Лазерная технология

ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, способ воздействия лазерным излучением на объект (вещество, материал, изделие) с целью требуемого изменения его параметров и свойств или для получения и передачи информации. Толчком к развитию лазерной технологии послужило создание первых лазеров в начале 1960-х годов. Высокая плотность энергии и мощность лазерных пучков, а также монохроматичность, когерентность, направленность лазерного излучения и возможность его фокусировки в пятно малого размера (лазерный луч) способствовали использованию лазерной технологии в различных областях науки и техники. С появлением в 1980-х годах промышленных лазеров с высокими значениями мощности и плотности энергии лазерного луча стало возможным применение лазерной технологии для термических технологических операций в машиностроении, электронной промышленности и др. В лазерной технологии применяются твердотельные (например, на иттрий-алюминиевом гранате и стекле с неодимом) и газовые (на диоксиде углерода, молекулах азота) лазеры со средней мощностью от единиц до нескольких сотен ватт, работающие в импульсном, импульсно-периодическом и непрерывном режимах. Научные основы лазерной технологии базируются на свойствах лазерного излучения, законах преломления, поглощения и отражения света, а также законах, согласно которым протекают технологические процессы в каждой конкретной области. Например, в технологиях лазерной сварки и резки наряду с оптическими законами важную роль играют законы теплопроводности, газо и гидродинамики; в информационных лазерных технологиях - законы рассеяния, интерференции и дифракции света.

Лазерные  технологии получили широкое распространение в промышленности для сварки, резки, разделения материалов и др. Лазерная сварка позволяет получать высококачественные, высокопрочные соединения как микродеталей, так и крупногабаритных силовых конструкций. Лазерным методом сваривают высокопрочные стали, сплавы (титановые, алюминиевые, никелевые, молибденовые и др.), композиционные материалы, керамику, а также разнородные материалы (например, сталь-медь, сталь-вольфрам, сталь-керамика). Основные технологические параметры, характеризующие лазерную сварку, - плотность мощности лазерного излучения (в диапазоне 10⁵-10⁷ Вт/см²) и продолжительность воздействия (от длительности импульсов в 10^–2-10^–3 с до непрерывного излучения). Лазерная сварка позволяет соединять детали со скоростью до 10 м/мин.

Лазерное разделение конструкционных материалов осуществляют в широком диапазоне плотностей мощности и со скоростью, достигающей нескольких м/с. Лазерная резка позволяет разделять практически любые металлы и неметаллы независимо от их твёрдости. Лазерное термораскалывание обеспечивает высококачественное разделение таких хрупких материалов, как стекло, ситаллы, сапфир, алюмооксидная керамика и т. п., при плотности мощности лазерного излучения порядка 10³ Вт/см² и скорости разделения до 5 м/мин. Уникальной особенностью лазерного термораскалывания является возможность получения изделий толщиной до нескольких десятков мм с высокопрочными кромками за счёт отсутствия на их поверхности на молекулярном уровне дефектов и шероховатостей. Лазерное скрайбирование (несквозная резка для отделения фрагментов изделия) - эффективный метод разделения ПП, керамики, ситаллов и т.п.; позволяет получать изделия высокого качества со скоростью до 10 м/мин.

В машиностроении также широко применяются: лазерная обработка поверхности, повышающая (в несколько раз, а иногда и в десятки раз) износостойкость, усталостную прочность и другие характеристики деталей; пробивка отверстий в различных материалах (даже таких твёрдых, как алмаз) диаметром до единиц мкм; лазерная маркировка и гравировка, позволяющие с высокой скоростью получать высокоточные качественные изображения практически на любых материалах (в том числе хрупких). Всё большее распространение получают лазерные технологии, основанные на послойном синтезе объёмных изделий, которые применяются для тиражирования моделей, разработанных с помощью компьютерного моделирования (так называемая технология быстрого прототипирования и производства).

К информационной лазерной технологии относятся: передача информации по волоконно-оптическим линиям связи, измерение, запись и считывание информации, интерферометрия, голография, локация, считывание штрих-кодов, демонстрация оптических эффектов, сканирование и др. Среди информационных технологий наибольшее распространение получили лазерная запись и считывание информации; основные технологические параметры данной технологии - длина волны лазерного излучения (как правило, в видимом диапазоне спектра) и частота следования импульсов, составляющая десятки МГц.

В конце 20 века лазерные технологии стали применяться в микро и нанотехнологиях. лазерные технологии используются при изготовлении изделий микроэлектроники, среди которых - лазерная обработка ПП с целью рекристаллизации и отжига, модифицирование и изменение химического состава поверхностных слоёв, лазерная резка и скрайбирование тонких плёнок и ПП пластин для изготовления интегральных схем, подгонка параметров элементов микроэлектроники и др. Применение лазерной технологии для разработки нанотехнологий в различных областях науки и техники открыло принципиально новые возможности для управления процессами на наноуровне, а также создания новых материалов и изделий. Например, технология позиционирования атомов лазерным лучом позволяет создавать наночипы со сверхвысокой плотностью элементов, размеры которых измеряются десятками нм.

Смотри также Лазерная медицина, Лазерная химия.

Лит.: Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А. И. Технологические процессы лазерной обработки. М., 2008; Вейко В. П., Конов В. И. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. Силовая оптика. М., 2008; Шандыбина Г. Д., Парфенов В. А. Информационные лазерные технологии. СПб., 2008.