HSM

Obróbki szybkościowe (wysokowydajne) HSM trudno jednoznacznie zdefiniować. Obecnie terminem HSM określa się kompleksowe obróbki wysokowydajne, z uwzględnieniem systemów transportu przedmiotów obrabianych. Rozwój technologii HSM doprowadził do wyodrębnienia i jednakowego traktowania zagadnień szybkościowych (HSx) i dotyczących materiału (Hx). W zakresie szybkościowym rozróżnia się HSC (High Speed Cuting), HSS (High Speed Spindle), HFM (High Feed Machining), HSFM (High Speed and Feed Machining) oraz HPM (High Productive Machining), zagadnienia te rozpatrywane są przede wszystkim w związku z parametrami obróbkowymi. Obszar materiałowy dotyczy obróbek materiałów twardych, o twardości od 45 do 63 HRC, stosuje się w nim określenie HC (Hard Cutting), obejmujące HT (Hard Turning), HM (Hard Milling), a także HD (Hard Drilling).

Tak szerokie spektrum problematyki HSM, m.in. dobór parametrów obróbkowych, materiałów narzędziowych, sposobu chłodzenia czy gabarytów przedmiotów obrabianych, powoduje, że o zaliczeniu danej obróbki do HSM decyduje analiza jak największej liczby czynników.

Obróbkę HSx można więc zdefiniować jako obróbkę skrawaniem z zastosowaniem podwyższonych parametrów obróbkowych (co prowadzi do uzyskania mniejszych sił skrawania, korzystniejszego rozproszenia energii cieplnej), z wykorzystaniem oprzyrządowania i narzędzi specjalistycznych oraz obrabiarek specjalizowanych i specjalnych, przeznaczonych głównie lub wyłącznie do obróbek HSM.

Główne zalety HSM:

• wysokie tempo usuwania naddatku,

• skrócenie czasu produkcji,

• mniejsze siły skrawania,

• korzystne rozpraszanie energii cieplnej, powodujące zmniejszenie odkształceń przedmiotu obrabianego.

Główne wady HSM:

• nadmierne zużycie narzędzia,

• wymóg specjalnych narzędzi (materiały, dokładne wykonanie),

• konieczność stosowania specjalnych obrabiarek, wyposażonych w zaawansowane wrzeciona, prowadnice, systemy chłodzenia i stabilizacji temperaturowej, oprawki narzędziowe, zapewniające współosiowość i wyważenie narzędzia.

Technologia HSx/Hx stosowana jest, gdy:

• obróbka tego typu jest praktyczniejsza od szlifowania – osiągane właściwości warstwy wierzchniej (chropowatości powierzchni) umożliwiają rezygnację ze szlifowania,

• konieczne jest zdjęcie większej grubości warstwy skrawanej, niż jest to dopuszczalne w szlifowaniu,

• następuje obróbka przerywana.

Wdrożenia technologii obróbki wysokowydajnej przynoszą wymierne korzyści, do których zaliczyć można: wzrost wydajności, sprzedaży, elastyczności przedsiębiorstwa w realizowaniu nowych produktów z zachowaniem wysokiej dokładności (można uzyskiwać tolerancje obróbki rzędu 0,005 mm, choć niketóre źródła podają 0,02 mm). Technologie HSx/Hx znalazły zastosowanie przede wszystkim wśród producentów form dla przemysłu samochodowego, przetwórstwa tworzyw sztucznych, energetycznego, a także producentów elektrod (obróbki EDM). Obróbki HSx/Hx z powodzeniem mogą zastępować obróbkę EDM, wpływając na zwiększenie wydajności (w określonych przypadkach oszczędność czasu nawet do 50 godzin).

Współczesne techniki kształtowania materiałów metodami ubytkowymi rozwijają się w kilku kierunkach. Jednym z nich jest obróbka skrawania z dużymi prędkościami, często określana skrótem HSC (High Speed Cutting). Główne zalety tej technologii to bardzo duża wydajność ubytkowa, lepsza jakość powierzchni obrobionej, mniejsze siły skrawania oraz duża stabilność procesu obróbkowego.

 

Wprowadzenie

Rozwijana jest jednocześnie obróbka wysoko wydajna (HPC – High Productive Cutting). W obróbce tej stosuje się standardowe prędkości skrawania, ale z dużo większymi wartościami posuwu. Zaletą tej technologii, w porównaniu do obróbki z dużymi prędkościami, jest to, że może być ona wykonywana na konwencjonalnych obrabiarkach. Wadą obróbki wysoko wydajnej jest duża trudność w uzyskaniu powierzchni o wysokiej gładkości z powodu dużych posuwów. Z tego względu ma ona dość ograniczone zastosowanie.

Szybkiemu rozwojowi podlega obróbka na sucho, czyli bez stosowania cieczy chłodząco-smarującej lub ze zminimalizowanym smarowaniem i chłodzeniem. Obie te technologie intensywnie się rozwijają  nie tylko ze względów ekonomicznych, ale także z uwagi na wymogi ekologii.

Obróbka na twardo jest kolejnym kierunkiem rozwoju obróbki ubytkowej. Technika ta polega na obróbce skrawaniem materiałów twardych i pozwala często wyeliminować operacje szlifowania. Pomimo ominięcia obróbki szlifowaniem, możliwe jest osiągnięcie wysokiej dokładności kształtu i dużej gładkości powierzchni. Stosowanie obróbki na twardo korzystnie wpływa na ochronę środowiska i obniża koszty wykonania.

W przypadku wytwarzania wyrobów z materiałów trudno obrabialnych, takich jak stopy tytanu czy niklu, ceramika specjalna, tradycyjne metody obróbki nie zawsze mogą sprostać tym zadaniom. W tych przypadkach wspomaga się obróbkę dodatkową energią. Na przykład laserowe nagrzewanie materiału znacznie poprawia obrabialność materiału. Możliwe jest wtedy skuteczne stosowanie tradycyjnych narzędzi skrawających. Jest to tzw. hybrydowy proces obróbczy.

Duże oszczędności w zakresie kosztów można uzyskać, zwłaszcza w produkcji seryjnej, w przypadku zastosowania obróbki kompletnej. Polega ona na połączeniu na jednej obrabiarce różnych sposobów obróbki, takich jak toczenie, frezowanie, wiercenie, szlifowanie. Dzięki temu można wyeliminować czasy mocowania, składowania i transportu, a jednocześnie polepszyć jakość procesu obróbkowego.

 

Obróbka z dużymi prędkościami

Największa zaleta stosowania obróbki z dużymi prędkościami wynika ze skracania czasów głównych obróbki. W zależności od rodzaju materiału obrabianego, prędkości skrawania mogą być większe od 5 do 10 razy w porównaniu do prędkości skrawania metodami konwencjonalnymi. Obróbka z dużymi prędkościami skrawania często prowadzona jest na sucho lub ze zminimalizowanym smarowaniem. Obniża to koszty obróbki i wpływa bardzo korzystnie na ochronę środowiska. Podczas dużych prędkości skrawania przekroje poprzeczne warstwy skrawanej są dużo mniejsze i w związku z tym siły skrawania są znacznie niższe. Wpływa to korzystnie na wzrost dokładności wymiarowej i kształtowej oraz na podwyższenie jakości powierzchni obrobionej. Możliwe jest więc w wielu przypadkach wyeliminowanie kosztownej obróbki wykańczającej.

Materiały na ostrza skrawające w procesach HSC powinny charakteryzować się wysoką twardością i odpornością na ścieranie w podwyższonych temperaturach, dużą wytrzymałością podczas obciążeń dynamicznych działających na krawędź skrawająca, a także odpornością na wstrząsy cieplne. Warunkom tym odpowiadają drobnoziarniste węgliki spiekane używane jako materiały na podłoża właściwych ostrzy. Węgliki wolframu (WC) mogą posiadać ziarna o wielkości 0,6-0,7 µm (drobnoziarniste), 0,4-0,5 µm (ultradrodnoziarniste) lub też 0,2-0,3 µm  (superdrobnoziarniste). Im mniejsze są ziarna węglika, tym jest on twardszy i bardziej wytrzymały na złamanie, nawet w podwyższonych temperaturach. Węgliki wolframu wiązane są kobaltem, którego zawartość zawiera się w granicach 6-15% masy.

Budowę podobną do węglików ultradrobnoziarnistych wykazują cermety. Posiadają one jednak niższą przewodność cieplną, co w procesach HSC jest zjawiskiem pożądanym, szczególnie podczas obróbki na sucho. W porównaniu do węglików posiadają niższą twardość i wytrzymałość na zginanie i tym samym są bardziej podatne do tworzenia pęknięć.

Polikrystaliczny diament (PKD) jest szczególnie zalecany do obróbki stopów Al-Si, natomiast nie nadaje się do obróbki materiałów na bazie żelaza, ponieważ diament, w wysokiej temperaturze, wchodzi w reakcję chemiczną z węglem zawartym w obrabianej stali.

Z kolei polikrystaliczny regularny azotek boru (PKB) jest szczególnie odpowiedni do obróbki stopów żelaza i żeliwa szarego z dużymi prędkościami. Ze względu na wysoką twardość w podwyższonych temperaturach i dużą stabilność chemiczną, PKB może być wykorzystywany do obróbki na sucho.

 

Obróbka wysoko wydajna

Obróbka wysoko wydajna łączy zalety obróbki z dużymi posuwami w odniesieniu do obróbki wykańczającej oraz obróbki z dużą wydajnością ubytkową w zakresie obróbki zgrubnej. Średnie prędkości skrawania dochodzą do 2000 m/min, a posuwy narzędzi sięgają wartości 0,3 mm/ostrze. Wrzeciona główne posiadają duże moce i momenty obrotowe, a ich średnie prędkości obrotowe wynoszą 24.000 min^-1. Wrzeciona używane do obróbki wysoko wydajnej dysponują maksymalną mocą tylko w ograniczonym zakresie prędkości. Z tych też względów obróbkę tę powinno się przeprowadzać przy mniejszych prędkościach obrotowych, ale z większymi wartościami posuwu na ostrze, przy małej głębokości skrawania. Podobnie jak przy obróbce z dużymi prędkościami, duże znaczenie ma sposób mocowania narzędzia skrawającego. Istotny jest też dobór właściwego materiału ostrza, jego geometria i dokładne wyrównoważenie narzędzia.

 

Obróbka na sucho

Głównym zadaniem stosowanej w procesie obróbkowym cieczy chłodząco-smarującej (CCS) jest redukowanie tarcia, a przez to zmniejszenie ilości powstającego ciepła. W konsekwencji stosowania CCS zmniejsza się zużycie narzędzia, a jakość obrabianej powierzchni ulega polepszeniu. Ciecz chłodząco-smarująca wchłania ciepło ze strefy skrawania oraz spełnia rolę transportu wiórów i ochrony przedmiotów, narzędzi i elementów obrabiarki przed korozją. W praktyce przemysłowej stosowane są rożne strategie chłodzenia i smarowania. W przypadku obróbki na sucho konieczne są specjalne systemy do odsysania wiórów.

Obróbka na sucho charakteryzuje się znacznym podwyższeniem temperatury procesu i w związku z tym następuje intensyfikacja procesów tarcia i adhezji. Aby ograniczyć powierzchnię styku ostrza z wiórem i zmniejszyć ilość przenikanego ciepła, na powierzchni natarcia płytek ostrzowych wykonuje się niewielkie rowki. Tak użebrowana powierzchnia w połączeniu z dużymi kątami przyłożenia (20°) i natarcia (34°) pozwala na znaczne obniżenie temperatury skrawania oraz zwiększenie trwałości narzędzia. Jeżeli „czystej” obróbki na sucho nie można wykonać z przyczyn technologicznych, alternatywę stanowi obróbka ze zminimalizowanym chłodzeniem i smarowaniem (MCS). Polega ona na doprowadzeniu w określonym czasie możliwie najmniejszej ilości czynnika smarującego do miejsca skrawania, często w ilości mniejszej niż 80 ml/godz. Istotną cechą MCS jest to, że podczas jego zastosowania narzędzia, przedmioty i wióry pozostają suche. Czynnik chłodząco-smarujący dostarczany jest do miejsca skrawania najczęściej za pomocą strumienia sprężonego powietrza. Te małe ilości oleju wystarczają, aby znacząco zredukować tarcie na powierzchniach narzędzia i zapobiegać powstawaniem nalepów z powstającego wióra przy silnie adhezyjnych materiałach.

Stwierdzono, że podczas obróbki na mokro ponad 70% powstającego wówczas ciepła jest odprowadzane przez wióry, poniżej 10% wnika do przedmiotu, a mniej niż 20% wchłania narzędzie. Można przyjąć, że bardzo podobny rozkład ciepła występuje podczas obróbki na sucho stali. Z powodu braku cieczy chłodzącej, rosną temperatury zarówno w wiórze, jak i w narzędziu. Powoduje to konieczność stosowanie wkładek skrawających z węglików spiekanych gatunku P, które są bardziej odporne na działanie podwyższonej temperatury.

Do obróbki na sucho mogą być stosowane różne materiały narzędziowe: spiekana stal szybkotnąca, regularny azotek boru (CBN), polikrystaliczny diament (PKD), węgliki spiekane. Często na ostrza skrawające nanosi się dodatkowe powłoki ochronne z warstwami poślizgowymi. Ostrza takie wykazują szereg zalet w porównaniu do ostrzy bez takich powłok. Zaliczyć do nich można: mniejszy współczynnik tarcia na powierzchniach natarcia, zapobieganie przywarciom materiału, lepsze odprowadzanie wiórów, powstawanie naprężeń ściskających zamiast rozciągających w warstwie przypowierzchniowej materiału obrabianego.

 

Obróbka na twardo

Obróbka na twardo narzędziami jest w wielu przypadkach interesującą alternatywą dla szlifowania, z perspektywą dalszego rozwoju. Do niedawna jeszcze powszechnie uważano, że przedmioty o twardości >55 HRC mogą być ubytkowo obrabiane tylko metodami obróbki ściernej (za pomocą szlifowania, gładzenia lub docierania), zwłaszcza wówczas, gdy wymagane są wysokie dokładności. Obecnie, dzięki nowoczesnym materiałom narzędziowym, możliwa jest obróbka skrawaniem materiałów o twardości sięgającej nawet 70 HRC.

Na ostrza skrawające do obróbki materiałów o dużej twardości stosuje się przede wszystkim ceramikę mieszaną i polikrystaliczny regularny azotek boru (PKB). Płytki ostrzowe ceramiczne odznaczają się wysoką odpornością na zużycie ścierne, są przeznaczone do obróbki wiórowej szerokiego asortymentu materiałów, takich jak stale normalizowane, żeliwa i stopy specjalne. Umożliwiają one także wydajną obróbkę wykańczającą np. stali utwardzonych i hartowanych o wysokiej twardości, a więc materiałów zwykle obrabianych za pomocą szlifowania.

Polikrystaliczny regularny azotek boru (PKB) dzięki swoim technicznym i fizycznym właściwościom także doskonale nadaje się do konwencjonalnej obróbki na twardo. PKB jest stosowany głównie do ciągłej obróbki wykańczającej z prędkościami skrawania do 350 m/min.

Aby w obróbce na twardo były spełnione najwyższe wymagania względem dokładności kształtowej i wymiarowej obrabianych przedmiotów, niezbędne jest stosowanie specjalnych obrabiarek. Obrabiarki te powinny odznaczać się przede wszystkim dużą sztywnością, zdolnością tłumienia drgań, specjalnymi prowadnicami i odpowiednim łożyskowaniem oraz wysoką stabilnością cieplną. Muszą też dysponować dostateczną mocą wrzeciona ze względu na występowanie dużo większych wartości sił niż przy konwencjonalnym skrawaniu materiałów miękkich.

 

Obróbka kompletna

Obróbka kompletna polega na wykonywaniu zabiegów związanych ze zmianą kształtu, wymiarów i jakości powierzchni obrabianego przedmiotu na jednej obrabiarce i w jednym zamocowaniu. Przeprowadzana jest przede wszystkim na centrach obróbkowych sterowanych numerycznie (CNC) umożliwiających wykonywanie rozmaitych operacji obróbkowych z użyciem różnych, automatycznie wymienianych narzędzi. Możliwe jest więc toczenie, frezowanie, wiercenie, nacinanie uzębień i gwintów przy jednym zamocowaniu. Ze względu na wielkość części, które często nie są wyrównoważone, ważne jest, aby liczba zamocowań była jak najmniejsza. Z tych samych względów stosowane są niewielkie prędkości obrotowe. Zmniejszenie liczby zamocowań mocno ogranicza czasochłonne i kosztochłonne prace ręczne. Wyeliminowanie dróg transportowych i ograniczenie czasów przygotowawczo-zakończeniowych zdecydowanie redukuje ryzyko uszkodzenia przedmiotu.

W porównaniu do innych obrabiarek centrum obróbkowe charakteryzuje się dużą elastycznością przezbrajania. Zmiany mocowania i ustawiania przedmiotu są znacznie mniej czasochłonne, wyeliminowany jest też transport do innych stanowisk obróbkowych. Dzięki tym właściwościom centrum obróbkowego uzyskuje się bardzo wysoką dokładność i jakość obrabianych przedmiotów.

 

 

 

 

 

 

 

Technologie 

Zastosowanie nadprzewodników - nadprzewodzące przewody

Zależność oporu nadprzewodnika od temperatury na przykładzie dwuborku magnezu

W niektórych materiałach w bardzo niskich temperaturach, poniżej tak zwanej temperatury krytycznej prąd płynie bez oporu czyli nie ma żadnych strat. Taki stan nazwano nadprzewodnictwem, a substancje w których to następuje nadprzewodnikami. Nadprzewodniki można podzielić na dwie grupy: nadprzewodniki niskotemperaturowe (nadprzewodniki pierwszego rodzaju) i wysokotemperaturowe (nadprzewodniki drugiego rodzaju).
Nadprzewodniki niskotemperaturowe, odkryte w 1911 roku, mają własności nadprzewodzące w temperaturach poniżej 30K (-240°C) i należą do nich metale i stopy metali. Niestety aby utrzymać ich własności trzeba je nieustannie chłodzić ciekłym helem, który jest drogi). Własności tej grupy nadprzewodników można wytłumaczyć za pomocą teorii BSC, która zakłada, że poniżej temperatury krytycznej elektrony łączą się w pary Coopera, dzięki czemu mogą się przemieszczać bez rozpraszania energii. W 2001 roku odkryto, że nadprzewodnikiem pierwszego rodzaju jest również dwuborek magnezu (diborek magnezu) w temperaturze 40K (-233°C). Jest to bardzo obiecujący materiał bowiem taką temperaturę można osiągnąć oziębiając materiał w ciekłym neonie lub ciekłym wodorze, a nawet w chłodziarce z zamkniętym obiegiem co jest tańsze niż chłodzenie ciekłym helem.
Nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe (ich temperatury krytyczne są wyższe od 40K) odkryte w 1986 roku, wykazują materiały składające się z tlenków miedzi o charakterze ceramik. Najwyższą temperaturę krytyczną, wynoszącą około 130K (-143°C) ma tlenek rtęciowo-barowo-wapniowo-miedziowy. Te materiały można chłodzić ciekłym azotem o temperaturze 78K (-195°C), który jest bardzo tani. Materiały ceramiczne niestety mają wady, z powodu budowy warstwowej są kruche i łatwo korodują, co utrudnia ich przemysłowe zastosowanie. Mimo wysiłków do tej pory nie zdołano wytłumaczyć dlaczego tlenki miedzi są nadprzewodnikami.

Przewody nadprzewodzące: 1 Taśma oplatająca chroni kabel przy pracach instalacyjnych; 2 Izolacja elektryczna; 3 Izolacja cieplna; 4 Taśma nadprzewodząca; 5 Elastyczny kanał dla ciekłego azotu

Zastosowanie nadprzewodnictwa ograniczało się do tej pory głównie do sfery kosztownych urządzeń badawczych: budowy silnych elektromagnesów, w akceleratorach cząstek elementarnych do badań jądrowych, w tomografach medycznych wykorzystujących zjawisko magnetycznego rezonansu jądrowego, a także w superszybkich pociągach, lewitujących nad torami no poduszkach magnetycznych, wytwarzanych przez nadprzewodzące elektromagnesy. W pracowniach naukowców już projektuje się i konstruuje nowe urządzenia wykorzystujące nadprzewodnictwo, w rodzaju wysokosprawnych silników elektrycznych i generatorów.
Szczególne zainteresowanie budzi możliwość przesyłania prądu bez strat. Od maja 2001 roku w Danii energia elektryczna zaczęła docierać do 15 000 domów za pośrednictwem kabli nadprzewodzących, zainstalowanych w podstacji Kopenhagi. Od listopada około 30000 domów w Detroit poszło śladem Duńczyków. W projektach z Kopenhagi i Detroit wykorzystano kable energetyczne, w których specjalna nadprzewodząca ceramika (nadprzewodnik wysokotemperaturowy) jest chłodzona ciekłym azotem. W zwykłych kablach z żyłą miedzianą występują straty wynikające z określonej wartości oporności właściwej tych materiałów. Straty te wynoszą nawet parę procent przesyłanej energii. Zmniejszenie tych strat jest możliwe poprzez zmniejszanie oporności kabli przesyłowych, co w przypadku miedzi lub aluminium wymaga zwiększania przekroju żył, a zatem ich masy. Dlatego też chociaż koszt produkcji kabli nadprzewodzących jest wyższy, aniżeli kabli tradycyjnych, to potrzeba ich znacznie mniej. Zakładając dalszy rozwój tej nowoczesnej technologii i potanienie kabli nadprzewodzących, w miarę zwiększania ich produkcji masowej, można liczyć na to, że staną się one niebawem silną konkurencją dla miedzi.

Zasada działania lasera

Emisja wymuszona

Działanie lasera opiera się na dwóch zjawiskach: inwersji obsadzeń i emisji wymuszonej. Emisja wymuszona zachodzi gdy atom wzbudzony zderza się z fotonem o takiej częstotliwości, że jego energia kwantu jest równa różnicy energii poziomów między stanem wzbudzonym a podstawowym. Foton uderzający nie ulega pochłonięciu, ale przyspiesza przejście atomu ze stanu wzbudzonego do podstawowego i dlatego z atomu wylatują w tym samym kierunku dwa spójne, to znaczy zgodne w fazie fotony o tej samej energii więc i częstotliwości (rysunek po lewej stronie). Proces taki przewidział teoretycznie Einstein w 1917 roku. Pierwszy laser, którego nazwa pochodzi od pierwszych liter angielskiego zwrotu Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation co w polskim tłumaczeniu brzmi "Wzmocnienie światła prze wymuszoną emisję promieniowania" zbudował dopiero w 1960 roku przez T. Maimana.

Zasada działania lasera rubinowego

Aby mogła zachodzić w dużych ilościach emisja wymuszona należy w ośrodku wzmacniającym stworzyć odpowiednie warunki, to znaczy spowodować, by więcej elektronów było w stanie wzbudzonym niż w stanie podstawowym. Taki proces nosi nazwę inwersji obsadzeń (odwrócenia obsadzeń). Wtedy rezonansowy foton wyzwala emisje wielu fotonów naraz o tej samej fazie i częstotliwości. Aby to dokonać trzeba znaleźć taki materiał aby na pewnym poziomie wzbudzonym (na rysunku po prawej poziom E₃) czas przebywania elektronu był dostatecznie długi. Taki poziom nazywamy poziomem metastabilnym. Do tej pory zbudowano wiele typów laserów i uzyskano efekt laserowy w setkach ośrodków czynnych (stałych, ciekłych i gazowych). Odwrócenie obsadzeń uzyskuje się za pomocą oświetlenia światłem (pompowanie optyczne), innym laserem, światłem błyskowym, wyładowaniem prądu w gazach, reakcjami chemicznymi albo wykorzystać rekombinację w półprzewodnikach.
Wzmacniacz laserowy zamienia się w generator, gdy ośrodek wzmacniający zostanie umieszczony w rezonatorze. Wówczas promieniowanie wprowadzone wzdłuż osi rezonatora odbija się od zwierciadła umieszczonego na jednym końcu rezonatora oraz od półprzeźroczystego zwierciadła na drugim końcu. Pomiędzy zwierciadłami fale są wzmacniane wskutek emisji wymuszonej. Promieniowanie wychodzi z rezonatora przez półprzeźroczyste zwierciadło w postaci spójnej, monochromatycznej, równoległej wiązki światła o dużej mocy. Emitowana wiązka jest doskonale równoległa, bowiem fale, które nie wędrują tam i z powrotem między zwierciadłami, szybko uciekają na boki ośrodka drgającego bez wzmocnienia.
Lasery znalazły wiele zastosowań; są na przykład używane do spawania, w medycynie np. chirurgii, holografii, drukarkach, telekomunikacji optycznej oraz do odczytywania informacji cyfrowej.

Laser rubinowy

Schemat lasera rubinowego

Rubin jest to kryształ tlenku glinu (AL₂O₃), w którym niektóre atomy glinu są zastąpione atomami chromu. Atomy chromu nadają rubinowi charakterystyczną czerwoną barwę ponieważ absorbują one żółto-zieloną część widma. Rolę aktywną a laserze rubinowym spełniają tylko jony chromu. Monokryształ sztucznego rubinu szlifowany jest do postaci cylindra o średnicy 5 mm i długości 5 do 10 cm, którego podstawy są polerowane płasko, równolegle do siebie. Jedna z tych powierzchni jest pokryta warstwą odbijającą o blisko stuprocentowym współczynniku odbicia, druga ma odbicie około 50%. Tak przygotowany kryształ umieszczony jest w lampie błyskowej. Schemat poziomów energetycznych w rubinie przedstawia animacja zamieszczona wyżej. Ksenonowa lampa błyskowa powoduje wzbudzenie elektronów z poziomu E₁ w stan E₂, który tworzy pasmo energetyczne o sporej szerokości dlatego łatwo fotony z kość szerokiego przedziału mogą wzbudzać elektrony. Średni czas przebywania na poziomie E₂ jest krótki i wynosi jedynie 0,05µs. Elektrony wracają więc do stanów niższych. Wiele z nich przechodzi bezpromieniście (energiazostaje przekazana sieci krystalicznej i dlatego taki laser musi być chłodzony) na poziom E₃. Średni czas życia na poziomie E₃ jest dość długi wynosi około 3ms i dlatego nazywamy go metastabilnym. Oświetlenie więc rubinu światłem białym powoduje masowe przechodzenie elektronów do stanu E₃. Proces taki nazywamy pompowaniem optycznym. Następuje inwersja obsadzeń.
Aby uzyskać silną emisję wymuszoną, konieczne jest utworzenie optycznej komory rezonansowej. Taką komorę tworzy sam kryształ rubinu w postaci pręta, którego powierzchnie czołowe są wypolerowane i pokryte powłokami odbijającymi. Wystarczy wtedy pojawienie się w pręcie jednego tylko fotonu o częstotliwości rezonansowej, poruszającego się równolegle do osi pręta, aby rozpoczął się proces narastania emisji wymuszonej. Foton ten wymusza bowiem emisję w atomach położonych wzdłuż jego drogi, a powstała przy tym wiązka fotonów odbijając się wiele razy od przeciwległych powierzchni lustrzanych oddziałuje z nowymi wzbudzonymi atomami i wyzwala coraz więcej fotonów. Prowadzi to do lawinowego wzrostu natężenia promieniowania laserowego.
Światło wysyłane przez laser rubinowy ma kolor czerwony, odpowiadający długości fali A = 694,3 nm. Laser rubinowy pracuje impulsowo.
Obecnie częściej buduje się lasery oparte na innych materiałach. Przykładem jest laser neodymowy gdzie szkło, kryształy fluorku wapnia lub inne materiały domieszkowane są neodymem. W pracy istotne są cztery poziomy energetyczne. Akcja laserowa zachodzi wtedy między poziomami E3 i E4 i uzyskanie odwrócenia obsadzeń jest znacznie łatwiejsze, a chłodzenie ośrodka czynnego ciekłym azotem pozwala na uzyskanie pracy ciągłej. Laser neodymowy na podłożu YAG (granat itrowo-glinowy) pozwala na uzyskanie w impulsie dużych mocy. W podobny sposób jak laser neodymowy działają lasery, w których w różnych osnowach krystalicznych centami są jony metali ziem rzadkich.

Laser gazowy

Odwrócenie obsadzeń poziomów jako przygotowanie do akcji laserowej w gazach może być uzyskane przez wyładowanie elektryczne. Ogromne znaczenie mają wówczas atomy w stanach metatrwałych, ich energia może być przekazana w zderzeniach atomom lub cząsteczkom właściwego ośrodka laserującego. Tak jest właśnie w laserze helowo-neonowym (He-Ne), w którym ciałem roboczym jest mieszanina helu i neonu o ciśnieniu cząstkowym helu około 130 Pa i neonu ok. 13 Pa. Wyładowanie elektryczne prowadzone w tej mieszaninie wzbudza atomy helu i neonu do różnych stanów. Najważniejsze jednak dla uzyskania akcji laserowych jest wzbudzenie atomów helu do dwóch stanów metatrwałych.

Budowę lasera He-Ne przedstawia schematycznie rysunek powyżej. Rura laserowa (szklana lub kwarcowa) zamknięta jest doskonale płasko-równoległymi okienkami nachylonymi do osi rury pod kątem Brewstera (w celu minimalizacji strat przy odbiciu); jej typowe wymiary: długość - kilkanaście cm do kilku m, średnica wewnętrzna - kilka do kilkunastu mm. Do rury wlutowane są elektrody, do których przykłada się napięcie powodujące wylądowanie. Rezonator tworzą zewnętrzne zwierciadła (płaskie lub sferyczne w ustawieniu współogniskowym), z których jedno ma pewną, niewielką przepuszczalność, co umożliwia wyprowadzenie wiązki laserowej na zewnątrz. 
W czasie trwania akcji laserowej wyładowanie stale podtrzymuje różnicę obsadzeń, otrzymuje się zatem o akcję laserową o działaniu ciągłym. Innymi laserami gazowymi są laser argonowy i laser, którego czynnikiem roboczym jest dwutlenek węgla.

Paser półprzewodnikowy

Laser półprzewodnikowy czyli dioda laserowa działa podobnie jak diody świecące LED (skrót od angielskiego light emitting diode). LED zamieniają energię elektryczną na światło widzialne lub promieniowanie podczerwone. Źródłem światła jest złącze półprzewodnikowe n-p. Światło powstaje w wyniku tego, że elektrony w paśmie przewodnictwa są pobudzane do rekombinacji z dziurami w paśmie walencyjnym. Gdy zachodzi to zjawisko, elektrony oddają energię odpowiadającą przerwie wzbronionej i następuje świecenie. Do tych celów przydatne są takie materiały jak arsenek galu lub azotek galu, a obecnie częściej cienkie warstwy półprzewodników. Diody LED wysyłają światło niespójne i nie do końca monochromatyczne. Aby powstał laser należy tak uformować układ aby powstał rezonator optyczny. Gdy do złącza będą wstrzykiwane duże ładunki to może w nim powstać proces laserowy i w wyniku wymuszonych przejść z pasma przewodnictwa do walencyjnego generuje się spójna wiązka światła. Zwierciadłami lasera mogą być krawędzie kryształu. Lasery półprzewodnikowe mogą być miniaturowe i nie przekraczają długości 1 mm. Nie jest to na ogól jednak wiązka skupiona i o stosunkowo małej mocy.
Omówimy obecnie budowę najprostszego lasera półprzewodnikowego dostępnego w sklepach elektrycznych.
Średnica soczewki (około 5 mm) określa maksymalną średnicę skolimowanej wiązki. Dioda ma ustalone położenie, położenie soczewki może być regulowane przez zmianę położenia wkręcanej przesłony kołowej (przesłona ta ogranicza również średnicę wiązki do około 2,5-3 mm). Zewnętrzna, wymienna nasadka służy do wyświetlania rozmaitych rysunków. Działa na zasadzie siatki dyfrakcyjnej (kwadratowa sieć jednakowych symboli graficznych). Podstawowym elementem konstrukcyjnym lasera jest metalowy korpus, w którym umocowana jest płytka drukowana z diodą laserową, a z przedniej strony wkręcona jest przesłona kołowa i nakręcona wymienna nasadka. We wnętrzu korpusu umieszczona jest soczewka (dociskana do przesłony kołowej za pomocą sprężyny). Korpus umocowany jest na wcisk w aluminiowej rurce stanowiącej obudowę zewnętrzną. Dioda jest zasilana napięciem 4,5 V z trzech baterii pastylkowych przez sprężynę kontaktową, niestabilny mikrowyłącznik i rezystor.

Istnieje wiele innych rodzajów laserów takich jak: jonowe, molekularne, barwnikowe, chemiczne, których tutaj nie omawiamy.
W dziale "Doświadczenia domowe" opisano i przedstawiono na filmach trzy doświadczenia z użyciem lasera: Światłowód ze strumienia wypływającej wody,Rozpraszanie światła w roztworze koloidalnym, Świetlne miecze czyli rozpraszanie światła na kropelkach wody

Przy opracowaniu tematu najwięcej korzystano z następujących publikacji:
Peter Lafferty, Siły natury;
Encyklopedia fizyki współczesnej;
Czesław Bobrowski, Fizyka - krótki kurs;
Zygmunt Przeniczny, Na przykładzie kawałka rubinu, Fizyka w Szkole 1/2003;
Leszek Kotlarz, Doświadczenia z laserem, Fizyka w Szkole 1/2003.

Pierwszy laser krzemowy

Krzemowe lasery działające z falą ciągłą

Krzem jest półprzewodnikiem stosowanym we współczesnej elektronice, między innymi z niego robi się komputerowe mikroprocesory. Ale wszędzie tam, gdzie potrzebne jest laserowe światło, a więc w komunikacji światłowodowej, czy w odtwarzaczach CD, do tej pory stosowano inne półprzewodniki, np. arsenek galu czy fosforek indu. Są one dobrym źródłem światła ze względu na swoje własności fizyczne, lecz są dużo droższe i trudniejsze w obróbce niż krzem.
W "tradycyjnych" laserach gromadzi się energię, która służy do przyspieszenia skupionej wiązki. Krzem jednak rozprasza i absorbuje światło. Na przeszkodzie stał fakt, że niektóre elektrony z krzemu absorbują energię konieczną do nadania wiązce odpowiedniego przyspieszenia. Inżynierowie Intela zbudowali więc urządzenie, które usuwało "przeszkadzające" elektrony. Po raz pierwszy zaprezentowano taki laser wykorzystujący krzem w drugiej połowie 2004 roku. Eksperymentalne urządzenie wytwarzało jednak wiązkę pulsacyjną, a do założonych przez inżynierów Intela celów konieczny był laser z wiązką ciągłą. W końcu na początku 2005 roku badacze z laboratorium Intela skonstruowali laser z krzemu działający z falą ciągłą. Intel kontynuuje badania nad laserem, a jego specjaliści pracują też nad połączeniem go z opracowanym wcześniej krzemowym modulatorem optycznym, co umożliwi zastosowanie lasera w obecnie wykorzystywanej infrastrukturze telekomunikacyjnej.
To zapowiedź rewolucji w komputerach i telekomunikacji. Dzięki temu wkrótce mogą powstać dużo tańsze nadajniki oraz wzmacniacze światła używane w telekomunikacyjnych światłowodach. Innym zastosowaniem wynalazku byłyby lepsze komputery. Żeby zwiększyć szybkość ich działania, inżynierowie starają się dziś upchać w mikroprocesorze coraz więcej tranzystorów (miliony na jednym centymetrze kwadratowym). Ale już za kilka lat dotrą do granicy możliwości takiego upakowania. Winne są temu elektroniczne sygnały, które biegną po miedzianych połączeniach między milionami tranzystorów - nie będą w stanie nadążyć z obsługą elektronicznego ruchu. Wyjściem byłoby zastąpienie metalowych połączeń światłowodami, bo wtedy sygnały rozchodziłyby się w mikroprocesorze z prędkością światła, czyli największą możliwą w naturze. Do tego jednak potrzeba źródeł światła, które będzie można wykonać na tej samej krzemowej płytce i w tej samej technologii co cały mikroprocesor. I to właśnie jest teraz celem prac naukowców z Intela.
Opracowano na podstawie internetowych informacji zamieszczonych w serwisie naukowym Gazety Wyborczej i na stronie http://newsroom.chip.pl/news_125131.html

Niebieski laser półprzewodnikowy

Po kilku latach zajadłej rywalizacji w 2002 roku polscy naukowcy prześcignęli międzynarodową konkurencję i jako pierwsi stworzyli w pełni sprawny, półprzewodnikowy niebieski laser. Jedynie warszawskiemu Centrum Wysokich Ciśnień "Unipress" Polskiej Akademii Nauk udało się wyhodować kryształy 

Kryształek azotku galu (GaN), wyhodowany w Instytucie Wysokich Ciśnień PAN, służy do budowy niebieskich laserów

azotku galu (GaN), który jest niezbędny do konstrukcji takiego lasera. Gra toczy się o bardzo duże pieniądze. Lasery służą do odczytywania płyt kompaktowych. Laserowy promień ślizga się po wyrytych na płycie dołkach. Im mniejsza jest długość jego światła, tym mniejsze mogą być dołki. Można ich wtedy więcej upchać na powierzchni płyty. Dziś stosuje się lasery czerwone. Fale niebieskie są krótsze - gdyby udało się skonstruować niebieskie lasery, pojemność dysków wzrosłaby czterokrotnie.
Bywalcy dyskotek od dawna bawią się w niebieskich laserowych promieni. Są to jednak lasery gazowe, czyli rury wypełnione np. świecącym helem i neonem, zbyt duże, nieporęczne, zasilane dużym napięciem. Do miniaturowych wytworów najnowszej techniki zupełnie się nie nadają. We współczesnej elektronice liczą się tylko konstrukcje zbudowane z półprzewodników. Tego typu lasery mogą być wielkości główki od szpilki. Bez nich nie byłoby dziś miniaturowych odtwarzaczy płyt kompaktowych.
Pod koniec 2005 roku polscy naukowcy zbudowali niebieskie lasery półprzewodnikowe różnego rodzaju. Sprzedawane są, głównie za granicę, lasery o mocy do 1 W w impulsie i lasery o pracy ciągłej o mocy 100 i 200 mW. Na początku w postaci próbek inżynierskich. Rynek jest jeszcze dziewiczy, ale rozwija się i wkrótce będzie wart miliardy dolarów. Obecnie Polacy mają dwuprocentowy udział w rynku półprzewodnikowych niebieskich laserów. Aby to utrzymać lub powiększyć, trzeba jeszcze sporo zainwestować. Na razie sprawdzają się przewidywania co do rozwoju technologii i rynku. Odniesiono niewątpliwy sukces, który otwiera ogromne możliwości. Teraz wszystko zależy od wielkości inwestycji, a także sprzyjającej polityki państwa. Przemysł laserowy w Polsce ma szansę na rozwój i konkurencję na świecie.

Co to jest LASER ?

(ang. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – wzmocnienie światła przez wymuszoną emisję promieniowania) – urządzenie będące źródłem promieniowania elektromagnetycznego z zakresu od podczerwieni do nadfioletu (obecnie nawet do częstotliwości promieniowania X). Światło emitowane przez laser jest spójne – rozchodzi się wiązką o kącie promieniowania do kilku minut kątowych i prawie idealnie monochromatyczne – długości fal mogą zawierać się w bardzo wąskim zakresie wartości (nawet do kilkunastu kHz). Atomy ośrodka czynnego lasera wzbudzane są tak, aby elektrony przechodziły na wyższe poziomy energetyczne, zewnętrzna stymulacja powoduje, że przy powrocie na niższy poziom emitują energię w postaci fotonów, których strumień odbijając się pomiędzy przeciwległymi zwierciadłami rezonatora powiększa się, wymuszając promieniowanie innych atomów i po przekroczeniu pewnej wartości krytycznej jest emitowany na zewnątrz (emisja wymuszona). Kolor (częstotliwość) promieniowania zależy od rodzaju ośrodka czynnego, który określa rodzaj lasera. Promieniowanie lasera może mieć charakter impulsowy lub ciągły.

Źródło: http://www.i-slownik.pl

Struktura lasera

 

 

Laser składa się z trzech zasadniczych elementów, którymi są:

1. Ośrodek aktywny, czyli zespół atomów, jonów lub też cząsteczek.

2. Układ pompujący, czyli układ, który wytwarza inwersję obsadzeń między stanami zaangażowanymi w przejście laserowe. Inwersja obsadzeń tych stanów jest warunkiem koniecznym do uzyskania wzmocnienia promieniowania.

3. Rezonator, czyli układ optyczny, który sprzęga promieniowanie charakterystyczne dla danego ośrodka z tym ośrodkiem. W najprostszym przypadku rezonator stanowią 2 płaskie, doskonale odbijające zwierciadła, które są ustawione idealnie równolegle do siebie w odległości L = nλ/2, (n jest liczbą całkowitą, λ jest długością fali światła laserowego) umożliwiającej powstanie w nim fal stojących. Częstości tych fal są częstościami modów podłużnych lasera. Liczba modów zależy od szerokości dopplerowskiej Δvd linii widmowej, dla której zachodzi przejście laserowe w ośrodku aktywnym. Odległość w skali częstości między sąsiednimi modami wynosi Δv = c/2L, gdzie c jest prędkością światła w próżni. Zatem wzmocnieniu mogą ulec tylko te mody (drgania o określonej częstości), które mieszczą się w profilu linii emisyjnej – jest ich tyle, ile wynika z podzielenia Δvd/Δv.

4. Drugie zwierciadło rezonatora

5. Wiązka laserowa

Źródło: http://www.igf.fuw.edu.pl

Rodzaje laserów

 

I. Podział laserów w zależności od ośrodka czynnego

Ośrodek czynny decyduje o najważniejszych parametrach lasera, określa długość emitowanej fali, jej moc, sposób pompowania, możliwe zastosowania lasera. W nawiasach podano długości fal emitowanego światła.

1. Lasery gazowe

• laser helowo-neonowy (543 nm lub 633 nm)

• laser argonowy (458 nm, 488 nm lub 514,5 nm)

• laser azotowy (337,1 nm)

• laser kryptonowy (jonowy 647,1 nm, 676,4 nm)

• laser na dwutlenku węgla (10,6 μm)

• laser na tlenku węgla

2. Lasery na ciele stałym

• laser rubinowy (694,3 nm)

• laser neodymowy na szkle

• laser neodymowy na YAG-u (Nd:YAG)

• laser erbowy na YAG-u (Er:YAG) (1645 nm)

• laser tulowy na YAG-u (Tm:YAG) (2015 nm)

• laser holmowy na YAG-u (Ho:YAG) (2090 nm)

• laser tytanowy na szafirze (Ti:szafir)

• laser na centrach barwnych

3. Lasery na cieczy

• lasery barwnikowe – ośrodkiem czynnym są barwniki rozpuszczone w nieaktywnym ośrodku przezroczystym, np. rodamina

4. Lasery półprzewodnikowe

• złączowe (diody laserowe)

• laser na materiale objętościowym

• laser na studniach kwantowych

• laser na kropkach kwantowych

• bezzłączowe

• kwantowy laser kaskadowy

II. Podział laserów w zależności od zastosowań

1. Specjalne lasery gazowe wytwarzające ultrafiolet o możliwie jak najmniejszej długości fali używane do produkcji półprzewodnikowych układów scalonych:

• F_2 (157 nm)

• ArF (193 nm)

• KrCl (222 nm)

• XeCl (308 nm)

• XeF (351 nm)

2. Lasery używane w stomatologii i dermatologii, w tym do usuwania tatuaży, znamion oraz włosów:

• laser rubinowy (694 nm)

• aleksandrytowy (755 nm)

• pulsacyjna matryca diodowa (810 nm)

• Nd:YAG (1064 nm)

• Ho:YAG (2090 nm)

• Er:YAG (2940 nm)

3. Półprzewodnikowe diody laserowe:

• małej mocy – używane we wskaźnikach laserowych, drukarkach laserowych, CD/DVD

• dużej mocy – używane w przemyśle do cięcia i spawania, występują o mocach do 10 kW

Źródło: http://pl.wikipedia.org

Opis wybranych typów laserów

 

1. Laser typu CO₂

Laser CO₂ jest laserem gazowym o pracy ciągłej lub impulsowej, generujący promieniowanie z zakresu dalekiej podczerwieni o długości fali ok. 10,6 µm i ok. 9,5 µm. Ośrodkiem czynnym jest mieszanina gazów N₂-CO₂-He, przy czym akcja laserowa powstaje przy przejściu między poziomami oscylacyjno-rotacyjnymi cząsteczki CO₂. Inwersję obsadzeń uzyskuje się głównie w wyładowaniu elektrycznym w procesie zderzeniowego przekazu energii od molekuł azotu, wzbudzonych za pośrednictwem elektronów wyładowania, a także przy bezpośrednim wzbudzeniu drgań molekuły dwutlenku węgla w procesie zderzeń z elektronami. Jako gaz buforujący stosuje się hel, w zderzeniu z atomami którego zachodzi opróżnienie poziomów dolnych. W najszerzej stosowanej mieszaninie gazów dwutlenek węgla wypromieniowuje energię; azot energię gromadzi; hel opróżnia poziomy dolne. Dodatkowo hel ułatwia wyładowania elektryczne i chłodzi mieszaninę gazową. Możliwe jest także wzbudzenie gazodynamiczne i przekazanie energii od molekuł wzbudzonych na drodze chemicznej.

Wśród laserów molekularnych CO₂ wyróżnia się:

• lasery o pobudzaniu podłużnym (wyładowanie elektryczne wytwarza się wzdłuż osi rury wyładowawczej i osi rezonatora optycznego)

• lasery o pobudzaniu poprzecznym lasery TEA (pobudzenie polem elektrycznym skierowanym poprzecznie do osi rezonatora optycznego)

Lasery o pobudzaniu podłużnym na ogół pracują w sposób ciągły i w zależności od rozmiarów rury generują moc od kilku wat do kilku kilowat. W laserach o mocy powyżej kilkudziesięciu wat stosuje się ciągły przepływ mieszaniny gazów N₂-CO₂-He. Rozmiary rury wyładowczej w zależności os mocy generowanej wynoszą od kilku do kilkunastu metrów. W celu zmniejszenia długości lasera stosuje się rurę wyładowawczą składającą się z odcinków ułożonych obok siebie, a wiązkę promieniowania kieruje się odpowiednimi układami zwierciadeł.

Laser molekularny CO₂ o pobudzeniu poprzecznym i ciśnieniu atmosferycznym mieszaniny gazów, lasery TEA, pracują impulsowo o czasie trwania impulsu rzędu µs. Generują one moc od kilkudziesięciu kilowat do kilkuset megawat i energię J do kilkuset J w impulsie, zwykle w układzie generator – wzmacniacz dla dużych energii. Częstotliwość przetwarzania impulsów dla małej energii w impulsie wynosi kilkaset Hz, dla dużych energii ułamek Hz. W laserach tych stosuje się ciągły przepływ gazów N₂-CO₂-He. Wyładowanie elektryczne jest wytwarzane impulsowo polem elektrycznym skierowanym prostopadle do osi rezonatora optycznego przy zastosowaniu wstępnej jonizacji gazu znajdującego się między elektrodami strumieniem elektronów lub promieniowania dalekiego nadfioletu.

W laserach CO₂ z wyładowaniem elektrycznym przy niskim (kilkadziesiąt torów) ciśnieniu gazu stosuje się – wyładowanie podłużne w rurach stosunkowo długich. Przy ciśnieniu wysokim (ok. 1 atm. i większym) stosuje się – wyładowanie poprzeczne. Wyładowanie jest inicjowane i podtrzymywane na drodze jonizacji gazu w obszarze wyładowawczym przez promieniowanie UV, wiązkę elektronów itp. Laser generuje promieniowanie głównie na długości fali 10,6 µm oraz 9,4 µm i charakteryzuje się wysoką sprawnością, rzędu 10÷30%. Uzyskane moce dla laserów impulsowych tego typu są rzędu terawatów, dla laserów ciągłego działania ~ 90 kilowatów.

Lasery CO₂ są stosowane w badaniach fizycznych, obróbce materiałów, w medycynie, wojskowości, telekomunikacji, laserowej syntezie termojądrowej i innych obszarach nauki i techniki. Pierwszy laser CO₂ został zbudowany w 1964 r. przez C. K. N. Patela w USA i generował promieniowanie o mocy ~1 mW na 13 liniach o długości fal ok. 10 µm. Był to laser ciągłego działania.

Źródło: http://www.fotonika.hermeneutikos.com

2. Laser neodymowy Nd:YAG

Można wyróżnić mikrolasery objętościowe i cienkowarstwowe. Pompowanie odbywa się za pomocą półprzewodnikowych diod laserowych. Długość aktywnego ośrodka objętościowego jest rzędu 1mm. Możliwość budowy lasera o tak małych wymiarach powstała w wyniku opanowania technologii diod generujących wiązkę o mocy rzędu watów z możliwością dopasowania pasma emisji tych diod do pasma maksymalnej absorpcji neodymu (λ=0.81 μm). Długość fali emitowanej przez laser wiązki λ=1.06 μm. Przejścia kwantowe realizowane są na jonach neodymu. Dichroniczne zwierciadła tworzą układ rezonatora otwartego dla mikrolasera objętościowego i falowodowego. Wiązka pompująca (λ=0.81 μm) powinna być transmitowana przez pierwsze zwierciadło i całkowicie odbijana przez drugie. Natomiast wiązka generowana przez laser (λ=1.06 μm), jak w typowym rezonatorze, powinna być całkowicie odbijana przez drugie zwierciadło i częściowo transmitowane przez pierwsze.

Mikrolaser objętościowy w połączeniu z kryształem nieliniowym tworzy laser o zwartej budowie, emitujący linię zieloną (druga harmoniczna, λ=0.533 μm) o mocy nawet kilkunastu miliwatów. Tą drogą można uzyskać również harmoniczne wyższe niż druga i uzyskać promieniowanie w nadfiolecie.

Źródło: http://www.laser.az.pl

Zastosowanie laserów

 

Zastosowanie lasera wywarło poważny wpływ na wiele dziedzin nauki i techniki np.:

• technologię materiałów (precyzyjne cięcie, spawanie i wiercenie trudno topliwych materiałów, wyważanie dynamiczne zautomatyzowane cięcie papieru, tkanin, tworzyw sztucznych itp.)

• precyzyjne pomiary długości, odległości, pułapu chmur, stopnia zanieczyszczeń atmosfery, szybkości przepływu itp.

• sterowanie pracą maszyn roboczych, wytyczanie torów wodnych w portach, chodników w kopalniach, precyzyjne pozycjonowanie złożonych konstrukcji

• medycynę i biologię (mikrochirurgiczne zabiegi okulistyczne, bezkrwawe zabiegi chirurgiczne, zapobieganie próchnicy, usuwanie naczyniaków, zabiegi kosmetyczne)

• zapisywanie i odtwarzanie dźwięków i obrazów

• technikę wojskową (pomiar odległości, sterowanie bombami i pociskami, oświetlanie, specjalne metody rozpoznania i fotografowania)

• holografię;

• technologię chemiczną (selektywna kataliza reakcji chemicznych);

• telekomunikację optyczną (wielokanałowa łączność światłowodowa między dużymi centrami obliczeniowymi).

Źródło: http://www.sciaga.pl

Moc źródeł laserowych

 

Główni producenci źródeł laserowych na świecie specjalizują się w określonych zakresach mocy:

• Universal Laser Systems produkuje źródła o mocy od 10 do 120W

• Synrad od 10 do 400W

• ElEn produkuje źródła o mocy od 30 do 6000W

• Rofin Sinar posiada w ofercie źródła do 8000W