История лазера. Научное издание
Шрифт:
Здесь мы должны остановиться. Хотя говорилось далеко не обо всем, но даже то, что изложено, позволяет понять фундаментальную важность использования лазеров в медицине.
Технические применения
Способность сконцентрировать лазерный свет в очень малой области позволяет производить с высокой скоростью и точностью такие технологические операции, как резка, прожигание отверстий, сварка, закалка и др. При этом можно работать с самыми различными материалами, такими, как металлы, керамика, пластмассы, дерево и др. Возможность точно контролировать выполнение таких операций
Лазерные технологии нашли применения РІ автомобильной Рё авиационной промышленности. Рспользование лазеров для резки, сварки Рё закалки РІ производстве автомобилей позволяет существенно повысить РёС… характеристики Рё снизить стоимость изготовления.
Лазерный пучок можно направить с высокой точностью в заданное место, не вызывая никаких вредных воздействий на окружающий материал. При этом можно достигать трудно доступные места. С помощью лазеров можно производить закалку более эффективно, чем с помощью обычных печей. В то время, как печь должна функционировать круглые сутки, для работы всего лишь в течение нескольких часов, лазер дает энергию только тогда, когда требуется. Автомобильная промышленность была первой, где использовались лазеры для термической обработки распределительных валов, цилиндров и клапанов. При обработке поверхностей лазерным излучением материал подвергается структурным изменениям, и становится прочнее и менее подверженным коррозии.
Лазерная резка используется РЅРµ только СЃ металлами, РЅРѕ также РІ текстильной промышленности, например для раскройки материалов, кожи, бумаги или дерева. Рлектронная промышленность является РѕРґРЅРѕР№ РёР· главных областей применения лазеров. РћРЅРё СЃ успехом используются РІ производстве микросхем. РЎ РёС… помощью производится изготовление Рё очистка печатных схем, пайка элементов Рё ремонт быстродействующих микросхем путем прецизионного устранения нежелательных соединений РІ схеме.
Рнтересным примером является резка алмаза. РРЅРѕРіРґР° требуется разрезать алмаз РІ направлениях, РЅРµ связанных СЃ его кристаллическими ориентациями. Обычно алмаз РїСЂРё механической обработке раскалывается РїРѕ определенным направлениям (плоскости спаянности). Лазер позволяет обойти это ограничение.
Наконец, можно сказать и об использовании лазерных роботов в качестве инструментов или датчиков.
Рзмерительные системы
Свет используется для измерений РІРѕ РјРЅРѕРіРёС… случаях. Рто системы различных интерферометров, позволяющие измерять малые перемещения, контроль поверхности, СЃ высокой точностью РїРѕСЂСЏРґРєР° длины волны света.
Область оптических, бесконтактных, измерительных систем очень широка. Она простирается от исследовательских лабораторий до промышленных предприятий. Поэтому имеется большая заинтересованность в разработках и распространении таких систем. Они используются для измерений размеров предметов или их перемещения, для измерения и контроля вибраций, измерения скорости и для контроля состояния поверхности. Для этого удобно использовать лазерные диоды, свет которых можно коллимировать и фокусировать на исследуемый объект.
Система бесконтактного оптического измерения обычно включает три принципиальные части: измерительная головка, система электроники, система регистрации и обработки информации. Принципиальным преимуществом бесконтактных измерений является полное отсутствие воздействия на объект и высокая скорость
Обычно профиль линии РЅР° некоторой механической поверхности измеряют путем проведения вдоль этой линии некоторого щупа, который касается поверхности, Рё измерения его смещений. Таким щупом обычно служит алмазная игла, Р·РѕРЅР° контакта которой имеет диаметр несколько РјРєРј. Вертикальные перемещения иглы, следующие Р·Р° нерегулярностями поверхности, измеряют, Рё это представляет рельеф поверхности (шероховатость). Такие инструменты улучшались РІ течение СЂСЏРґР° лет, Рё РІ настоящее время РѕРЅРё обычны РІ измерительных лабораториях. Рквивалентный оптический инструмент использует вместо алмазной иглы хорошо коллимированный пучок лазерного РґРёРѕРґР°, который фокусируется объективом РЅР° поверхность. Отраженный свет собирается тем же объективом. Ртот отраженный свет несет информацию Рѕ шероховатости поверхности. РљРѕРіРґР° система правильно настроена Рё сбалансирована Рё точка фокуса находится точно РЅР° поверхности, тогда отраженный свет формируется после объектива РІ хорошо коллимированный пучок. Если поверхность ближе Рє объективу, тогда пятно РЅР° поверхности уже РЅРµ является пятном совершенной фокусировки, Рё после объектива формируется расходящийся пучок. Наоборот, РІ случае, если поверхность находится Р·Р° точкой фокуса, РїСЂРё отражении получается сходящийся пучок. Существуют оптические устройства, позволяющие точно измерить степень сходимости или расходимости пучка. Соответствующим образом система вырабатывает сигнал ошибки для управления сервомеханизмом (обратная СЃРІСЏР·СЊ), который поддерживает точное фокусирование РЅР° поверхность. Знание перемещений сервомеханизма РїСЂРё движении пучка вдоль поверхности дает измерение рельефа. Аналогичная система используется РІ системах компакт-РґРёСЃРєРѕРІ. Поэтому РІ ней исключаются влияния нерегулярности поверхности Рё системы вращения РґРёСЃРєР°.
Оптический профилометр позволяет измерять смещения с точностью до нескольких ангстрем, без прямого контакта с любой механической частью. Как было сказано, этот принцип важен для устройств компакт-дисков. Но он также важен в тех случаях, когда нужно избежать повреждения поверхности, в частности для нежных, хрупких поверхностей, например, резиновых и пластиковых пленок, биологических тканей, полупроводников. Еще одним преимуществом является то, что измерительная часть не изнашивается. Благодаря малому размеру светового пятна получается высокая разрешающая способность и скорость измерения в любом направлении.
Совершенно РґСЂСѓРіРёРј применением является лазерный РіРёСЂРѕСЃРєРѕРї, способный измерять очень малые вращения. Первые такие РіРёСЂРѕСЃРєРѕРїС‹ были сделаны РІ 1963 Рі. Рё стали развиваться СЃ 1965 Рі. Принцип действия был установлен французским физиком Саньяком (18691928), который РІ 1913 Рі. отметил, что пучки света, распространяющиеся РІ противоположных направлениях РїРѕ замкнутому кольцу, можно использовать для измерения вращения этого кольца. Р’ самом деле, если точка, РёР· которой пучки начинают СЃРІРѕРµ распространение, движется РїРѕ кольцу, то эти пучки должны проходить разные пути вдоль кольца РґРѕ точки возврата. Ртот факт легко установить СЃ помощью интерферометра. Р’ 1965 Рі. были построены лазерные РіРёСЂРѕСЃРєРѕРїС‹, способные обнаружить скорость вращения менее 5 Р·Р° час. Подобные РіРёСЂРѕСЃРєРѕРїС‹ Рё РґСЂСѓРіРёРµ более совершенные версии РёС… были установлены РЅР° самолетах Боинг 757 Рё 767. Такие РіРёСЂРѕСЃРєРѕРїС‹ являются необходимой частью систем наведения.