Lasers Technology: Applications, Uses og Communication Processing

Læs denne artikel for at lære om applikationer, anvendelser og kommunikationsbehandling af laserteknologi!

Laser er akronym for lysforstærkning ved stimuleret emission af stråling. Selv om den grundlæggende teknologi blev opfundet i 1960, har laseren gennemgået en stor udvikling siden da. Oprindeligt brugte laserne rubinkrystaller og var ikke meget kraftige; Over tid er mange slags lasere blevet udviklet med forskellige materialer, der producerer laserlyset.

Image Courtesy: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a0/Military_laser_experiment.jpg/1024px-Military_laser_experiment.jpg

Hvorvidt de er rubinlasere, gaslasere, flydende lasere eller halvlederlasere, er det underliggende princip imidlertid det samme: stimuleret emission, hvilket resulterer i en foton, der støder på et atom i den ophidsede tilstand og tvinger den til at udlede en anden foton med samme frekvens i samme retning.

Disse to fotoner skubber flere fotoner ud og stimuleret emission sker. De halvledere, der er kernen i de nye lasere, har muliggjort gadgets som cd-rom'en. De tidligere diodlasere genererede lys ved at sende strøm gennem galliumarsenid.

For nylig er forskere kommet op med lasere, der bruger galliumarsenid med meget tynde lag aluminium galliumarsenid, der skaber en region kaldet kvantum godt mellem lagene. I denne region er elektronerne tæt pakket, så enheden bruger mindre energi til at udlede lys.

"Quantum well" -laserne er meget effektive til at konvertere elektricitet til lys og derved generere mindre varme. Dette muliggør igen batteridrevet drift. I kommunikationssystemer kan de fordoble antallet af langdistanceopkald, der kan leveres på en enkelt optisk fiber.

Laserlys er monokromatisk, f.eks. En rød laserstråle har kun rødt lys; det er meget sammenhængende, dvs. lys fra en laser er meget retningsbestemt; og det kan overføres over store afstande uden at blive spredt. Den høje lysstyrke af en laser er en konsekvens af rumlig sammenhæng.

Lysstyrkenes intensitet, når den fokuseres, er meget høj, og materialets respons bliver ikke-lineær. Lasere producerer korte lysimpulser, og det er muligt at opnå nanosecpulser fra flere lasere. Ved låsning af bredden af ​​pulserne kan der laves kortere til nogle få hundrede femtosek (1 femtosec = ^10-15 sekunder).

Applikationer:

På grund af deres unikke egenskaber finder lasere anvendelse på forskellige felter. Nogle af de vigtige anvendelser af lasere bliver diskuteret her.

Grundvidenskab:

Revolutionen inden for spektroskopi blev lavet af lasere på grund af tilgængeligheden af ​​intens og smal linjebreddsstråling. Ved måling af absorptionsspektret er disse fordelagtige ved detektion af svage absorptionslinjer. Der er flere teknikker til påvisning af svage absorptionsspektre, såsom opto-akustisk spektroskopi, multiphoton ioniseringsspektroskopi mv.

Der er også ikke-lineære spektroskopiske teknikker som to-fotonabsorptionsspektroskopi. Laseren har reduceret den tid, der kræves for at optage et Raman Spectrum fra timer til minutter. Den mest anvendte laser er argon ion laser til Raman spektroskopi.

I kemi finder laserne anvendelse både som et diagnostisk værktøj og som et middel til at fremkalde kemiske reaktioner. Det hjælper også med at adskille isotoper af et element. Lasere, der generelt anvendes i kemiske anvendelser, er farvestråler, excimerlasere, CO ₂ -lasere og Nd: YAG-lasere.

Industri:

Lasere finder også stor anvendelse i industrien. På nuværende tidspunkt anvendes lasere rutinemæssigt til opmåling til materialeforarbejdning som svejsning, skæring, glasering, legering, beklædning, til ikke-destruktiv prøvning mv. Det bruges til at tilpasse strukturer som broer, store bygninger, tunneler, rør, miner, osv. .

Lasere har helt erstattet konventionelle boreteknikker til at bore huller i diamanter, for at lave bue-tegningsdyser, perler, turbineblade af jetmotorer; de er meget udbredt til at skære metaller, keramik, plast, pap, klud osv.

Laserudglødning af solceller forbedrer deres ydeevne. Lasere kan bruges til at skrive direkte på siliciumplader, de mønstre der kræves for at lave integrerede kredsløb.

Lasere anvendes i vid udstrækning til mærkning på plastik, metalprodukter mv. Laserskannere bruges til at læse stregkoder på forbrugsvarer i butikker, til at inspicere præcisionskomponenter i værksteder, identificere varevogne i et flytende tog og til at læse tekst og andre dokumenter . Laserskrivere er hurtige og af høj kvalitet. Lasere bruges til varmebehandling af overflader.

Forsvar:

I modem krigsførelse lasere finde stor brug i våben systemer til at finde tanke og artilleri våben, måle præcist rækkevidde af mål, hvilket giver første hit kapacitet.

Ye-Ne laser hjælper med at simulere skydevåbenes skud, mens de træner soldater, og forbedrer også målet med våben.

Atomenergi:

Laserisotopisk adskillelse lover at være den mest økonomiske måde at berige naturligt uran på.

Lasere spiller også en afgørende rolle i søgen efter en levedygtig måde at fælde fusionskraft på.

Medicin:

Lasere finder anvendelse på næsten alle områder af medicin. Den stærkt effektive laserstråle med høj intensitet er tilstrækkelig til at skære væv og dermed et stort kirurgisk værktøj, som kan erstatte den traditionelle skalpellet. Fordelene er, at brugen af ​​lasere: (i) forhindrer blødning, (ii) nedsætter muligheden for infektion, og (iii) gør mindre skade på de nærliggende celler.

Lasere anvendes rutinemæssigt til at gribe den frie nethinden til choroiden. Andre alvorlige øjenbetingelser, som behandles, er diabetisk rehonoputi, makuladegeneration og blødning. Til behandling af disse sygdomme anvendes argon- eller kryptonionlaseren.

Glaukom er en sygdom i øjet, hvor trykket inde i øjenbøjet stiger, hvilket resulterer i skader på nethinden og i sidste ende fører til blindhed. For at overvinde dette pres og redde synet, bores et lille hul i øjet med Nd: YAG laser. Lasere bruges også til at rette linsens form, fx myopi gennem en procedure kaldet radial keratotomi.

Præcisionen i laseroperation har været en stor fordel for delikate operationer som hjerte-bypass-kirurgi og neurosurgerisk intervention. Ved at bruge fiberoptisk endoskop med en laser er det nu muligt at cauterise det blødende sår uden at gøre nogen åbning i kroppen.

Et andet eksempel er behandling af blokering af arterier, der leverer blod til hjerte, en tilstand, der resulterer i myokardieinfarkt. Lægemidlet hidtil var at shunt den blokerede arterie med en taget fra en anden del af kroppen, en procedure kendt som bypass-kirurgi.

Foto strålebehandling bruges til behandling af kræft. Hematoporphyrinderivat (Hpd), et farvestof, har egenskaben om selektivt at angribe kræftcellerne. Når intens laserstråle fra gulddamplaser bestråles, dekomponerer Hpd-molekylet, frigør singlet oxygen, der dræber kræftcellerne og vævet.

Lasere anvendes effektivt til behandling af galdeblære og nyresten.

Kommunikation, behandling og opbevaring af data:

Den største ulempe ved hele linjen af ​​lyskommunikation var deres modtagelighed for vejrforholdene. Corning i 1974 producerede lavt tab af optisk fiber fra materialer med høj renhed. Nu er der bemærkelsesværdige fremskridt inden for både optisk fiber og halvlederlaserteknologi.

Udover overførsel af data er optisk informationsbehandling og optiske computere relaterede problemer. Optisk informationsbehandling bruges til identifikation af fingeraftryk, behandling af fotografier taget af satellitter og højtflyvende fly osv. Optiske computere, der er baseret på optisk bistabil enhed, giver en forskellig forøgelse i computerens hastighed samt muligheden for parallel computing.

Datalagring er et andet område, hvor højere lagertæthed er mulig ved hjælp af optiske metoder. Opbevaringsmediet er generelt en tynd film af metal, hvis optiske egenskab, såsom reflektivitet, modificeres, når den oplyses med en kraftig "WRITE" -laser. Den lavere strøm 'READ' laser læser ændringen i optisk egenskab som den ønskede information.

Det tager mindre end en kvadratmikron at optage en smule information. Laser video diske (LVD) bruges i vid udstrækning som en kilde til underholdning. Skønt laseroptisk datalagringsdisk har stor lagerkapacitet over magnetdisken, er det dog ikke muligt at slette de oplysninger, der er skrevet fra optisk datadisk.

I en compact disc (CD) bruges laserlampe til at læse i stedet for en nål, så sporene kan laves minut (endog ti millioner af en meter). Ekstraordinær troskab opnås, da mængden af ​​oplagrede oplysninger kan være meget store. En halvlederlaser læser cd'en ved at hoppe af lyset fra disken og elektronisk behandle det.

CD-ROM'er gør det muligt for os at gemme selv ensiklopedier på enkelt diske. Konventionelle computerhukommelsesenheder arbejder på baggrund af magnetisk optagelse og læsning af data, men optiske diske har fordelene ved større lagringslængde og hurtigere adgang til hentning af data.

Laser teknologi i Indien:

Betydningen af ​​laser blev anerkendt af det videnskabelige samfund i Indien ved forskellige institutioner allerede i midten af ​​60'erne. I 1964 i Bhabha Atomic Research Center (BARC) blev den første gallium arsenid halvlederlaser fremstillet. Denne laser blev brugt i 1965-66 for at etablere en optisk kommunikationsforbindelse mellem BARC og Tata Institute of Fundamental Research (TIFR).

Laboratoriet med den største indsats for at udvikle laserteknologi i Indien er BARC. BARC har udviklet en 50 MW laser til Raman spektroskopi. Det har også arbejdet med udvikling af forskellige C02 lasere. BARC har også udviklet solid state laserne nemlig Nd: YAG, ruby ​​laser, Na glas laser.

Center for Advanced Technology (CAT) har planlagt et omfattende program om laserudvikling og -teknik. Det har også foreslået at foretage begrænset skala produktion af laser og laser instrumenter. CAT har taget op produktion af 10W CVL.

Forsvarsforsknings- og udviklingsorganisationen (DRDO) har udviklet laserafstandsfindtere til tanke, der bruger skiftet Nd: glaslaser. DRDO udvikler lasermateriale og halvlederlasere. Det har fremragende faciliteter til dyrkning af krystaller ved flere teknikker og har været vellykket i voksende Nd: YAG krystaller og Ca som krystaller.

Forskellige IIT'er arbejder inden for laserudvikling, ligesom det nationale fysiske laboratorium (NPL) og det indiske institut for videnskab.

Indiens forskningsgrundlag er god, men forskning i laser er ikke blevet udnyttet til teknologisk og kommerciel fordel ved politiske initiativer indtil for nylig. Der blev gjort en del indsats for at afhjælpe situationen ved at formulere det nationale laserprogram, en fælles strategi fra Institut for Atomenergi (DAE) og Institut for Elektronik fra den ottende plan og videre.

Det nationale laserprogram var rettet mod at udvikle indfødte lasere og laserbaseret udstyr til meget lavere omkostninger, som vil erstatte import af laserudstyr, laserproducerende krystaller og tilhørende udstyr. Crystal Growth Center for Anna University, Chennai blev udvalgt til fremstilling af laserproducerende krystaller.

Den centrale videnskabelige instrumentorganisation (CSIO), som har arbejdet med holografisk teknologi, har udviklet en række hologrammer til forskellige anvendelser.

Holografisk teknologi er videnskaben om at skabe tredimensionale billeder, der er perfekte erstatninger af originalen. I modsætning til det konventionelle fotografi er hologrammet, der er skabt ved hjælp af laserlys, en trofast og fuldstændig oversigt over det oprindelige objekt i tre dimensioner.

Det ligner et almindeligt stykke glas, men når lyset tændes på billedet, kommer en nøjagtig kopi af originalen i fuld visning. De potentielle modtagere af teknologien er juvelerer, curio-producenter, museer, sikkerheds- og reklamebureauer. Juvelerer behøver ikke at risikere tyveri ved at vise originalt pryd på deres butikvinduer. De kan erstatte dem med hologrammer.