Tầm quan trọng của công nghệ Laser sử dụng ngày nay

Công nghệ laser rất quan trọng trong thế giới hiện đại vì nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực. Những ứng dụng đáng kinh ngạc của công nghệ laser bao gồm: máy quét mã vạch, máy in laser, ổ đĩa quang, vật liệu cắt và hàn, sản xuất chip bán dẫn,… Laser cũng được sử dụng trong các dụng cụ giải trình tự DNA, các sản phẩm tẩy lông trong phẫu thuật và điều trị da.

Công nghệ Laser là gì?

Khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ bức xạ kích thích (LASER) được định nghĩa là bức xạ điện từ gửi một lượng ánh sáng bằng nhau về tần số và bước sóng, kết hợp với nhau thành xung ánh sáng năng lượng cao, kết hợp chặt chẽ. Góc của nó hơi tù và kích thích bức xạ phụ thuộc vào việc tạo ra.


Lịch sử của Công nghệ Laser

Mặc dù công nghệ laser cơ bản được phát minh vào năm 1960, nhưng kể từ đó laser đã trải qua những bước phát triển vượt bậc. Ban đầu, tia laser sử dụng tinh thể sapphire và không mạnh lắm. Theo thời gian, nhiều loại laze đã được phát triển bằng cách sử dụng các vật liệu khác nhau tạo ra ánh sáng laze.

Tuy nhiên, cho dù chúng là laser sapphire, laser khí, laser lỏng hay laser bán dẫn, thì nguyên tắc cơ bản đều giống nhau: sự phát xạ xúc tác được tạo ra bởi một photon đối diện với một nguyên tử ở trạng thái kích thích và buộc nó phát ra một photon khác có cùng tần số. cùng chí hướng. Hai photon này điều khiển nhiều photon hơn và xảy ra hiện tượng phát xạ xúc tác.

Chất bán dẫn là trung tâm của laser mới đã tạo ra các công cụ khả thi như đĩa Compact (CD). Laser diode trước đây tạo ra ánh sáng bằng cách truyền dòng điện qua gali arsenua (GaAs).

Những phát triển gần đây trong công nghệ laser

Các nhà khoa học gần đây đã tìm thấy tia laser sử dụng gali arsenua với các lớp gali nhôm arsenua mỏng tạo ra một khu vực gọi là giếng lượng tử giữa các lớp. Trong vùng này, các electron được sắp xếp chặt chẽ để thiết bị sử dụng ít năng lượng hơn để phát ra ánh sáng.

Laser giếng lượng tử có hiệu quả cao trong việc chuyển đổi điện năng thành ánh sáng, do đó tạo ra ít nhiệt hơn. Đổi lại, điều này có thể vận hành các hệ thống truyền động chạy bằng pin. Trong các hệ thống thông tin liên lạc, nó có thể tăng gấp đôi số cuộc gọi đường dài có thể được kết nối với một sợi quang.

Đèn laze đơn sắc chẳng hạn, tia laze đỏ chỉ có ánh sáng đỏ; nó rất kết hợp, nghĩa là ánh sáng từ tia laser rất có định hướng; điều này có thể di chuyển trên một khoảng cách lớn mà không lan rộng. Độ sáng cao của tia laser là kết quả của sự gắn kết không gian.


Tầm quan trọng của công nghệ Laser

Công nghệ laser rất quan trọng trong thế giới hiện đại vì nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là đo lường, nơi nó được sử dụng để cho kết quả chính xác cao trong đo khoảng cách nhỏ và lớn. Công nghệ laser cũng được sử dụng với mục đích sinh nhiệt trong các quy trình cắt công nghiệp.

Lĩnh vực y tế sử dụng nó trong các thủ tục phẫu thuật. Tia laser được sử dụng hiệu quả trong điều trị sỏi túi mật và sỏi thận.

Cường độ ánh sáng laze tại tiêu cự quá cao và phản ứng của vật liệu trở nên phi tuyến tính. Tia laze tạo ra các xung ánh sáng ngắn và có thể thu được các xung điện nano giây (nsEP) từ một số tia laze. Bằng cách sử dụng kỹ thuật khóa chế độ, nó có thể hiển thị độ rộng của các xung ngắn hơn – trong vài trăm femto giây.

Đặc điểm của Laser

Độ tinh khiết của quang phổ: Laser được dự định rằng tất cả các bước sóng ánh sáng trong chùm tia đều bằng nhau làm tăng công suất laser.

Màu đồng nhất: Do tính đồng nhất của các bước sóng, nó xuất hiện trong một màu.

Chiếu sáng quá mức: Ánh sáng laser mạnh hơn ánh sáng thông thường vì nó là sự kết hợp của các bức xạ.

Tính kết hợp cao: Nó không lan truyền trong môi trường xung quanh, chẳng hạn như bóng đèn chẳng hạn. Nó có thể di chuyển quãng đường dài mà không bị ảnh hưởng hoặc không bị giảm cường độ.


Ứng dụng của công nghệ Laser

Do các đặc điểm độc đáo của laser, laser được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Một số ứng dụng quan trọng của laser được thảo luận ở đây.

– Công nghệ Laser trong Khoa học Cơ bản:

Cuộc cách mạng trong quang phổ laser đã được thực hiện do sự sẵn có của bức xạ băng thông hẹp. Trong đo lường, máy quang phổ hấp thụ nguyên tử rất hữu ích trong việc phát hiện các vạch quang phổ yếu. Có nhiều kỹ thuật phát hiện các vạch quang phổ yếu, chẳng hạn như quang phổ nghe nhìn, quang phổ ion hóa đa photon, v.v.

Ngoài ra còn có các kỹ thuật quang phổ phi tuyến như quang phổ hấp thụ photon. Tia laze đã giảm thời gian cần thiết để ghi Quang phổ Raman từ một giờ xuống còn vài phút. Loại laser được sử dụng phổ biến nhất là laser argon-ion cho quang phổ Raman.

Trong hóa học, laser được sử dụng như một công cụ chẩn đoán và là phương tiện gây ra các phản ứng hóa học. Chúng 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 carbon dioxide và laser Nd: YAG.

– Công nghệ Laser trong Công nghiệp:

Có rất nhiều lợi ích của việc sử dụng công nghệ laser trong công nghiệp. Hiện nay laser thường được sử dụng để quét, để xử lý các vật liệu như hàn, cắt, tráng men, hợp kim hóa, ốp, kiểm tra không phá hủy, v.v. Laser cũng được sử dụng trong việc căn chỉnh các cấu trúc như cầu, tòa nhà lớn, đường hầm, đường ống, hầm mỏ, v.v. Tia laze đã thay thế hoàn toàn kỹ thuật khoan truyền thống để khoan lỗ kim cương, làm khuôn cung, đá quý, cánh tuabin cho động cơ phản lực; được sử dụng rộng rãi để cắt kim loại, gốm sứ, nhựa, bìa cứng, vải, v.v. Ủ pin mặt trời bằng laser giúp cải thiện hiệu suất của chúng. Laser có thể được sử dụng để viết trực tiếp trên các tấm và các mẫu để tạo ra các mạch tích hợp.

Máy quét laser được sử dụng rộng rãi để đánh dấu trên các sản phẩm nhựa, kim loại, v.v. Máy quét laser được sử dụng để đọc mã vạch trên hàng tiêu dùng trong cửa hàng, để kiểm tra các bộ phận chính xác trong xưởng, để xác định xe đẩy hàng hóa trong đoàn tàu đang di chuyển và để đọc văn bản, v.v. các tài liệu.

– Công nghệ laze trong năng lượng hạt nhân:

Nhà máy điện hạt nhân là một loại nhà máy nhiệt điện hơi nước, nơi chúng tạo ra hơi nước nhiệt trong lò phản ứng. Có lò nguyên tử cần có tường cách nhiệt và lá chắn bức xạ nguyên tử.

Công nghệ laser giúp công nhân thực hiện các công việc một cách dễ dàng và bảo vệ bản thân họ trong nhà máy và môi trường xung quanh khỏi sự nhiễm xạ nguyên tử.

Tách đồng vị bằng laser là cách kinh tế nhất để làm giàu uranium tự nhiên. Laser cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc tìm kiếm một cách khả thi để săn lùng sức mạnh của phản ứng tổng hợp.

– Công nghệ Laser trong lĩnh vực y tế:

Công nghệ laser được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực khoa học y tế. Chùm tia laser công suất cao cường độ cao phù hợp để cắt mô và do đó, một dụng cụ phẫu thuật lớn có thể thay thế dao mổ truyền thống. Tia laser thường được sử dụng để rèn võng mạc đã tách rời vào màng đệm. Các tình trạng mắt nghiêm trọng khác được điều trị là phục hồi chức năng do tiểu đường, thoái hóa điểm vàng và chảy máu. Laser argon hoặc laser ion krypton được sử dụng để điều trị các bệnh này.

Bệnh tăng nhãn áp là một bệnh về mắt khi áp suất bên trong nhãn cầu tăng lên, làm hỏng võng mạc và cuối cùng dẫn đến mù lòa. Để khắc phục áp lực này và bảo vệ thị lực, một lỗ nhỏ trên mắt được khoan bằng tia laser Nd: YAG. Tia laser được sử dụng để điều chỉnh hình dạng của thủy tinh thể, chẳng hạn như đối với bệnh cận thị thông qua một thủ thuật gọi là phẫu thuật cắt giác mạc xuyên tâm (RK). Độ chính xác của phẫu thuật laser là một tính năng chính của các hoạt động chính xác như phẫu thuật tim và can thiệp thần kinh. Sử dụng ống nội soi sợi quang với tia laser, giờ đây có thể dập tắt vết loét xuất huyết mà không cần mở bất kỳ vết thương nào trong cơ thể.

Một ví dụ khác là điều trị tắc động mạch cung cấp máu cho tim, một tình trạng dẫn đến nhồi máu cơ tim. Phương pháp điều trị cho đến nay là nối thông động mạch bị tắc với một ống thông khác được lấy từ một bộ phận khác của cơ thể, một thủ thuật được gọi là phẫu thuật bắc cầu.

Xạ trị hình ảnh được sử dụng để điều trị ung thư. Dẫn xuất hematoporphyrin (HPD), một loại thuốc nhuộm, có khả năng tấn công có chọn lọc các tế bào ung thư. Khi các tia laser cường độ cao từ tia laser vàng được chiếu xạ bởi vàng, phân tử Hpd sẽ phân rã và oxy giải phóng một chất chống ung thư giết chết các tế bào và mô ung thư.

– Công nghệ Laser trong Truyền thông, Xử lý Thông tin và Lưu trữ Dữ liệu:

Hạn chế chính của công nghệ giao tiếp ánh sáng nhìn thấy (VLC) là khả năng chịu thời tiết của nó. Vào những năm 1974, các nhà khoa học của Corning đã sản xuất sợi quang suy hao thấp từ vật liệu có độ tinh khiết cao. Hiện nay đã có những tiến bộ đáng kể trong công nghệ laser sợi quang và bán dẫn.

Ngoài việc truyền dữ liệu, xử lý thông tin quang học và máy tính quang học là những vấn đề liên quan. Xử lý thông tin hình ảnh được sử dụng để nhận dạng dấu vân tay, xử lý hình ảnh của vệ tinh, máy bay bay cao, v.v.

Máy tính quang dựa trên thiết bị ổn định kép cung cấp nhiều tốc độ tính toán cũng như khả năng tính toán song song. Lưu trữ dữ liệu là một lĩnh vực khác trong đó có thể tăng mật độ lưu trữ bằng các phương pháp quang học. Phương tiện lưu trữ thường là một lớp kim loại mỏng có các đặc tính quang học, chẳng hạn như hệ số phản xạ, được thay đổi khi được chiếu sáng bằng tia laze “WRITE” cực mạnh. Tia laser “READ” công suất thấp sẽ đọc sự thay đổi trong đặc tính quang học dưới dạng thông tin cần thiết. Phải mất ít hơn một micron vuông để ghi lại một thông tin. Đĩa đa năng kỹ thuật số (DVD) được sử dụng rộng rãi như một nguồn giải trí.

Mặc dù đĩa lưu trữ dữ liệu quang hoặc Đĩa laze có dung lượng lưu trữ cao trên đĩa từ, thông tin đã ghi không thể bị xóa khỏi đĩa dữ liệu quang. Trong ánh sáng của đĩa Compact (CD), tia laser được sử dụng để đọc thay vì kim, vì vậy các rãnh có thể được tạo chính xác.

Độ chính xác cao đạt được vì lượng thông tin được lưu trữ có thể rất lớn. Laser bán dẫn đọc đĩa CD bằng cách tắt đèn từ đĩa và xử lý điện tử. Đĩa CD cho phép chúng tôi lưu trữ bách khoa toàn thư của họ trên đĩa đơn. Các thiết bị bộ nhớ PC truyền thống hoạt động trên cơ sở ghi và đọc dữ liệu từ tính, nhưng đĩa quang có độ bền lưu trữ cao hơn và khả năng truy xuất dữ liệu nhanh hơn.

Lời kết

Laser là một trong những công cụ được sử dụng rộng rãi nhất trong sản xuất ngày nay, đặc biệt là trong ngành Công nghiệp 4.0 cho phép các kỹ sư tạo ra các tính năng và thiết kế sản phẩm phức tạp hơn đòi hỏi dung sai chặt chẽ. Gia công bằng laser có thể tạo ra các tính năng tốt khó hoặc không thể thực hiện bằng thiết bị gia công truyền thống. Các vết cắt bằng laser siêu sạch, không có gờ hoặc ảnh hưởng nhiệt đến vật liệu xung quanh, do đó không cần thực hiện một số bước hoàn thiện thứ cấp. Các quy trình laser đang trở thành công nghệ sản xuất dành cho các nhà sản xuất thiết bị y tế khi họ thiết kế các sản phẩm nhỏ hơn và tiên tiến hơn.

Tags: , , , , , , , ,