Aplicaţii pentru laser în ştiinţă

(Indicatori cu laser)

De la inventarea laserului în 1958 au fost dezvoltate multe, aplicații militare, științifice, medicale și comerciale. Coerența, marea monocromaticitate, precum și capacitatea de a ajunge la puteri extrem de ridicate, sunt toate proprietăţi care permit aceste aplicații specializate.

Științifice

În știință, laserele sunt folosite în mai multe moduri, inclusiv:

• O mare varietate de tehnici interferometrice
• Spectroscopie Raman
• Spectroscopie pe plasmă indusă cu laser
• Teledetecție atmosferică
• Investigarea fenomenelor optice neliniare
• Tehnicile holografice care utilizează lasere contribuie de asemenea la o serie de tehnici de măsurare.
• Tehnologie lidar (LIght raDAR) pe bazată de laser cu aplicabilitate în geologie, seismologie, teledetecție și fizica atmosferei.
• Laserele au fost utilizate la bordul navelor spațiale, cum ar fi în misiunea Cassini-Huygens.
• În astronomie, laserele au fost folosite pentru a crea stele artificiale de ghidare cu laser, folosite ca obiecte de referință pentru telescoape optice adaptive.

Laserele pot fi de asemenea folosite în mod indirect în spectroscopie ca sistem de micro-eșantionare, o tehnică denumită ablaţie laser, care este de obicei aplicată la aparate ICP-MS rezultând un puternic LA-ICP-MS.

Spectroscopie

Cele mai multe tipuri de laser, sunt o sursă inerent pură de lumină; acestea emit lumină aproape monocromatică cu o gamă foarte bine definită de lungimi de undă. Prin proiectarea atentă a componentelor de laser, puritatea luminii laser poate fi îmbunătățită mai mult decât puritatea oricărei alte surse de lumină. Acest lucru face ca laserul să fie o sursă foarte utilă pentru spectroscopie. Intensitatea mare a luminii care poate fi realizată într-un fascicul mic, dar colimat, poate fi de asemenea folosită pentru a induce un efect optic neliniar într-o probă, făcând posibile tehnici precum spectroscopia Raman. Alte tehnici spectroscopice bazate pe lasere pot fi folosite pentru a construi detectoare extrem de sensibile ale diferitelor molecule, capabile să măsoare concentrațiile moleculare la nivel de părți per 10¹² (ppt). Datorită densității mare de putere atinse de lasere, emisia atomică indusă de fascicul este posibilă: această tehnică este numită spectroscopie pe plasmă indusă cu laser.

Tratament termic

(Vehicul atot-teren pe Marte folosind un laser pentru a testa rocile)

Tratarea termică cu lasere permite durificarea selectivă a suprafeţei împotriva uzurii, cu puțină sau deloc denaturare a componentei. Deoarece aceasta elimină mare parte din remanierea actuală, costul de capital al sistemului cu laser este recuperat într-un timp scurt. A fost dezvoltat de asemenea dezvoltat un strat inert, absorbant, pentru tratamentul termic cu laser, care elimină fumul generat de acoperirile de vopsea convenționale în timpul procesului de prelucrare termică cu raze laser CO2.

O consideraţie crucială pentru succesul unei operațiuni de tratament termic este controlul iluminării fascicului cu laser pe suprafață. Distribuția optimă a iradierii este determinată de termodinamica interacțiunii laser-material și de aspectul geometric.

În mod obișnuit, emitanţe între 500-5000 W/cm^2 satisfac constrângerile termodinamice și permit încălzirea rapidă a suprafeței și aportul de căldură totală minimă necesară. Pentru tratamentul termic general, un fascicul pătrat sau dreptunghiular uniform este una dintre cele mai bune opțiuni. Pentru unele aplicații speciale sau aplicații unde tratamentul termic se face pe o margine sau colț al unui material, s-ar putea să fie mai bine să se scadă emitanţa aproape de margine pentru a preveni topirea.

Reflector lunar cu laser

Când astronauții de pe Apollo au vizitat luna, au plantat matrice retroreflectoare pentru a face posibil experimentul reflectorului lunar cu laser. Fasciculele laser sunt concentrate prin telescoape mari de pe Pământ spre matrice, și timpul necesar pentru fascicul pentru a fi reflectat înapoi pe Pământ a fost măsurat pentru a determina distanța dintre Pământ și Lună cu mare precizie.

Fotochimie

Unele sisteme laser, prin procesul de blocaj de mod, poate produce  impulsuri de lumină extrem de scurte – de ordinul picosecundelor sau femtosecundelor (10⁻¹² – 10⁻¹⁵ secunde). Asemenea impulsuri pot fi utilizate pentru a iniția și analiza reacțiile chimice, o tehnică cunoscută sub numele de fotochimie. Scurte impulsuri pot fi folosite pentru a sonda procesul de reacție la o rezoluție temporală foarte mare, permițând detectarea moleculelor intermediare de scurtă durată. Această metodă este deosebit de utilă în biochimie, unde este folosit pentru a analiza datele de pliere şi funcţia proteinei.

Scanere de coduri de bare laser

Scanere de coduri de bare laser sunt ideale pentru aplicații care necesită viteză mare de citire de coduri liniare sau simboluri suprapuse. Din produse mici pentru aplicații OEM integrate până la scanere de coduri de bare laser masive de uz industrial, există o gamă largă de produse de calitate pentru a citi coduri de bare liniare și simboluri, cu caracteristici cum ar fi citirea de mare viteză, domeniu larg de vizualizare, reconstrucție a simbolului, și tehnologie de decodare agresivă.

Răcire cu laser

O tehnică de succes recent este răcirea cu laser. Acest lucru implică o capcană atomică, o metodă unde mai mulţi atomi sunt limitaţi într-un aranjament cu formă specială de câmpuri electrice și magnetice. Folosind lungimi de undă speciale ale luminii laser pentru ioni sau atomi aceştia sunt încetiniţi, fiind astfel răciţi. Deoarece acest proces este continuat, aceştia sunt cu toţii încetiniţi și ajung la același nivel de energie, formând un aranjament neobișnuit al materiei cunoscut sub numele de condensat Bose-Einstein.

Fuziunea nucleară

Unele dintre modalitățile cele mai puternice și mai complexe din lume ale laserilor multipli și amplificatorilor optici constau în utilizarea lor pentru a produce impulsuri de lumină de extrem de mare intensitate şi de durată extrem de scurtă. Aceste impulsuri sunt aranjate astfel încât acestea au un impact asupra peletelor de tritiu-deuteriu simultan din toate direcțiile, în speranța că efectul de squeezing a impactului va induce fuziune atomică în pelete. Aceasta tehnică, cunoscuta sub numele de „fuziune prin confinare inerțială„, nu a fost capabilă să devină „rentabilă” până în prezent, practic reacția de fuziune generează mai puțină energie decât este folosită pentru a alimenta laserele, dar cercetările continuă.

Microscopie

Microscopia confocală de scanare cu laser și microscopia de excitaţie a doi fotoni fac uz de lasere pentru a obtine imagini ne-blurate de eşantioane groase la diferite adâncimi. Microdisecţia de captură cu laser utilizează lasere pentru a obţine populaţii de celule specifice de la o secțiune de țesut sub vizualizare microscopică.

Tehnici suplimentare de microscopie cu laser includ microscopia armonică, microscopia de amestec în patru etape și microscopia interferometrică.

Traducere din Wikipedia