Lasertechnologie: Anwendungen, Anwendungen und Kommunikationsverarbeitung
In diesem Artikel erfahren Sie mehr über Anwendungen, Einsatzmöglichkeiten und Kommunikationsverarbeitung der Lasertechnologie!
Laser ist die Abkürzung für Light Amplification durch stimulierte Strahlungsemission. Obwohl die Basistechnologie 1960 erfunden wurde, hat sich der Laser seitdem stark weiterentwickelt. Ursprünglich verwendeten die Laser Rubinkristalle und waren nicht sehr stark; Im Laufe der Zeit wurden viele Arten von Lasern mit unterschiedlichen Materialien entwickelt, die das Laserlicht erzeugen.
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Unabhängig davon, ob es sich um Rubinlaser, Gaslaser, Flüssigkeitslaser oder Halbleiterlaser handelt, das Prinzip ist dasselbe: stimulierte Emission, die bei einem Photon entsteht, das im angeregten Zustand auf ein Atom trifft, und dieses dazu zwingt, ein anderes Photon derselben Frequenz zu emittieren die gleiche Richtung
Diese zwei Photonen verdrängen mehr Photonen und es kommt zu einer stimulierten Emission. Die Halbleiter, die den Kern der neuen Laser bilden, haben Gadgets wie die CD-ROM möglich gemacht. Die früheren Diodenlaser erzeugten Licht durch Senden von Strom durch Galliumarsenid.
Vor kurzem haben Wissenschaftler Laser gefunden, die Galliumarsenid mit sehr dünnen Schichten aus Aluminiumgalliumarsenid verwenden, wodurch eine Region geschaffen wird, die Quantenmulde zwischen den Schichten genannt wird. In diesem Bereich sind die Elektronen dicht gepackt, so dass das Gerät weniger Energie zur Lichtemission benötigt.
Die "Quantentopf" -Laser wandeln Strom sehr effizient in Licht um und erzeugen so weniger Wärme. Dies ermöglicht wiederum einen batteriebetriebenen Betrieb. In Kommunikationssystemen können sie die Anzahl der Ferngespräche, die über eine einzige Glasfaser übermittelt werden können, verdoppeln.
Laserlicht ist monochromatisch, z. B. hat ein roter Laserstrahl nur rotes Licht; es ist sehr kohärent, dh das Licht eines Lasers ist stark gerichtet. und es kann über große Entfernungen übertragen werden, ohne sich zu verbreiten. Die hohe Helligkeit eines Lasers ist eine Folge der räumlichen Kohärenz.
Die Intensität des Laserlichts ist bei Fokussierung sehr hoch und die Reaktion des Materials wird nicht linear. Laser erzeugen kurze Lichtimpulse und es ist möglich, Nanosek-Impulse von mehreren Lasern zu erhalten. Durch Modenverriegelung kann die Breite der Impulse auf einige hundert Femtosek (1 Femtosek = 10-15 Sekunden) verkürzt werden.
Anwendungen:
Laser finden aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften in verschiedenen Bereichen Anwendung. Einige wichtige Anwendungen von Lasern werden hier diskutiert.
Grundlagenwissenschaft:
Die Revolution auf dem Gebiet der Spektroskopie wurde mit Hilfe von Lasern durchgeführt, da intensive und schmale Linienbreitenstrahlung verfügbar war. Bei der Messung des Absorptionsspektrums sind diese beim Nachweis schwacher Absorptionslinien vorteilhaft. Es gibt verschiedene Techniken zum Nachweis schwacher Absorptionsspektren wie optoakustische Spektroskopie, Multiphotonionisationsspektroskopie usw.
Es gibt auch nichtlineare spektroskopische Techniken wie die Zwei-Photonen-Absorptionsspektroskopie. Der Laser hat die zum Aufzeichnen eines Raman-Spektrums erforderliche Zeit von Stunden auf Minuten reduziert. Der am weitesten verbreitete Laser ist ein Argon-Ionenlaser für die Raman-Spektroskopie.
In der Chemie finden Laser sowohl als Diagnosewerkzeug als auch als Mittel zur Einleitung chemischer Reaktionen Verwendung. Es hilft auch bei der Trennung von Isotopen eines Elements. Laser, die allgemein in chemischen Anwendungen verwendet werden, sind Farbstofflaser, Excimerlaser, CO 2 -Laser und Nd: YAG-Laser.
Industrie:
Laser finden auch in der Industrie eine große Anwendbarkeit. Gegenwärtig werden Laser routinemäßig für Vermessungen, für Materialbearbeitung wie Schweißen, Schneiden, Glasieren, Legieren, Plattieren, zerstörungsfreie Prüfungen usw. eingesetzt. Sie werden zum Ausrichten von Strukturen wie Brücken, großen Gebäuden, Tunneln, Rohren, Minen usw .
Laser haben herkömmliche Bohrtechniken vollständig ersetzt, um Löcher in Diamanten zu bohren, um Ziehsteine, Edelsteine und Turbinenschaufeln von Strahltriebwerken herzustellen. Sie werden häufig zum Schneiden von Metallen, Keramik, Kunststoffen, Pappe, Stoff usw. verwendet.
Das Laser-Tempern von Solarzellen verbessert ihre Leistung. Laser können verwendet werden, um die zur Herstellung von integrierten Schaltungen erforderlichen Muster direkt auf Siliziumwafer zu schreiben.
Laser werden häufig zum Markieren von Kunststoffen, Metallprodukten usw. verwendet. Laserscanner werden verwendet, um in Geschäften Barcodes von Konsumgütern zu lesen, Präzisionsbauteile in Werkstätten zu prüfen, Güterwagen in einem fahrenden Zug zu identifizieren und Text und andere Dokumente zu lesen . Laserdrucker sind schnell und von hoher Qualität. Laser werden zur Wärmebehandlung von Oberflächen eingesetzt.
Verteidigung:
In der modernen Kriegsführung finden Laser in Waffensystemen einen großen Einsatz, um Panzer und Artilleriegeschütze zu finden, die Reichweite der Ziele genau zu messen und somit die Fähigkeit des ersten Treffers zu erhalten.
Der Ye-Ne-Laser hilft beim Simulieren des Schießens von Gewehrpistolen, während er Soldaten trainiert, und verbessert auch das Ziel von Geschützen.
Kernenergie:
Die isotopische Trennung durch Laser verspricht die wirtschaftlichste Art der Anreicherung von Natururan.
Laser spielen auch eine entscheidende Rolle bei der Suche nach einer Möglichkeit, die Fusionskraft einzufangen.
Arzneimittel:
Laser finden in fast allen Bereichen der Medizin Anwendung. Der leistungsstarke Laserstrahl mit hoher Intensität reicht aus, um Gewebe zu schneiden, und ist somit ein hervorragendes chirurgisches Werkzeug, das das herkömmliche Skalpell ersetzen kann. Die Vorteile sind, dass der Einsatz von Lasern: (i) Blutungen verhindert, (ii) die Infektionsgefahr senkt und (iii) die benachbarten Zellen weniger schädigt.
Laser werden routinemäßig verwendet, um die abgetrennte Netzhaut mit der Choroidea zu verbinden. Andere ernste Augenerkrankungen, die behandelt werden, sind diabetische Rehonoputhie, Makuladegeneration und Blutung. Zur Behandlung dieser Krankheiten wird der Argon- oder Krypton-Ionenlaser verwendet.
Das Glaukom ist eine Erkrankung des Auges, bei der der Druck im Augapfel ansteigt, was zu einer Schädigung der Netzhaut und schließlich zur Erblindung führt. Um diesen Druck zu überwinden und die Sicht zu retten, wird mit einem Nd: YAG-Laser ein kleines Loch in das Auge gebohrt. Laser werden auch verwendet, um die Form der Linse zu korrigieren, z. B. Myopie durch ein Verfahren, das als radiale Keratotomie bezeichnet wird.
Die Präzision von Laseroperationen ist ein großer Vorteil für empfindliche Operationen wie Herz-Bypass-Operationen und neurochirurgische Eingriffe. Durch die Verwendung eines faseroptischen Endosops mit einem Laser ist es jetzt möglich, das blutende Geschwür zu ätzen, ohne eine Öffnung im Körper zu verursachen.
Ein anderes Beispiel ist die Behandlung der Blockierung von Arterien, die das Herz mit Blut versorgen, ein Zustand, der zu einem Myokardinfarkt führt. Das Mittel bestand bisher darin, die blockierte Arterie mit einer anderen aus einem anderen Teil des Körpers zu entfernen, ein Verfahren, das als Bypassoperation bekannt ist.
Die Fotostrahlungstherapie wird zur Behandlung von Krebs eingesetzt. Hematoporphyrin-Derivat (Hpd), ein Farbstoff, hat die Eigenschaft, die Krebszellen selektiv anzugreifen. Wenn ein intensiver Laserstrahl von einem Golddampflaser bestrahlt wird, zersetzt sich das Hpd-Molekül, wobei Singulettsauerstoff freigesetzt wird, der die Krebszellen und das Gewebe abtötet.
Laser werden effektiv bei der Behandlung von Gallenblase und Nierenstein eingesetzt.
Kommunikation, Verarbeitung und Speicherung von Daten:
Der Hauptnachteil der gesamten Lichtkommunikationslinie war ihre Wetteranfälligkeit. Corning 1974 produzierte verlustarme optische Fasern aus hochreinen Materialien. Nun gibt es sowohl bei Glasfaser- als auch bei Halbleiterlasertechnologien bemerkenswerte Fortschritte.
Neben der Übertragung von Daten sind auch optische Informationsverarbeitung und optische Computer damit verbunden. Die optische Informationsverarbeitung wird für die Fingerabdruckerkennung, die Verarbeitung von Fotos, die von Satelliten und Flugzeugen mit hoher Fluggeschwindigkeit usw. aufgenommen wurden, verwendet. Optische Computer, die auf optischen bistabilen Geräten basieren, bieten eine vielfältige Steigerung der Rechengeschwindigkeit sowie die Möglichkeit der parallelen Datenverarbeitung.
Die Datenspeicherung ist ein weiterer Bereich, in dem durch optische Verfahren eine höhere Speicherdichte möglich ist. Das Speichermedium ist im Allgemeinen ein dünner Metallfilm, dessen optische Eigenschaften, beispielsweise das Reflexionsvermögen, bei Beleuchtung mit einem leistungsstarken "WRITE" -Laser modifiziert wird. Der READ-Laser mit niedrigerer Leistung liest die Änderung der optischen Eigenschaften als erforderliche Information.
Es dauert weniger als ein Quadratmikron, um ein Informationsbit aufzunehmen. Laser-Videoplatten (LVD) werden häufig als Unterhaltungsquelle verwendet. Obwohl die laseroptische Datenspeicherplatte eine hohe Speicherkapazität über der Magnetplatte besitzt, ist es nicht möglich, die von der optischen Datenplatte geschriebenen Informationen zu löschen.
Bei einer Compact Disc (CD) wird anstelle einer Nadel Laserlicht zum Lesen verwendet, sodass die Rillen winzig gemacht werden können (sogar ein Zehntelmillionstel Meter). Außergewöhnliche Genauigkeit wird erreicht, da die Menge der gespeicherten Informationen sehr groß sein kann. Ein Halbleiterlaser liest die CD, indem er Licht von der CD abprallt und elektronisch verarbeitet.
Mit CD-ROMs können wir sogar Enzyklopädien auf einzelnen Discs speichern. Herkömmliche Computerspeichervorrichtungen arbeiten auf der Grundlage des magnetischen Aufzeichnens und Lesens von Daten, optische Platten haben jedoch die Vorteile einer grßeren Speicherhaltbarkeit und eines schnelleren Zugriffs zum Abrufen von Daten.
Lasertechnologie Indiens:
Die Bedeutung des Lasers wurde bereits in der Mitte der sechziger Jahre in verschiedenen Institutionen von der Wissenschaft in Indien anerkannt. 1964 wurde am Bhabha Atomic Research Center (BARC) der erste Galliumarsenid-Halbleiterlaser hergestellt. Dieser Laser wurde 1965-66 verwendet, um eine optische Kommunikationsverbindung zwischen BARC und Tata Institute of Fundamental Research (TIFR) herzustellen.
Das Labor mit dem größten Aufwand für die Entwicklung der Lasertechnologie in Indien ist BARC. BARC hat einen 50-MW-Laser für die Raman-Spektroskopie entwickelt. Es hat auch für die Entwicklung verschiedener C0 2 -Laser gearbeitet. BARC hat auch die Festkörperlaser entwickelt, nämlich Nd: YAG, Rubinlaser und Na-Glaslaser.
Das Center for Advanced Technology (CAT) hat ein umfangreiches Programm zur Entwicklung und zum Engineering von Lasern geplant. Es wurde auch vorgeschlagen, Laser- und Laserinstrumente in begrenztem Umfang herzustellen. CAT hat die Produktion von 10W CVL aufgenommen.
Die Organisation für Verteidigungsforschung und -entwicklung (DRDO) hat Laser-Entfernungsmesser für Tanks entwickelt, die geschalteten Nd: Glaslaser verwenden. DRDO entwickelt Lasermaterial- und Halbleiterlaser. Es verfügt über hervorragende Möglichkeiten, Kristalle durch verschiedene Techniken zu züchten, und es gelang ihm, Nd: YAG-Kristalle und Ca als Kristalle zu züchten.
Auf dem Gebiet der Laserentwicklung sind verschiedene IITs tätig, ebenso wie das National Physical Laboratory (NPL) und das Indian Institute of Science.
Indiens Forschungsbasis ist gut, aber die Forschung im Bereich Laser wurde bis vor kurzem von politischen Initiativen nicht ausreichend für technologische und kommerzielle Vorteile genutzt. Es wurden einige Anstrengungen unternommen, um die Situation zu verbessern, indem das Nationale Laserprogramm, eine gemeinsame Strategie der Abteilung für Wissenschaft und Technologie (DST), der Abteilung Atomenergie (DAE) und der Abteilung Elektronik ab dem achten Plan entwickelt wurde.
Das nationale Laserprogramm zielt darauf ab, einheimische Laser und Lasergeräte zu wesentlich niedrigeren Kosten zu entwickeln, wodurch der Import von Lasergeräten, lasererzeugenden Kristallen und verwandten Geräten ersetzt wird. Das Crystal Growth Center der Anna University, Chennai, wurde ausgewählt, um Laser-Kristalle herzustellen.
Die Central Scientific Instruments Organization (CSIO), die sich mit holographischer Technologie beschäftigt, hat verschiedene Hologramme für verschiedene Anwendungen entwickelt.
Holografische Technologie ist die Wissenschaft der Erzeugung dreidimensionaler Bilder, die einen perfekten Ersatz für das Original darstellen. Im Gegensatz zur herkömmlichen Fotografie ist das mit Hilfe von Laserlicht erzeugte Hologramm eine originalgetreue und vollständige Aufzeichnung des ursprünglichen Objekts in drei Dimensionen.
Es sieht aus wie ein gewöhnliches Stück Glas, aber wenn das Bild beleuchtet wird, erscheint eine exakte Nachbildung des Originals. Die potenziellen Nutznießer der Technologie sind Juweliere, Kuriositätenhersteller, Museen, Sicherheits- und Werbeagenturen. Juweliere brauchen keinen Diebstahl zu riskieren, indem sie Originalschmuck in ihren Schaufenstern zeigen. Sie können sie durch Hologramme ersetzen.
