Лазерна технологія.Лазерний відпал,легування,руйнування

Лазерні системи поділяються на три основні групи: твердотільні лазери, газові, серед яких особливе місце займає CO₂-лазер; і напівпровідникові лазери. Якийсь час назад з'явилися такі системи, лазери, що як перебудовуються, на барвниках, твердотільні лазери на активованих стеклах.

З всіх існуючих лазерів тривалої дії найбільш могутніми, просунутими в практичному відношенні і пристосованими для різання матеріалів, зварювання металів, термічного зміцнення поверхонь деталей і ряду інших операцій є електророзрядні СО₂ – лазери. Великий інтерес до СО₂ – лазерам розуміється також і тим, що в цього лазера ефективність перетворення електричної енергії в енергію лазерного випромінювання в сполученні з максимально досяжною потужністю енергії чи імпульсу значно перевершує аналогічні параметри інших типів лазерів.

За допомогою їхнього випромінювання роблять незвичайні хімічні реакції, розділяють ізотопи. Маються проекти передачі енергії за допомогою СО₂-лазерів із Землі в чи космос з космосу на Землю, обговорюються питання створення реактивного двигуна, Формування виробострумовим електронним пучком чи поперечним розрядом. Працюють в імпульсному режимі в УФ - діапазоні довжин хвиль. Застосовуються для лазерного термоядерного синтезу.

Електророзрядні лазери низького тиску на благородних газах: He-Ne, He-Xe і ін. Це малопотужні системи відрізняються високої монохроматичністю і спрямованістю. Застосовуються в спектроскопії, стандартизації частоти і довжини випромінювання, у настроюванні оптичних систем.

Іонний аргоновий лазер - лазер безупинної дії, що генерує зелений промінь. Накачування здійснюється електричним розрядом. Потужність досягає декількох десятків Вт. Застосовується в медицині, спектроскопії, нелінійній оптиці

Хімічні лазери. Робітниче середовище - суміш газів. Основне джерело енергії - хімічна реакція між компонентами робочої суміші. Можливі варіанти лазерів імпульсної і безупинної дії. Вони мають широкий спектр генерації в ближньої ИК - області спектра. Мають велику потужність безупинного випромінювання і великою енергією в імпульсі. Такі лазери застосовуються в спектроскопії, лазерній хімії, системах контролю складу атмосфери.

Напівпровідникові лазери складають саму численну групу. Накачування здійснюється інжекцією через гетероперехід, а також електронним пучком. Гетеролазери мініатюрні, мають високий КПД. Можуть працювати як у імпульсному, так і в безупинному режимах. Незважаючи на низьку потужність вони знайшли своє застосування в промисловості. Вони застосовуються для спектроскопії, оптичної стандартизації частоти, оптико-волоконних ліній зв'язку, для контролю форми, інтерференційних смуг деформації, в оптико-електроніці, у робототехніці, у системах пожежонебезпечності. У побуті застосовуються в системах оптичної обробки інформації (у сканерах) у парі з нескладною системою багатогранних дзеркал, застосовуваних для відхилення променя у звуко- і відеосистемах, чи в охоронних системах. Останнім часом напівпровідникові лазери, завдяки своїм малим розмірам, застосовуються й у медицині. Лазери з електронним накачуванням перспективні в системах проекційного лазерного телебачення.

РУБІН. У лазерах цей кристал має високий поріг генерації й отже низький КПД, звичайно 0.5%. Його вихідна потужність також сильно залежить від робочої температури, що обмежує частоту повторення імпульсів величиною 10 Гц чи менш. У той же час цей матеріал термічно стійкий і не боїться перегріву. Однак його широке застосування обмежує досить висока вартість спеціально вирощеного кристала, особливо якщо потрібно стрижень великих розмірів. Тому рубінові лазери застосовуються коли необхідне випромінювання довжиною хвилі 694 нм чи не потрібно висока енергія на виході і КПД не грає істотної ролі. Наприклад, такі лазери стали широко використовуватися для спеціальної фотографії - голографії, після того, як удалося домогтися достатньої чутливості плівки на частоті 694 нм. Ці лазери більш зручні і для пробивання дуже точних отворів, тому що зі зменшенням довжини хвилі розміри крапки фокуса, що обмежується дифракцією, зменшуються. Не дуже давно деякі вчені пророкували, що рубіновий лазер незабаром відслужить свій термін. Однак у даний час напівпровідникові прилади на арсеніді галію (GaAs) можуть зварюватися з тугоплавкими металевими провідниками за допомогою імпульсного рубінового лазера. Процес триває 100 нс замість 5-30 хв, що вимагаються при звичайному зварюванні з наступним віджилок. Це важливе досягнення застосовується в електронних системах, використовуваних у супутниковому зв'язку, реактивних двигунах, геотермальних шпарах, атомних реакторах, приймачах радіолокаційних станцій і ракет, інтегральних мікрохвильових ланцюгах.

Звичайний відпал не гарантує повного 100% позбавлення від дефектів, більш досконалим методом є лазерний відпал. Процес полягає у використанні променя лазера з питомою потужністю рівної 500000 Вт/см³. При короткочасному впливі лазерного променя матеріал плавитися на дуже короткий час потім при переміщенні променя зона впливу лазерного променя кристалізується в нормальну кристалічну решітку. Лазерний відпал дозволяє строго контролювати зону обробки, глибину залягання домішки, а також усунути порушення кристалічної решітки в обсязі пластини. При обробці поверхонь з великою площею можлива значна втрата енергії лазерного променя внаслідок відбиває здатності поверхні. Тому прагнуть переміщати не промінь, а пластину. З цієї причини метод лазерного відпалу також не є бездоганним.
Лазерне легування матеріалів. Лазерне легування є одним із видів лазерного зміцнення (поверхневої обробки), при якому підвищення твердості та інших експлуатаційних характеристик поверхневого шару матеріалу досягається внаслідок не лише структурних і фазових перетворень у зоні лазерної дії, а й створення нового сплаву, який відрізняється від матричного матеріалу хімічним складом. Основою цього нового сплаву є матричний матеріал.

Ступінь зміцнення залежить як від типу легуючого елемента (елементів), так і від властивостей матричного матеріалу. Так, при імпульсному опроміненні заліза, на поверхню якого наносились шари різних вуглецевмісних сполук (в тому числі і графіт), досягається значне підвищення концентрації вуглецю в залізі з утворенням твердого розчину залізо—вуглець. Оброблена ділянка поверхні являє собою білий шар із рівномірною мікротвердістю, яка досягає 1400 МПа. За ним йде термооброблений шар із мікротвердістю 1000 МПа.

Дія лазерного випромінювання на організм людини має складний характер і обумовлена як безпосередньою дією лазерного випромінювання на тканину, так і вторинними явищами, обумовленими змінами в організмі внаслідок опромінення. Розрізняють термічну і біологічну дію лазерного випромінювання на тканини, що може призвести до теплової, ударної дії світлового тиску, електрострикції (механічні коливання під дією електричної складової електромагнітного поля), перебудови внутрішньоклітинних структур та інше.

Дата добавления: 2015-05-26