Công nghệ Lasers: Ứng dụng, Sử dụng và Xử lý Truyền thông
Đọc bài viết này để tìm hiểu về các ứng dụng, cách sử dụng và xử lý giao tiếp của công nghệ laser!
Laser là từ viết tắt của sự khuếch đại ánh sáng bằng sự phát xạ kích thích. Mặc dù công nghệ cơ bản được phát minh vào năm 1960, nhưng laser đã trải qua nhiều sự phát triển kể từ đó. Ban đầu các laser sử dụng tinh thể ruby và không mạnh lắm; theo thời gian, nhiều loại laser đã được phát triển với các vật liệu khác nhau tạo ra ánh sáng laser.
Hình ảnh lịch sự: tải lên.wik mega.org/wikipedia/commons/thumb/a/a0/Military_laser_experiment.jpg/1024px-Milname_laser_experiment.jpg
Tuy nhiên, cho dù chúng là laser ruby, laser khí, laser lỏng hay laser bán dẫn, nguyên tắc cơ bản là như nhau: phát xạ kích thích, dẫn đến một photon gặp một nguyên tử ở trạng thái kích thích và buộc nó phát ra một photon khác có cùng tần số trong cùng hướng.
Hai photon này đẩy ra nhiều photon hơn và phát xạ kích thích xảy ra. Các chất bán dẫn là cốt lõi của laser mới đã tạo ra các thiết bị khả thi như CD-ROM. Các laser diode trước đó tạo ra ánh sáng bằng cách gửi dòng điện qua gallium arsenide.
Gần đây, các nhà khoa học đã đưa ra các loại laser sử dụng gallium arsenide với các lớp nhôm gallium arsenide rất mỏng tạo ra một khu vực gọi là giếng lượng tử giữa các lớp. Trong khu vực này, các electron được đóng gói chặt chẽ để thiết bị sử dụng ít năng lượng hơn để phát ra ánh sáng.
Các laser 'giếng lượng tử' rất hiệu quả trong việc chuyển đổi điện thành ánh sáng, do đó tạo ra ít nhiệt hơn. Điều này, đến lượt nó, cho phép hoạt động bằng pin. Trong các hệ thống liên lạc, họ có thể tăng gấp đôi số lượng cuộc gọi điện thoại đường dài có khả năng được thực hiện trên một sợi quang.
Ánh sáng laser là đơn sắc, ví dụ, chùm tia laser đỏ chỉ có ánh sáng đỏ; nó rất mạch lạc, nghĩa là ánh sáng từ laser có tính định hướng cao; và nó có thể được truyền qua khoảng cách lớn mà không bị lây lan. Độ sáng cao của laser là hệ quả của sự kết hợp không gian.
Cường độ ánh sáng laser khi tập trung rất cao và phản ứng của vật liệu trở nên phi tuyến tính. Laser tạo ra các xung ánh sáng ngắn và có thể thu được các xung nano từ một số laser. Bằng cách khóa chế độ, độ rộng của các xung có thể được thực hiện ngắn hơn tới vài trăm femtosec (1 femtosec = 10 -15 giây).
Các ứng dụng:
Do tính chất độc đáo của chúng, laser tìm thấy ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau. Một số ứng dụng quan trọng của laser đang được thảo luận ở đây.
Khoa học cơ bản:
Cuộc cách mạng trong lĩnh vực quang phổ được thực hiện bởi các tia laser do có sẵn bức xạ chiều rộng và cường độ hẹp. Trong phép đo phổ hấp thụ, đây là lợi thế trong việc phát hiện các vạch hấp thụ yếu. Có một số kỹ thuật để phát hiện phổ hấp thụ yếu, chẳng hạn như quang phổ quang âm, quang phổ ion hóa đa cực, v.v.
Ngoài ra còn có các kỹ thuật quang phổ phi tuyến tính như quang phổ hấp thụ hai photon. Laser đã giảm thời gian cần thiết để ghi phổ Raman từ vài giờ xuống vài phút. Loại laser được sử dụng rộng rãi nhất là laser ion argon cho quang phổ Raman.
Trong hóa học, các laser tìm thấy sử dụng cả như một công cụ chẩn đoán và như một phương tiện để gây ra các phản ứng hóa học. Nó cũng giúp tách các đồng vị của một nguyên tố. Laser thường được sử dụng trong các ứng dụng hóa học là laser nhuộm, laser excimer, laser CO 2 và laser Nd: YAG.
Ngành:
Laser cũng đang tìm thấy khả năng ứng dụng tuyệt vời trong ngành công nghiệp. Hiện nay, laser thường được sử dụng để khảo sát, xử lý vật liệu như hàn, cắt, tráng men, hợp kim hóa, ốp, để thử nghiệm không phá hủy, v.v ... Nó được sử dụng trong việc sắp xếp các cấu trúc như cầu, tòa nhà lớn, đường hầm, đường ống, mỏ, v.v. .
Laser đã thay thế hoàn toàn các kỹ thuật khoan thông thường để khoan lỗ trên kim cương, để chế tạo khuôn vẽ hồ quang, đá quý, lưỡi tuabin của động cơ phản lực; chúng được sử dụng rộng rãi để cắt kim loại, gốm sứ, nhựa, bìa cứng, vải, v.v.
Laser ủ của pin mặt trời cải thiện hiệu suất của họ. Laser có thể được sử dụng để ghi trực tiếp lên các tấm silicon, các mẫu cần thiết để tạo ra các mạch tích hợp.
Laser được sử dụng rộng rãi để đánh dấu trên các sản phẩm nhựa, kim loại, vv. Máy quét laser được sử dụng để đọc mã vạch trên hàng tiêu dùng trong cửa hàng, để kiểm tra các thành phần chính xác trong xưởng, để xác định toa xe hàng hóa trong tàu di chuyển và đọc văn bản và các tài liệu khác . Máy in laser nhanh và chất lượng cao. Laser được sử dụng để xử lý nhiệt của bề mặt.
Phòng thủ:
Trong laser chiến tranh modem, ứng dụng tuyệt vời trong các hệ thống vũ khí để tìm xe tăng và súng pháo, đo chính xác tầm bắn của mục tiêu, do đó mang lại khả năng tấn công đầu tiên.
Laser Ye-Ne giúp mô phỏng việc bắn súng trường trong khi huấn luyện binh sĩ, và cũng cải thiện mục tiêu của súng.
Năng lượng hạt nhân:
Laser tách đẳng hướng hứa hẹn sẽ là cách tiết kiệm uranium tự nhiên nhất.
Laser cũng đang đóng một vai trò quan trọng trong việc tìm kiếm một cách khả thi để bẫy năng lượng nhiệt hạch.
Thuốc:
Laser đang được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực y học. Các chùm tia laser công suất cao với cường độ cao là đủ để cắt mô và do đó là một công cụ phẫu thuật tuyệt vời có thể thay thế dao mổ truyền thống. Ưu điểm là việc sử dụng tia laser: (i) ngăn ngừa chảy máu, (ii) làm giảm khả năng nhiễm trùng và (iii) ít gây tổn hại cho các tế bào gần đó.
Laser thường được sử dụng để kết hợp võng mạc tách ra với màng đệm. Các tình trạng nghiêm trọng khác của mắt được điều trị là điều trị tiểu đường, thoái hóa điểm vàng và xuất huyết. Để điều trị các bệnh này, laser ion argon hoặc krypton được sử dụng.
Bệnh tăng nhãn áp là một bệnh về mắt, trong đó áp lực bên trong nhãn cầu tăng lên, dẫn đến tổn thương võng mạc và cuối cùng, dẫn đến mù lòa. Để vượt qua áp lực này và cứu thị lực, một lỗ nhỏ được khoan vào mắt bằng laser Nd: YAG. Laser cũng được sử dụng để điều chỉnh hình dạng của ống kính, ví dụ cận thị thông qua một quy trình gọi là cắt giác mạc xuyên tâm.
Độ chính xác của phẫu thuật laser là một lợi thế lớn cho các hoạt động tế nhị như phẫu thuật bắc cầu tim và can thiệp phẫu thuật thần kinh. Bằng cách sử dụng endosope sợi quang bằng laser, giờ đây có thể cắt bỏ vết loét chảy máu mà không cần mở bất kỳ cơ thể nào.
Một ví dụ khác là điều trị tắc nghẽn các động mạch cung cấp máu cho tim, một tình trạng dẫn đến nhồi máu cơ tim. Biện pháp khắc phục cho đến nay là cắt động mạch bị chặn bằng một cái lấy từ một bộ phận khác của cơ thể, một thủ tục được gọi là phẫu thuật bắc cầu.
Hình ảnh xạ trị được sử dụng để điều trị ung thư. Dẫn xuất Hematoporphyrin (Hpd), một loại thuốc nhuộm, có đặc tính tấn công có chọn lọc các tế bào ung thư. Khi tia laser cực mạnh từ tia laser hơi vàng bị chiếu xạ, phân tử Hpd bị phân hủy, giải phóng oxy nhóm đơn giết chết các tế bào và mô ung thư.
Laser được sử dụng hiệu quả trong điều trị sỏi túi mật và sỏi thận.
Truyền thông, xử lý và lưu trữ dữ liệu:
Hạn chế chính của toàn bộ dòng truyền thông ánh sáng là tính nhạy cảm của chúng đối với điều kiện thời tiết. Corning năm 1974 đã sản xuất sợi quang tổn thất thấp từ các vật liệu có độ tinh khiết cao. Bây giờ có sự tiến bộ đáng chú ý trong cả công nghệ laser sợi quang và bán dẫn.
Ngoài việc truyền dữ liệu, xử lý thông tin quang và máy tính quang là những vấn đề liên quan. Xử lý thông tin quang học được sử dụng để nhận dạng dấu vân tay, xử lý ảnh chụp từ vệ tinh và máy bay bay cao, v.v. Máy tính quang học, dựa trên thiết bị có thể đóng quang, mang lại sự gia tăng về tốc độ tính toán cũng như khả năng tính toán song song.
Lưu trữ dữ liệu là một lĩnh vực khác, nơi mật độ lưu trữ cao hơn có thể bằng cách sử dụng các phương pháp quang học. Phương tiện lưu trữ nói chung là một màng kim loại mỏng có tính chất quang học, chẳng hạn như độ phản xạ, được sửa đổi khi được chiếu sáng bằng laser 'VIẾT' mạnh mẽ. Laser 'READ' công suất thấp hơn đọc sự thay đổi thuộc tính quang học như thông tin cần thiết.
Phải mất ít hơn một micron vuông để ghi lại một chút thông tin. Đĩa video laser (LVD) được sử dụng rộng rãi như một nguồn giải trí. Mặc dù đĩa lưu trữ dữ liệu quang học laser có dung lượng lưu trữ cao so với đĩa từ nhưng không thể xóa thông tin được ghi từ đĩa dữ liệu quang.
Trong một đĩa laser (CD) nhỏ gọn được sử dụng để đọc thay vì kim, vì vậy các rãnh có thể được thực hiện trong vài phút (thậm chí mười phần triệu của một mét). Độ trung thực đặc biệt đạt được vì lượng thông tin được lưu trữ có thể rất lớn. Một laser bán dẫn đọc CD bằng cách bật ra ánh sáng từ đĩa và xử lý điện tử.
CD-ROM cho phép chúng tôi lưu trữ ngay cả bách khoa toàn thư trên các đĩa đơn. Các thiết bị bộ nhớ máy tính thông thường hoạt động trên cơ sở ghi và đọc dữ liệu từ tính, nhưng đĩa quang có ưu điểm là độ bền lưu trữ lớn hơn và truy cập nhanh hơn để truy xuất dữ liệu.
Công nghệ Laser của Ấn Độ:
Tầm quan trọng của laser đã được cộng đồng khoa học ở Ấn Độ công nhận tại các tổ chức khác nhau ngay từ giữa những năm sáu mươi. Năm 1964 tại Trung tâm nghiên cứu nguyên tử Bhabha (BARC), laser bán dẫn gallium arsenide đầu tiên được chế tạo. Tia laser này đã được sử dụng vào năm 1965-66 để thiết lập một liên kết truyền thông quang học giữa BARC và Viện nghiên cứu cơ bản Tata (TIFR).
Phòng thí nghiệm với nỗ lực lớn nhất để phát triển công nghệ laser ở Ấn Độ là BARC. BARC đã phát triển laser 50 MW cho quang phổ Raman. Nó cũng đã làm việc để phát triển các loại laser C0 2 khác nhau. BARC cũng đã phát triển các loại laser trạng thái rắn là Nd: YAG, laser ruby, laser thủy tinh Na.
Trung tâm Công nghệ tiên tiến (CAT) đã lên kế hoạch cho một chương trình sâu rộng về phát triển và kỹ thuật laser. Nó cũng đã đề xuất để thực hiện quy mô hạn chế sản xuất dụng cụ laser và laser. CAT đã sản xuất 10W CVL.
Tổ chức Nghiên cứu và Phát triển Quốc phòng (DRDO) đã phát triển các công cụ tìm phạm vi laser cho các xe tăng sử dụng laser Nd: kính chuyển đổi. DRDO đang phát triển vật liệu laser và laser bán dẫn. Nó có cơ sở tuyệt vời để phát triển tinh thể bằng một số kỹ thuật và đã thành công trong việc phát triển tinh thể Nd: YAG và Ca dưới dạng tinh thể.
Nhiều IIT đang làm việc trong lĩnh vực phát triển laser, cũng như Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia (NPL) và Viện Khoa học Ấn Độ.
Cơ sở nghiên cứu của Ấn Độ là tốt, nhưng nghiên cứu về laser đã không được khai thác hợp lý thành lợi thế công nghệ và thương mại bởi các sáng kiến chính sách cho đến gần đây. Một số nỗ lực đã được thực hiện để khắc phục tình hình thông qua việc xây dựng Chương trình Laser quốc gia, một chiến lược chung của Bộ Khoa học và Công nghệ (DST), Bộ Năng lượng nguyên tử (DAE) và Bộ Điện tử từ Kế hoạch thứ tám trở đi.
Chương trình Laser Quốc gia nhằm mục đích phát triển laser bản địa và thiết bị dựa trên laser với chi phí thấp hơn nhiều, sẽ thay thế nhập khẩu thiết bị laser, tinh thể sản xuất laser và thiết bị liên quan. Trung tâm tăng trưởng pha lê của Đại học Anna, Chennai đã được chọn để sản xuất các tinh thể sản xuất laser.
Tổ chức dụng cụ khoa học trung ương (CSIO), đang nghiên cứu công nghệ hình ba chiều, đã phát triển nhiều hình ba chiều cho các ứng dụng khác nhau.
Công nghệ ba chiều là khoa học tạo ra hình ảnh ba chiều là sự thay thế hoàn hảo của bản gốc. Không giống như các bức ảnh thông thường, hình ba chiều, được tạo ra với sự trợ giúp của ánh sáng laser, là một bản ghi trung thực và đầy đủ của vật thể ban đầu trong ba chiều.
Nó trông giống như một mảnh kính thông thường, nhưng khi ánh sáng được bật lên hình ảnh, một bản sao chính xác của bản gốc xuất hiện đầy đủ. Những người hưởng lợi tiềm năng của công nghệ là thợ kim hoàn, nhà sản xuất đồ cổ, bảo tàng, cơ quan an ninh và quảng cáo. Thợ kim hoàn không cần phải mạo hiểm trộm cắp bằng cách hiển thị trang trí ban đầu trên cửa sổ cửa hàng của họ. Họ có thể thay thế chúng bằng hình ba chiều.
