Кіріспе

Лазер 1958 жылы ойда өрілгеннен бері көптеген ғылыми, әскери, медициналық және коммерциялық қолданыстар пайда болды. Когеренттілік, жоғары монохроматтылық және өте жоғары қуаттарға жету қабілеті – осы арнайы қолданыстарға мүмкіндік беретін қасиеттер.

Спектроскопия

Лазерлердің көпшілігі табиғи түрде таза жарық көзі болып табылады; олар өте жақсы анықталған толқын ұзындығы диапазонымен дерлік монохроматикалық жарық шығарады. Лазерлік компоненттерді мұқият жобалау арқылы лазер жарығының тазалығын (сызық енімен өлшенетін) кез келген басқа жарық көзінен де жақсартуға болады. Бұл лазерді спектроскопия үшін өте пайдалы етеді. Шағын, жақсы коллимдеуленген сәуледе қол жеткізілетін жарықтың жоғары қарқындылығы үлгіде сызықтық емес оптикалық эффектіні тудыруға мүмкіндік береді, бұл Раман спектроскопиясы сияқты техникаларды қолдануға жағдай жасайды. Лазерлерге негізделген басқа спектроскопиялық техникалар әртүрлі молекулалардың өте сезімтал детекторын жасау үшін қолданылуы мүмкін, олар молекулалық концентрацияларды 1012 (ппт) деңгейіндегі бөліктермен өлшеуге қабілетті. Лазерлермен қол жеткізілетін жоғары қуат тығыздығының арқасында сәулемен шақырылған атомдық эмиссия мүмкін: бұл техника лазерлік индукцияланған бөлшектеу спектроскопиясы (LIBS) деп аталады.

Жылумен өңдеу

Лазерлік жылумен өңдеу, бөлшектің пішінін аз немесе мүлдем өзгертпестен, тозуға қарсы бет қабатын селективті түрде қатайтуға мүмкіндік береді. Бұл, қазіргі кезде жасалатын көптеген бөлшектерді қайта өңдеу қажеттілігін жойғандықтан, лазерлік жүйенің бастапқы құны қысқа мерзімде өтеледі. Лазерлік жылумен өңдеуге арналған инертті, жақсы сіңіретін жабын да жасалған, ол лазерлік сәулелермен жылумен өңдеу кезінде дәстүрлі бояулардың бөлетін зиянды газдарын жояды. Жылумен өңдеу операциясының сәттілігі үшін маңызды фактор – бөлшектің бетіндегі лазерлік сәулеленуді бақылау. Оптималды сәулелену таралуы лазерлік материалдың өзара әрекеттесуінің термодинамикасымен және бөлшектің геометриясымен анықталады. Әдетте, 500-ден 5000 Вт/см² аралығындағы сәулелену термодинамикалық талаптарды қанағаттандырады және беттің жылдам қыздырылуын және қажетті ең аз жылу мөлшерін қамтамасыз етеді. Жалпы жылумен өңдеу үшін біркелкі шаршы немесе тіктөртбұрышты сәуле ең тиімді нұсқалардың бірі болып табылады. Ал кейбір арнайы қолданыстарда немесе жылумен өңдеу бөлшектің жиегінде немесе бұрышында жүргізілетін жағдайларда, балқудың алдын алу үшін жиекке жақын сәулеленуді азайту тиімдірек болуы мүмкін.

Ауа райы

Зерттеулер көрсеткендей, ғалымдар бір күні жоғары энергиялы лазерлерді пайдаланып жаңбыр мен найзағай дауылдарын (сондай-ақ кейбір басқа да ауа райы құбылыстарын ұсақ-түйектеп өзгерте алады). Мұндай жетістік құрғақшылықты жоюға, ауа райына байланысты апаттарды азайтуға және ауа райы ресурстарын қажетті аймақтарға бөлуге мүмкіндік береді.

Ай лазерлік қашықтығы

Аполлон астронавттары Айға барғанда, олар Лазерлік қашықтық өлшеу экспериментін жүзеге асыру үшін ретрорефлекторлар жиынтығын орнатты. Жердегі үлкен телескоптар арқылы осы жиынтықтарға бағытталған лазер сәулелерінің Жерге қайтарылу уақыты өлшеніп, осылайша Жер мен Ай арасындағы қашықтық жоғары дәлдікпен анықталады.

Фотохимиялық

Кейбір лазерлік жүйелер режимді құлыптау процесі арқылы пикосекундтар немесе фемтосекундтар (10−12 10−15 секунд) сияқты өте қысқа жарық импульстарын тудыра алады. Мұндай импульстар фотохимия деп аталатын әдіс арқылы химиялық реакцияларды бастау және талдау үшін пайдаланылады. Ысқыры импульстар реакция процесін өте жоғары уақыт шешімімен зерттеуге мүмкіндік береді, соның арқасында аз ғана уақыт өмір сүретін аралық молекулаларды анықтауға болады. Бұл әдіс әсіресе биохимияда, ақуыздың қалыптасуы мен функциясының мәліметтерін талдау үшін тиімді.

Лазерлік сканер

Лазерлік штрих-код оқығыштары сызықты кодтарды немесе жинақталған белгілерді жоғары жылдамдықпен оқу қажет болатын қолданыстар үшін өте ыңғайлы.

Лазерлік салқындату

Жақында табысқа жеткен техника – лазерлік салқындату. Бұл атомдарды тұтқындау әдісі, онда бірнеше атом арнайы пішінделген электр және магнит өрістерінің құрамында шектеледі. Иондарға немесе атомдарға белгілі бір толқын ұзындығындағы жарық шашу арқылы олардың қозғалысы баяулатылып, осылайша салқындатылады. Бұл процесс жалғасқанда, олардың барлығы баяулап, бірдей энергия деңгейіне ие болып, Бозе-Эйнштейн конденсаты деп аталатын ерекше материялық күйге қол жеткізеді.

Ядролық синтез

Әлемдегі ең қуатты және күрделі бірнеше лазерлер мен оптикалық күшейткіштердің кейбірлері өте қысқа мерзімге созылған, өте жоғары интенсивті жарық импульстарын жасау үшін қолданылады, мысалы, лазерлік энергетика зертханасы, Ұлттық тұтану қондырғысы, GEKKO XII, Nike лазері, Лазерлік Мегажоуль, HiPER. Бұл импульстар тритий-деутерий гранулаларына барлық бағыттан бірдей уақытта соғылып, соққының қысым әсері гранула ішінде атомдық синтезді тудыруы тиіс. "Инерциялық шектеу арқылы синтез" деп аталатын бұл техника әзірге "тепе-теңдікке" (breakeven) жете алмады, яғни синтез реакциясы лазерлерді қуаттандыруға жұмсалатын энергиядан кем энергия шығарады. Алайда, Ұлттық тұтану қондырғысындағы тәжірибелер реакцияны қозғау үшін қолданылған лазерлерде сақталған энергиядан артық энергия өндіретін синтез реакцияларын көрсетуге мүмкіндік берді.

Бөлшектердің жылдамдауы

Өте қысқа (ондаған фемтосекундтар) және өте күшті (1023 Вт/см2-ге дейін) лазерлік импульстерді жасайтын қуатты лазерлер, дәстүрлі үдеткіштерге қарағанда әлдеқайда жоғары үдеу градиенттерін қамтамасыз етеді. Осы факт электрондар мен зарядталған иондарды жоғары энергияларға дейін үдету үшін қолданылатын бірнеше плазмалық үдету әдістерінде пайдаланылады.

Микроскопиялық

Конфокалды лазерлік сканерлік микроскопия және екі фотондық қоздыру микроскопиясы қалың үлгілердің әртүрлі тереңдіктегі айқын емес суреттерін алу үшін лазерлерді пайдаланады. Лазерлік микродисекция микроскоп арқылы ұлпа бөлігінен нақты жасуша популяцияларын алу үшін лазерлерді қолданады. Лазерлік микроскопияның қосымша техникаларына гармоникалық микроскопия, төрт толқынды араластыру микроскопиясы және интерферометриялық микроскопия кіреді.

Энергиялық қару ретінде тікелей

Лазерлік қару – лазерлерге негізделген бағытталған энергия қаруы.

Қорғау қарсы шаралары

Қорғаныс шараларының қолданылу аймағы ықшам, аз қуатты инфрақызыл қарсы шаралардан бастап, жоғары қуатты, ұшақ бортындағы лазерлік жүйелерге дейін жетеді. Инфрақызыл қарсы шаралар жүйелері инфрақызыл басқарушы зымырандардың іздеу басқару құрылғыларын шатастыру үшін лазерлерді пайдаланады.

Бағдарсыздану

Кейбір қарулар жай ғана лазер сәулесін пайдаланып адамды бағдарынан шатыстырады. Мұндай қарулардың бірі – Thales Green Laser Optical Warner.

Нұсқаулық

Лазерлік бағыттау – лазер сәулесін пайдаланып зымыранды, басқа да снарядтарды немесе көлік құралын нысанаға бағыттау тәсілі.

Мақсатты белгілеуші

Лазерлерді әскери қолданудың тағы бір түрі – лазерлік нысана белгілегіш ретінде пайдалану. Бұл, әдетте ұшақтан ұшырылатын, жоғары дәлдікпен басқарылатын қарудың нысанасын көрсетуге арналған, аз қуатты лазерлік нұсқаушы. Басқарылатын қару ұшу жолын нысанадан шағылысқан лазер сәулесіне қарай өзгертеді, бұл нысананы өте дәл бағыттауға мүмкіндік береді. Лазерлік нысана белгілегіштің сәулесі, қарудың нысанаға тигізілуін және аймақта қолданылуы мүмкін басқа лазер сәулелерін ілесіп кетпеуін қамтамасыз ету үшін, басқарылатын қарудағы импульс жиілігімен сәйкес етіледі. Лазерлік белгілегішті ұшақ немесе жақын жердегі жаяу әскер нысанаға бағыттай алады. Бұл мақсатта қолданылатын лазерлер көбінесе инфрақызыл лазерлер болып табылады, сондықтан жау басшылық лазер сәулесін оңай анықтай алмайды.

Лазерлік нысана

Лазер көбінесе қару-жарақ қолданылысында басқа қару жүйелерінің нысана алуын жақсарту құралы ретінде қолданылады. Мысалы, лазерлік нысана – бұл тапаншаға немесе мылтыққа орнатылатын, оқ түтігіне параллель сәуле шығару үшін баптаулы шағын, көбінесе көзге көрінетін лазерлік сәуле. Лазерлік сәуленің аз шашырауы болғандықтан, лазерлік жарық тіпті ұзақ қашықтықта да кішкентай нүкте ретінде көрінеді; пайдаланушы нүктені қалаған нысанаға бағыттайды, ал қарудың түтігі тураланады (бірақ міндетті түрде оқтың құлауы, желдің әсері, сәуле бағыты мен түтік осі арасындағы қашықтық және оқ ұшып келе жатқанда нысананың қозғалысы ескерілмейді). Лазерлік нысаналардың көпшілігі қызыл лазерлік диодты пайдаланады. Ал кейбіреулері инфрақызыл диодты қолданып, қалың көзге көрінбейтін, бірақ түнгі көру құралдарымен анықталатын нүкте шығарады. LLM01 лазерлік жарық модулі көзге көрінетін және инфрақызыл лазерлік диодтарды біріктіреді. 1990 жылдардың соңында жасыл диодты күшейтілген қатты денелік лазерлік (DPSS) лазерлік нысаналар (532 нм) қолжетімді болды.

Көзге бағытталған лазерлер

АҚШ Әскери-әуе күштері жаудың қару қолдану қабілетін уақытша шектеуге немесе жау күштеріне басқаша қауіп тудырмауға арналған, зиянсыз лазерлік қаруды әзірледі. Бұл құрылғы қарсыласты қауіпсіз, төмен қуатты лазер сәулесімен жарықтандырады, бұл нысананы шалқалауға, бағдарын шатыстыруға немесе қашуға мәжбүрлеуі мүмкін. Қазірге көзді шалқалайтын бірнеше түрі бар, және кейбіреулері жауынгерлік қолданыста пайдаланылған. Лазерлерді соқырландыру үшін қолдану мүмкіндігі де бар, себебі бұл салыстырмалы түрде аз қуатты талап етеді және оны жеңіл тасымалданатын құрылғыда жасау оңай. Дегенмен, көптеген елдер жауды әдейі соқырландыруды соғыс заңдарымен тыйым салынған деп санайды (Көру қабілетін жоятын лазерлік қарулар туралы хаттаманы қараңыз). Бірнеше мемлекет, мысалы Қытайдың ZM 87 қаруы сияқты, соқырландыратын лазерлік қаруды жасағанмен, олардың ешқайсысы прототиптен әрі дамыған жоқ деп есептеледі. Әскери қолданыспен қатар, лазерлердің кеңінен таралған қолданысының бірі – көлік құралдарының жылдамдығын өлшеуге арналған лидар технологиясы.

Голографиялық қарудың нысанасы

Голографиялық қару көздегіші лазерлік диодты пайдаланып, көздегіштің жалпақ шыны оптикалық терезесіне орнатылған тордың голограммасын жарықтандырады. Пайдаланушы оптикалық терезе арқылы қарағанда, көру аумағында алысқа орналасқан нысаналық жіп тәрізді бейне көреді.