Zastosowania laserów

Informacje ogólne

Prowadzący
dr inż. Jerzy Kęsik

Wymiar
W: 2, L: 1

Zaliczenie
B

Streszczenie
Podstawowym celem wykładu jest przedstawienie głównych zastosowań laserów w wielu dziedzinach nauk przyrodniczych, techniki i medycyny. W szczególności przedstawiono metrologiczne i technologiczne aplikacje laserów, elementy spektroskopii i optyki nieliniowej, podstawy i zastosowania holografii oraz zastosowania militarne. Częścią wstępną wykładu jest omówienie zasady działania lasera, konstrukcji i technologii różnych typów laserów oraz prezentacja metod modyfikacji promieniowania laserowego.

Treść wykładu

  • Fizyczne podstawy działania lasera. Emisja spontaniczna, wymuszona i absorpcja promieniowania. Inwersja obsadzeń i wzmacnianie promieniowania. Warunki generacji laserowej i widmo promieniowania. Rezonatory optyczne i struktura modowa promieniowania. Efekt nasycenia wzmocnienia i moc wyjściowa lasera. Właściwości promieniowania laserowego.
  • Podstawy konstrukcji i technologii laserów. Metody uzyskiwania inwersji obsadzeń w gazowych, dielektrycznych i cieczowych ośrodkach aktywnych. Zasady konstrukcji i technologii podzespołów lasera. Parametry wyjściowe (moc, energia, sprawność, widmo promieniowania) typowych komercyjnych laserów.
  • Metody modyfikacji promieniowania laserowego. Selekcja linii widmowych lasera (pryzmat Brewstera, siatka dyfrakcyjna, filtr dwójłomny). Praca jednomodowa lasera, stabilizacja częstotliwości. Generacja impulsów gigantycznych (Q-switching). Synchronizacja modów lasera (mode locking) i generacja impulsów pikosekundowych.
  • Metrologiczne zastosowania laserów. Wyznaczanie linii prostych i płaszczyzn. Niwelatory laserowe. Metody pomiaru odległości (interferometryczne, dalmierze geodezyjne, radary laserowe). Wpływ refrakcji na dokładność pomiaru. Pomiar prędkości liniowej i kątowej, żyroskopy laserowe, pomiar fluktuacji ruchu obrotowego Ziemi. Anemometry, dyfraktometry i sejsmografy laserowe.
  • Zastosowania holografii. Fizyczne podstawy holografii i własności obrazów holograficznych. Wykorzystanie holografii interferencyjnej do badania zniekształceń przedmiotów. Holografia wibracyjna. Mikroskopia holograficzna. Wytwarzanie elementów optycznych. Podstawy holografii barwnej. Holografia akustyczna.
  • Wytwarzanie grafiki laserowej. Metody mieszania barw - akustooptyczny modulator Bragga. Skanery zwierciadlane. Tworzenie obrazów płaskich i przestrzennych. Prezentacja pokazów typu 'laser-show'.
  • Zastosowania laserów w badaniach fizycznych. Laserowe przebicie elektryczne gazów i dielektryków. Optyka nieliniowa. Absorpcja i jonizacja wielofotonowa. Wytwarzanie wyższych harmonicznych światła, warunek dopasowania fazowego. Spektroskopia laserowa, wymuszone zjawisko Ramana. Autokolimacja światła.
  • Laserowa synteza termojądrowa. Warunki progowe syntezy termojądrowej - kryterium Lawsona, metody kompresji plazmy. TOKAMAK - zasada działania. Laserowo-kompresyjna metoda syntezy termojądrowej. Wpływ prekompresji wybuchowej na sprawność syntezy. Metoda LASER-FOCUS. Laser NOVA, budowa i parametry. Hipotetyczny model laserowej elektrowni termojądrowej.
  • Lidar - detekcja i lokacja laserowa. Zasada działania i równanie lidaru. Rozpraszanie Mie'a, Rayleigha i Ramana. Lidar absorpcji różnicowej. Lidar dopplerowski. Badania zanieczyszczeń atmosfery. Lidarowe mapy topograficzne.
  • Militarne zastosowania laserów. Propagacja światła laserowego w atmosferze. Laserowe dalmierze wojskowe. Systemy śledzenia i znakowania celu. Pociski i bomby samo-naprowadzające. Zapalniki bezkontaktowe. Laserowa symulacja pola walki. Laserowa broń radiacyjna - wojskowy laser chemiczny dużej mocy. Taktyczna broń laserowa. Zwalczanie rakiet balistycznych - zasady strategii. Antyrakietowe systemy typu airborne i systemy satelitarne. Przeciwdziałanie broni laserowej.
  • Technologiczne zastosowania laserów. Metody ogniskowania promieniowania laserowego. Mechanizm erozji fotonowej. Przegląd laserowych operacji technologicznych: drążenie otworów, cięcie materiałów, spawanie liniowe i punktowe, znakowanie, korekcja rezystorów.
  • Lasery w medycynie. Mechanizmy oddziaływania promieniowania laserowego na tkanki. Laserowe lancety chirurgiczne. Koagulatory laserowe w okulistyce i dermatologii. Laserowa korekcja ostrości wzroku. Leczenie jaskry i zaćmy. Biostymulacja laserowa. Fotodynamiczne metody detekcji i zwalczania nowotworów. Zasady bezpiecznej pracy z urządzeniami laserowymi.

    Literatura

  • F. Kaczmarek, Wstęp do fizyki laserów, WNT, 1978.
  • A. Dubik, Zastosowania laserów, WNT, 1991.
  • Zarys klinicznych zastosowań laserów, praca zbiorowa, PZG, 1995.
  • W. Wyrębski, Laserowa technika wojskowa, BWW, 1982.


    Informacje szczegółowe i materiały do pobrania

  • Materiały do wykładu format pliku: Adobe Acrobat, objętość ok.12MB

    Tematyka laboratorium / materiały do laboratorium

    Nr Tyluł laboratorium Prowadzący Literatura i Materiały
    I Badanie widma promieniowania lasera He-Ne dr inż. Andrzej Kęsik
    pok. 125
    Lasery - podstawy fizyczne
    Instrukcja laboratoryjna
    Listing programu MCAD
    II Badanie parametrów ośrodka aktywnego lasera He-Ne dr inż. Andrzej Kęsik
    pok. 125
    Lasery - podstawy fizyczne
    Instrukcja laboratoryjna
    Listing programu MCAD
    III Wybrane zastosowania metrologiczne laserów
    dr inż. Andrzej Kęsik
    pok. 125
     
      a. Pomiar średnicy drutów metodą analizy dyfrakcyjnej
      Instrukcja laboratoryjna
    Listing programu MCAD
      b. Pomiar odległości interferometrem Michelsona
      Instrukcja laboratoryjna
    Listing programu MCAD
      c. Pomiary termicznych zmian rezonatora lasera He-Ne   Instrukcja laboratoryjna
    Listing programu MCAD
    IV Spektroskopowe zastosowania laserów, impulsy gigantyczne, podstawy holografii dr inż. Andrzej Kęsik
    pok. 125
    F. Kaczmarek, 'Wstęp do fizyki laserów', PWN 1978, rozdz. 10, § 2
    V Medyczne zastosowania laserów dr inż. Andrzej Kęsik
    pok. 125
    Miejsce wykonania - Klinika Okulistyczna Akademii Medycznej ul. Lindleya 4
    VI Militarne zastosowania laserów dr inż. Andrzej Kęsik
    pok. 125
    Miejsce wykonania - Wojskowa Akademia Techniczna, ul. Kaliskiego 2 (Bemowo)