Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение (2008) (1095903), страница 84
Текст из файла (страница 84)
23.9. Перспективы развития лазеров За прошедшие десятилетия лазеры из сложных лабораторных устройств превратились в надежные модули, пригодные для встраивания в комплексные оптоэлектронные системы. Новые усовершенствованные разработки перечислены дальше в таблице 23.5. В недалеком будущем можно ожидать появления устойчивых и компактных лазерных систем с улучшенным коэффициентом полезного действия и приемлемой себестоимостью. Особенно впечатляют успехи в области создания полупроводниковых лазеров для диапазона от видимой до ближней УФ-областей спектра.
Они смогут во многих сферах заменить газовые, твердотельные лазеры и системы на красителях низкой мощности. Малые размеры, высокий кпд, продолжительный срок службы и простое обслуживание полупроводниковых диодных лазеров — все это позволяет в большом объеме производить электрооптические устройства, например, для измерительной и аналитической техники, а также для бытовой электроники ежедневного пользования. тхбхяяа ззэь Усовершенствованные конструкции лазеров Полупроводниковые и твердотельные лазеры — компактные, эффективные, малозатратные. Ультрафиолетовые и рентгеновские лазеры Высокомощные лазерные системы Сверхкороткие световые импульсы Сочетание полупроводниковых технологий с твердотельными лазерами позволит даже для лазеров средней мощности, предназначенных для использования в хирургии или при обработке материалов, разработать эффективные и компактные конструкции, расширив тем самым их область применения. Еше одним направлением развития лазеров является проникновение в ультрафиолетовую область спектра, а затем, с получением еше более коротких волн— в область рентгеновского излучения.
Работы в этом направлении мотивированы, прежде всего, научными аспектами. Кроме прочего, подобный лазер может стать также превосходным инструментом для проведения исследований, выполнения манипуляций разного рода и создания микроскопических структур в рамках нанотехнологий. С укорочением длины волны можно подумать и о проникновении в субмикроскопические, молекулярные сферы. Высокомощные лазеры открывают дальнейшие пути совершенствования многих направлений науки и техники.
Выше уже отмечался факт появления все более (ю4 г*гз.оь р е« ° р р мощных лазерных систем. Для обработки материалов предлагаются в настоящее время СО,-лазеры с непрерывными выходными мощностями до 40 кВт, что вполне достаточно для многих применений. Так, например, уже достижима скорость сварки 10 м/мин на металлическом листе толщиной от 1О до 20мм. Возможно, в будущем конкуренцию составят здесь высокомощные твердотельные лазеры, позволяющие простое управление пучком посредспюм лазеров на стекле.
Для обрабопси материалов все шире используются также матрицы или пакеты диодных лазеров с непрерывными мощностями до единиц мультикиловатг, если удастся улучшить качество излучения, то есть уменьшить дивергенцию пучка. Сейчас просматриваются неплохие перспективы применения лазеров, в частности, в комплексных технологических системах, в микроструктурных, тонкопленочных технологиях и пр. Определенные надежды связывают и с генерацией сверхкоротких световых импульсов, где своеобразный рекорд сегодня составляет длительность менее одной фемтосекунды (10 " сек.). В сочетании с ультрафиолетовыми и рентгеновскими лазерами здесь можно ожидать дальнейшего прогресса — вплоть до аттосекундного диапазона (10-" сек.).
Короткие световые импульсы необходимы для возбуждения рентгеновских лазеров. Следовательно, разработки лазеров для коротковолновой области и малой длительности импульсов находятся в тесном взаимодействии. Сверхкороткие и коротковолновые световые импульсы, возможно, усилят свои позиции в области обработки материалов и в медицине, если учесть, что с их помощью может быть реализован нетермический (без тепловых процессов) способ отслоения материалов — так называемая фотоабляция. Перспективы лрименения лазеров в научных целях Таблива Зэ.б. Перспективы применения лазеров в научных целях Измерительное обо- рудование Сверхточные эксперименты для углубленного понимания физической карти- ны мира, разрешение мельчайших пространственно-временных структур.
Инструменты Сохранение отдельных атомов и манипуляции с ними, создание экстремаль- ных напряженностей электрического поля для изучения новых эффектов в вешестве. Но лазер — это не только точный измерительный прибор, но еще и отличный многоцелевой инструмент.
Сейчас с помощью лазерного излучения удается Лазер представляет собой измерительное устройство, пригодное для многократного использования в целях весьма точных измерений, помогающих глубже понять физическую картину мира (см. таблицу 23.6). На основе спектральных исследований атомов были проверены многие основополагающие теории в области физики. В качестве другого примера можно назвать возведение гравиметрических антенн для изучения гравитационных волн, излучаемых сверхускоряющимися массами в космосе.
Ученые надеются получить отсюда информацию о строении и развитии Вселенной. С другой стороны, лазеры активно используются при исследовании микроскопических пространственных и временных структур. Здесь ожидаются весьма обнадеживающие результаты в связи с генерацией коротких световых импульсов, а будущие рентгеновские лазеры позволят анализировать пространственные структуры, значительно меньшие по сравнению с измеряемыми до сих пор.
зз.т.двр р р ««зЗ сохранять отдельные атомы и проводить с ними необходимые эксперименты. Не исключено, что в будущем удастся не только удерживать одиночные атомы, но и манипулировать ими: например, с помощью лазерных лучей сочетать друг с другом разные атомы и наблюдать химические реакции с изолированными атомами. В веществе напряженность электрического поля характеризуется силой притяжения атомного ядра к электрону. Благодаря лазеру можно создавать гораздо более мощные поля, получая все новые эффекты.
Это ведет уже в сферу нелинейной оптики и инициируемых лазерным излучением плазм, которые уже сегодня подвергаются интенсивной обработке. Несомненно, в будущем нас ждут еще более поразительные открытия. Перспективы использования лазеров в технике Обработка материалов, медицина и техника передачи информации — вот те области, где лазеры используются уже давно и будут еще шире применяться в будущем. В настоящее время в сфере обработки материалов лазеры, если сравнивать их с традиционными технологиями, встречаются пока довольно редко.
Но использование здесь лазерных устройств и связанной с ними оптики стремительно нарастает. Мы являемся ныне свидетелями бурного развития отрасли, именуемой «фотоникойа. Это свидетельствует о том, что современная оптика в будущем будет играть в технике не менее важную роль, чем электроника (см. таблицу 23.7). В фотонных устройствах лазеры являются ключевым компонентом — подобно интегральным схемам в компьютерах или ином электронном оборудовании. Можно ожидать, что лазеры, аналогично электронным блокам, все чаще будут использоваться в разных аппаратах коммерческого назначения.
Вот примеры некоторых устройств, с которыми мы уже встречаемся в повседневной жизни: СР-плейеры, лазерные принтеры, сканеры в супермаркетах и многое другое. Отличные перспективы имеют лазерные телевизоры, которые должны заменить кинескопы 60-летней давности. таблица ззл. Использование лазеров в технике: в наши дни и в будущем Обработка материалов, медицина, техника передачи информации Измерительная техника, сенсорика Фотоника Лазер как компонент злектрооптических систем: аудио- и видеомагнитофонов, принтеров, проекционных телевизионных приемников, сканеров в супермаркетах, измерительных приборов, сенсоров, СЦ-КОМ и ОЧО, голографии и т д.
Оптические компьютеры? Ядерный синтез? В целом, обласп применения фотоники стремительно расширяется и, подобно тому, как это произошло с электроникой, которая породила прежние компьютеры, в будущем мы, вероятно, будем иметь дело не с электронами, а с фотонами: соответствующие проектно-конструкторские работы ныне успешно продвигаются. Оптические компьютеры смогут обрабатывать более значительные объемы информации, чем электронные НК повышенной скорости. Впрочем, оптические ЭВМ вряд ли смогут в ближайшее время полностью вытеснить электронные аппараты. Более того, предполагается дополнять электронные устройства соответствующими оптическими блоками с целью повышения их мощности.
В области передачи информации ( 406 Глава 23. Облаопипримененилиперспекгпивыразвитиллазеров по стекловолокнам также ведутся разработки фотонных схем и блоков, например, для станций телефонной связи. Как и оптические ЭВМ, многие другие связанные с лазерами проекты являются пока делом будушего — возможно, они смогут быть реализованы только спустя десятилетия (например, обсуждаемый выше ядерный синтез). Сначала придется решить огромный объем технических проблем на базе физических идей и принципов, которые еще предстоит открыть.
Экономические аспекты Журнал л) азег Росна )йог1д» оценивает мировой рынок лазеров на 2005 год примерно в 6 миллиардов долларов США. Из них 60% приходится на долю диодных лазеров, остальное — на разные другие типы лазерных систем. На рис. 23.21а представлен рынок недиодных лазеров. Основную часть составляют лазеры для металлообработки, в частности, СО,- и Хд-лазеры. Примерно на треть больший объем приходится на лазеры для медицины. Третью часть составляют и лазеры, предлагаемые для проведения фундаментальных исследований.
Прочие, более мелкие доли рынка относятся к следующим сферам: приборостроение, хранение видеоинформации, измерительные приборы, бытовая техника, сенсоры и датчики, устройства считывания штриховых кодов и др. Рынок диодных лазеров демонстрирует совершенно иные соотношения (рис. 23.21б). Основную часть составляют оптические носители информации, за ними следуют средства дальней связи. Диодные лазеры с меньшей долей рынка как источники накачки находят применение в медицине, измерительной технике„при обработке материалов, считывании штрихкодов, в системах видеозаписи, а также в фундаментальных исследованиях разного рода.
Из всего многообразия типов лазеров многие имеют лишь сугубо научное значение. С коммерческой же точки зрения, наибольшую ценность представляют диодные лазеры, твердотельные лазеры, СО,-лазеры и лазеры на эксимере (см. таблицу 23.8). Ионные лазеры, гелий-неоновые лазеры, лазеры на Не-Сг) и на красителях, а также некоторые другие типы показывают гораздо меньший торговый о борот. Следует отметить, что во всем лазерном устройстве на собственно лазер приходится только часть затрат. Стоимость системы управления пучком, предохранительных устройств и прочей периферии нередко превышает стоимость самого лазера.
С учетом этого обстоятельства лазерных систем ежегодно производится на несколько сотен миллиардов евро, причем на лазеры как таковые приходится всего 10 % от этой суммы. Многие миллиарды евро ежегодно уходят на обработку материалов, медицину и измерительную технику Основную долю оборота составляет информатика, а также техника передачи информации и прикладные области.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
