304 с использованием волоконного лазера высокой яркости». Журнал лазерных приложений (1042-346X): 59–67.
  11. ^ «Мировой рынок лазеров - Обзор и прогноз рынка 2012». Неограниченные стратегии . 5-е издание: 86–110. Январь 2012 г.
  12. ^ «Объяснение технологии OLED» . Информация об OLED . OLED-info.com. Архивировано 15 октября 2012 года . Проверено 17 октября 2012 года .
  13. ^ «Cinetyp Hollywood - субтитры к фильмам, субтитры к видео, субтитры DVD, наложение фильмов, видео, фильм, оверлей, иностранные субтитры, скрытые субтитры, открытые субтитры, списки заметок» . Cinetyp.com. Архивировано 28 февраля 2009 года . Проверено 11 октября 2009 .
  14. ^ "SM Cinema добавляет еще пять лазерных проекторов Christie 6P" . www.christiedigital.com . Архивировано 18 октября 2017 года . Проверено 16 ноября 2016 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Статья Coherent.com о применении лазеров