Лазерна технологія 1
ЛАЗЕРНА ТЕХНОЛОГІЯ, спосіб впливу лазерним випромінюванням на об'єкт (речовина, матеріал, виріб) з метою необхідного зміни його властивостей і якостей або для отримання і передачі інформації. Поштовхом до розвитку лазерної технології послужило створення перших лазерів на початку 1960-х років. Висока щільність енергії і потужність лазерних пучків, а також монохроматичность, когерентність, спрямованість лазерного випромінювання і можливість його фокусування в пляма малого розміру (лазерний промінь) сприяли використанню лазерної технології в різних областях науки і техніки. З появою в 1980-х роках промислових лазерів з високими значеннями потужності і щільності енергії лазерного променя стало можливим застосування лазерної технології для термічних технологічних операцій в машинобудуванні, електронної промисловості і ін. В лазерної технології застосовуються твердотільні (наприклад, на ітрій-алюмінієвому гранаті і склі з неодимом) і газові (на діоксиді вуглецю, молекулах азоту) лазери з середньою потужністю від одиниць до декількох сотень ват, що працюють в імпульсному, імпульсно-періодичному і безперервному р ежім. Наукові основи лазерної технології базуються на властивостях лазерного випромінювання, законах заломлення, поглинання і відбиття світла, а також законах, згідно з якими протікають технологічні процеси в кожній конкретній області. Наприклад, в технологіях лазерного зварювання і різання поряд з оптичними законами важливу роль відіграють закони теплопровідності, газо та гідродинаміки; в інформаційних лазерних технологіях - закони розсіювання, інтерференції і дифракції світла.
Лазерні технології набули широкого поширення в промисловості для зварювання, різання, поділу матеріалів і ін. Лазерне зварювання дозволяє отримувати високоякісні, високоміцні з'єднання як мікродеталей, так і великогабаритних силових конструкцій. Лазерним методом зварюють високоміцні сталі, сплави (титанові, алюмінієві, нікелеві, молібденові та ін.), Композиційні матеріали, кераміку, а також різнорідні матеріали (наприклад, сталь-мідь, сталь-вольфрам, сталь-кераміка). Основні технологічні параметри, що характеризують лазерну зварювання, - щільність потужності лазерного випромінювання (в діапазоні 10 5 -10 7 Вт / см 2) і тривалість впливу (від тривалості імпульсів в 10 -2 -10 -3 с до безперервного випромінювання). Лазерне зварювання дозволяє з'єднувати деталі зі швидкістю до 10 м / хв.
Лазерне поділ конструкційних матеріалів здійснюють в широкому діапазоні щільності потужності і зі швидкістю, що досягає декількох м / с. Лазерне різання дозволяє розділяти практично будь-які метали і неметали незалежно від їх твердості. Лазерне термораскаливаніе забезпечує високоякісне поділ таких тендітних матеріалів, як скло, ситалли, сапфір, алюмооксидного кераміка і т. П. При щільності потужності лазерного випромінювання близько 10 3 Вт / см 2 і швидкості поділу до 5 м / хв. Унікальною особливістю лазерного термораскаливанія є можливість отримання виробів товщиною до декількох десятків мм з високоміцними крайками за рахунок відсутності на їх поверхні на молекулярному рівні дефектів і шорсткостей. Лазерне скрайбірованіе (ненаскрізна різання для відділення фрагментів вироби) - ефективний метод поділу ПП, кераміки, ситалів і т.п .; дозволяє отримувати вироби високої якості зі швидкістю до 10 м / хв.
У машинобудуванні також широко застосовуються: лазерна обробка поверхні, що підвищує (в кілька разів, а іноді і в десятки разів) зносостійкість, втомну міцність і інші характеристики деталей; пробивання отворів в різних матеріалах (навіть таких твердих, як алмаз) діаметром до одиниць мкм; лазерна маркування та гравірування, що дозволяють з високою швидкістю отримувати високоточні якісні зображення практично на будь-яких матеріалах (в тому числі тендітних). Все більшого поширення набувають лазерні технології, засновані на послойном синтезі об'ємних виробів, які застосовуються для тиражування моделей, розроблених за допомогою комп'ютерного моделювання (так звана технологія швидкого прототипування і виробництва).
До інформаційної лазерної технології відносяться: передача інформації по волоконно-оптичних ліній зв'язку, вимірювання, запис і зчитування інформації, интерферометрия, голографія, локація, зчитування штрих-кодів, демонстрація оптичних ефектів, сканування та ін. Серед інформаційних технологій найбільшого поширення набули лазерна запис і зчитування інформації; основні технологічні параметри даної технології - довжина хвилі лазерного випромінювання (як правило, у видимому діапазоні спектра) і частота проходження імпульсів, складова десятки МГц.
В кінці 20 століття лазерні технології стали застосовуватися в мікро і нанотехнології. лазерні технології використовуються при виготовленні виробів мікроелектроніки, серед яких - лазерна обробка ПП з метою рекристалізації і відпалу, модифікування і зміна хімічного складу поверхневих шарів, лазерна різка та скрайбірованіе тонких плівок і ПП пластин для виготовлення інтегральних схем, підгонка параметрів елементів мікроелектроніки та ін. Застосування лазерної технології для розробки нанотехнологій в різних областях науки і техніки відкрило принципово нові можливості для управління процесами на на ноуровне, а також створення нових матеріалів і виробів. Наприклад, технологія позиціонування атомів лазерним променем дозволяє створювати наночіпи з надвисокою щільністю елементів, розміри яких вимірюються десятками нм.
Дивись також Лазерна медицина, Лазерна хімія.
А. Г. Григорьянц, І. Е. Малов.