Лазеры широко применяются в различных областях науки и техники, таких, как физика, химия, биология, электроника и медицина. Такое широкое распространение лазеры получили благодаря особым свойствам лазерного излучения. Рассмотрим применение лазеров в различных областях науки и техники, где уникальные свойства лазерного излучения обеспечили значительный прогресс или привели к совершенно новым научным и техническим решениям.
Лазерная техника – это совокупность технических средств для генерации, преобразования, передачи, приёма и использования лазерного излучения. Лазерная техника включает в себя:
· собственно лазеры;
· их элементы – излучатели, активные элементы, оптические резонаторы, лазерные затворы, источники накачки, блоки питания и управления, системы охлаждения и др.;
· устройства управления лазерным пучком – модуляторы света, дефлекторы, преобразователи частоты и др.;
· приборы, системы, установки, в которых использование лазеров определяет их функциональное назначение, – лазерные технологические установки, лазерные дальномеры, лазерные звуко- и видеопроигрыватели и т.п.
В процессе развития и совершенствования лазерной техники были решены сложные технические и технологические проблемы, в том числе:
· созданы новые кристаллические и аморфные материалы с заданными свойствами (рубин, алюмоиттриевый гранат с Nd, лазерные стёкла, электрооптические и нелинейные кристаллы, гетероструктуры GaAs – AlAs и др.);
· разработаны лазерные затворы, модуляторы, дефлекторы, преобразователи, приёмники лазерного излучения различных типов;
· созданы новые высококачественные многослойные интерференционные отражающие, просветляющие, поляризационные покрытия для оптических элементов лазерной техники;
· найдены специальные охлаждающие жидкости, прозрачные в оптическом диапазоне и устойчивые в различных условиях эксплуатации;
· созданы конструкции лазеров и приборов на их основе, способные стабильно работать в различных условиях эксплуатации, в том числе при воздействии собственного лазерного излучения.
В основе практического применения лазерной техники лежит использование таких принципиальных отличий лазерного излучения от излучения других источников света, как когерентность и монохроматичность, высокие направленность и яркость, возможность получения световых импульсов коротких длительностей, недостижимых при использовании иных технических средств. Возможность сфокусировать лазерное излучение с помощью оптических систем позволяет осуществлять бесконтактное локальное воздействие на материалы с размерами зоны облучения ~1 – 10 мкм, что широко используется в технологии электронных приборов для подгонки резисторов в номинал, скрайбирования пластин, изготовления фотошаблонов, маркировки изделий и т.п.
Создание первых лазерных технологических установок в начале 60-х гг. ХХ в. послужило началом становления лазерной техники. Локальное воздействие лазерного излучения легло в основу создания оптических систем памяти для ЭВМ, лазерных систем звуко- и видеозаписи. Лазерный звуковой проигрыватель, считывающий цифровую ин
формацию с компакт-диска диаметром 120 мм с помощью полупроводникового лазера, является ныне самым массовым изделием бытовой лазерной техники.
Когерентность и монохроматичность лазерного излучения используется в лазерных интерферометрах, устройствах лазерной спектроскопии, системах оптической связи. Так, на основе полупроводниковых инжекционных лазеров созданы передающие оптические модули, используемые в волоконно-оптических системах передачи информации. В электроэнергетике инжекционные лазеры используют, например, для управления высоковольтными тиристорными вентилями в линиях передачи постоянного тока.
Короткие и сверхкороткие лазерные импульсы (длительностью до 10-14 с) широко используют в оптической локации и светодальнометрии, при исследовании быстропротекающих процессов, в измерительной технике и др.
Воздействие лазерного излучения на биоткани человека легло в основу лазерных хирургических и терапевтических средств, таких, как «лазерный скальпель» для получения бескровных и асептических разрезов биоткани; лазерная офтальмологическая установка для приваривания отслоивш
ейся сетчатки и заваривания кровеносных сосудов глазного дна; лазерные установки для коагуляции острых кровоточащих язв желудочно-кишечного тракта (лазерное излучение направляется внутрь тела больного по гибкому световоду, пропущенному через пищевод); импульсные лазерные установки для лечения глаукомы, катаракты и др.
Для задания направления и определения координат протяжённых объектов (например, при прокладке туннелей, каналов, трассировке шоссейных и железных дорог, укладке трубопроводов) используют лазерные визиры. Для изучения деформаций сооружений применяют лазерные интерферометры и доплеровские измерители скорости.
Тепловое или фотохимическое воздействие сфокусированного лазерного луча на материалы положено в основу работы установок для лазерной печати, используемых в вычислительной технике (в лазерных принтерах), полиграфии (при изготовлении диапозитивов и печатных форм), промышленном производстве (для маркировки промышленных изделий, например печатных плат), системах космической связи (для записи телеметрической информации и изображений, например изображения поверхности планет), фотографии (при однопроцессорном проявлении фотоснимков на бессеребряных фотоматериалах) и др.
Резонансное воздействие лазерного излучения на вещество используется для лазерного разделения изотопов; явления комбинационного и резонансного рассеяния, деполяризации, искажения формы и изменения интенсивности лазерного луча с заданными параметрами при прохождении его через газовую или конденсированную среду лежат в основе лазерного зондирования; химические реакции, стимулированные лазерным излучением, используют в лазерной химии для изучения кинетики химических реакций, получения сверхчистых веществ, нанесения различного рода покрытий и т.д. Перспективной областью применения лазерной техники является лазерный термоядерный синтез. Сфера применения лазерной техники постоянно расширяется.
