Technologia laserowa: zastosowania, zastosowania i przetwarzanie komunikacji

Przeczytaj ten artykuł, aby dowiedzieć się więcej o aplikacjach, zastosowaniach i przetwarzaniu komunikacji w technologii laserowej!

Laser jest akronimem dla światła amplifikacji przez stymulowaną emisję promieniowania. Chociaż podstawowa technologia została wynaleziona w 1960 roku, laser od tego czasu znacznie się rozwinął. Pierwotnie lasery wykorzystywały kryształy rubinu i nie były zbyt silne; z biegiem czasu powstało wiele rodzajów laserów z różnymi materiałami wytwarzającymi światło lasera.

Zdjęcie dzięki uprzejmości: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a0/Military_laser_experiment.jpg/1024px-Military_laser_experiment.jpg

Niezależnie od tego, czy są to lasery rubinowe, lasery gazowe, lasery ciekłe czy lasery półprzewodnikowe, podstawowa zasada jest taka sama: emisja stymulowana, w wyniku której foton natrafia na atom w stanie wzbudzonym i zmuszany do emitowania innego fotonu o tej samej częstotliwości w w tym samym kierunku.

Te dwa fotony wypychają więcej fotonów i następuje emisja stymulowana. Półprzewodniki będące trzonem nowych laserów umożliwiły tworzenie gadżetów takich jak CD-ROM. Wcześniejsze lasery diodowe wytwarzały światło, wysyłając prąd za pośrednictwem arsenku galu.

Ostatnio naukowcy opracowali lasery, które wykorzystują arsenek galu z bardzo cienkimi warstwami aluminiowego arsenku galu, tworząc między warstwami obszar zwany studnią kwantową. W tym regionie elektrony są ciasno upakowane, tak że urządzenie zużywa mniej energii do emitowania światła.

"Lasery kwantowe" są bardzo wydajne w przekształcaniu energii elektrycznej w światło, wytwarzając w ten sposób mniej ciepła. To z kolei umożliwia pracę zasilaną bateryjnie. W systemach komunikacyjnych są w stanie podwoić liczbę połączeń telefonicznych na odległość, które mogą być dostarczane na pojedynczym światłowodzie.

Światło laserowe jest monochromatyczne, np. Czerwona wiązka laserowa ma tylko czerwone światło; jest bardzo spójny, tj. światło z lasera jest wysoce kierunkowe; i może być transmitowany na duże odległości bez rozprzestrzeniania się. Wysoka jasność lasera jest konsekwencją spójności przestrzennej.

Natężenie światła lasera podczas skupienia jest bardzo duże, a reakcja materiału staje się nieliniowa. Lasery wytwarzają krótkie impulsy światła i można uzyskać nanosekundowe impulsy z kilku laserów. Blokując tryb, szerokość impulsów może być krótsza - do kilkuset femtosec (1 femtosec = 10 ^-15 sekund).

Aplikacje:

Ze względu na swoje unikalne właściwości lasery znajdują zastosowanie w różnych dziedzinach. Omówiono niektóre ważne zastosowania laserów.

Podstawowa nauka:

Rewolucję w dziedzinie spektroskopii wykonano laserowo ze względu na dostępność intensywnego promieniowania o wąskiej szerokości linii. W pomiarze widma absorpcji są one korzystne w wykrywaniu słabych linii absorpcyjnych. Istnieje kilka technik wykrywania słabych widm absorpcyjnych, takich jak spektroskopia opto-akustyczna, spektroskopia wielofotonowa jonizacji itp.

Istnieją również nieliniowe techniki spektroskopowe, takie jak dwufotonowa spektroskopia absorpcyjna. Laser skrócił czas potrzebny do zarejestrowania widma Ramana od godzin do minut. Najczęściej stosowanym laserem jest laser z jonami argonowymi do spektroskopii Ramana.

W chemii lasery znajdują zastosowanie zarówno jako narzędzie diagnostyczne, jak i jako środek do wywoływania reakcji chemicznych. Pomaga także w oddzielaniu izotopów pierwiastka. Lasery na ogół stosowane w zastosowaniach chemicznych to lasery barwnikowe, lasery ekscymerowe, lasery CO2 i lasery Nd: YAG.

Przemysł:

Lasery znajdują również zastosowanie w przemyśle. Obecnie lasery są rutynowo wykorzystywane do pomiarów, do obróbki materiałów, takich jak spawanie, cięcie, glazurowanie, stopowanie, powlekanie, do badań nieniszczących itp. Stosuje się je do układania struktur takich jak mosty, duże budynki, tunele, rury, miny itp. .

Lasery całkowicie zastąpiły konwencjonalne techniki wiercenia w celu wiercenia otworów w diamentach, do wykonywania wykrojników łukowych, klejnotów, łopatek turbinowych silników odrzutowych; są one szeroko stosowane do cięcia metali, ceramiki, tworzyw sztucznych, tektury, tkanin itp.

Wyżarzanie laserowe ogniw słonecznych poprawia ich wydajność. Lasery mogą być używane do pisania bezpośrednio na płytkach krzemowych, wzorach wymaganych do tworzenia układów scalonych.

Lasery są szeroko stosowane do oznaczania tworzyw sztucznych, wyrobów metalowych itp. Skanery laserowe służą do odczytywania kodów kreskowych na towarach konsumpcyjnych w sklepach, do sprawdzania precyzyjnych elementów w warsztatach, do identyfikacji wagonów towarowych w pociągu jadącym i do czytania tekstu i innych dokumentów . Drukarki laserowe są szybkie i wysokiej jakości. Lasery są używane do obróbki cieplnej powierzchni.

Obrona:

Lasery współczesnego wojownika znajdują wielkie zastosowanie w systemach uzbrojenia do znajdowania czołgów i dział artyleryjskich, mierząc dokładnie zakres celów, dając w ten sposób możliwość pierwszego trafienia.

Laser Ye-Ne pomaga w symulowaniu strzelania karabinów podczas szkolenia żołnierzy, a także poprawia cel broni.

Energia nuklearna:

Laserowa separacja izotopowa zapowiada się jako najbardziej ekonomiczny sposób wzbogacania naturalnego uranu.

Lasery odgrywają również kluczową rolę w poszukiwaniu realnego sposobu wychwytywania energii termojądrowej.

Leki:

Lasery znajdują zastosowanie w prawie wszystkich dziedzinach medycyny. Wysoce zasilany promień lasera o wysokiej intensywności jest odpowiedni do cięcia tkanki, a tym samym świetnego narzędzia chirurgicznego, które może zastąpić tradycyjny skalpel. Zaletą jest to, że użycie laserów: (i) zapobiega krwawieniu, (ii) obniża możliwość infekcji i (iii) powoduje mniejsze uszkodzenie pobliskich komórek.

Lasery są rutynowo używane do poślubienia odłączonej siatkówki do naczyniówki. Inne poważne choroby oczu leczone są rehonoputią cukrzycową, zwyrodnieniem plamki żółtej i krwotokiem. Do leczenia tych chorób stosuje się laser z argonem lub kryptonem.

Jaskra jest chorobą oka, w której zwiększa się ciśnienie wewnątrz gałki ocznej, powodując uszkodzenie siatkówki i ostatecznie prowadzi do ślepoty. Aby pokonać to ciśnienie i zaoszczędzić wzrok, w oku laserem Nd: YAG wierci się niewielki otwór. Lasery są również używane do korygowania kształtu soczewki, np. Krótkowzroczności poprzez procedurę zwaną radialną keratotomią.

Precyzja chirurgii laserowej była główną zaletą w przypadku delikatnych operacji, takich jak chirurgiczne pomostowanie serca i interwencja neurochirurgiczna. Dzięki zastosowaniu endosopów światłowodowych za pomocą lasera można teraz kauteryzować krwawienie z owrzodzenia bez żadnego otwierania w ciele.

Innym przykładem jest leczenie blokady tętnic dostarczających krew do serca, stanu powodującego zawał mięśnia sercowego. Dotychczasowym lekiem było zrzucenie zablokowanej tętnicy z pobranej z innej części ciała, procedura znana jako operacja obejścia.

Radioterapia jest stosowana w leczeniu raka. Pochodna hematoporfiryny (Hpd), barwnik, ma właściwość selektywnego atakowania komórek rakowych. Kiedy intensywna wiązka lasera z lasera złota jest napromieniowana, cząsteczka Hpd ulega rozkładowi, uwalniając singletowy tlen, który zabija rakowe komórki i tkankę.

Lasery są skutecznie stosowane w leczeniu pęcherzyka żółciowego i kamienia nerkowego.

Komunikacja, przetwarzanie i przechowywanie danych:

Główną wadą całej linii komunikacji świetlnej była ich podatność na warunki pogodowe. Corning w 1974 roku wyprodukował niskotłoczkowe włókno optyczne z materiałów o wysokiej czystości. Obecnie obserwuje się znaczny postęp zarówno w technologiach światłowodowych, jak i półprzewodnikowych.

Oprócz transmisji danych, optyczne przetwarzanie informacji i komputery optyczne są pokrewnymi problemami. Optyczne przetwarzanie informacji jest wykorzystywane do identyfikacji odcisków palców, przetwarzania zdjęć zrobionych przez satelity i wysokie latające samoloty itp. Komputery optyczne, oparte na optycznym urządzeniu bistabilnym, oferują wielokrotnie większą szybkość obliczeń, a także możliwości przetwarzania równoległego.

Przechowywanie danych to kolejny obszar, w którym większa gęstość przechowywania jest możliwa dzięki zastosowaniu metod optycznych. Nośnikiem pamięci jest zwykle cienka warstwa metalu, której właściwości optyczne, takie jak współczynnik odbicia, zostają zmodyfikowane, gdy są oświetlone silnym laserem "WRITE". Laser "READ" o niższej mocy odczytuje zmianę właściwości optycznych jako wymagane informacje.

Do zarejestrowania jednej odrobiny informacji potrzeba mniej niż jeden mikrometr kwadratowy. Laserowe dyski wideo (LVD) są szeroko stosowane jako źródło rozrywki. Mimo że laserowa dyskietka do przechowywania danych ma dużą pojemność na dysku magnetycznym, nie można usunąć informacji zapisanych na dysku z danymi optycznymi.

W przypadku dysku kompaktowego (CD) światło lasera służy do odczytu zamiast igły, więc rowki mogą być wykonane minutą (nawet dziesięciomilionową metra). Gwarantuje wyjątkową wierność, ponieważ ilość przechowywanych informacji może być bardzo duża. Laser półprzewodnikowy odczytuje CD, odbijając światło od dysku i przetwarzając je elektronicznie.

CD-ROMY pozwalają nam przechowywać nawet encyklopedie na pojedynczych płytach. Konwencjonalne urządzenia pamięci komputerowej działają na podstawie zapisu magnetycznego i odczytu danych, ale dyski optyczne mają zalety większej trwałości i szybszego dostępu do pobierania danych.

Technologia laserowa Indii:

Znaczenie lasera zostało dobrze uznane przez społeczność naukową w Indiach w różnych instytucjach już w połowie lat sześćdziesiątych. W 1964 r. W Bhabha Atomic Research Center (BARC) powstał pierwszy półprzewodnikowy laser arsenku galu. Laser ten został użyty w latach 1965-66 do stworzenia optycznego połączenia komunikacyjnego między BARC a Tata Institute of Fundamental Research (TIFR).

Laboratorium, które ma największy wysiłek w zakresie rozwoju technologii laserowej w Indiach, to BARC. BARC opracował laser o mocy 50 MW do spektroskopii Ramana. Pracował również nad rozwojem różnych laserów C0 ₂ . Firma BARC opracowała również lasery na ciele stałym, mianowicie Nd: YAG, laser rubinowy, lasery Na glass.

Centrum Zaawansowanych Technologii (CAT) zaplanowało obszerny program dotyczący rozwoju i inżynierii laserowej. Zaproponowano również rozpoczęcie produkcji instrumentów laserowych i laserowych na niewielką skalę. CAT podjęło produkcję CVL 10W.

Organizacja Badawczo-Rozwojowa ds. Badań (DRDO) opracowała dalmierze laserowe dla cystern, które używają przełączanego lasera Nd: glass. DRDO opracowuje laserowe materiały i lasery półprzewodnikowe. Ma doskonałe możliwości uprawy kryształów za pomocą kilku technik i odniosła sukces w hodowli kryształów Nd: YAG i Ca w postaci kryształów.

Różne IIT działają w obszarze rozwoju laserów, podobnie jak National Physical Laboratory (NPL) i Indian Institute of Science.

Baza badawcza Indii jest dobra, ale do niedawna badania w dziedzinie lasera nie były odpowiednio wykorzystywane do przewagi technologicznej i komercyjnej poprzez inicjatywy polityczne. Podjęto pewne wysiłki w celu naprawienia sytuacji poprzez sformułowanie Narodowego Programu Laserowego, wspólnej strategii Departamentu Nauki i Technologii (DST), Departamentu Energii Atomowej (DAE) i Departamentu Elektroniki od ósmego planu.

Celem Narodowego Programu Laserowego było opracowanie lokalnych laserów i urządzeń laserowych przy znacznie niższych kosztach, które zastąpią import urządzeń laserowych, kryształów wytwarzających lasery i związanego z nimi sprzętu. Centrum Kryształowego Wzrostu Uniwersytetu Anny w Chennai zostało wybrane do produkcji kryształów wytwarzających laser.

Organizacja Central Scientific Instruments Organization (CSIO), która pracuje nad technologią holograficzną, opracowała wiele hologramów do różnych zastosowań.

Technologia holograficzna to nauka tworzenia trójwymiarowych obrazów, które są idealnymi substytutami oryginału. W przeciwieństwie do konwencjonalnej fotografii, hologram, stworzony za pomocą światła laserowego, jest wiernym i kompletnym zapisem oryginalnego obiektu w trzech wymiarach.

Wygląda jak zwykły kawałek szkła, ale kiedy światło jest włączone, dokładna replika oryginału pojawia się w pełnym widoku. Potencjalnymi beneficjentami tej technologii są jubilerzy, producenci leków biologicznych, muzea, agencje bezpieczeństwa i agencje reklamowe. Jubilerzy nie muszą ryzykować kradzieży, wyświetlając oryginalny ornament na swoich witrynach sklepowych. Mogą zastąpić je hologramami.