В историята на човешката наука и технологии раждането на лазерната технология може да се нарече революция във взаимодействието между светлина и материя. От Айнщайн, който предлага теорията за стимулираното лъчение през 1917 г. до Майман, разработващ първия рубинен лазер през 1960 г., тази технология навлиза в различни области като индустрията, медицинските грижи, комуникациите и военните само за половин век, превръщайки се в основната движеща сила за развитието на съвременното общество. Като емблематична технология в областта на оптоелектрониката, лазерите не само предефинират границите на приложение на „светлината“, но също така показват неограничен потенциал в авангардни-области като интелигентно производство, науки за живота и изследване на космоса.
ЧАСТ 01
Същността на лазера
Същността на лазера е светлинно усилване на стимулирано лъчение (ЛАЗЕР). Въз основа на квантовата теория на Айнщайн, чрез синергичния ефект на активирана среда (като газ, кристал), източник на помпа (инжектиране на енергия) и оптична резонансна кухина, броят на частиците се обръща и усилва. Фиксираните фотони образуват силно кохерентен (съгласувана фаза, честота и посока), изключително монохроматичен (тесен спектър), отлична насоченост (малък ъгъл на отклонение) и изключително ярък лъч, осигурявайки поддръжка на основен светлинен източник за модерни технологии като комуникации, производство, медицина и други области. Природата на лазера го прави единственият източник на светлина, който може да отговори на изискванията за висока точност, висока енергия и висока управляемост едновременно. Той осигурява физическата основа за комуникация с оптични влакна (оптичен носител), прецизно производство (светлинен нож), медицинска хирургия (не-инвазивно лечение), квантова технология (източник на един фотон) и откриване на гравитационни вълни (интерферометър) и т.н., променяйки напълно съвременната технология и индустриалната структура.
ЧАСТ 02
Приложение на лазера в областта на комуникацията
Основното предимство на лазерната технология се крие в нейните „четири високи“ характеристики: висока насоченост (ъгълът на отклонение на лъча е само милирадиани), висока монохроматичност (чистотата на дължината на вълната достига 10^-6 нанометра), висока яркост (десетки милиарди пъти яркостта на слънчевата светлина) и висока кохерентност (перфектното единство на пространствена и времева кохерентност). Тези характеристики доведоха до появата на три основни технически клона в областта на оптоелектрониката.
Първият е информационната оптоелектроника, „каналът за скорост на светлината“ за поток от данни, вторият е био-оптоелектрониката: „антената на светлината“ на науките за живота, а третият е енергийната оптоелектроника: „острието на светлината“ за прецизен контрол. По-долу представяме главно този прецизно-направен „лек нож“.
Като енергиен носител лазерът може да постигне прецизна обработка на материали на микрон{0}}ниво. В промишленото производство той подкопава традиционния модел на механична обработка със своите предимства като без-контактна обработка и малка-зона, засегната от топлина. И е по-приспособим към по-високите изисквания на новите материали за прецизно производство.
ЧАСТ 03
Предимства на лазерната обработка
Лазерният "светлинен нож" променя производствената парадигма на съвременната индустрия със своите предимства на висока прецизност, висока ефективност и висока адаптивност:
При обработката на свръх-твърди материали лазерът директно разтопява или изпарява материала чрез фокусиране на лъч с висока-енергиен-плътност (диаметърът на петното може да бъде само 10 μm), постигайки без{4}}контактна обработка и избягвайки пукнатини или деформации, причинени от механичен стрес. При обработката на нови материали, при обработка на крехки материали, традиционната механична обработка може лесно да причини микропукнатини. Лазерното рязане може да контролира плътността на лазерната мощност чрез контролиране на плътността на лазерната мощност (104-10 градуса W/cm²) и скоростта на сканиране (20-80mm/s), постигайки рязане без стружки с точност на отвора от ±2μm.
За лазерна обработка на полупроводникови материали (като силициеви пластини), фемтосекундният лазер се използва за образуване на модифициран слой вътре в пластината, а свързващото химическо ецване позволява рязане без чип-със загуба на прорез до 5 μm, подпомагайки развитието на миниатюризацията на интегралните схеми.
