Technologie des lasers: applications, utilisations et traitement de la communication
Lisez cet article pour en savoir plus sur les applications, les utilisations et le traitement de la communication de la technologie des lasers!
Laser est l'acronyme pour Light Amplification par émission stimulée de rayonnement. Bien que la technologie de base ait été inventée en 1960, le laser a beaucoup évolué depuis. À l'origine, les lasers utilisaient des cristaux de rubis et n'étaient pas très puissants. au fil du temps, de nombreux types de lasers ont été développés avec différents matériaux produisant la lumière laser.
Courtoisie d'image: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a0/Military_laser_experiment.jpg/1024px-Military_laser_experiment.jpg
Cependant, qu’il s’agisse de lasers ruby, lasers à gaz, lasers à liquides ou lasers à semi-conducteurs, le principe sous-jacent est le même: une émission stimulée donnant lieu à un photon rencontrant un atome à l’état excité et l’obligeant à émettre un autre photon de même fréquence la même direction.
Ces deux photons repoussent plus de photons et une émission stimulée se produit. Les semi-conducteurs au cœur des nouveaux lasers ont rendu possibles des gadgets comme le CD-ROM. Les premiers lasers à diode généraient de la lumière en envoyant du courant dans l'arséniure de gallium.
Des scientifiques ont récemment mis au point des lasers utilisant de l'arséniure de gallium avec de très minces couches d'arséniure d'aluminium et de gallium, créant une région appelée puits quantique entre les couches. Dans cette région, les électrons sont étroitement emballés, de sorte que le dispositif utilise moins d’énergie pour émettre de la lumière.
Les lasers à "puits quantiques" convertissent très efficacement l'électricité en lumière, générant ainsi moins de chaleur. Ceci, à son tour, permet un fonctionnement sur batterie. Dans les systèmes de communication, ils peuvent doubler le nombre d'appels téléphoniques longue distance pouvant être acheminés sur une seule fibre optique.
La lumière laser est monochromatique, par exemple, un rayon laser rouge n’a que de la lumière rouge; c'est très cohérent, c'est-à-dire que la lumière d'un laser est hautement directionnelle; et il peut être transmis sur de grandes distances sans être étendu. La haute luminosité d'un laser est une conséquence de la cohérence spatiale.
L'intensité de la lumière laser lorsqu'elle est focalisée est très élevée et la réponse du matériau devient non linéaire. Les lasers produisent des impulsions lumineuses courtes et il est possible d’obtenir des impulsions nanosec de plusieurs lasers. En mode verrouillage, la largeur des impulsions peut être raccourcie - à quelques centaines de femtosec (1 femtosec = 10-15 secondes).
Applications:
En raison de leurs propriétés uniques, les lasers trouvent une application dans divers domaines. Certaines des applications importantes des lasers sont discutées ici.
Science basique:
La révolution dans le domaine de la spectroscopie a été faite par les lasers en raison de la disponibilité d'un rayonnement intense et étroit. Dans la mesure du spectre d'absorption, ceux-ci sont avantageux pour détecter des raies d'absorption faibles. Il existe plusieurs techniques de détection des spectres d'absorption faible, telles que la spectroscopie opto-acoustique, la spectroscopie à ionisation multiphotonique, etc.
Il existe également des techniques spectroscopiques non linéaires telles que la spectroscopie d'absorption à deux photons. Le laser a réduit le temps requis pour enregistrer un spectre Raman de quelques heures à quelques minutes. Le laser le plus utilisé est le laser à ions argon pour la spectroscopie Raman.
En chimie, les lasers sont utilisés à la fois comme outil de diagnostic et comme moyen d’induction de réactions chimiques. Cela contribue également à la séparation des isotopes d'un élément. Les lasers généralement utilisés dans les applications chimiques sont les lasers à colorant, les lasers à excimères, les lasers à CO 2 et les lasers Nd: YAG.
Industrie:
Les lasers trouvent également une grande applicabilité dans l'industrie. Actuellement, les lasers sont couramment utilisés pour l'arpentage, pour le traitement de matériaux tels que le soudage, le découpage, le vitrage, l'alliage, le bardage, pour des essais non destructifs, etc. Il est utilisé pour aligner des structures telles que des ponts, des grands bâtiments, des tunnels, des tuyaux, des mines, etc. .
Les lasers ont complètement remplacé les techniques de forage classiques pour percer des trous dans les diamants, pour fabriquer des matrices d'étirage à l'arc, des gemmes, des aubes de turbines de moteurs à réaction; ils sont largement utilisés pour la coupe de métaux, de céramiques, de plastiques, de carton, de tissus, etc.
Le recuit au laser des cellules solaires améliore leurs performances. Les lasers peuvent être utilisés pour écrire directement sur des tranches de silicium les motifs nécessaires à la fabrication de circuits intégrés.
Les lasers sont largement utilisés pour le marquage des plastiques, des produits métalliques, etc. Les scanners laser permettent de lire les codes à barres des biens de consommation dans les magasins, d'inspecter les composants de précision dans les ateliers, d'identifier les wagons de marchandises dans un train en mouvement et de lire du texte et d'autres documents. . Les imprimantes laser sont rapides et de haute qualité. Les lasers sont utilisés pour le traitement thermique des surfaces.
La défense:
Dans la guerre moderne, les lasers trouvent une grande utilité dans les systèmes d'armes pour trouver des chars et des canons d'artillerie, en mesurant avec précision la portée des cibles, offrant ainsi une capacité de premier impact.
Le laser Ye-Ne aide à simuler le tir d'armes à feu lors de l'entraînement des soldats et améliore également l'objectif des armes à feu.
Énergie nucléaire:
La séparation isotopique au laser s'annonce comme le moyen le plus économique d'enrichir l'uranium naturel.
Les lasers jouent également un rôle crucial dans la recherche d’un moyen viable de piéger l’énergie de fusion.
Médicaments:
Les lasers sont utilisés dans presque tous les domaines de la médecine. Le faisceau laser de forte intensité et de forte intensité convient à la coupe de tissu et constitue donc un excellent outil chirurgical pouvant remplacer le scalpel traditionnel. Les avantages sont que l'utilisation des lasers: (i) prévient les saignements, (ii) réduit le risque d'infection et (iii) endommage moins les cellules proches.
Les lasers sont couramment utilisés pour épouser la rétine détachée avec la choroïde. Les autres affections oculaires graves traitées sont la réhonoputhie diabétique, la dégénérescence maculaire et l'hémorragie. Pour le traitement de ces maladies, on utilise le laser à ions argon ou krypton.
Le glaucome est une maladie de l’œil dans laquelle la pression à l’intérieur du globe oculaire augmente, entraînant des lésions de la rétine et, en fin de compte, conduisant à la cécité. Pour surmonter cette pression et sauver la vue, un petit trou est percé dans l’œil au laser Nd: YAG. Les lasers sont également utilisés pour corriger la forme de la lentille, par exemple la myopie par une procédure appelée kératotomie radiale.
La précision de la chirurgie au laser a été un avantage majeur pour les opérations délicates telles que la chirurgie de pontage cardiaque et l’intervention neurochirurgicale. En utilisant un endosope à fibre optique avec un laser, il est maintenant possible de cautériser l'ulcère hémorragique sans faire aucune ouverture dans le corps.
Un autre exemple est le traitement du blocage des artères alimentant le sang en cœur, une maladie entraînant un infarctus du myocarde. Jusqu'ici, le remède consistait à shunter l'artère bloquée avec une autre prélevée dans une autre partie du corps, une procédure connue sous le nom de pontage.
La radiothérapie photo est utilisée pour le traitement du cancer. Le dérivé d'hématoporphyrine (Hpd), un colorant, a la propriété d'attaquer sélectivement les cellules cancéreuses. Lorsqu'un faisceau laser intense provenant d'un laser à vapeur d'or est irradié, la molécule Hpd se décompose en libérant de l'oxygène singulet qui tue les cellules cancéreuses et les tissus.
Les lasers sont utilisés efficacement dans le traitement de la vésicule biliaire et des calculs rénaux.
Communication, traitement et stockage de données:
Le principal inconvénient de toute la ligne de communication lumineuse était leur sensibilité aux conditions météorologiques. Corning a produit en 1974 une fibre optique à faibles pertes à partir de matériaux de haute pureté. Des progrès remarquables ont été réalisés dans les technologies des lasers à fibres optiques et des lasers à semi-conducteurs.
Outre la transmission de données, le traitement optique de l'information et les ordinateurs optiques sont des questions connexes. Le traitement optique de l’information est utilisé pour l’identification des empreintes digitales, le traitement des photographies prises par les satellites et les aéronefs à haute altitude, etc. Les ordinateurs optiques, basés sur un dispositif optique bistable, offrent une multiplication de la vitesse de calcul et des capacités de calcul parallèle.
Le stockage de données est un autre domaine dans lequel une densité de stockage plus élevée est possible en utilisant des méthodes optiques. Le support de stockage est généralement un mince film de métal dont les propriétés optiques, telles que la réflectivité, sont modifiées lorsqu’elles sont éclairées par un puissant laser «WRITE». Le laser «READ» de puissance inférieure lit le changement de propriété optique en fonction des informations requises.
Moins d’un micron carré est nécessaire pour enregistrer un bit d’information. Les vidéodisques laser (LVD) sont largement utilisés comme source de divertissement. Bien que le disque de stockage de données optique laser possède une grande capacité de stockage sur le disque magnétique, il n’est toutefois pas possible d’effacer les informations écrites à partir du disque de données optique.
Dans un disque compact (CD), la lumière laser est utilisée pour lire à la place d'une aiguille, de sorte que les rainures peuvent être faites à la minute près (même dix millions de mètres). Une fidélité exceptionnelle est obtenue car la quantité d'informations stockées peut être très importante. Un laser à semi-conducteur lit le CD en faisant rebondir la lumière du disque et en le traitant électroniquement.
Les CD-ROM nous permettent de stocker même des encyclopédies sur des disques individuels. Les dispositifs de mémoire informatique classiques fonctionnent sur la base d'un enregistrement magnétique et de la lecture de données, mais les disques optiques présentent l'avantage d'une plus grande durabilité de stockage et d'un accès plus rapide pour la récupération de données.
Technologie laser de l'Inde:
Dès le milieu des années soixante, la communauté scientifique indienne a reconnu l’importance du laser. En 1964, au Bhabha Atomic Research Center (BARC), le premier laser à semi-conducteur à l'arséniure de gallium a été fabriqué. Ce laser a été utilisé en 1965-1966 pour établir un lien de communication optique entre BARC et l’Institut de recherche fondamentale Tata (TIFR).
Le laboratoire avec le plus grand effort pour développer la technologie laser en Inde est BARC. BARC a développé un laser de 50 MW pour la spectroscopie Raman. Il a également travaillé au développement de divers lasers à C0 2 . BARC a également développé les lasers à l'état solide à savoir Nd: YAG, laser à rubis, laser à verre de Na.
Le Centre for Advanced Technology (CAT) a planifié un vaste programme de développement et d'ingénierie laser. Il a également proposé d’entreprendre la production à petite échelle de lasers et d’instruments à laser. CAT a commencé la production de 10W CVL.
L’organisation de recherche et de développement pour la défense (DRDO) a mis au point des télémètres laser pour les chars utilisant le laser à commutation de verre Nd:. DRDO développe des lasers à matériaux laser et à semi-conducteurs. Il dispose d'excellentes installations pour la croissance de cristaux selon plusieurs techniques et a réussi à faire croître des cristaux de Nd: YAG et du Ca sous forme de cristaux.
Divers IIT travaillent dans le domaine du développement du laser, tout comme le National Physical Laboratory (NPL) et l'Indian Institute of Science.
La base de recherche en Inde est bonne, mais la recherche sur le laser n'a pas été exploitée de manière adéquate jusqu'à un avantage technologique et commercial par des initiatives politiques jusqu'à récemment. Certains efforts ont été déployés pour remédier à la situation en élaborant le Programme laser national, une stratégie conjointe du Département de la science et de la technologie (DST), du Département de l'énergie atomique (DAE) et du Département de l'électronique à partir du huitième plan.
Le Programme national sur les lasers visait à développer des lasers et des équipements à base de laser locaux à un coût nettement inférieur, qui se substituerait à l’importation d’équipements à laser, de cristaux produisant des lasers et d’équipements connexes. Le centre de croissance cristalline de l'université Anna, à Chennai, a été sélectionné pour produire des cristaux produisant un laser.
La Central Scientific Instruments Organization (CSIO), qui travaille sur la technologie holographique, a mis au point une variété d'hologrammes pour différentes applications.
La technologie holographique est la science qui permet de créer des images en trois dimensions qui sont des substituts parfaits de l’original. Contrairement à la photographie classique, l'hologramme, créé à l'aide de la lumière laser, est un enregistrement fidèle et complet de l'objet d'origine en trois dimensions.
Cela ressemble à un morceau de verre ordinaire, mais lorsque la lumière est allumée sur l'image, une réplique exacte de l'original apparaît à la vue. Les bénéficiaires potentiels de la technologie sont les bijoutiers, les fabricants de matériel de musique, les musées, les agences de sécurité et les agences de publicité. Les bijoutiers ne doivent pas risquer le vol en affichant des ornements originaux sur leurs vitrines. Ils peuvent les remplacer par des hologrammes.
