Б435 Промышленное применение лазеров: учеб. пособие / С.А. Белова. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2007. – 288 с.
ISBN 978-5-88151-807-3
Рассмотрено практическое применение лазеров во многих сферах производ-ственной и научной деятельности: в измерительной технике, химической промыш-ленности, оптических системах связи, вычислительной технике, приборостроении, а также при обработке материалов. Представлены основные характеристики лазер-ного излучения как нового универсального инструмента для обработки материалов, кратко изложены физические процессы лазерной технологии.
Предназначено для широкого круга читателей – производственников, инженерно-технических работников, исследователей, студентов старших курсов вузов, не имеющих специальной подготовки в области лазерной техники, но желающих работать над решением различных производственных, технологиче-ских или исследовательских задач методами и средствами этой новой разви-вающейся отрасли науки и техники.
УДК 621.373.826 (075.8)
Издано в рамках приоритетного национального проекта «Образование» по программе Пермского государственного технического университета «Соз-дание инновационной системы формирования профессиональных компетенций кадров и центра инновационного развития региона на базе многопрофильного технического университета»
ISBN 978-5-88151-807-3 © ГОУ ВПО
«Пермский государственный
технический университет, 2007
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 6
ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА 8
1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ЛАЗЕРОВ 14
1.1. Понятие энергетического уровня 15
1.2. Виды оптических переходов 21
1.3. Индуцированное излучение 23
1.4. Инверсная населенность среды и способы ее получения 28
1.5. Характеристики лазерного излучения 32
1.5.1. Монохроматичность лазерного излучения 33
1.5.2. Когерентность лазерных пучков 34
1.5.3. Направленность излучения 35
1.5.4. Плотность мощности излучения 37
1.5.5. Пространственно-временная структура излучения 38
1.6. Модовый состав лазерного излучения 42
Контрольные вопросы 46
2. ИНЖЕНЕРНЫЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ЛАЗЕРОВ 48
2.1. Классификация квантовых приборов 49
2.2. Методы получения инверсной населенности (методы накачки) 51
2.3. Типы и конструкции лазерных технологических установок 64
2.3.1.Твердотельные и жидкостные лазеры 65
2.3.2. Газовые лазеры 85
2.3.3. Полупроводниковые лазеры 102
2.3.4. Коэффициент полезного действия лазерных установок 112
2.3.5. Перспективы развития и применения лазеров 114
Контрольные вопросы 124
3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ 126
3.1. Падение на материал и частичное отражение излучения 130
3.2. Поглощение и нагрев материала 132
3.3. Плавление и испарение материала 136
3.4. Образование плазмы 138
Контрольные вопросы 141
4. ПРИМЕНЕНИЕ ПРИБОРОВ И УСТРОЙСТВ КВАНТОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ 138
4.1. Возможность применения лазеров для обработки материалов 143
4.2. Применение лазеров в технологических процессах 154
4.2.1. Резка материалов 156
4.2.2. Пробивка отверстий 169
4.2.3. Скрайбирование и термораскалывание 176
4.2.4. Поверхностная лазерная обработка 179
4.2.5. Лазерная сварка 191
4.2.6. Лазерная маркировка 204
4.2.7. Проведение измерений 209
4.2.8. Лазерохимическое осаждение из газовой фазы 218
4.2.9. Лазерная сварка моделей для литья по выплавляемым моделям 220
4.3. Разработки Института проблем лазерных и информационных технологий (ИПЛИТ РАН) 222
4.3.1. Лазерная модификация поверхности материалов 227
4.3.2. Перспективные процессы лазерной сварки 229
4.3.3. Лазерная резка конструкционных и перспективных материалов 235
4.3.4. Лазерная диагностика подповерхностных дефектов 238
4.3.5. Лазерная стереолитография 241
4.4. Технологии быстрого прототипирования 241
4.4.1. Технология нанесения слоев ламинированного материала LOM (Laminated Object Manufacturing) 245
4.4.2. Лазерная стереолитография SLA
(Stereo Lithograph Apparatus) 248
4.4.3. Cелективное лазерное спекание SLS
(Selective Laser Sintering) 253
4.4.4. Z-corporation–технология 255
4.5. Применение лазерных устройств в других областях 256
4.5.1. Военное дело 256
4.5.2. Лазерная запись и воспроизведение информации 259
4.5.3. Использование лазеров в вычислительной технике 260
4.5.4. Голография 260
4.5.5. Динамическая балансировка 265
4.5.6. Зачистка проводов 266
4.5.7. Исследования загрязнения атмосферы 267
4.5.8. Медицина 268
4.5.9. Научные исследования 269
4.5.10. Оптоэлектроника 273
4.5.11. Химия 275
4.5.12. Производство компонентов электронных схем 277
4.5.13. Изготовление фотомасок 280
4.5.14. Радиотехника, радиолокация и радиоастрономия 282
Контрольные вопросы 283
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 285