ЛАЗЕР (оптический квантовый генератор, аббревиатура слов англ. фразы: Light Ampflication by Stimulated Emission of Radiation, что означает "усиление света вынужденным излучением") - устройство, преобразующее разл. виды энергии (электрическую, световую, химическую, тепловую и т. д.) в энергию когерентного электромагнитного излучения оптического диапазона.
Области применения лазеров весьма разнообразны. Вот неполный список различных областей применения лазеров:
Лазеры в производстве
Лазеры широко используются в производстве, например, для резки, сверления, сварки, пайки, закалки, обработки поверхностей, маркировки, гравировки, микрообработки, импульсного лазерного напыления, литографии, регулировки и т.д. В большинстве случаев, относительно высокая оптическая интенсивность в небольшом пятне, ведет к интенсивному нагреву, возможному испарению материала и образованию плазмы. Основные аспекты лазерного излучения – это высокая пространственная когерентность лазерного света, что позволяет получить точную пространственную фокусировку, а также доставку энергии высокой интенсивности в виде коротких импульсов.
Методы лазерной обработки имеют много преимуществ, по сравнению с механическими подходами. Они позволяют работать с очень тонкими структурами без потери качества, избегать механических напряжений, которые появляются,к примеру, при использовании механических дрелей и лезвий. Лазерное излучение с высоким качеством выходного пучка может быть использовано для бурения очень тонких или глубоких отверстий, например, для изготовления форсунок. Очень высокая скорость обработки часто достигается, например, при изготовлении механических фильтров (сит). Кроме того, срок службы существенно превышает возможности механических инструментов.
Медицинское применение лазеров
Существует широкий спектр медицинского применения лазерного излучения. Зачастую он связан с поверхностью человеческого тела, доступной для излучения. Например, в хирургии глаза и коррекции зрения (LASIK), стоматологии, дерматологии (например, фотодинамической терапии рака), в различных видах косметических процедур, таких как удаление татуировок и удаление волос.
Лазеры используются также для внутреннего хирургического вмешательства (например, при лечении предстательной железы). Лазеры позволяют при разрезе тканей сократить кровотечение до минимума.
Для медицинского применения необходимы разные типы лазеров, в зависимости от длины световой волны, выходной мощности, импульсного формата излучения и т.д. Во многих случаях, длины волны лазерного излучения выбраны так, чтобы обеспечить направленное воздействие на определенные вещества. Некоторые субстанции (например, пигменты татуировки или кариес зубов) поглощают свет сильнее, чем окружающие ткани, так что лечение может быть более направленным.
Медицинские лазеры не всегда используется только для терапии. Некоторые из них могут помочь в диагностике, например, с помощью методов глазных изображений, лазерной микроскопии и спектроскопии.
Лазеры в метрологии
Лазеры широко используются в оптической метрологии, например, для высокоточных измерений и оптического профилирования поверхностей с помощью интерферометров, для дальнометрии, а также для навигации.
Лазерные сканеры на основе коллимированных (параллельных) лазерных лучей, которые могут прочитать, например, штрих-коды или другие графические элементы на небольшом расстоянии. Это также позволяет сканировать трехмерные объекты, например, в контексте расследования преступления (CSI).
Лазеры также позволяют чрезвычайно точно измерять время и поэтому являются важным компонентом оптических часов, которые начинают превосходить в настоящее время используемые атомные часы.
Волоконно-оптические датчики, часто оснащают лазерами, что позволяет измерять распределение температуры, напряжения и других величин, например, в нефтепроводах и крыльях самолетов.
Использование лазеров в области хранения информации
Огормные массивы данных хранятся на оптических накопителях, например, на компакт-дисках (CD), DVD, Blu-Ray, магнитооптических дисках. Их работа основана на использовании лазерного источника, который имеет высокую пространственную когерентность и имеет очень малые размеры пятна, что позволяет записать диски с высокой плотностью хранения данных. Другой вариант это голография, где временная когерентность может быть также важна.
Лазеры в области коммуникаций
Волоконно-оптическая связь, широко используемая в частности для передачи данных на дальние расстояния, в основном основывается на распространении лазерного света в оптических волокнах. Коммуникация в космическом пространстве, например, по спутниковой связи, основана на повышенной мощности лазеров, генерации коллимированных (параллельных) лазерных лучей, которые распространяются на большие расстояния с малой расходимостью луча.
Лазеры для создания изображений
Лазерные проекционные дисплеи, содержащие RGB источники, могут быть использованы для кинотеатров, домашнего видео оборудования, авиационных тренажеров и т.д. Часто они превосходит другие дисплеи в размерах экрана, разрешении и насыщенности цвета. Тем не менее, дальнейшее сокращение производственных затрат будет иметь важное значение для глубокого проникновения на рынок.
Лазерная спектроскопия
Лазерная спектроскопия используется в самых разных формах и в широком спектре приложений. Например, в физике атмосферы и мониторинге загрязнений используются лидарные технологии для удаленного детектирования.. Твердые материалы могут быть проанализированы с помощью спектроскопии лазерно-индуцированного пробоя (технология LIBS). Лазерная спектроскопия также играет важную роль в медицине (например, обнаружения рака), биологии.
Лазерная микроскопия
Лазерные микроскопы и установки для оптической когерентной томографии (OCT) предоставляют изображения, например, биологических образцов с очень высоким разрешением, часто в трех измерениях. Кроме того, можно реализовать возможность функциональной визуализации.
Различные научные применения лазеров
Лазерное охлаждение позволяет довести облака атомов или ионов до крайне низких температур. Этот находит применение в фундаментальных исследованиях.
В биологических и медицинских исследованиях для захвата и манипулирования мелкими частицами используется оптический пинцет.
Лазерные опорные звезды (искуственные звезды) используются в астрономических обсерваториях в сочетании с адаптивной оптикой для атмосферной коррекции. Они позволяют существенно увеличить разрешение изображения даже в тех случаях, когда нет достаточно близких естественных опорных звезд.
Лазеры в энергетике
В будущем мощные лазерные системы будут играть важную роль в производстве электроэнергии. Лазерное индуцирование ядерного синтеза исследуется как альтернатива другим типам реакторов термоядерного синтеза. Мощные лазеры также могут быть использованы для разделения изотопов.
Военное применение лазеров
Существует целый ряд военных применений лазеров. В относительно небольшом числе случаев, лазеры используются в качестве оружия; "лазерный меч" стала популярной в кино, но не на практике. Некоторые мощные лазеры в настоящее время разработаны для возможного использования в качестве оружия направленной энергии на поле боя, или для уничтожения ракет, снарядов и мин.
В других случаях, лазеры удобны в использовании в целеуказателях или лазерных прицелах (по существу, лазерные указки излучающие видимые или невидимые лазерные лучи), или как раздражающие факторы, а также для ослепления техники (как правило, напрямую не уничтожая). Например, лазеры ИК диапазона могут ослеплять фотодетектор зенитных ракет, используемый в тепловом наведении. Возможно также ослепление солдат, временное или постоянное, с помощью лазерных лучей, хотя последний способ запрещен международными конвенциями.
Существуют и многие другие применения лазеров, которые не являются специфичными для использования в военных целях, например, в таких областях, как лазерная дальнометрия, сканирование формы объектов, оптическая связь и др.
Наиболее распространенные лазеры
На диаграмме представлены длины волн наиболее распространенных лазеров.
Более детальная диаграмма, с отображением достигаемой интенсивности излучения, на этой диаграмме:
