Introducción
Los nombres originales chinos de láser son "laser" y "laser", que son las transliteraciones de su nombre literario LASER, que es la abreviatura de la palabra inglesa " amplificación de luz de emisión estimulada". . Que significa "amplificación óptica de la emisión estimulada de radiación".
Generación de energía láser
Si las partículas microscópicas, como átomos o moléculas, tienen un nivel de energía alto E2 y un nivel de energía bajo E1, y las densidades numéricas de partículas de E2 y E1 son N2 y N1, hay tres procesos: transición de emisión espontánea, transición de emisión estimulada y transición de absorción estimulada. La luz de emisión estimulada producida por la transición de emisión estimulada tiene la misma frecuencia, fase, dirección de propagación y dirección de polarización que la luz incidente. Por tanto, la emisión estimulada de un gran número de partículas excitadas por el mismo campo de radiación coherente es coherente. La probabilidad de que se produzcan transiciones de emisión estimuladas y transiciones de absorción de emisiones estimuladas es proporcional a la densidad de energía monocromática del campo de radiación incidente. Cuando los pesos estadísticos de dos niveles de energía son iguales, las probabilidades de los dos procesos son iguales. En el caso del equilibrio térmico, N2 < N1, por lo que dominan las transiciones de absorción estimulada y la luz suele atenuarse debido a la absorción estimulada al atravesar el material. La excitación de energía externa puede destruir el equilibrio térmico y hacer que N2 > N1, lo que se denomina estado de inversión del número de partículas. En este caso dominan las transiciones de emisiones estimuladas. Después de que la luz pasa a través del material de trabajo del láser (material activo) con una longitud de L, la intensidad de la luz aumenta eGl veces. g es un coeficiente proporcional a (N2-N1), llamado coeficiente de ganancia, y su tamaño también está relacionado con las propiedades del medio de trabajo del láser y la frecuencia de la onda de luz. Un material activo es un amplificador láser.
Si se coloca una sustancia activada en una cavidad resonante óptica que consta de dos espejos paralelos (al menos uno de los cuales transmite parcialmente) (Figura 1), las partículas de alto nivel de energía se moverán espontáneamente hacia el lanzamiento en todos instrucciones. Entre ellos, las ondas de luz no axiales escapan rápidamente de la cavidad resonante; mientras que las ondas de luz que se propagan axialmente pueden propagarse hacia adelante y hacia atrás en la cavidad. Cuando se propagan en el material láser, la intensidad de la luz continúa aumentando. Si la ganancia de señal pequeña unidireccional G0l en la cavidad resonante es mayor que la pérdida unidireccional δ (G0 es el coeficiente de ganancia de señal pequeña), puede ocurrir autooscilación. Los estados de movimiento de los átomos se pueden dividir en diferentes niveles de energía. Cuando los átomos pasan de un nivel de energía alto a un nivel de energía bajo, liberan fotones de la energía correspondiente (la llamada emisión espontánea). De manera similar, cuando un fotón incide sobre un sistema de niveles de energía y es absorbido por él, hará que los átomos salten de un nivel de energía bajo a un nivel de energía alto (la llamada absorción estimulada, entonces, algunos de los átomos que saltaron); Al nivel de energía alto salta al nivel de energía más bajo, se liberan fotones (la llamada emisión estimulada de radiación). Estos movimientos no son aislados sino que a menudo ocurren simultáneamente. Cuando creamos una condición, como usar un medio adecuado, * * * cavidad y suficiente campo eléctrico externo, la radiación estimulada se amplificará para ser mayor que la absorción estimulada y luego, en general, se emitirán fotones, generando así luz láser.
Radiación láser
¿Qué es la “radiación estimulada”? Se basa en una teoría completamente nueva propuesta por el gran científico Einstein en 1916. Esta teoría significa que dentro de los átomos que componen la materia, hay diferente número de partículas (electrones) distribuidas en diferentes niveles de energía. Cuando un fotón excita una partícula de alta energía, salta de un nivel de alta energía a un nivel de baja energía. En este momento, emitirán luz con las mismas propiedades que la luz que los excita y, bajo ciertas condiciones, la luz débil también puede excitar la luz fuerte. Esto se denomina "amplificación óptica de la emisión estimulada de radiación", o para abreviar láser. El láser tiene cuatro características principales: alto brillo, alta direccionalidad, alta monocromaticidad y alta coherencia.
Láser de alto brillo
El brillo de los láseres de estado sólido puede alcanzar los 1011 W/cm2sr. No solo eso, después de que la lente enfoca el rayo láser de alto brillo, puede generar una temperatura alta de miles o incluso decenas de miles de grados cerca del foco, lo que permite procesar casi todos los materiales.
La alta directividad de los láseres
La alta directividad de los láseres permite transmitir eficazmente largas distancias al tiempo que garantiza una densidad de potencia muy alta para el enfoque, las cuales son condiciones importantes para el procesamiento del láser. .
Alta monocromaticidad del láser
Debido a la alta monocromaticidad del láser, garantiza que el haz pueda enfocarse con precisión en el foco y obtener una alta densidad de potencia.
Alta coherencia de la luz láser
La coherencia describe principalmente la relación de fase de cada parte de la onda de luz. Precisamente por las características peculiares del láser antes mencionadas, se ha utilizado ampliamente en el procesamiento industrial.
Actualmente, el láser se ha utilizado ampliamente en soldadura láser, corte y perforación láser (incluidos orificios oblicuos, orificios irregulares, orificios de yeso, orificios de papel de corcho, orificios de placas de acero, orificios de impresión de envases, etc.) . ), enfriamiento por láser, tratamiento térmico por láser, marcado por láser, grabado en vidrio, recorte por láser, litografía por láser, fabricación de películas por láser, procesamiento de películas por láser, embalaje por láser, reparación de circuitos por láser, tecnología de cableado por láser, limpieza por láser, etc.
Después de más de 30 años de desarrollo, los láseres están ahora en casi todas partes. Se ha utilizado en todos los aspectos de la vida y la investigación científica: acupuntura láser, corte por láser, soldadura por láser, enfriamiento por láser, CD, telémetro láser, giroscopio láser, plancha láser, bisturí láser, bomba láser, radar láser, pistola láser, cañón láser. , etc. Sin duda, los láseres tendrán aplicaciones más amplias en un futuro próximo.
Las armas láser son armas de energía dirigida que utilizan rayos láser direccionales para destruir o paralizar directamente los objetivos. Según los diferentes propósitos de combate, las armas láser se pueden dividir en armas láser tácticas y armas láser estratégicas. El sistema de armas se compone principalmente de láseres, dispositivos de seguimiento, puntería y lanzamiento. Los láseres de uso común actualmente incluyen láseres químicos, láseres sólidos y láseres de CO2. Las armas láser tienen las ventajas de una velocidad de ataque rápida, dirección flexible, ataques precisos y ausencia de interferencias electromagnéticas, pero también tienen la desventaja de verse fácilmente afectadas por el clima y el medio ambiente. Las armas láser tienen una historia de más de 30 años y sus tecnologías clave también han logrado avances. Estados Unidos, Rusia, Francia, Israel y otros países han realizado con éxito varios experimentos con disparos láser. En la actualidad, se han puesto en uso armas láser de baja energía, que se utilizan principalmente para interferir y cegar sensores fotoeléctricos a corta distancia, así como para atacar los ojos humanos, y algunas armas láser de alta energía utilizan principalmente láseres químicos; Según el nivel actual, se espera que se despliegue en plataformas terrestres y aéreas en los próximos 5 a 10 años para defensa aérea táctica, operaciones antimisiles y antisatélites en el teatro.
Otras características del láser
El láser tiene muchas características: En primer lugar, el láser es monocromático o de única frecuencia. Algunos láseres pueden producir láseres de diferentes frecuencias al mismo tiempo, pero estos láseres están aislados entre sí y se utilizan por separado. En segundo lugar, la luz láser es luz coherente. La característica de la luz coherente es que todas sus ondas de luz están sincronizadas y todo el haz de luz es como un "tren de ondas". En tercer lugar, la luz láser está muy concentrada, es decir, requiere una gran distancia para dispersarse o converger.
El láser es una fuente de luz inventada en los años 60. Láser es la abreviatura de "amplificación de luz de emisión estimulada" en inglés. Hay muchos tipos de láseres, que varían en tamaño desde varios campos de fútbol hasta un grano de arroz o sal. Los láseres de gas incluyen láseres de helio-neón y láseres de argón; los láseres de estado sólido incluyen láseres de rubí; los láseres semiconductores incluyen diodos láser, como los diodos láser de los reproductores de CD, reproductores de DVD y CD-ROM. Cada láser tiene su propia forma única de producir luz láser.
Aplicación de la tecnología láser
La tecnología de procesamiento láser utiliza las características de la interacción entre el rayo láser y la materia, y se utiliza para cortar, soldar, tratar superficies, taladrar y micromecanizar Materiales e identificación de objetos. Tecnología de fuentes de luz. El campo de aplicación más tradicional es la tecnología de procesamiento láser. La tecnología láser es una tecnología integral que involucra múltiples disciplinas como la luz, la maquinaria, la electricidad, los materiales y la detección. Tradicionalmente, su ámbito de investigación se puede dividir generalmente en:
Sistemas de procesamiento láser. Incluyendo láseres, sistemas de guía de luz, máquinas herramienta de procesamiento, sistemas de control y sistemas de detección.
2. Tecnología de procesamiento láser. Incluyendo corte, soldadura, tratamiento de superficies, perforación, trazado, marcado, ajuste y otras tecnologías de procesamiento.
Soldadura láser: placas gruesas de carrocerías de automóviles, piezas de automóviles, baterías de litio, marcapasos, relés sellados y otros dispositivos sellados, así como diversos dispositivos que no permiten la contaminación y deformación de la soldadura. Los láseres utilizados actualmente incluyen láseres YAG, láseres de CO2 y láseres de bombas semiconductoras.
Corte por láser: corte de diversas piezas metálicas y materiales especiales en la industria automotriz, computadoras, gabinetes eléctricos, industrias de moldes de herramientas para carpintería, hojas de sierra circular, acrílico, arandelas elásticas, placas de cobre para piezas electrónicas de menos de 2 mm, y algunos metales Placa de malla, tubería de acero, placa de hierro estañado, placa de acero con revestimiento de plomo, bronce fosforado, tablero de baquelita, aleación de aluminio delgada, vidrio estacional, caucho de silicona, placa de cerámica de alúmina de menos de 1 mm. Los láseres utilizados son láseres YAG y láseres de CO2.
Marcado láser: muy utilizado en diversos materiales y en casi todas las industrias. Los láseres utilizados actualmente incluyen láseres YAG, láseres de CO2 y láseres de bombas semiconductoras.
Perforación por láser: La perforación por láser se utiliza principalmente en la industria aeroespacial, fabricación de automóviles, instrumentos electrónicos, industria química y otras industrias. El rápido desarrollo de la perforación láser se refleja principalmente en la potencia de salida promedio del láser YAG para perforación, que aumentó de 400w hace cinco años a 800w y alcanzó 1000w. En la actualidad, la aplicación relativamente madura de la perforación láser en China es artificial. Troqueles de trefilado de diamantes y diamantes naturales Producción y producción de cojinetes de piedras preciosas para relojes e instrumentos de relojería, palas de aviones, placas de circuito impreso multicapa y otras industrias. La mayoría de los láseres utilizados actualmente son láseres YAG y láseres de CO2, pero también existen algunos láseres excimer, láseres de isótopos y láseres de bomba semiconductora.
Tratamiento térmico con láser: ampliamente utilizado en la industria automotriz, como el tratamiento térmico de camisas de cilindros, cigüeñales, aros de pistón, conmutadores, engranajes y otras piezas, así como en la industria aeroespacial, de máquina herramienta y otras industrias mecánicas. El tratamiento térmico con láser se utiliza mucho más en mi país que en el extranjero. La mayoría de los láseres utilizados actualmente son láseres YAG y láseres de CO2.
Prototipado rápido por láser: Se forma combinando tecnología de procesamiento láser con tecnología de control numérico por ordenador y tecnología de fabricación flexible. Se utiliza principalmente en la industria de moldes y modelos. La mayoría de los láseres utilizados actualmente son láseres YAG y láseres de CO2.
Revestimiento láser: muy utilizado en la industria aeroespacial, de moldes y electromecánica. La mayoría de los láseres utilizados actualmente son láseres YAG de alta potencia y láseres de CO2.
Aplicaciones de los láseres en medicina
Sistemas láser utilizados en odontología
Según las diferentes funciones de los láseres en aplicaciones dentales, se pueden dividir en varios tipos diferentes Sistema láser. Una característica importante que distingue a los láseres son los diferentes efectos de las longitudes de onda de la luz sobre el tejido. La tasa de absorción de luz de la luz visible y el espectro del infrarrojo cercano es baja, la penetrabilidad es fuerte y puede penetrar profundamente en el tejido dental, como el láser de iones de argón, el láser de diodo o el láser Nd: YAG (Figura 1). Er: el láser YAG y el láser CO tienen poca penetración de la luz y solo pueden penetrar el tejido dental aproximadamente 0,01 mm. La segunda característica importante que distingue a los láseres es la intensidad (es decir, la potencia) del láser. Por ejemplo, los láseres de diodo para diagnóstico sólo tienen unos pocos milivatios y, en ocasiones, pueden utilizarse para pantallas láser.
El láser utilizado para el tratamiento suele ser un láser de intensidad media, de varios vatios. El efecto de la luz láser sobre el tejido también depende de cómo se emiten los pulsos del láser. Los métodos típicos de emisión de pulso continuo son el láser de iones de argón, el láser de diodo, el láser de CO2 y el láser. Hay láseres Er:YAG o muchos láseres Nd:YAG que disparan en pulsos cortos. La intensidad (es decir, la potencia) de los láseres de pulso corto puede alcanzar más de 1.000 vatios. Estos láseres de alta intensidad y alta absorción de luz solo son adecuados para eliminar tejido duro.
Aplicación del láser en el diagnóstico de caries
1. Desmineralización y caries superficial
2. Caries ocultas
Aplicaciones del láser en el tratamiento
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1. Corte
2. Polimerización de relleno y procesamiento de abolladuras
Arma de rayo láser
El arma láser es un arma de energía dirigida que utiliza rayos láser dirigidos. para destruir o paralizar directamente objetivos. Según los diferentes propósitos de combate, las armas láser se pueden dividir en armas láser tácticas y armas láser estratégicas. El sistema de armas se compone principalmente de láseres, dispositivos de seguimiento, puntería y lanzamiento. Los láseres de uso común actualmente incluyen láseres químicos, láseres sólidos y láseres de CO2. Las armas láser tienen las ventajas de una velocidad de ataque rápida, dirección flexible, ataques precisos y ausencia de interferencias electromagnéticas, pero también tienen la desventaja de verse fácilmente afectadas por el clima y el medio ambiente. Las armas láser tienen una historia de más de 30 años y sus tecnologías clave también han logrado avances.
Estados Unidos, Rusia, Francia, Israel y otros países han realizado con éxito varios experimentos con disparos láser. En la actualidad, se han puesto en uso armas láser de baja energía, que se utilizan principalmente para interferir y cegar sensores fotoeléctricos a corta distancia, así como para atacar los ojos humanos, y algunas armas láser de alta energía utilizan principalmente láseres químicos; Según el nivel actual, se espera que se despliegue en plataformas terrestres y aéreas en los próximos 5 a 10 años para defensa aérea táctica, operaciones antimisiles y antisatélites en el teatro.
Historia del láser
En 1958, los científicos estadounidenses Luo Xiao y Downs descubrieron un fenómeno mágico: cuando iluminaban con la luz de una bombilla interna un cristal de tierras raras, las moléculas del cristal emitían luz brillante que permanece unida. Basándose en este fenómeno, propusieron el "principio del láser", es decir, cuando una sustancia es excitada por energía con la misma frecuencia de oscilación natural de sus moléculas, producirá esta luz fuerte e indiferenciada: el láser. Encontraron documentos importantes para este propósito.
Después de que se publicaron los resultados de la investigación de Xiao Luo y Downs, científicos de varios países propusieron varios planes experimentales, pero ninguno de ellos tuvo éxito. El 15 de mayo de 1960, un científico del Laboratorio Hughes en California anunció que había obtenido un láser con una longitud de onda de 0,6943 micrones. Este fue el primer láser jamás obtenido por la humanidad y, por lo tanto, se convirtió en la primera persona en el mundo en introducirlo. en aplicaciones prácticas.
El 7 de julio de 1960, Maiman anunció el nacimiento del primer láser del mundo. El plan de Maiman era utilizar un tubo de destello de alta intensidad para excitar los átomos de cromo en los cristales de rubí, creando un haz rojo alargado y bastante concentrado que, cuando alcanzaba un cierto punto, podía alcanzar temperaturas superiores a la superficie del sol.
El ex científico soviético H.γ. Basov inventó el láser semiconductor en 1960. La estructura de un láser semiconductor suele estar formada por una capa P, una capa N y una capa activa, formando una doble heterounión. Sus características son: tamaño pequeño, alta eficiencia de acoplamiento, respuesta rápida, longitud y tamaño de onda compatibles con el tamaño de la fibra, modulación directa y buena coherencia.
Los nuevos avances en la investigación láser de China son de gran importancia para la ciencia militar.
Según la Academia de Ciencias de China, gracias a los esfuerzos del equipo de investigación y desarrollo de Wang Shuduo en el Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China, se ha logrado la medición directa de la energía del láser excimer de gran área para el Por primera vez, con un diámetro de medición efectivo de 100 mm, que actualmente es el láser piroeléctrico más grande del mundo. El tamaño de detector más grande. La cooperación con expertos del Instituto Chino de Energía Atómica y los experimentos en laboratorios nacionales mostraron que el sistema alcanzó los indicadores técnicos esperados en diferentes zonas de energía (10-20J y 100-200mJ).
Según los informes, la investigación sobre la fusión láser es un tema prometedor para el desarrollo energético, y las reacciones de fusión termonuclear controladas por láser definitivamente traerán un nuevo punto de inflexión para la vida humana. La fusión láser también tiene gran importancia en la investigación científica militar. En los experimentos de fusión por láser, especialmente en la investigación de fusión de accionamiento indirecto, las personas buscan una alta eficiencia de conversión de rayos X, un buen entorno de transporte de radiación y un campo de conducción de radiación óptimo para producir un campo de conducción de radiación fuerte. Durante estos estudios, es muy importante monitorear y estudiar directamente la energía de los láseres excimer.
Los resultados de la investigación muestran que la investigación y el desarrollo de este proyecto no solo tiene la fuerza para expandir continuamente el mercado de los productos desarrollados, sino que también tiene la capacidad de emprender y desarrollar los proyectos de demanda de aplicaciones que está desarrollando el país.
La "revolución láser" tiene una gran importancia
En la sociedad moderna, el papel de la información es cada vez más importante. Cuanto más rápida, precisa y rica sea la información, más proactiva será la iniciativa y mayores serán las posibilidades de éxito. La aparición del láser desencadenó una revolución de la información. Desde discos VCD y DVD hasta la fotocomposición láser, el uso de láseres ha mejorado enormemente la eficiencia y ha facilitado que las personas guarden y recuperen información. La "revolución láser" tiene una gran importancia. El láser tiene un buen control espacial y de tiempo, y tiene un gran grado de libertad en el material, la forma, el tamaño y el entorno de procesamiento del objeto de procesamiento, y es especialmente adecuado para el procesamiento automatizado. La combinación de un sistema de procesamiento láser y una tecnología de control numérico por computadora puede formar equipos de procesamiento automatizados eficientes, convirtiéndose en una tecnología clave para que las empresas implementen una producción oportuna, abriendo amplias perspectivas para un procesamiento y producción de alta calidad, eficiente y de bajo costo. Actualmente, la tecnología láser se ha integrado en nuestra vida diaria. En los próximos años, el láser nos traerá más milagros.
El láser es un nuevo tipo moderno de fuente de luz, que tiene las características de buena direccionalidad, alto brillo y buena monocromaticidad. Se usa ampliamente, como alcance láser, perforación y corte con láser, monitoreo de terremotos. cirugía láser, láser Canta primero. El efecto de ablación único, el efecto de onda de choque y el efecto de radiación producidos por las armas láser se han utilizado ampliamente en defensa aérea, antitanques, bombarderos, etc., y han demostrado su poder mágico. Hay dos empresas líderes en la industria láser de China, Han's Laser en el sur y G Keda (600986) en el norte. Curiosamente, el volumen de emisión de estas dos acciones de láser es de solo 54,68 millones de acciones y 49,53 millones de acciones respectivamente, las cuales son de bolsillo. Sin embargo, el precio de las acciones de G Keda no es tan pequeño como el de Han's Laser, por lo que tiene un gran potencial. explotar en el futuro. g El negocio principal de Keda son los productos electrónicos láser. La empresa coopera con capital extranjero para producir cabezales láser y productos electrónicos relacionados con niveles de tecnología internacionalmente avanzados. La empresa ha instalado y operado 24 líneas de producción, produciendo tres tipos principales y múltiples modelos de cabezales láser. Puede procesar 48 millones de piezas de diversos cabezales láser cada año, lo que la convierte en la base de producción de cabezales láser más grande de China, compitiendo con los "grandes". jugadores láser" en la industria. Dongying Keying Laser Electronics Co., Ltd., una filial holding de G Keda, se dedica a la producción y venta de cabezales láser electrónicos, movimientos y productos relacionados. El producto líder, el cabezal láser de decodificación digital, se utiliza ampliamente en productos electrónicos de alta tecnología, como computadoras, reproductores de DVD y consolas de juegos. En la actualidad, los principales clientes son fabricantes de TI de renombre como LG Electronics, Asus Computer y LiteXing Electronics. Debido a que el cabezal láser y su serie de productos encarnan la esencia de las altas y nuevas tecnologías, como la óptica, la electrónica, la maquinaria de precisión, las microcomputadoras, los nuevos materiales y el microprocesamiento, son los más modernos.
Además, la empresa matriz de G Keda, Keda Industrial, prometió en el informe anual de 2005 de G Keda que el "Proyecto de transporte y almacenamiento de gas licuado de petróleo a baja temperatura y presión normal de Qingdao" se inyectaría en la empresa que cotiza en bolsa una vez finalizado. , lo que hace que G Keda Da tenga el proyecto de base de gas licuado de petróleo más grande en el este de China, lo que genera enormes puntos de crecimiento de ganancias. Debido a que el gas licuado de petróleo es un mercado de vendedores y los precios pueden dispararse, las perspectivas de desarrollo de la compañía son de primer nivel. g Keda y Han's Laser son los dos gigantes de la electrónica láser nacional y están formando dos industrias importantes en proyectos de construcción de láser y gas licuado de petróleo. Especialmente después de los proyectos de inyección de gas licuado de petróleo, el rendimiento de la empresa aumentará significativamente. Actualmente hay menos de 50 millones de acciones en circulación y el precio de las acciones se acerca al valor liquidativo, que está lejos del precio de emisión de 8,6 yuanes, y tiene un buen valor de inversión y especulación. Recientemente, los principales actores se han involucrado intensamente en la búsqueda de gangas y se espera que las perspectivas del mercado desaparezcan, lo que merece mucha atención. La ciencia del láser es una disciplina emergente desarrollada en la década de 1960 y es uno de los mayores logros científicos y tecnológicos después de la energía atómica, las computadoras y la tecnología de semiconductores.
Materiales de referencia:
/view/2695.htm