10.2.1. Лазерная техника

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 техникаэто 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.