Лазеры в машиностроении реферат

Обновлено: 02.07.2024

Развитие машиностроения и приборостроения неразрывно связано с разработкой и внедрением прогрессивных технологических процессов, основанных на новейших достижениях науки и техники. К числу таких процессов принадлежит лазерная обработка материалов. Процессы лазерной технологии относительно просты в осуществлении, легко управляемы, а высокая пространственно-временнаялокализованностьизлучения и отсутствие механического воздействия пучка лазера на объект обработки позволяют реализовать различные уникальные операции: сварку, резку, скрайбирование, поверхностное упрочнение и другие операции, осуществляемые на легко деформируемых изделиях и деталях, в том числе и вблизи теплочувствительных элементов.

Содержание работы

Введение_______________________________________________________4
История лазерной сварки_______________________________________5
Сущность и основные преимущества сварки лазерным лучом________7
Технологические особенности процесса лазерной сварки___________9
Технология лазерной сварки___________________________________16
Применение лазерной сварки__________________________________17
Заключение______________________________________________________18
Список литературы________________________________________________19

Файлы: 1 файл

Лазерная сварка начало.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ «Уральский Федеральный Университет

имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"

Студент: Коровин С.С.

Преподаватель: Смагин А.С.

Ключевые слова: оптический квантовый генератор (ОКГ), лазер, лазерное излучение, импульсивный режим, сквозное и с частичное проплавление, форма сварочной ванны,

В первом пункте данной работы представлена историческая информация о лазерной сварке, об основных открытиях, а также об устройстве лазера.

Во втором пункте рассказывается о сущности работы,основных преимуществах сварки лазерным лучом. Даны основные понятия, также приведены схемы устройства различных видов лазера.

В третьем пункте рассмотрены технические особенности процесса лазерной сварки. Приведены схемы соединения деталей разной толщины, а также схемы сварочной ванны и схемой защитных сопел.

В четвертом пункте рассказывается технологии лазерной сварки. Приводятся основные параметры импульсной лазерной сварки.

В пятом пункте реферата рассмотренаобласть применения лазерной сварки и целесообразности ее использования.

Введение______________________ ______________________________ ___4

История лазерной сварки________________________ _______________5

Сущность и основные преимущества сварки лазерным лучом________7

Технологические особенности процесса лазерной сварки___________9

Технология лазерной сварки________________________ ___________16

Применение лазерной сварки________________________ __________17

Заключение____________________ ______________________________ ____18

Список литературы_____________ ______________________________ _____19

Процессы лазерной технологии относительно просты в осуществлении, легко управляемы, а высокая пространственно- временнаялокализованностьизлуч ения и отсутствие механического воздействия пучка лазера на объект обработки позволяют реализовать различные уникальные операции: сварку, резку, скрайбирование, поверхностное упрочнение и другие операции, осуществляемые на легко деформируемых изделиях и деталях, в том числе и вблизи теплочувствительных элементов.

Однако широкое использование лазеров в промышленности и, в частности для сварки, зависит от решения ряда проблем, к которым в первую очередь следует отнести необходимость разработки высококачественных и производительных процессов, удовлетворяющих условиям их автоматизации с управлением от ЭВМ. Производительность и технологические возможности лазеров, особенно при сварке энергоемких металлов, ограничиваются относительно низким КПД процесса. При лазерной сварке многих изделий машино- и приборостроения возникает проблема загрязнения изделия частицами свариваемых металлов. В данной работе мы рассмотрим технологию, применение и принцип действия лазерной сварки.

Свет, как и любые другие виды электромагнитных колебаний, обладает большим запасом энергии, применение которой для сварки возможно только при высокой ее концентрации на небольшой площади. Практически впервые установка для сварки и пайки сфокусированной лучистой энергией была разработана в Московском авиационном институте под руководством профессора Г.Д. Никифорова. В качестве источника света была использована дуговая ксеноновая лампа. Свет концентрировали с помощью специальной оптической системы, состоящей из зеркал и увеличительных стекол. Однако мощность установки была небольшой и пригодной только для сварки тонкого металла.

Значительно увеличить концентрацию светового излучения удалось путем создания оптических квантовых генераторов (ОКГ) – лазеров. Лазер создает мощный импульс монохроматического излучения за счет возбуждения атомов примеси в кристалле или в газах. Среди известных в настоящее время источников энергии, используемых для сварки, лазерное излучение обеспечивает наиболее высокую ее концентрацию до 1011 Вт/см2. Такие высокие значения концентрации энергии определяются уникальными характеристиками лазерного излучения, в первую очередь его монохроматичностью и когерентностью. В таких условиях все известные материалы не только плавятся, но и испаряются.

Лазерное излучение легко передается с помощью оптических систем в труднодоступные места, может одновременно или последовательно использоваться на нескольких рабочих постах. Оптические системы транспортировки и фокусировки лазерного излучения создают возможность легкого и оперативного управления процессом сварки. На лазерный луч не влияют магнитные поля свариваемых деталей и технологической оснастки.

Установка УЛ-20 имела энергию излучения до 20 Дж и применялась для сварки металлов толщиной 0,5–1,0 мм. К сожалению, качество сварных соединений, получаемых с помощью указанных установок, было низким и нестабильным. Одной из причин этого была неудовлетворительная воспроизводимость режимов сварки на разных установках одного типа. Как показали исследования, это было связано с неоднородностью распределения показателя преломления в стержнях активной среды. К тому же оно индивидуально для каждого стержня.

Степень неоднородности активного стержня обуславливала низкую воспроизводимость режимов сварки за счет пространственно-временной неравномерности теплового потока.

Рис. 1. Принципиальная схема лазера: 1 – зеркало резонатора; 2 – рабочее тело; 3 – лампы накачки;

Экспериментальные исследования, выполненные в 1966 – 1969 гг., показали, что для обеспечения равномерности теплового потока в ОКГ сварочных установок необходимо применять устойчивый сферический резонатор. Использование сферического резонатора ослабляет влияние на генерацию излучения неоднородности показателя преломления активной среды и устраняет временную неравномерность освещения в пятне нагрева.

В дальнейшем именно такие схемы были использованы для создания установок лазерной обработки материалов. В настоящее время в технологических лазерах применяются твердотельные и газовые излучатели. В твердотельных лазерах в качестве рабочего тела используются активные элементы из рубина, стекла с присадками ионов неодима, алюмоиттриевого граната с неодимом.

В настоящее время лазерная сварка применяется для создания конструкций из сталей, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов. Ей отдается предпочтение при необходимости получения прецизионных конструкций, форма и размеры которых практически не должны изменяться в результате сварки, а также при производстве крупногабаритных конструкций малой жесткости с труднодоступными швами.

Высокая плотность энергии лазерного излучения, передаваемая аномально малой площади воздействия, позволила создать в 70-е гг. ХХ в. и новый способ резки материалов.

Сущность и основные преимущества сварки лазерным лучом

Лазерное излучение (ЛИ) — это вынужденное монохроматическое излучение широкого диапазона длин волн от единиц нанометров до десятков и сотен микрометров.

При облучении поверхности тела светом энергия квантов (порций) света поглощается этой поверхностью. Образуется теплота, температура поверхности повышается. Если световую энергию сконцентрировать на малом участке поверхности, можно получить высокую температуру. На этом основана сварка световым лучом оптического квантового генератора - лазера.

Термин "лазер" происходит от первых букв английской фразы: " Lightamplificationbythestimula tedemissionofradiation", что означает в переводе: "Усиление света посредством индуцирования эмиссии излучения". Академик Н.Г. Басов, удостоенный в 1964 г. совместно с академиком А.М.Прохоровым и американским ученым Ч.Таунсом Нобелевской премии за теоретическое обоснование и разработку лазеров, так характеризует лазер: "Это устройство, в котором энергия, например тепловая, химическая, электрическая, преобразуется в энергию электромагнитного поля - лазерный луч. При таком преобразовании часть энергии неизбежно теряется, но важно то, что полученная в результате лазерная энергия обладает несравненно более высоким качеством. Качество лазерной энергии определяется ее высокой концентрацией и возможностью передачи на значительное расстояние".

Основные элементы лазера - это генератор накачки и активная среда. По активным средам различают твердотельные, газовые и полупроводниковые лазеры. В твердотельных лазерах (рис. 1) в качестве активной среды чаще всего применяют стержни из розового рубина - окиси алюминия А12О3 с примесью ионов хрома Сг3+ (до 0,05 %). При облучении ионы хрома переходят в другое энергетическое состояние -возбуждаются и затем отдают запасенную энергию в виде света. На торцах рубинового стержня нанесен слой отражающего вещества (например, серебра) так, что с одного конца образовано непрозрачное, а с другого - полупрозрачное зеркало. Излучение ионов хрома, отражаясь от этих зеркал, циркулирует параллельно оптической оси стержня, возбуждая новые ионы, - идет лавинообразный процесс. Происходит бурное выделение лучистой энергии, которая излучается параллельным пучком через полупрозрачное зеркало и фокусируется линзой в месте сварки. Выходная мощность твердотельных лазеров достигает 107 Вт при сечении луча менее 1 см2. В фокусе достигается громадная концентрация энергии, позволяющая получать температуру до миллиона градусов.

Рис. 2. Схема твердотельного лазера:

1 - рубиновый стержень; 2 - генератор накачки; 3 - отражатель; 4 - непрозрачное зеркало; 5 - охлаждающая среда; 6 - источник питания; 7 - полупрозрачное зеркало; 8 - световой луч; 9 - фокусирующая линза; 10 - обрабатываемые детали.

При работе в импульсном режиме существенный недостаток твердотельного лазера - низкий КПД (0,01. 2,0 %). Более высокую мощность и больший КПД обеспечивают лазеры, работающие в непрерывном режиме, например твердотельный лазер на алюмоит-триевом гранате, активированном атомами неодима (приблизительно 1 %). Еще более высокий КПД и мощность у газовых лазеров. В качестве активной среды в них применяют чаще всего СО2 или смесь газов, генераторами накачки могут служить искровые разрядники или электронный луч.

Типичная конструкция газового лазера - это заполненная газом трубка, ограниченная с двух сторон строго параллельными зеркалами: непрозрачным и полупрозрачным (рис. 3). В результате электрического разряда между введенными в трубку электродами возникают быстрые электроны, которые возбуждают газовые молекулы. Возвращаясь в стабильное состояние, эти молекулы образуют кванты света так же, как и в твердотельном лазере. Газовые лазеры могут работать в непрерывном режиме. Для сварки используют твердотельные и газовые лазеры импульсного и непрерывного действия.

Рис. 3. Схема газового лазера:

1 - разрядная трубка; 2 - непрозрачное зеркало; 3 - источник питания; 4 - вакуумный насос; 5 - полупрозрачное зеркало

Лазерную сварку производят на воздухе или в среде защитных газов: аргона, СО2. Вакуум, как при электронно-лучевой сварке, здесь не нужен, поэтому лазерным лучом можно сваривать крупногабаритные конструкции. Лазерный луч легко управляется и регулируется, с помощью зеркальных оптических систем легко транспортируется и направляется в труднодоступные для других способов места. В отличие от электронного луча и электрической дуги на него не влияют магнитные поля, что обеспечивает стабильное формирование шва. Из-за высокой концентрации энергии (в пятне диаметром 0,1 мм и менее) в процессе лазерной сварки объем сварочной ванны небольшой, малая ширина зоны термического влияния, высокие скорости нагрева и охлаждения. Это обеспечивает высокую технологическую прочность сварных соединений, небольшие деформации сварных конструкций. Например, лазерная сварка вилки с карданным валом автомобиля по сравнению с дуговой сваркой увеличивает срок службы карданной передачи в три раза, потому что более чем вдвое уменьшается площадь сечения сварного шва, в несколько раз -время сварки. Деформации вилки, вызывающие преждевременный износ, практически отсутствуют.

Основной физический процесс, определяющий действие лазера, - это вынужденное излучение, которое возникает при взаимодействии фотона с возбужденным атомом при точном совпадении энергии фотона с энергией возбуждения атома (или молекулы). Избыток энергии возбужденного атома излучается в виде нового фотона с точно такой же энергией, направлением распространения и поляризацией, как и у первичного фотона. При дальнейшем взаимодействии этих фотонов с возбужденными атомами может возникнуть целый поток идентичных фотонов. Для генерации лазерного излучения необходима среда с инверсной населенностью уровней энергии, то есть на верхних уровнях энергии должно находиться больше атомов, чем на нижних уровнях. Это вещества, в энергетическом спектре которых существуют метастабильные уровни (долгоживущие) энергии. Для получения строго направленного луча с высокой монохроматичностью в состав лазера входит система зеркал - оптический резонатор.

Уникальные свойства лазерного излучения - монохроматичность и малая расходимость обусловливают широкое применение лазеров. Лазерные технологические процессы можно условно разделить на два вида. Первый из них использует возможность чрезвычайно тонкой фокусировки лазерного луча и точного дозирования энергии. В таких технологических процессах применяют лазеры сравнительно невысокой средней мощности для сверления тонких отверстий (диаметром 1-10 мкм и глубиной до 10100 мкм) в различных материалах, для резки и сварки миниатюрных деталей в микроэлектронике и электровакуумной промышленности. Мощные лазеры используют в таких энергоемких технологических процессах, как резка и сварка толстых стальных листов, поверхностная закалка, наплавле - ние и легирование крупногабаритных деталей, очистка зданий от поверхностей загрязнений, резка мрамора, гранита, раскрой тканей, кожи и других материалов. При лазерной сварке металлов достигается высокое качество шва и не требуется применение вакуумных камер, как при электроннолучевой сварке, а это очень важно в конвейерном производстве.

Мощная лазерная технология нашла применение в машиностроении, автомобильной промышленности. Она позволяет не только повысить качество обработки материалов, но и улучшить технико-экономические показатели производственных процессов. Так, скорость лазерной сварки стальных листов тоЛщиНой 14 мкм достигает 100м/ч при расходе электроэнергии 10 кВт-ч. Для сравнения, при электроннолучевой сварке при аналогичной производительности требуется в 3-4 раза больше электроэнергии.

ВВЕДЕНИЕ 3
1 Применение лазеров в промышленности 4
2 Применение лазеров в медицине 7
3 Применение лазеров в военном деле 9
4 Применение лазеров в быту и науке 13
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 15
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 17

Актуальность данной темы определяется следующими факторами.
Во-первых, лазер представляет собой высокотехнологичной
оптическое устройство, имеющее достаточно простое строение и принцип
действия и очень широкое потенциальное применение в различных
областях науки, техники и быта. Поэтому актуально исследование,
направленное на изучение принципа устройства и возможностей
применения лазерной техники.
Во-вторых, несмотря на простоту действия и общего принципа
устройства лазера, в техническом плане создание лазерной техники
требует применения высокоточных технологий, тщательного определения
различных групп параметров лазера, подбора параметров компонентов
лазера в зависимости от вида применения лазера. В связи с этим актуально
исследование теоретических и практических основ определения
параметров лазера.
Степень изученности. В разработке данной темы были использованы
работы таких авторов как: Белов Г.В., Бондарев Б.В., Квасников И.А.,
Кудинов В.А., Кузнецов С.И., Лабскер Л.Г., Мирам А.О., Морачевский
А.Г., Сивухин Д.В., Хохрин С.Н. и др.
Таким образом, объект исследования: лазерная техника.
Предмет исследования: особенности применения и определения
параметров лазерной техники.
Цель исследования: выявить основные особенности применения и
определения параметров лазерной техники.
Задачи исследования: выявить возможности применения лазерной
техники в различных областях быта, хозяйства, науки и техники;
Структура работы определяется задачами, стоящими перед
исследованием.

1 Применение лазеров в промышленности

ультрафиолетовому, инженеры уменьшают ширину линии рисунка, т. е.
сокращают размеры интегральных схем.
Дж. Дж. Макклеланд со своими коллегами из Национального
института стандартов и технологии (США) применил этот метод, чтобы
изготовить решетку из хромированных точек на маленькой кремниевой
пластине. Размер точки - всего 80 нм - значительно меньше разрешающей
способности, обеспечиваемой ультрафиолетовыми лучами. Физики
уверены, что с дальнейшим развитием этой технологии можно будет на
площади в 1 см 2 всего за несколько минут разместить 2 млрд.
интегральных схем [11].
Секрет заключается в использовании в качестве линзы лазерного
луча. Плотный узкий пучок атомов хрома, получаемый при нагревании
навески хрома в СВЧ-печи, пропускают сквозь пучок лазерного излучения,
частота которого близка к частоте собственных колебаний атомов хрома. В
результате атомы теряют энергию, т. е. охлаждаются. Непосредственно
перед кремниевой подложкой эти атомы попадают в еще один лазерный
пучок - примерно той же частоты, что и первый. Будучи отраженным от
зеркала, этот пучок образует стоячую волну, т. е. волну, пучности и узлы
которой фиксированы в пространстве.
Натолкнувшись на такую стоячую волну, атомы хрома вынуждены
двигаться либо вверх, к гребню волны, либо вниз, к узлу между гребнями.
Таким образом, волна играет роль линзы, отклоняя проходящие сквозь нее
атомы от прямой траектории на половину длины волны и выстраивая их в
аккуратные линии на поверхности кремниевой пластины. Если пластину
осветить двумя взаимноперпендикулярными лазерными пучками, как это
сделал Макклеланд, линии превратятся в правильную совокупность точек -
решетку. Следующий шаг - сканирование лазером поверхности для
создания произвольного рисунка интегральных наносхем.
В технологии позиционирования атомов фокусированным лазерным
лучом - такое название физики закрепили за новой технологией -

предстоит разрешить немало проблем, прежде чем она появится в
заводских цехах. Например, не все атомы фокусируются. Вероятно, будет
невозможно стравливать материал, не разрушая рисунка соединений. Но,
поскольку теоретически при помощи этой технологии можно создавать
схемы с шириной линии рисунка в 10 раз меньшей, чем сегодняшние, она,
в конце концов, получит дальнейшее развитие [4].

2 Применение лазеров в медицине

эффективными методиками и аппаратурой, которая обеспечивает их
реализацию. Современные методики требуют возможность выбора
различных параметров воздействия (режим излучения, длина волны,
мощность) в широком диапазоне. Аппарат лазерной терапии (АЛТ) должен
обеспечивать эти параметры, их достоверный контроль и отображение и
вместе с тем быть простым и удобным в управлении [7].

3 Применение лазеров в военном деле

Военное применение лазеров включает как их использование для
обнаружения целей и связи, так и применение в качестве оружия.
Лучами мощных химических и эксимерных лазеров наземного или
орбитального базирования планируется разрушать или выводить из строя
боевые спутники и самолеты противника. Созданы образцы лазерных
пистолетов для вооружения экипажей орбитальных станций военного
назначения [2].
К настоящему времени сложилась основные направления, по
которым идет внедрение лазерной техники в военное дело. Этими
направлениями являются:
1. Лазерная локация (наземная, бортовая, подводная).
2. Лазерная связь.
3. Лазерные навигационные системы.

Сейчас, получены такие параметры излучения лазеров, которые
способны существенно повысить тактико-технические данные различных
образцов военной аппаратуры (стабильность частоты порядка 10 -14 ,
пиковая мощность 10 -12 Вт, мощность непрерывного излучения 10 4 Вт,
угловой раствор луча 10 -6 рад, t = 10 -12 с, длина волны 0,2. 20 мкм.
Лазерной локацией называют область оптикоэлектроники,
занимающегося обнаружением и определением местоположения
различных объектов при помощи электромагнитных волн оптического
диапазона, излучаемого лазерами. Объектами лазерной локации могут
быть танки, корабли, ракеты, спутники, промышленные и военные
сооружения. Принципиально лазерная локация осуществляется активным
методом. Нам уже известно, что лазерное излучение отличается от
температурного тем, что оно является узконаправленным,
монохраматичным, имеет большую импульсивную мощность и высокую
спектральную яркость. Все это делает оптическую локацию
конкурентноспособной в сравнении с радиолокаций, особенно при ее
использовании в космосе (где нет поглощающего воздействия
атмосферы) и под водой (где для ряда волн оптического диапазона
существуют окна прозрачности).
В основе лазерной локации, так же как и радиолокации, лежат три
основных свойства электромагнитных волн [10]:
1. Способность отражаться от объектов. Цель и фон, на котором
она расположена, по-разному отражают упавшее на них излучение.
Лазерное излучение отражается от всех предметов: металлических и
неметаллических, от леса, пашни, воды. Более того, оно отражается от
любых объектов, размеры которых меньше длины волны, лучше, чем
радиоволны. Это хорошо известно из основной закономерности
отражения, по которой следует, что чем короче длина волны, тем лучше
она отражается. Мощность отраженного в этом случае излучения обратно
пропорциональна длине волны в четвертой степени. Лазерному локатору

принципиально присуща и большая обнаружительная способность, чем
радиолокатору - чем, короче волна, тем она выше. Поэтому-то
проявлялась по мере развития радиолокации тенденция перехода от
длинных волн к более коротким.
Создание лазеров открыло новые перспективы в технике локации.
2. Способность распространяться прямолинейно. Использование
узконаправленного лазерного луча, которым производиться просмотр
пространства, позволяет определить направление на объект (пеленг
цели).
Это направление находят по расположению оси оптической
системы, формирующей лазерное излучение (в радиолокации - по
направлению антенны). Чем уже луч, тем с большей точностью может
быть определен пеленг.
Угловой раствор луча лазера, изготовленного с использованием
твердотельного активного вещества, как известно, составляет всего 1,0 -
1,5 градуса и при этом без дополнительных оптических фокусирующих
систем (антенн). Следовательно, габариты лазерного локатора могут быть
значительно меньше, чем аналогического радиолокатора. Использование
же незначительных по габаритам оптических систем позволит сузить луч
лазера до нескольких угловых минут, если в этом возникнет
необходимость.
3. Способность лазерного излучения распространяться с постоянной
скоростью дает возможность определять дальность до объекта.
Потенциальная точность измерения дальности определяется
точностью измерения времени прохождения импульса энергии до
объекта и обратно. Совершенно ясно, что чем, короче импульс, тем
лучше (при наличии хорошей полосы пропускания, как говорят радисты).
Но нам уже известно, что самой физикой лазерного излучения заложена
возможность получения импульсов с длительностью 10 -7 -10 -8 с. Это
обеспечивает хорошие данные лазерному локатору.

Рассмотрим параметры лазерного локатора.
Прежде всего зона действия. Под ней понимают область
пространства, в которой ведется наблюдение. Ее границы обусловлены
максимальной и минимальной дальности действия и пределами обзора по
углу места и азимуту. Эти размеры определяются назначением военного
лазерного локатора.
Другим параметром локатора является время обзора. Под ним
понимается время, в течение которого лазерный луч приводит
однократный обзор заданного объема пространства.
Следующим параметром локатора являются определяемые
координаты, которые зависят от назначения локатора. Если он
предназначен для определения местонахождения наземных и надводных
объектов, то достаточно измерять две координаты: дальность и азимут.
При наблюдении за воздушными объектами нужны три координаты. Эти
координаты следует определять с заданной точностью, которая зависит
от систематических и случайных ошибок [6].
Под разрешающей способностью понимается возможность
раздельного определения координат близко расположенных целей.
Каждой координате соответствует своя разрешающая способность. Кроме
того, используется такая характеристика, как помехозащищенность. Это
способность лазерного локатора работать в условиях естественных
(Солнце, Луна) и искусственных помех [9].
И еще одной важной характеристикой локатора является
надежность. Это свойство локатора сохранять свои характеристики и
установленных пределах в заданных условиях эксплуатации.

4 Применение лазеров в быту и науке

Появление лазеров произвело переворот в технике связи и записи
информации. Существует простая закономерность: чем выше несущая
частота (меньше длина волны) канала связи, тем больше его пропускная
способность. Именно поэтому радиосвязь, вначале освоившая диапазон
длинных волн, постепенно переходила на все более короткие длины
волн. Но свет – такая же электромагнитная волна, как и радиоволны,
только в десятки тысяч раз короче, поэтому по лазерному лучу можно
передать в десятки тысяч раз больше информации, чем по
высокочастотному радиоканалу. Лазерная связь осуществляется по
оптическому волокну – тонким стеклянным нитям, свет в которых за
счет полного внутреннего отражения распространяется практически без
потерь на многие сотни километров. Лазерным лучом записывают и
воспроизводят изображение (в том числе движущееся) и звук на компакт-
дисках.
Лазеры активно применяются в научных исследованиях.
Чрезвычайно высокая температура излучения и высокая плотность его

энергии дает возможность исследовать вещество в экстремальном
состоянии, существующем только в недрах горячих звезд. Делаются
попытки осуществить термоядерную реакцию, сжимая ампулу со смесью
дейтерия с тритием системой лазерных лучей (т.н. инерционный
термоядерный синтез). В генной инженерии и нанотехнологии
(технологии, имеющей дело с объектами с характерными размерами 10 –9
м) лазерными лучами разрезают, передвигают и соединяют фрагменты
генов, биологических молекул и детали размером порядка миллионной
доли миллиметра (10 –9 м). Лазерные локаторы (лидары) применяются для
исследования атмосферы [8].
Лазеры применяются в голографии для создания самих голограмм и
получения гологафического объёмного изображения. Некоторые лазеры,
например, лазеры на красителях, способны генерировать
монохроматический свет практически любой длины волны, при этом
импульсы излучения могут достигать 10−16 с, а следовательно и
огромных мощностей (так называемые гигантские импульсы). Эти
свойства используются в спектроскопии, а также при изучении
нелинейных оптических эффектов. С использованием лазера удалось
измерить расстояние до Луны с точностью до нескольких сантиметров.
Лазерная локация космических объектов уточнила значение
астрономической постоянной и способствовала уточнению систем
космической навигации, расширила представления о строении атмосферы
и поверхности планет Солнечной системы. В астрономических
телескопах, снабженных адаптивной оптической системой коррекции
атмосферных искажений, лазер применяют для создания искусственных
опорных звезд в верхних слоях атмосферы.
Сверхкороткие импульсы лазерного излучения используются в
лазерной химии для запуска и анализа химических реакций. Здесь
лазерное излучение позволяет обеспечить точную локализацию,
дозированность, абсолютную стерильность и высокую скорость ввода
энергии в систему. В настоящее время разрабатываются различные
системы лазерного охлаждения, рассматриваются возможности
осуществления с помощью лазеров управляемого термоядерного

синтеза(самым подходящим лазером для исследований в области
термоядерных реакций, был бы лазер, использующий длины волн,
лежащие в голубой части видимого спектра). Лазеры используются и в
военных целях, например, в качестве средств наведения и прицеливания.
Рассматриваются варианты создания на основе мощных лазеров боевых
систем защиты воздушного, морского и наземного базирования [8].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

лечения заболеваний с помощью лазерного луча продолжает
стремительно увеличиваться. Фотодинамическая и фототермическая
терапия, коррекция зрения, косметологические и пластические операции,
термопластика хрящевых тканей, диагностика капиллярного кровотока —
только немногие примеры новых лазерных технологий в медицине.
Японские специалисты прогнозируют, что к 2005 году каждая третья
медицинская процедура будет проводиться с использованием лазера.
Перечень областей применений лазерного луча в наши дни был бы
не полон, если бы мы не вспомнили полиграфию с ее лазерными
принтерами и настольными печатными машинами, экологический
мониторинг с помощью лидаров и диодных спектроанализаторов,
навигацию, использующую лазерные гироскопы, маяки и локаторы. На
службе пауки примеры использования лазеров просто не сосчитать:
лазерный луч и препарирует клетку, и создает экстремально плотную
плазму, и измеряет скорость дрейфа материков. Вот почему объем
производства лазерной техники в мире стабильно увеличивается на
15—20% в год.
К сожалению, сегодня в России лазерные технологии используются
недостаточно. Сегодня отечественные лазерщики предлагают более трех
тысяч моделей лазерного оборудования, в России производятся лазерные
источники излучения, приборы и установки практически всех известных
в мире типов. Российский лазерный экспорт составляет, по разным
оценкам, от 30 до 50 миллионов долларов в год и постоянно растет. А
вот внутренний спрос очень невелик. Внедрение лазерных технологий не
отвечает ни нашим реальным потребностям, ни реальным возможностям.
Не последнюю роль здесь играет слабая информированность
пользователей. Очень многие из них уверены, что хорошая лазерная
техника производится только за рубежом.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Белов Г.В. Термодинамика в 2 ч. Часть 2: Учебник и практикум для
академического бакалавриата / Г.В. Белов. - Люберцы: Юрайт, 2016. -
248 c.
2. Бондарев Б.В. Курс общей физики. Книга 3: Термодинамика,
статистическая физика, строение вещества: Учебник для бакалавров /
Б.В. Бондарев, Н.П. Калашников, Г.Г. Спирин. - Люберцы: Юрайт, 2016.
- 369 c.
3. Квасников И.А. Термодинамика и статистическая физика. Т.2: Теория
равновесных систем: Статистическая физика / И.А. Квасников. - М.:
УРСС, 2016. - 432 c.
4. Кудинов В.А. Техническая термодинамика и теплопередача: Учебник
для академического бакалавриата / В.А. Кудинов, Э.М. Карташов, Е.В.
Стефанюк. - Люберцы: Юрайт, 2016. - 442 c.
5. Кузнецов С.И. Курс физики с примерами решения задач. Часть I.
Механика. Молекулярная физика. Термодинамика / С.И. Кузнецов. -
СПб.: Лань, 2014. - 464 c.
6. Лабскер Л.Г. Основы физики. Молекулярная физика. Термодинамика:
Учебное пособие / Л.Г. Лабскер. - М.: КноРус, 2013. - 192 c.
7. Мирам А.О. Техническая термодинамика. Тепломассообмен: Учебное
издание / А.О. Мирам, В.А. Павленко. - М.: АСВ, 2016. - 352 c.
8. Морачевский А.Г. Физическая химия. Термодинамика химических
реакций: Учебное пособие / А.Г. Морачевский, Е.Г. Фирсова. - СПб.:
Лань, 2015. - 112 c.
9. Сивухин Д.В. Общий курс физики. В 5 т. Т. 2. Термодинамика и
молекулярная физика / Д.В. Сивухин. - М.: Физматлит, 2014. - 544 c.
10. Тельцов Л.П. Термодинамика: Учебное пособие / Л.П. Тельцов, О.Т.
Муллакаев, В.В. Яглов. - СПб.: Лань П, 2016. - 592 c.

11. Хохрин С.Н. Физическая химия. Термодинамика химических реакций:
Учебное пособие / С.Н. Хохрин, К.А. Рожков, И.В. Лунегова. - СПб.:
Лань, 2015. - 112 c.

Лазерная техника и технологии — это совокупность технических устройств, с помощью которых лазерное излучение проходит процессы генерации, приема и преобразования. В докладах и рефератах по использованию лазерных технологий отражается огромный скачок, который произошел в этой сфере с момента открытия физических явлений, послуживших основанием для создания лазера.

Виды технологий

Лазерные технологии (ЛТ) условно можно поделить на два вида. Первый выделяется тонкой фокусировкой луча и точнейшим дозированием энергии, слабой мощностью, как в импульсном, так и в беспрерывном режиме.

С помощью слабых лазеров была разработана технология сверления тоненьких отверстий в рубинах и алмазах и техника создания фильеров. Основная сфера применения слабых устройств связана:

С резкой и сваркой небольших элементов в электронике и электровакуумной промышленности.
С маркировкой элементов, выжиганием номеров, букв и так далее.

В последнее время в одной из важных областей электроники — фотолитографии, без которой нереально представить создание сверхминиатюрных плат для печати, интегральных схем и иных изделий микроэлектронной техники, стандартные световые источники заменяются на лазерные.

Второй вид ЛТ базируется на использовании устройств со средненькой и большой мощностью: от 1кВт и выше. Мощные устройства применяются в таких энергоемких работах как:

Резка и сварка прочных листов стали, внешняя закалка, плавка и легирование крупных элементов.
Очистка сооружений от грязи, резка мрамора, гранита, раскрой тканевых материалов, кожи и так далее.

При сварке металлов с помощью лазера достигается высочайшее качество шва и не требуется эксплуатация вакуумных камер. Мощная технология нашла свое место в автомобилестроении (машиностроении), судостроении, и промышленности стройматериалов. Она помогает не только улучшить качество обработки материалов, но и повысить технико-экономические показатели производства. Какой, бы не была модель лазера, главное, это мощность.

Способы использования

Лазерные технологии сейчас являются востребованными во многих сферах, особенно в промышленных. В науке лазерные устройства считаются важным инструментом в нелинейной оптике. Лазеры можно назвать чудом, ведь они подарили миру новый способ получения объемных изображений, который сейчас называют голографией. Особую роль эти устройства играют в медицине (в хирургии, онкологии, офтальмологии).

Факультеты, которые готовят специалистов в этой области, стали очень популярны, так как эта сфера имеет огромные перспективы.

Лазеры с легкостью могут сформировать маленькое пятно. В офтальмологии посредством лазеров выполняется ряд сложнейших операций, не нарушая целостности глазного яблока. Примером подобной операции считается коррекция зрения с помощью лазерных аппаратов. В онкологии лазеры нужны для выжигания различных опухолей.

В хирургии направленный луч света лазера эксплуатируется в качестве острого и чистого скальпеля, который помогает осуществлять бескровные манипуляции. Помимо этого, лазерно-магнитные аппараты применяются для лечения: кровоточащих ран, язв и иных повреждений. Лазерного типа технологии в Минске часто используются для обработки металлических изделий.

Лазер считается незаменимым устройством в процессе обработки металлов.

С помощью лазерного аппарата дарит можно выполнить много сложных технологических манипуляций. К примеру, просверлить узкие каналы в тугоплавких металлах, поработать над созданием пленочных микроскопических схем. К тому же лазеры работают намного быстрее других агрегатов, поэтому их чаще используют для крупных проектов.

Преимущества и функции

С помощью лазеров можно выполнить немало манипуляций. Современные ЛТ важны в микроэлектронике, где требуется сварка соединений. Плюсом лазера считается отсутствие механического контакта и возможность обработки недоступных элементов. Подобные аппараты также используются для локации и связи.

Достоинством устройств (если говорить кратко) считается узкое направление передачи и широкая полоса частотной пропускаемости. Лазерные измерительные гироскопы считаются главными элементами навигационной системы. Они имеют высочайшую точность, большой диапазон измерения угловых скоростей, свой небольшой дрейф.

Лазеры также можно использовать для определения скорости полетов.

Системы лазерного типа обеспечивают безопасность во время полета, связанную с увеличением точности посадочных систем. Сферы применения лазерных технологий велики и будут постоянно увеличиваться, следовательно, это направление будет развиваться и дальше.

Читайте также: