Лазерные технологии с момента своего открытия широко применяются в самых разных отраслях науки и техники, а также в быту. Все мы пользуемся лазерными принтерами, лазерными указками, в магазинах используются считыватели штрих-кодов на основе лазерного луча. В медицине с помощью лазеров проводятся сложнейшие операции и многое другое. Наш курс посвящен физическим основам лазерных технологий. Цель курса — дать глубокое понимание физических процессов, происходящих при взаимодействии мощного лазерного излучения с веществом и рассмотреть физические проблемы этого взаимодействия. Применение знаний, полученных при изучении курса, будет способствовать повышению эффективности как существующих производств, так и внедрению лазерных технологических процессов в еще не охваченные области промышленности. Курс включает два основных раздела: 1. Физические процессы, происходящие при взаимодействии мощного лазерного излучения с металлами, полупроводниками и диэлектриками; 2. Лазерные технологические установки и лазерные технологические процессы. В этом курсе Вы: • узнаете, что статистика Ферми-Дирака, которой подчиняются свободные электроны в металле, накладывает значительные ограничения на процесс поглощения лазерного излучения, • откроете для себя многообразие физических процессов поглощения лазерного излучения полупроводниками, • получат возможность оценить возможность реализации того или иного технологического процесса, • научитесь правильно выбирать и составлять схему установки. В рамках курса Вы познакомитесь не только с принципами работы различных технологических лазеров, но и с недостатками и преимуществами всех используемых активных элементов технологических лазеров, включая самые современные волоконные лазеры. В качестве примера использования лазеров в технологии будет подробно рассмотрена современная лазерная технология в области электроники и создания интегральных схем. Весьма интересным представляется раздел лазерной химии, основанный на резонансном возбуждении атомов и молекул лазерным излучением. Здесь Вы получите новую информацию об уникальных возможностях лазерного излучения для разделения изотопов (включая разделение изотопов в атомной промышленности), получению особо чистых веществ и синтезу новых материалов. По завершении этого курса Вы сможете: 1. объяснить, как проходит процесс взаимодействия лазерного излучения с металлами, полупроводниками и диэлектриками; 2. выбрать оптимальный тип технологического лазера для осуществления того или иного технологического процесса; 3. построить оптимальную схему лазерной технологической установки; 4. дать рекомендации для оптимизации того или иного технологического процесса; 5. дать рекомендации по внедрению лазерной технологии в различные производства. Чтобы наиболее полно овладеть материалом курса, учащиеся должны знаниями основ физики твердого тела, лазерной физики, квантовой механики и статистической физики
Введение в лазерные технологии
Loading...
From the course by National Research Nuclear University MEPhI
Введение в лазерные технологии
4 оценки
From the lesson
Введение в лазерные технологии
В этом модуле Вы познакомитесь с возможностями лазерного излучения, как уникального инструмента, позволяющего выполнять широчайший спектр технологических операций в самых различных областях промышленности, начиная от микро- и нано- электроники и заканчивая резкой и сваркой больших деталей в судостроении, авиастроении и космических технологиях. Будут введены понятия критических плотностей мощности и представлены схемы классификации лазерных технологических процессов.
Meet the Instructors
Менушенков Алексей ПавловичДоктор физико-математических наук, профессор
Кафедра физики твердого тела и наносистем
Здравствуйте! Мы сегодня с вами начинаем курс лекций,
которые называются «Введение в лазерную технологию».
Точнее я бы назвал этот курс
«физическими основами лазерной технологии»,
потому что значительную часть курса я посвящу
взаимодействию мощного лазерного излучения
с веществом и физическим проблемам этого взаимодействия.
Лазерные технологии в настоящее время
являются очень большой отраслью,
в которой применяется лазер
в самых разных видах и областях
в промышленности, медицине, биомедицине
и самых различных других
направлениях развития науки и техники.
В настоящее время рынок продукции лазерной,
так же лазерных технологических установок,
вырос уже более двух триллионов долларов в мире
и Россия, тоже постоянно пытается включаться
в этот процесс, достаточно успешно.
Лазерная технология началась в 1960 году
после создания первого твердотельного лазера на рубине,
на искусственных кристаллах рубина,
это корон с внедренными ионами хрома,
которые дал излучение достаточно мощное,
для того чтобы воздействовать на вещество
и производить разные технологические процессы.
Первый опыт или первые процессы,
первое техническое применение,
было произведено в виде сверления
корундовых камней в часовой промышленности
и так же в промышленности для производства проволок
в виде фильера. Но
начиная с 61-го года, когда появились
лазеры на неодиме,
лазеры на стекле с ионами неодима,
внедрение технологическое быстро начало расширяться,
а с появлением лазеров на углекислом газе,
мощные лазеры стали применяться в таких областях,
как авиастроение, автомобилестроение,
судостроение, то есть в областях промышленности,
которая требовала высоких энергетических вкладов,
высоких плотностей мощности.
С развитием лазеров они заняли
и серьезную нишу и в совершенно другой области,
в области микроэлектроники, в области создания микро,
микроэлементов, наноэлементов
и в настоящее время в область наноэлектроники.
В настоящее время, если мы посмотрим на слайд,
используется в технологических целях лазеры
самые разнообразные: твердотельные лазеры,
с ионами хрома, неодима, соответственно лазеры
на стекле, с ионами неодима, СО2 лазеры,
лазеры на углекислом газе и на СО – газе.
Так же в последнее время очень большое развитие,
очень большое распространение получили
так называемые, волоконные лазеры.
То есть лазеры, которые создаются на оптических волокнах,
производится эффективная накачка активного элемента,
который находится в сердцевине волокна
и эти лазеры в настоящее время
обладают такими мощными параметрами,
которые дают им возможность вытеснять даже
СО2-лазеры в таких промышленных производствах
крупных деталей и в автомобильной промышленности,
в авиационной промышленности и в космической техники и так далее.
Если посмотреть интегрально, то вряд ли
мы найдем область промышленности
или других областей науки, может быть,
включая науку, где лазеры бы не применялись.
Но а в жизни каждый из нас,
каждый день сталкивается с применением лазера
в своих компьютерах, соответственно,
слушая музыку и так далее.
Все это основано на применении лазеров
полупроводниковых, но тоже активно
используемых в разных областях.
Что касается соответственно, изменения
или создания новых лазеров, то активно работают
в этом направлении и в самых разных лабораториях мира,
в России так же активно производятся
разные типы лазеров и технологическое применение
как раз обусловлено очень качественным
развитием промышленности создания новых лазеров.
Ну а все это, конечно, зиждется на научных достижениях,
все определяется научными достижениями
и начиная со времени, когда
Басов, Прохоров и Таунс открыли первый,
тогда это был мазер, то это
направление перевернуло вообще технологическую
основу развития промышленности 20-го века
и в 21-ом веке также продолжает активно развиваться.
Я на слайдах показал разные типы лазеров
и разные типы технологических применений.
Трудно найти пример, где лазеры бы не использовались.
Вот здесь показаны такие фигурные вырезки
лазером для различных материалов,
вот показаны стенды, которые вставляются
в сосуды для расширения сосудов
в человеческий организм, они тоже делаются
с помощью лазерных технологий.
Кроме того, при развитии микроэлектроники,
уменьшения размеров деталей,
происходит соответственно, развитие возможностей
применения лазеров для микрообъектов,
для микроэлементов. Ну в частности,
даже после создания отдельных чипов
надо обязательно маркировать и вот на уровне
доли микрона, маркируется с помощью лазера
самые сложные объекты.
Трудно оценить возможности лазеров
при создании таких объектов, как компьютеры,
ноутбуки, мобильные телефоны и прочее.
Там можно уже насчитать десятки, а то и сотни
операций, которые производятся с помощью лазеров
и без лазера мы вряд ли бы достигли таких успехов
в развитии электроники и других областей хозяйств,
которые мы сейчас, каждый из нас, использует ежедневно.
Интересно, что лазеры дали совершенно
серьезные возможности в развитии,
например, в сверхпроводимости.
Вот в настоящее время, область технического применения
сверхпроводимости вышла на уровень, когда
создаются уже высокотемпературные
сверхпроводящие провода, длиной
несколько километров, так называемое производство
ВДСП материала второго поколения.
Создаются эти ленты только с помощью
лазерного напыления, тонкого слоя температурного,
сверхпроводящего материала,
и без применения лазеров, такое
производство было бы невозможным.
Кроме таких применений технологических,
изменение структуры материала, модификация
поверхности, резка, сварка и так далее. Т. е.
как бы применений традиционных,
лазеры обладают совершенно уникальным свойством,
поскольку излучение, лазерное излучение,
монохромотично. То есть энергия кванта
имеет совершенно определенное значение
энергетическое, и это позволяет воздействовать на
атомы, молекулы, с таким совершенно
резонансным способом, то есть возбуждать
атомы и молекулы, совершенно по определенному
энергетическому направлению.
И это обуславливает применение лазеров
совершенно в другой области, эта область
теперь называется – лазерная химия.
То есть это гигантская область, которая основана
на возможности лазера изменять
соответственно свойства вещества при резонансном возбуждении.
В лазерной химии развивается несколько областей,
таких как лазерное разделение изотопов,
чрезвычайно важные, чрезвычайно нужная область
для разных совершенно применений,
как в области ядерной энергетики,
так в области медицины, фармацевтики и так далее.
Область получения особо чистых веществ.
Тоже чрезвычайно интересна. Более того
с применением резонансного возбуждения
атомов и молекул лазером, появилась возможность
создавать новые вещества, синтез новых веществ.
И есть еще интересная область,
которая начала развиваться, как раз
с помощью лазера, это лазерная стереолитография,
которая в настоящее время переросла уже
в так называемое 3D-технология принта,
3D принтеры, это тоже, основа
когда-то была создана с помощью лазерной технологии.
Все это говорит о том, что
с развитием промышленности, науки,
с уменьшением размеров микроэлектроники
требуется все больше применение
лазерного излучения, требуются
достаточно серьезные улучшения качества
излучения и это достигается, как раз
развитием науки и техники в этой
большой и интересной области.
Ознакомьтесь с нашим каталогом
Присоединяйтесь бесплатно и получайте персонализированные рекомендации, обновления и предложения.
Coursera делает лучшее в мире образование доступным каждому, предлагая онлайн-курсы от ведущих университетов и организаций.
© Coursera Inc., 2018 Все права защищены.
