Sadrzaj

1. Uvod…………………………………………………………...………22. Teorijska razrada principa rada lasera………………………...……….33.1. Podela lasera……………………………………………...………….63.2. Femtosekundni laseri……………………………………...…………63.3. Poluprovodnički (diodni) laseri…………………………...…………83.4. Čvrstotelni laseri…………………………………….….…….…….103.5. Gasni laseri……………………………………………...…….……103.6. Hemijski laseri…………………...…………………………………113.7. Laseri na bojama………………………………..…………………..113.8. Laseri na slobodnim elektronima………………………..…………124.1. Industrijska primena lasera…………………………………………124.2. Lasersko zavarivanje…………………………...…………………..145. Zakljucak……………………………………………………………..166. Literatura……………………………………………………………..17

1

1. Uvod

LASER je nastala kao skraćenica od reči: 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 zvuči jako komplicirano, razvojem tehnologije i to pogotovo tehnologije bazirane na poluvodicima, laseri nas danas u velikom broju okružuju u našem svakodnevnom životu.

Još je davne 1917. godine u svom radu «On the Quantum Theory of Radiation» Albert Einstain dao teorijski koncept i predvideo izum lasera i njegove preteče masera. Maser je uređaj koji radi na isti način kao i laser, ali u drugom frekvencijskom području. Maser je izvor mikrovalova, dok je laser izvor elektromagnetskih valova u infracrvenom i vidljivomdijelu spektra.

Pretekavši 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 režimu, a lasersku emisiju postigao je stimuliranom emisijom iz rubinskog kristala pobuđenog svetlosnom lampom.

Nakon toga, laseri se počinju naveliko proizvoditi u eksperimentalnim laboratorijima širom sveta, dok konačno razvojem tehnologije danas imamo pravu lasersku revoluciju.

2

2. Teorijska razrada principa rada lasera

Lasersko zračenje, u odnosu na zračenje običnih svetlosnih sijalica, karakterise koherentnost, usmerenost i monohromatičnost. Koherentno zračenje je ono zračenje kod kojega svi svetlosni talasi od kojih je ono sastavljeno titraju u fazi (svi su događaji sinhronizovano). Osnovni dijelovi jednog lasera čine rezonator (dva ogledala), aktivni laserski medij i optička pumpa, a sematski su prikazani na Slici 1.

Slika 1. sematski prikaz lasera

Laseri 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.

3

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: γ- zracenje (l=-10-² Å) renegensko zracenje (l=-10-² ÷ 10²Å), ultraljubicasto zracenje (l=10² ÷38·10²Å), vidljivo zracenje(0.76÷ 750m) I radio-talase (750÷10km). 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

4

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 Lasera

5

Lasere razlikujemo po različitim aktivnim laserskim medijima u kojima se stvara lasersko zračenje, što određuje osnovna svojstva emitiranog zračenja (frekvenciju, spektralnu poluširinu, snagu,...). Aktivni laserski medij može 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 zračenja 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 periodički mijenja u vremenu. Zbog tromosti našeg oka, u slučajevima velike repeticije pulseva teško je razlučiti pojedine puseve, pa nam se pulsni laseri čine 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 naše oko ova repeticija još uvijek velika, na fotografiji se vrlo jasno razlučuju pojedini pulsevi.

Slika 2. Puls po puls: femtosekundni pulsevi repeticije 1 kHz snimljeni kamerom

Razvoj pulsnih lasera podstaknut je kroz istoriju osnovnom ljudskom težnjom da posmatra i proučava stvari što brže i na što kraćoj vremenskoj skali. Od 1960. godine kada u naučnim laboratorijama nastaju mikrosekundni laserski pulsevi (1ms = 10-3 s), trka za štokraćim pulsevima danas je dostigla svoj cilj sa generisanjem attosekundnih pulsa (1attosek = 10-18 s). Ovakvi se laserski pulsevi danas koriste za proučavanje dinamike elektrona, a možemo ih pronaći samo u naučnim laboratorijama. Ako se samo korak udaljimo od

6

attosekunda dolazimo do područja femtosekundi (1 fs = 10-15 s) i tu ćemo malo zastati s obzirom na činjenicu da su femtosekundnim laseri uveli u modernu nauku i tehnologiju niz novih i zanimljivih fenomena.

Femtosekundnim laseri emituju zračenje u pulsevima koji traju svega nekoliko desetina femtosekundi (fs). 1 fs je vreme potrebno svetlosti (a svetlost je elektromagnetni talas i putuje najvećom mogućom brzinom) da pređe put od svega 0.3 mm. Dakle, 1 fs je vrlo kratak vremenski period i potpuno nam je nezamislivo da se sa tako kratak laserskimpulsom može išta raditi. Međutim, pročitajte dalje i videćete da se fs laseri osim u fizici danas upotrebljavaju u hemiji, biologiji, medicini, industriji, ...

U laboratorijama ih počinju razvijati već početkom 80-tih godina, sa obzirom na trajanje pulsa koje se nalazi u vremenskoj skali vibracija i rotacija molekula ovakvi se laseri prvenstveno upotrebljavaju za istraživanje vremenske dinamike molekula (Vibracije, rotacije), te za kontrolisanje, karakterizaciju i navođenje hemijskih reakcija. Prof. A. Zevail dobio je 1999. godine Nobelovu nagradu za istraživanja hemijskih reakcija upotrebom femtosekundnim spektroskopije, područje nauke nazvano femtokemija. Osim kratkoće pulsa, fs lasere karakteriše velika snaga emitovanog zračenja (po pulsu). Tako npr puls koji traje oko 50 fs, energije 1 mJ, ima prosečnu snagu oko 20 GW.

Ovo svojstvo fs lasera omogućava niz novih primena. Laserska ablacija (ablacija je proces izbacivanja materijala sa površine čvrste mete pod uticajem laserskog zračenja), laserom vođeni izboji i generisanje viših harmonika (stvaranje svetlosti koja se sastoji od frekvencija koje su višekratnici frekvencije fs pulsa) su samo neka od istraživanja u fizici u kojima se primenjuju snažni fs pulsevi. U biologiji se fs laseri upotrebljavaju za izgradnju nelinearnih laserskih mikroskopa vrlo velike prostorne rezolucije. Ovakva primena fs lasera potakla je usavršavanje tehnologije fs lasera, pa danas možete kupiti kompaktni, vrlo maleni fs laser, dobrih karakteristika i izuzetno jednostavan za uporebu. Kao posledica toga fs se laseri počinju 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 istraživanja alkalnih atomskih para.

7

Slika 3. Unutrašnjost fs lasera Tsunami

3.3. Poluprovodnički (diodni) laseri

Poluprovodnički (diodni) laseri, su danas u najširoj svakodnevnoj upotrebi Slika 4. To su laseri koji emituju kontinuirano zračenje, obično malih snaga (do 100 mV), najčešće u crvenom i infracrvenom delu spektra. Kao aktivni medij, a ujedno irezonator koriste poluprovodničku pločicu (eng. chip) tipa GaAs, INP, gasbu ili Gan. Njihova široka uporebu rezultat je masovne proizvodnje, zbog jednostavne tehnologije izrade i niske cene. Lasersko zračenje nastaje kao rezultat rekombinacije elektrona i šupljina unutar poluprovodnika kada se na krajeve poluprovodnika dovede odgovarajući napon. Karakteriše ih visoka efikasnost konverzije električne u svetlosnu energiju. Nominalna bitni dužina emisije (boja) definisana je tipom poluprovodnika, strujom koja prolazi kroz poluprovodnik i temperaturom.

Slika 4. Poluvodički laseri

8

Poluprovodnički se laseri danas koriste kao čitači CD-ova i DVD-ova, kao čitači cena u svim prodavnicama, u laserskim printerima, kao laserski pokazivačima (engl. pointer), laserski instrumenti za merenje dužine i kosine, u telekomunikacijama, itd. U naučnim se laboratorijama oni koriste za eksperimente laserskog hlađenja molekula i stvaranja jednog novog stanja materije tzv. Bose-Einstainovog kondezata (BEC), Slika 5. BEC je najhladnije eksperimentalno izmereno stanje materije.

Temperatura atoma koji čine BEC iznosi svega stotinjak nK. Atomi na tim temperaturama zaboravljaju na svoju individualnu svest i dobijaju novu, kolektivnu svest. U takvim se uslovima može povući analogija između atoma i fotona, prvenstveno što se tiče svojstva koherentnosti. U skladu sa tome naučnici su izumeli atomski laser koji pokazuje sva svojstva fotonskog (svetlosnog) lasera. Upotreba atomskog lasera u holografija i interferometrija omogućila bi veliki korak prema osvajanju novih prirodnih prostranstava. Naime, zbog dualne prirode (de Broljova hipoteza), atomi se takođe ponašaju kao talasi čija je talasna dužina mnogo kraća od talasne dužine svetlosnih lasera. To bi u eksperimentima holografije značilo povećanje rezolucije do nanometarskih skala, odnosno u eksperimentima interferometrije povećanje osetljivosti instrumenta čime bi se direktno mogla testirati kvantna teorija.

Slika 5. Raspodjela atoma po brzinama ukazuje na stvaranje BEC-a

Najjednostavniju strukturu ima diodni poluprovodnički laser, kod koga na n-strani višak elektrona predstavlja nosioce struje, dok na p-strani prevladavaju šupljine koje predstavljaju nedostatak elektrona. Kad se na p stranu primeni pozitivan napon, a na n-stranu negativan, elektroni i šupljine se kreću jedni prema drugima. Čestice se sretnu u ultratankom

9

prostoru koji se naziva kvantna jama, gde se vrši rekombinacija elektrona i šupljina pri čemu dolazi do emisije fotona. Ako su krajevi diode ujedno i visokoreflektirajuća ogledala dolazi do laserskog efekta, emitovanja istovrsnih koherentnih fotona.

Energija fotona (boja svjetlosti) određena je svojstvima poluvodičkog spoja, iznosom energijskog procepa (engl. band-gap). Npr. za lasere na GaAs taj energijski procep iznosi oko 1,45 eV, što odgovara emisiji fotona talasne dužine 885 nm. Plavi laser je pojam (sintagma) koji označava poluvodičke lasere u području 400-450 nm, a čije bi ostvarenje predstavlja značajan napredak u razvoju laserskih displeja i povećanju kapaciteta optičkih memorija.

Unapređenjem nauke kroz istraživanja u naučnim laboratorijama dolazi do unapređenja tehnologije i upotrebe novih proizvoda u svakodnevnom životu, čime menjamo i direktno utičemo na način života. Ovaj se proces tada ne završava, već se pronalazi novi problem zbog kojeg se treba vratiti u laboratorije i dalje nastaviti istraživanja i penjanje krivudavim putem prema cilju imajući uvjek na umu da tehnologija mora služiti čoveku, a ne čovek tehnologiji.

3.4. Čvrstotelni laseri

Čvrstotelni laseri imaju jezgro napravljeno od kristala ili amorfnog materijala, često u obliku cilindra. Ogledala mogu biti izvedena kao tanki srebreni filmovi napareni na krajeve ovog cilindra. Na taj način on čini lasersku šupljinu. Pobuđivanje atoma od kojeg se sastoji jezgro se obično vrši nekim intenzivnim izvorom svetla. U tu svrhu se često koriste ksenonske bljeskalice, a u novije vrieme LED diode, ili poluprovodnički laseri, čime se povećava energetska efikasnost. Prvi laser koji je davao vidljivu svjetlost je bio rubinski laser, koji koristi jezgro od rubina kao izvor zračenja. Rubinski laser daje crvenu svetlost talasne dužine 694.3 nm. Danas se često koristi Nd:YAG laser, koji za jezgro ima itrijum aluminijum granat (YAG), dopiranog atomima neodimija. Nd:YAG laser daje infracrveno zračenje.

3.5. Gasni laseri HeNe (helijum-neonski) Laser. Svetleći snop u sredini slike potiče od svetlosti koja nastaje električnim pražnjenjem potpuno isto kao u neonskoj lampi. Taj snop potiče od medijuma za pojačanje laserskog

10

zraka ali nije laserski zrak. Laserski zrak izleće iz tog medijuma, prolazi kroz vazduh i na zaklonu, ostavlja trag u obliku crvene tačkice.

Gasni laseri imaju laserski medijum u gasovitom stanju, obično se sastoje od cevi ispunjene gasom ili smesom gasova pod određenim pritiskom. Krajevi cevi opremljeni su ogledalima kako bi se formirao rezonator. Pobuđivanje atoma gasa se nejčešće obavlja električnim pražnjenjima kroz gas unutar cevi. Gasni laseri se često hlade strujanjem gasa kroz cev. Najčešće korišteni gasni laseri su: He-Ne ласер (Helijum-Neon), argonski laser ili CO2 laser.

3.6. Hemijski laseri

Određene hemijske reakcije mogu proizvesti molekule u pobuđenom stanju. Hemijski laseri koriste takve reakcije kako bi se postigla inverzija naseljenosti. Primer je fluorovodonični laser koji koristi reakciju vodonika i fluora, za proizvodnju fluorovodonika u pobuđenom stanju. Laserski zrak nastaje u reakciskoj komori, u koju stalno dotiču reaktanti, a produkti izlaze napolje. Na taj način je postignuta inverzija naseljenosti, jer je u reakcijskoj komori stalno prisutno više pobuđenih molekula od onih u osnovnom stanju. Ovakvi laseri mogu postići jako veliku snagu u kontinualnom modu. Jedna vrsta hemijskih lasera koristi ekscimere.

Ekscimer je molekul koji je stabilan samo u pobuđenom stanju. Laser se sastoji od smese gasova kroz koje se narine visoki napon, slično kao kod gasnih lasera. Električna struja stvara mnoštvo iona i pobuđenih atoma u laserskoj šupljini, koji mogu reagovati i stvoriti ekscimer. Nakon što ekscimer doživi laserski prelaz, on se raspada jer ne može postojati u osnovnom stanju. To je i razlog inverzije naseljenost u ovom laserskom medijumu.

3.7. Laseri na bojama

Laseri na bojama koriste određena organska jedinjenja, koja služe 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 može manipulisati (električnim poljem, magnetskim poljem, temperaturom ...). Na taj način je moguće podesiti

11

laser za rad na odgovarajućoj talasnoj dužini. Pobuda molekula se obavlja pomoću nekog drugog lasera.

3.8. Laseri na slobodnim elektronima

Laseri na slobodnim elektronima koriste snop relativističkih elektrona koji prolazi kroz magnetsko polje koje naizmenično menja smer duž puta elektrona. U normalnim okolnostima, relativistički elektroni, koji prolaze kroz magnetsko polje emituju sinhrotronsko zračenje. Kod lasera sa slobodnim elektronima, put koji elektroni prolaze između naizmeničo postavljenih magneta se stavlja u lasersku šupljinu, tako da fotoni, koji su uhvaćeni između ogledala, izazivaju stimulisanu emisiju slobodnih elektrona u magnetnom polju, kao i kod elektrona u pobuđenim atomima.

Laseri na slobodnim elektronima se mogu podešavati promenom gustine rasporeda magneta, jačine njihovog magnetnog polja i promenom energije elektrona. Tako da se mogu napraviti i laseri na slobodnim elektronima koji rade na talasnim dužinama koje su nedostupne klasičnim laserima, jer ne postoji pogodan laserski medijum koji bi mogao proizvesti svetlost zadate talasne dužine. Moguće je napraviti i laser sa jako dugačkom laserskom šupljinom, bez ogledala, čiji fotoni onda ne bi trebali prolaziti veliki broj puta duž optičkog puta lasera, već bi prošli samo jedanput. Takav laser se naziva superradijantni laser.

Danas se pokušava napraviti superradijantni laseri na slobodnim elektronima, koji bi radili u spektralnim područjima, u kojima ne postoje ogledala koja bi to zračenje 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. Čvrstotelni laseri (posebno Nd:YAG) se koriste za rezanje, bušenje i varenje. Zbog kolimiranosti laserskog snopa, moguće je postići veliku preciznost prilikom obrade materijala, pa se često koriste u hiurgiji; npr. moguće je laserom obraditi kapilar u oku bez oštećenja okolnog tkiva i bilo kakve operacije na oku. Laserima se može lečiti i kratkovidost i dalekovidost, obradom očnog sočiva.

12

Laserima se je moguće i spaliti mastilo na papiru, a ostaviti papir neoštećen. Zbog svoje monohromatičnosti, laseri su koriste i za novu defeneciju metra. Metar je pre bio definisan preko talasne dužine spektralne linije u atomskom spektru kriptona. Pokazalo se da laseri imaju neuporedivo oštrije spektralne linije od spomenute linije kriptona, koja je odabrana jer je to najoštrija poznata spektralna linija u prirodi, a primenom lasera, pokazalo se da ta linija nije simetrična, pa je nastao problem: koji dio linije uzeti kao definiciju metra. Danas je metar redefinisan, pa imamo definiciju:Metar je dužina putanje koju u vakuumu pređe svetlost za vreme od 1/(299 792 458) sekundi.

Brzina svjetlosti se meri pomoću lasera: laseru se određenom metodom odredi talasna dužina i frekvencija njegovog zračenja. Njihov umnožak daje brzinu svetlosti. Laseri se upotrebljavaju za označavanje položaja na nekom udaljenom mestu, a čak i prilikom predavanja predavači pokazuju na tablu ili platno laserskim pokazivačima. Za tu svrhu se koriste poluprovodnički laseri, jer su relativno jeftini.

Laserom je izmerena udaljenost od Zemlje do Meseca sa preciznošću od nekoliko milimetara! Astronauti iz jedne od misija Apollo su postavili ogledalo na površini Mjeseca. Istraživači su usmerili laser prema tom ogledalu i merili vrieme potrebno laserskom zraku da sa površine Zemlje dođe do ogledala na površini Meseca i nazad. Prilikom povratka za Zemlju, lasreski zrak je imalo dijametar od oko 2 km, što je uglavnom uzrokovano rasipanjem zraka u Zemljinoj atmosferi. Laseri se koriste za optičko skladištenje i očitavanje podataka na različitim medijumima CD, DVD, Blue Ray. Laseri se koriste i u laserskim štampačima. U tu svrhu se koriste mali poluprovodnički laseri. Laseri se koriste u spektroskopiji, kao intenzivni izvori monohromatičnog svetla. Najčešće se koriste: argonski laser u Ramanovoj spektroskopiji i laseri na bojama. He-Ne laseri se koriste u Majkelsonovim interferometrima, za precizno merenje položaja ogledala. Impulsni laseri se koriste za proučavanje super-brzih procesa.

U femtosekundnoj spektroskopiji se na objekat proučavanja istovremeno pošalju dva laserska zraka iz impulsnog lasera vrlo kratkog impulsa. Jedan zrak se šalje direktno na uzorak, a drugom se poveća optički put za nekoliko centimetara koristeći se zgodno postavljenim ogledalima. Tak zrak će kasniti nekoliko femtosekundi, jer je svetlosti potrebno određeno vreme da prijeđe taj put. Prvi laserski zrak će uzrokovati reakciju u uzorku, a drugim se može posmatrati što se u tom trnutku događa u

13

uzorku. Pomeranjem ogledala, moguće je kontrolisati kašnjenje drugog laserskog zraka i na taj način dobiti sliku o procesu unutar uzorka. Na taj način se istražuju najbrže hemijske reakcije u prirodi.

Jako veliki laseri se koriste za istraživanja materije u uslovima ekstremnog pritiska i temperature. Pomoću takvih lasera moguće je provesti nuklearnu fusiju na malim količinama vodonika. Takvi laseri su najčešće čvrstotelni laseri sa jezgrom napravljenom od stakla u koji su stavljeni određeni materijali koje služe kao aktivni laserski medijum. Isto tako, laseri su našli svoje mesto i u vojnoj primeni.

4.2. Lasersko zavarivanje

Reparaciono zavarivanje laserom je postupak kojim je moguće popraviti, ispraviti ili ukloniti različite greške, pukotine ili nedostatke alata. Kod reznih alata, alata za injekciono brizganje plastike, alata za livenje kao i alata za obradu lima laserskim zavarivanjem je moguće 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 ² (MV)) dovodi u malim zone uticaja toplote i visoke cene grejanja i hlađenja. Veličina tačke lasera može 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 takođe zavisi od lokacije žižna tačka: penetracija je uvećan kada je središnja tačka je malo ispod površine radnog komada.

Neprekidno ili pulsirajući laserski zrak može da se koristi u zavisnosti od aplikacije. Milisekundi dugo impulsi se koriste za varenje tankih materijala kao što su žileti, a kontinuirano laserski sistemi su zaposleni za duboko vara.

LBV je svestran proces, sposobna za zavarivanje čelika ugljenika, HSLA čelik, nerđajući čelik, aluminijum, i titanijuma. Zbog visoke stope hlađenja, pucanje je zabrinutost kada zavarivanje visoko ugljenični čelici. Var kvalitet je visok, sličnu onoj za zavarivanje elektronskim snopom. Brzina zavarivanja je proporcionalan iznosu od napaja, već 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.

14

Neke od prednosti u odnosu na LBV EBV su: laserski zrak može da se prenosi kroz vazduh, umesto zahteva vakuum, proces je lako automatizovati sa robotski mašine, Ks-zraci nisu generisani, i LBV rezultate u visokom kvalitetu varova.

Derivat LBV, lasersko zavarivanje hibrid, kombinuje lasera od LBV sa lučno zavarivanje metoda kao što su metalne gasa lučno zavarivanje. Ova kombinacija omogućava veću fleksibilnost pozicioniranja, jer MIG zalihe rastopljenog metala da popune zajedničke, a zbog upotrebe lasera, povećava brzina zavarivanja oko toga šta je normalno moguć sa MIG. Kvalitetu vara ima tendenciju da bude veći, pošto potencijal za kresanje se smanjuje.

Laserski zrak za zavarivanje (LBV) je tehnika koja se koristi za varenje da se priključi više komada metala kroz korišćenje lasera. Zrak pruža koncentrisana izvora toplote, što omogućava uske, duboko varovi i visoke stope zavarivanje. Proces se često koristi u glasnoj aplikacija, kao što su u automobilskoj industriji.

Glavne prednosti zavarivanja laserom: • visok kvalitet zavarenog spoja• velika preciznost i brzina • zanemarljiva zona uticaja toplote• ušteda vremena• manje intervencije u pogledu obrade nakon laserskog zavarivanja• pouzdanost dela• povoljna cena

15

5. 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.

16

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, Matematičko-fizički list LVIII 2 (2007.-2008.).

17