Laseri omogucavaju konverziju elektricne energije u vrlo
plemenitu energiju koherentnih optickih talasa, koja se na radnoj
povrsini manifestuje u pojavi toplotne energije
Univerzitet u Istonom SarajevuPedagoki fakutet BijeljinaSmjer
Tehniko obrazovanje i informatikaSeminarski rad
Laseri
Profesor: Student:Prof. Dr Svetlana Pelemi Neboja Tomi Bijeljina
2015.Sadrzaj
1. Uvod...22. Teorijska razrada principa rada lasera....3
3.1. Podela lasera....63.2. Femtosekundni laseri...6
3.3. Poluprovodniki (diodni) laseri...83.4. vrstotelni
laseri....103.5. Gasni laseri....103.6. Hemijski laseri...11
3.7. Laseri na bojama....113.8. Laseri na slobodnim
elektronima..124.1. Industrijska primena lasera12
4.2. Lasersko zavarivanje.....145. Zakljucak..16
6. Literatura..171. Uvod
LASER je nastala kao skraenica od rei: Light Amplification by
Stimulated Emission of Radiation, a ime je za izvor svetlosti kod
kojeg se za razliku od konvencionalnih izvora svetlosti, svetlost
generira mehanizmom stimulirane emisije. Iako na prvi pogled fizika
lasera zvui jako komplicirano, razvojem tehnologije i to pogotovo
tehnologije bazirane na poluvodicima, laseri nas danas u velikom
broju okruuju u naem svakodnevnom ivotu. Jo je davne 1917. godine u
svom radu On the Quantum Theory of Radiation Albert Einstain dao
teorijski koncept i predvideo izum lasera i njegove pretee masera.
Maser je ureaj koji radi na isti nain kao i laser, ali u drugom
frekvencijskom podruju. Maser je izvor mikrovalova, dok je laser
izvor elektromagnetskih valova u infracrvenom i vidljivom
dijelu spektra.
Pretekavi nekoliko izvrsnih eksperimentalnih grupa, prvi laser
napravio je 1960. godine Theodore H. Maiman zaposlen na Huges
Research Laboratorie Malibu, California. Njegov je laser emitirao
svetlost valne duzine 694 nm u pulsnom reimu, a lasersku emisiju
postigao je stimuliranom emisijom iz rubinskog kristala pobuenog
svetlosnom lampom.Nakon toga, laseri se poinju naveliko proizvoditi
u eksperimentalnim laboratorijima irom sveta, dok konano razvojem
tehnologije danas imamo pravu lasersku revoluciju.
2. Teorijska razrada principa rada lasera
Lasersko zraenje, u odnosu na zraenje obinih svetlosnih
sijalica, karakterise koherentnost, usmerenost i monohromatinost.
Koherentno zraenje je ono zraenje kod kojega svi svetlosni talasi
od kojih je ono sastavljeno titraju u fazi (svi su dogaaji
sinhronizovano). Osnovni dijelovi jednog lasera ine rezonator (dva
ogledala), aktivni
laserski medij i optika pumpa, a sematski su prikazani na Slici
1.
Slika 1. sematski prikaz laseraLaseri omogucavaju konverziju
elektricne energije u vrlo plemenitu energiju koherentnih optickih
talasa, koja se na radnoj povrsini manifestuje u pojavi toplotne
energije. Inace, laseri su svetlostni pojacivaci ciji se rad bazira
na principu stimulisanih prelaza, a sastoje se od: rezonatora sa
aktivom serdinom I sistema za pumpanje.Aktivna sredina moze biti
gasovita, tecna ili cvrsta meterija, u kojoj se ostvaruje inverzija
naseljenosti energetskih nivoa, pomocu energije koja se dovodi iz
spoljasnje izvora-pumpe. Pumpa generira energiju talasa I obicno se
izvodi kao svetiljka koja daje trenutno jaku svetlost ili je to
neki drugi izvor energije. Kada pobudjeni atomi aktivne sredinevrse
stimulisane prelaze, dolazi do generisanja koherentne svetlosti,
tako da se laser moze upotrebiti sa elektronskim oscilatorom I
pojacivacem, pri cemu aktivna sredina odgovera povretnoj sprezi,
pumpa napojnom pistemu oscilatora, a spontani prelazi odgovaraju
sumu. U odnosu na vrstu aktivne sredine laseri se dele na:
gasovite, tecne i cvrste.Izvori svetlosti (svetiljke, prirodni
izvori), spontano emituju elektromagnetni talas (svetlosti)
razlicite talasne duzine, koje su kratke I medjusobno nepovezane
prostorno I vremenski. Ovakva emisija svetlosti naziva se
mekoherentna. Ukoliko su amplitude, talasne duzine, faze I
polarizacija elektromagnetnog talasa konstantne ili se menjaju po
odredjenom zakonu, u tom slucaju je takav talas koherentan. Posebno
je koherentan monohromaticni talas.
Elektromagnetni talasi koje emituj radio-stanice predstavljaju
koherentne talase, dok su talasi obicnih izvora (svetiljke, sunce,
zagrejana tela, I dr)nekoherentni talasi koji se cesto nazivaju I
sumovi. Sve do pojave lasera bilo je moguce generisati koherentne
radio-talase, ali ni I koherentne talase svetlosti.
U odnosu na talasnu duzinu elektromagnetni talasi se dele na: -
zracenje (l=-10- ) renegensko zracenje (l=-10- 10), ultraljubicasto
zracenje (l=10 3810), vidljivo zracenje(0.76 750(m) I radio-talase
(75010km). U odnosu na kvalitet elektromagnetnog talasa mogu se
izvrsiti I daljnje klasifikacije. Atomski sistem uglavnom se nalazi
u odredjenim stanjima (dinamicka ravnoteza), kojima odgovaraju
odredjeni energetski nivoi.ako se system nalazi u stanju
termodinamicke ravnoteze sa spoljasnjom sredinom, tada je
verovatnoca da se neki atom nalazi na energetskim nivoima W1 i W2.
u praksi kazemo da nivo W1 naselava N1 atoma a nivo W2 naseljava N2
atoma, pa se zato uvodi pojam naseljenosti.
Saglasno drugom zakonu termodinamike system uvek tezi ravnotezi
I u kolikobilo kakva spoljasnja smetnja pomeri system iz
termodinamicke ravnoteze, on ce ponovo preci u novo stanje
termodinamicke ravnoteze, putempreraspodele energije u sistemu.
Procesi koji vracaju sistem u termodinamicko ravnotezno stanje
nazivaju se relaksacionim procesima. U nastavku treba pronalizirati
izraz za temperature sistema u zavisnosti od naseljenosti
energetskih nivoa:
1. Ako je T=0K i N2=0. U ovom slucaju proizilazi da se svi atomi
nalaze u osnovnom i stabilnom stanju.
2. Ako je T vece od 0K I N1 vece od N2, tj. Niski energetski
nivo W1 ima vecu naseljenost nego visi energetski nivo W2. Ovakvo
stanje sistema priblizava se ravnoteznom stanju.3. u koliko
spoljasnji faktori uticu na sistam tako da je visi energetski nivo
naseljeniji od nizeg nivoa (N2 vece od N1),tada takvom stanju
odgovara negativna temperature, T manje od 0K. ovakvo stanje
sistema naziva se stanjem sa invarznom naseljenoscu. S obzirom da u
praksi ne moze biti ispunjen uslov T manje od 0K, ocigledno je da
negativna temperature predstavlja uslovan termin I samo ukazuje na
cinjenicu da je N2 vece od N1.
Ako se posmatra jedinstveni sistem, koji se sastoji iz dva
energetska nivoa W1 I W2. U koliko se sistem nalazi u
termodinamickoj ravnotezi, mogu nastupiti tri tipa prelaza.
1. Ukoliko na system deluje foton energije hf iznosa W2 W1, tada
atom prelazi na visi energetski nivo. Ova pojava se naziva
rezonantna aporpcija. Kada na system atoma deluju fotoni , izmenice
se naseljenost nivoaW1. 2. Kada atom prelazi sa viseg energetskog
nivoa na nizi energetski nivo bez ikakvog spoljasnjeg uticaja
govori se o spontanom prelazu.
3. Atomi mogu preci iz pobudjenog u nepobudjeno stanje I pod
uticajem spoljasnjeg polja.
U ovom slucaju govori se o prinudnom ili indukovanom ztacenju.
Kada na sistem atoma deluju elektromagnetni talasi, tada se pored
spontanih prelaza pojaljuju I prinudni prelazi, koje prouzrokuju
lektromagnetni talasi odgovarajuce frekvencije. U koliko prinudni
prelazi nastaju istovremeno I nastalo zracenje odgovara po
frekvenciji apsorbovanim kvantima, tada je prinudno zracenje
koherentno.Kada svetlostni fluks prolazi kroz neko telo, njegov
intenzitet se menja. U normalnim uslovima kod termodinamicke
ravnoteze naseljenost energetskih nivoa opada sa povecanjem
energije.
3.1 Podela LaseraLasere razlikujemo po razliitim aktivnim
laserskim medijima u kojima se stvara lasersko zraenje, to odreuje
osnovna svojstva emitiranog zraenja (frekvenciju, spektralnu
poluirinu, snagu,...). Aktivni laserski medij moe biti plin pa tada
govorimo o plinskim laserima (He-Ne, Ar, Xe, CO2, N2), kristal
(Ti:safir, Nd:YAG,...), organska boja, egzimerna molekula (KrF,
ArF, XeCl) ili poluprovodnik (diodni, elektronski laseri). S
obzirom na raspodjelu emitiranog zraenja u vremenu lasere dijelimo
na kontinuirane i pulsne. 3.2.Femtosekundni laseri
Kod kontinuiranih lasera svetlost je konstantna u vremenu, dok
se kod pulsnih lasera svetlost periodiki mijenja u vremenu. Zbog
tromosti naeg oka, u sluajevima velike repeticije pulseva teko je
razluiti pojedine puseve, pa nam se pulsni laseri ine kontinuirani.
Na Slici 2. prikazana je fotografija prostiranja laserskih pulseva
frekfencije 1 kHz, kroz prostor Laboratorija za femtosekundnu
lasersku spektroskopiju Instituta za fiziku. Iako je za nae oko ova
repeticija jo uvijek velika, na fotografiji se vrlo jasno razluuju
pojedini pulsevi.
Slika 2. Puls po puls: femtosekundni pulsevi repeticije 1 kHz
snimljeni kameromRazvoj pulsnih lasera podstaknut je kroz istoriju
osnovnom ljudskom tenjom da posmatra i prouava stvari to bre i na
to kracoj vremenskoj skali. Od 1960. godine kada u naunim
laboratorijama nastaju mikrosekundni laserski pulsevi (1ms = 10-3
s), trka za to
kracim pulsevima danas je dostigla svoj cilj sa generisanjem
attosekundnih pulsa (1attosek = 10-18 s). Ovakvi se laserski
pulsevi danas koriste za prouavanje dinamike elektrona, a moemo ih
pronaci samo u naunim laboratorijama. Ako se samo korak udaljimo od
attosekunda dolazimo do podruja femtosekundi (1 fs = 10-15 s) i tu
cemo malo zastati s obzirom na injenicu da su femtosekundnim laseri
uveli u modernu nauku i tehnologiju niz novih i zanimljivih
fenomena.Femtosekundnim laseri emituju zraenje u pulsevima koji
traju svega nekoliko desetina femtosekundi (fs). 1 fs je vreme
potrebno svetlosti (a svetlost je elektromagnetni talas i putuje
najvecom mogucom brzinom) da pree put od svega 0.3 mm. Dakle, 1 fs
je vrlo kratak vremenski period i potpuno nam je nezamislivo da se
sa tako kratak laserskim
pulsom moe ita raditi. Meutim, proitajte dalje i videcete da se
fs laseri osim u fizici danas upotrebljavaju u hemiji, biologiji,
medicini, industriji, ...
U laboratorijama ih poinju razvijati vec poetkom 80-tih godina,
sa obzirom na trajanje pulsa koje se nalazi u vremenskoj skali
vibracija i rotacija molekula ovakvi se laseri prvenstveno
upotrebljavaju za istraivanje vremenske dinamike molekula
(Vibracije, rotacije), te za kontrolisanje, karakterizaciju i
navoenje hemijskih reakcija. Prof. A. Zevail dobio je 1999. godine
Nobelovu nagradu za istraivanja hemijskih reakcija upotrebom
femtosekundnim spektroskopije, podruje nauke nazvano femtokemija.
Osim kratkoce pulsa, fs lasere karakterie velika snaga emitovanog
zraenja (po pulsu). Tako npr puls koji traje oko 50 fs, energije 1
mJ, ima prosenu snagu oko 20 GW.Ovo svojstvo fs lasera omogucava
niz novih primena. Laserska ablacija (ablacija je proces
izbacivanja materijala sa povrine vrste mete pod uticajem laserskog
zraenja), laserom voeni izboji i generisanje viih harmonika
(stvaranje svetlosti koja se sastoji od frekvencija koje su
viekratnici frekvencije fs pulsa) su samo neka od istraivanja u
fizici u kojima se primenjuju snani fs pulsevi. U biologiji se fs
laseri upotrebljavaju za izgradnju nelinearnih laserskih mikroskopa
vrlo velike prostorne rezolucije. Ovakva primena fs lasera potakla
je usavravanje tehnologije fs lasera, pa danas moete kupiti
kompaktni, vrlo maleni fs laser, dobrih karakteristika i izuzetno
jednostavan za uporebu. Kao posledica toga fs se laseri poinju
koristiti u medicini (operacije oka) i industriji (fina obrada
materijala). Na Slici 3 prikazana je fotografija fs lasera Tsunami
koji se nalazi u Laboratoriji za femtosekundnim lasersku
spektroskopiju na Institutu za fiziku, a upotrebljava se za
fundamentalna istraivanja alkalnih atomskih para.
Slika 3. Unutranjost fs lasera Tsunami 3.3. Poluprovodniki
(diodni) laseriPoluprovodniki (diodni) laseri, su danas u najiroj
svakodnevnoj upotrebi Slika 4. To su laseri koji emituju
kontinuirano zraenje, obino malih snaga (do 100 mV), najece u
crvenom i infracrvenom delu spektra. Kao aktivni medij, a ujedno
i
rezonator koriste poluprovodniku ploicu (eng. chip) tipa GaAs,
INP, gasbu ili Gan. Njihova iroka uporebu rezultat je masovne
proizvodnje, zbog jednostavne tehnologije izrade i niske cene.
Lasersko zraenje nastaje kao rezultat rekombinacije elektrona i
upljina unutar poluprovodnika kada se na krajeve poluprovodnika
dovede odgovarajuci napon. Karakterie ih visoka efikasnost
konverzije elektrine u svetlosnu energiju. Nominalna bitni duina
emisije (boja) definisana je tipom poluprovodnika, strujom koja
prolazi kroz poluprovodnik i temperaturom.
Slika 4. Poluvodiki laseriPoluprovodniki se laseri danas koriste
kao itai CD-ova i DVD-ova, kao itai cena u svim prodavnicama, u
laserskim printerima, kao laserski pokazivaima (engl. pointer),
laserski instrumenti za merenje duine i kosine, u
telekomunikacijama, itd. U naunim se laboratorijama oni koriste za
eksperimente laserskog hlaenja molekula i stvaranja jednog novog
stanja materije tzv. Bose-Einstainovog kondezata (BEC), Slika 5.
BEC je najhladnije eksperimentalno izmereno stanje materije.
Temperatura atoma koji ine BEC iznosi svega stotinjak nK. Atomi na
tim temperaturama zaboravljaju na svoju individualnu svest i
dobijaju novu, kolektivnu svest. U takvim se uslovima moe povuci
analogija izmeu atoma i fotona, prvenstveno to se tie svojstva
koherentnosti. U skladu sa tome naunici su izumeli atomski laser
koji pokazuje sva svojstva fotonskog (svetlosnog) lasera. Upotreba
atomskog lasera u holografija i interferometrija omogucila bi
veliki korak prema osvajanju novih prirodnih prostranstava. Naime,
zbog dualne prirode (de Broljova hipoteza), atomi se takoe ponaaju
kao talasi ija je talasna duina mnogo kraca od talasne duine
svetlosnih lasera. To bi u eksperimentima holografije znailo
povecanje rezolucije do nanometarskih skala, odnosno u
eksperimentima interferometrije povecanje osetljivosti instrumenta
ime bi se direktno mogla testirati kvantna teorija.
Slika 5. Raspodjela atoma po brzinama ukazuje na stvaranje
BEC-aNajjednostavniju strukturu ima diodni poluprovodniki laser,
kod koga na n-strani viak elektrona predstavlja nosioce struje, dok
na p-strani prevladavaju upljine koje predstavljaju nedostatak
elektrona. Kad se na p stranu primeni pozitivan napon, a na
n-stranu negativan, elektroni i upljine se kreu jedni prema
drugima. estice se sretnu u ultratankom prostoru koji se naziva
kvantna jama, gde se vri rekombinacija elektrona i upljina pri emu
dolazi do emisije fotona. Ako su krajevi diode ujedno i
visokoreflektirajua ogledala dolazi do laserskog efekta, emitovanja
istovrsnih koherentnih fotona. Energija fotona (boja svjetlosti)
odreena je svojstvima poluvodikog spoja, iznosom energijskog
procepa (engl. band-gap). Npr. za lasere na GaAs taj energijski
procep iznosi oko 1,45 eV, to odgovara emisiji fotona talasne duine
885 nm. Plavi laser je pojam (sintagma) koji oznaava poluvodike
lasere u podruju 400-450 nm, a ije bi ostvarenje predstavlja
znaajan napredak u razvoju laserskih displeja i poveanju kapaciteta
optikih memorija.
Unapreenjem nauke kroz istraivanja u naunim laboratorijama
dolazi do unapreenja tehnologije i upotrebe novih proizvoda u
svakodnevnom ivotu, ime menjamo i direktno utiemo na nain ivota.
Ovaj se proces tada ne zavrava, vec se pronalazi novi problem zbog
kojeg se treba vratiti u laboratorije i dalje nastaviti istraivanja
i penjanje krivudavim putem prema cilju imajuci uvjek na umu da
tehnologija mora sluiti oveku, a ne ovek tehnologiji.3.4.
vrstotelni laseri
vrstotelni laseri imaju jezgro napravljeno od kristala ili
amorfnog materijala, esto u obliku cilindra. Ogledala mogu biti
izvedena kao tanki srebreni filmovi napareni na krajeve ovog
cilindra. Na taj nain on ini lasersku upljinu. Pobuivanje atoma od
kojeg se sastoji jezgro se obino vri nekim intenzivnim izvorom
svetla. U tu svrhu se esto koriste ksenonske bljeskalice, a u
novije vrieme LED diode, ili poluprovodniki laseri, ime se poveava
energetska efikasnost. Prvi laser koji je davao vidljivu svjetlost
je bio rubinski laser, koji koristi jezgro od rubina kao izvor
zraenja. Rubinski laser daje crvenu svetlost talasne duine 694.3
nm. Danas se esto koristi Nd:YAG laser, koji za jezgro ima itrijum
aluminijum granat (YAG), dopiranog atomima neodimija. Nd:YAG laser
daje infracrveno zraenje.3.5. Gasni laseri
HeNe (helijum-neonski) Laser. Svetlei snop u sredini slike potie
od svetlosti koja nastaje elektrinim pranjenjem potpuno isto kao u
neonskoj lampi. Taj snop potie od medijuma za pojaanje laserskog
zraka ali nije laserski zrak. Laserski zrak izlee iz tog medijuma,
prolazi kroz vazduh i na zaklonu, ostavlja trag u obliku crvene
takice.
Gasni laseri imaju laserski medijum u gasovitom stanju, obino se
sastoje od cevi ispunjene gasom ili smesom gasova pod odreenim
pritiskom. Krajevi cevi opremljeni su ogledalima kako bi se
formirao rezonator. Pobuivanje atoma gasa se nejee obavlja
elektrinim pranjenjima kroz gas unutar cevi. Gasni laseri se esto
hlade strujanjem gasa kroz cev. Najee koriteni gasni laseri su:
He-Ne (Helijum-Neon), argonski laser ili CO2 laser.3.6. Hemijski
laseri
Odreene hemijske reakcije mogu proizvesti molekule u pobuenom
stanju. Hemijski laseri koriste takve reakcije kako bi se postigla
inverzija naseljenosti. Primer je fluorovodonini laser koji koristi
reakciju vodonika i fluora, za proizvodnju fluorovodonika u
pobuenom stanju. Laserski zrak nastaje u reakciskoj komori, u koju
stalno dotiu reaktanti, a produkti izlaze napolje. Na taj nain je
postignuta inverzija naseljenosti, jer je u reakcijskoj komori
stalno prisutno vie pobuenih molekula od onih u osnovnom stanju.
Ovakvi laseri mogu postii jako veliku snagu u kontinualnom modu.
Jedna vrsta hemijskih lasera koristi ekscimere. Ekscimer je molekul
koji je stabilan samo u pobuenom stanju. Laser se sastoji od smese
gasova kroz koje se narine visoki napon, slino kao kod gasnih
lasera. Elektrina struja stvara mnotvo iona i pobuenih atoma u
laserskoj upljini, koji mogu reagovati i stvoriti ekscimer. Nakon
to ekscimer doivi laserski prelaz, on se raspada jer ne moe
postojati u osnovnom stanju. To je i razlog inverzije naseljenost u
ovom laserskom medijumu.
3.7. Laseri na bojamaLaseri na bojama koriste odreena organska
jedinjenja, koja slue kao aktivni laserski medijum. Molekuli, za
razliku od atoma imaju trakast spektar, koji se sastoje od mnogo
spektralnih linija. Kod ovih jedinjenja, energetskim nivoima se moe
manipulisati (elektrinim poljem, magnetskim poljem, temperaturom
...). Na taj nain je mogue podesiti laser za rad na odgovarajuoj
talasnoj duini. Pobuda molekula se obavlja pomou nekog drugog
lasera.3.8. Laseri na slobodnim elektronima
Laseri na slobodnim elektronima koriste snop relativistikih
elektrona koji prolazi kroz magnetsko polje koje naizmenino menja
smer du puta elektrona. U normalnim okolnostima, relativistiki
elektroni, koji prolaze kroz magnetsko polje emituju sinhrotronsko
zraenje. Kod lasera sa slobodnim elektronima, put koji elektroni
prolaze izmeu naizmenio postavljenih magneta se stavlja u lasersku
upljinu, tako da fotoni, koji su uhvaeni izmeu ogledala, izazivaju
stimulisanu emisiju slobodnih elektrona u magnetnom polju, kao i
kod elektrona u pobuenim atomima. Laseri na slobodnim elektronima
se mogu podeavati promenom gustine rasporeda magneta, jaine
njihovog magnetnog polja i promenom energije elektrona. Tako da se
mogu napraviti i laseri na slobodnim elektronima koji rade na
talasnim duinama koje su nedostupne klasinim laserima, jer ne
postoji pogodan laserski medijum koji bi mogao proizvesti svetlost
zadate talasne duine. Mogue je napraviti i laser sa jako dugakom
laserskom upljinom, bez ogledala, iji fotoni onda ne bi trebali
prolaziti veliki broj puta du optikog puta lasera, ve bi proli samo
jedanput. Takav laser se naziva superradijantni laser. Danas se
pokuava napraviti superradijantni laseri na slobodnim elektronima,
koji bi radili u spektralnim podrujima, u kojima ne postoje
ogledala koja bi to zraenje reflektovala; npr. u rendgenskoj oblasi
spektra.4.1. Industrijska primena lasera
Laseri, zbog kvaliteta svetlosti koju proizvode danas imaju
primenu u gotovo svim ljudskim delatnostima. vrstotelni laseri
(posebno Nd:YAG) se koriste za rezanje, buenje i varenje. Zbog
kolimiranosti laserskog snopa, mogue je postii veliku preciznost
prilikom obrade materijala, pa se esto koriste u hiurgiji; npr.
mogue je laserom obraditi kapilar u oku bez oteenja okolnog tkiva i
bilo kakve operacije na oku. Laserima se moe leiti i kratkovidost i
dalekovidost, obradom onog soiva. Laserima se je mogue i spaliti
mastilo na papiru, a ostaviti papir neoteen. Zbog svoje
monohromatinosti, laseri su koriste i za novu defeneciju metra.
Metar je pre bio definisan preko talasne duine spektralne linije u
atomskom spektru kriptona. Pokazalo se da laseri imaju neuporedivo
otrije spektralne linije od spomenute linije kriptona, koja je
odabrana jer je to najotrija poznata spektralna linija u prirodi, a
primenom lasera, pokazalo se da ta linija nije simetrina, pa je
nastao problem: koji dio linije uzeti kao definiciju metra. Danas
je metar redefinisan, pa imamo definiciju:
Metar je duina putanje koju u vakuumu pree svetlost za vreme od
1/(299 792 458) sekundi.
Brzina svjetlosti se meri pomou lasera: laseru se odreenom
metodom odredi talasna duina i frekvencija njegovog zraenja. Njihov
umnoak daje brzinu svetlosti. Laseri se upotrebljavaju za
oznaavanje poloaja na nekom udaljenom mestu, a ak i prilikom
predavanja predavai pokazuju na tablu ili platno laserskim
pokazivaima. Za tu svrhu se koriste poluprovodniki laseri, jer su
relativno jeftini. Laserom je izmerena udaljenost od Zemlje do
Meseca sa preciznou od nekoliko milimetara! Astronauti iz jedne od
misija Apollo su postavili ogledalo na povrini Mjeseca. Istraivai
su usmerili laser prema tom ogledalu i merili vrieme potrebno
laserskom zraku da sa povrine Zemlje doe do ogledala na povrini
Meseca i nazad. Prilikom povratka za Zemlju, lasreski zrak je imalo
dijametar od oko 2 km, to je uglavnom uzrokovano rasipanjem zraka u
Zemljinoj atmosferi. Laseri se koriste za optiko skladitenje i
oitavanje podataka na razliitim medijumima CD, DVD, Blue Ray.
Laseri se koriste i u laserskim tampaima. U tu svrhu se koriste
mali poluprovodniki laseri. Laseri se koriste u spektroskopiji, kao
intenzivni izvori monohromatinog svetla. Najee se koriste: argonski
laser u Ramanovoj spektroskopiji i laseri na bojama. He-Ne laseri
se koriste u Majkelsonovim interferometrima, za precizno merenje
poloaja ogledala. Impulsni laseri se koriste za prouavanje
super-brzih procesa. U femtosekundnoj spektroskopiji se na objekat
prouavanja istovremeno poalju dva laserska zraka iz impulsnog
lasera vrlo kratkog impulsa. Jedan zrak se alje direktno na uzorak,
a drugom se povea optiki put za nekoliko centimetara koristei se
zgodno postavljenim ogledalima. Tak zrak e kasniti nekoliko
femtosekundi, jer je svetlosti potrebno odreeno vreme da prijee taj
put. Prvi laserski zrak e uzrokovati reakciju u uzorku, a drugim se
moe posmatrati to se u tom trnutku dogaa u uzorku. Pomeranjem
ogledala, mogue je kontrolisati kanjenje drugog laserskog zraka i
na taj nain dobiti sliku o procesu unutar uzorka. Na taj nain se
istrauju najbre hemijske reakcije u prirodi. Jako veliki laseri se
koriste za istraivanja materije u uslovima ekstremnog pritiska i
temperature. Pomou takvih lasera mogue je provesti nuklearnu fusiju
na malim koliinama vodonika. Takvi laseri su najee vrstotelni
laseri sa jezgrom napravljenom od stakla u koji su stavljeni
odreeni materijali koje slue kao aktivni laserski medijum. Isto
tako, laseri su nali svoje mesto i u vojnoj primeni.4.2. Lasersko
zavarivanje
Reparaciono zavarivanje laserom je postupak kojim je mogue
popraviti, ispraviti ili ukloniti razliite greke, pukotine ili
nedostatke alata. Kod reznih alata, alata za injekciono brizganje
plastike, alata za livenje kao i alata za obradu lima laserskim
zavarivanjem je mogue u potpunosti rekonstruisati prvobitni
geometrijski oblik i funkciju alata.Kao i zavarivanje elektronskim
snopom (EBV), laserski zrak za varenje ima visoke gustine snage
(reda 1 megavat / cm (MV)) dovodi u malim zone uticaja toplote i
visoke cene grejanja i hlaenja. Veliina take lasera moe da varira
od 0,2 mm i 13 mm, ali samo manje dimenzije se koriste za varenje.
Dubina prodora je proporcionalan iznosu od napaja, ali takoe zavisi
od lokacije ina taka: penetracija je uvecan kada je sredinja taka
je malo ispod povrine radnog komada.
Neprekidno ili pulsirajuci laserski zrak moe da se koristi u
zavisnosti od aplikacije. Milisekundi dugo impulsi se koriste za
varenje tankih materijala kao to su ileti, a kontinuirano laserski
sistemi su zaposleni za duboko vara.LBV je svestran proces,
sposobna za zavarivanje elika ugljenika, HSLA elik, nerajuci elik,
aluminijum, i titanijuma. Zbog visoke stope hlaenja, pucanje je
zabrinutost kada zavarivanje visoko ugljenini elici. Var kvalitet
je visok, slinu onoj za zavarivanje elektronskim snopom. Brzina
zavarivanja je proporcionalan iznosu od napaja, vec i zavisi od
vrste i debljine radnih predmeta. Velike snage Sposobnost gasa
lasera da ih posebno pogodne za veliki obim primene. LBV je posebno
dominantan u automobilskoj industriji.Neke od prednosti u odnosu na
LBV EBV su: laserski zrak moe da se prenosi kroz vazduh, umesto
zahteva vakuum, proces je lako automatizovati sa robotski maine,
Ks-zraci nisu generisani, i LBV rezultate u visokom kvalitetu
varova.
Derivat LBV, lasersko zavarivanje hibrid, kombinuje lasera od
LBV sa luno zavarivanje metoda kao to su metalne gasa luno
zavarivanje. Ova kombinacija omogucava vecu fleksibilnost
pozicioniranja, jer MIG zalihe rastopljenog metala da popune
zajednike, a zbog upotrebe lasera, povecava brzina zavarivanja oko
toga ta je normalno moguc sa MIG. Kvalitetu vara ima tendenciju da
bude veci, poto potencijal za kresanje se smanjuje.Laserski zrak za
zavarivanje (LBV) je tehnika koja se koristi za varenje da se
prikljui vie komada metala kroz koricenje lasera. Zrak prua
koncentrisana izvora toplote, to omogucava uske, duboko varovi i
visoke stope zavarivanje. Proces se esto koristi u glasnoj
aplikacija, kao to su u automobilskoj industriji.
Glavne prednosti zavarivanja laserom:
visok kvalitet zavarenog spoja
velika preciznost i brzina
zanemarljiva zona uticaja toplote
uteda vremena
manje intervencije u pogledu obrade nakon laserskog
zavarivanja
pouzdanost dela
povoljna cena5. Zakljucak
Razvijena toplota laserskog snopa koristi se za odredjene
elektrotermicke procese. Upotreba lasera u elektrotermiji je
uglavnom na eksperimentalnom nivou, mada se u nekim sferama primene
pokazuje kao konkurentna klasicnim postupcima, kako u pogledu
ekonomicnosti tako I u pogledu ispunjavanja odredjenih tehnoloskih
uslova, odnosno kvaliteta finalnog proizvoda.
Primena lasera je neosporivo siroka. Ogranicene snage lasera,
konacno i relativno kratko vreme razvoja, uslovili su da laseri
nisu u odnosu na mogucnosti adekvatno zastupljeni u
elektrotermickim procesima. Od interesa je ipak istaknuti primenu
lasera u termickoj obradi.
Talasni snop lasera odlikuje se osobnom visoke fokusacije snopa,
odnosno osobinom da se moze ostaviti visoka koncentracija gustine
energije po jedinici povrsine koja se obradjuje. Ostvarena gustina
energije je dovoljno velika za topljenje, rezanje i busenje metala,
odnosno nemetala. 6. Literatura
[1] Hot E., Elektrotermicka konverzija energije, Sarajevo,
1984.[2] Cundev S. Elektrotermija, Skoplje, 1977.
[3] Brajovic V.P., Elektrotermicki uredjaji i postrojenja,
Tehnicki fakultet u Cacku, Cacak, 1990.[4]
http://en.wikipedia.org[5] http://www.howstuffworks.com
[6] http://www.attoworld.de
[7] T. Ban, Femtosekundni laseri preciznost u vremenu i
frekvenciji, Matematiko-fiziki list LVIII 2 (2007.-2008.).
PAGE 2
