14. Естественно-научные основы лазерных технологий. Особенности лазерного излучения. Применение лазеров в технике и технологиях.

Ла́зер (англ. laser, акроним от англ. light amplification by stimulated emission of radiation — усиление света посредством вынужденного излучения), опти́ческий ква́нтовый генера́тор — устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.

Физической основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения. Излучение лазера может быть непрерывным, с постоянной мощностью, или импульсным, достигающим предельно больших пиковых мощностей. В некоторых схемах рабочий элемент лазера используется в качестве оптического усилителя для излучения от другого источника. Существует большое количество видов лазеров, использующих в качестве рабочей среды все агрегатные состояния вещества. Некоторые типы лазеров, например лазеры на растворах красителей или полихроматические твердотельные лазеры, могут генерировать целый набор частот (мод оптического резонатора) в широком спектральном диапазоне. Габариты лазеров разнятся от микроскопических для ряда полупроводниковых лазеров до размеров футбольного поля для некоторых лазеров на неодимовом стекле. Уникальные свойства излучения лазеров позволили использовать их в различных отраслях науки и техники, а также в быту, начиная с чтения и записи компакт-дисков и заканчивая исследованиями в области управляемого термоядерного синтеза.

Уникальная способность лазеров концентрировать световую энергию в пространстве и во времени может быть использована двояко:

при нерезонансном взаимодействии мощных световых потоков с веществомв непрерывном и импульсивном режимах и при селективном воздействии на атомы, ионы молекулы, вызывающем процессы фотодиссоциации, фотоионизациии, фотохимической реакции.

. В этой связи возникли весьма перспективные быстро развивающиеся многоликие лазерные техно¬логии, такие, как лазерная обработка материалов, лазерный термоядерный синтез, лазерная химия, ла¬зерное воздействие на живую ткань, лазерная спек¬троскопия, лазерная связь и многие другие. Лазерный луч режет, сваривает, а также закаливает, сверлит, проверяет качество обработки деталей и делает мно¬жество других не менее важных дел. Обо всем этом рассказать невозможно, но кое о чем попытаемся.

Газовый лазер мощностью до 5 кВт, дающий ин¬фракрасный луч, позволяет сваривать отдельные де¬тали толщиной до 2 см. Шов при этом получается раза в четыре тоньше, чем при обычной электросварке, а электроэнергии тратится в три раза меньше! Лазер позволяет легко автоматизировать сварку, сваривать металлы, которые обычным способом соединить нель¬зя. Лучом лазера можно резать стальной лист толщи¬ной до 40 мм. Причем не просто резать, но и вырезать из стального листа детали самой причудливой формы. Для этого лазер делается подвижным. Его движением управляет ЭВМ. При этом экономится до 15% материа¬ла. Такая лазерная установка может резать не только сталь, но и вообще любой листовой материал.

Лазерный луч может не только разрушать, но и уп¬рочнять детали, закаливая их с поверхности. Стальная деталь при этом одевается закаленной «скорлупой», твердой и устойчивой к трению, хотя и довольно хруп¬кой Если такой будет вся деталь, то от удара она мо¬жет расколоться, как стеклянная. Но в том-то и дело, что ее сердцевина остается упругой и вязкой: лазер¬ная вспышка не успевает ее прогреть. Такая деталь устойчива и к ударам, и к трению, как знаменитый булат — гордость русских оружейников.

Лазер помогает сажать самолеты. Идеально пря¬мые, яркие лучи разноцветных лазеров образуют в воз¬душном пространстве аэродрома разметку, по которой самолет может точно выйти на посадку. Но лазер спо¬собен не только облегчать жизнь здоровых людей, он может и лечить больных. Лазер — хирург и терапевт. Хирурги давно мечтали об инструменте, делающем бескровный разрез.

Хорошо бы также, чтобы он был «понежнее». Ведь сегодня хирурги умеют делать опе¬рации на сетчатке глаза и вторгаются в святая святых организма — человеческий мозг. Орудовать там скаль¬пелем — все равно что чинить часы топором.