Lista de aplicaciones láser
Muchas aplicaciones láser científicas, militares, médicas y comerciales se han desarrollado desde la invención del láser en 1958. La coherencia, la alta monocromaticidad y la capacidad de alcanzar potencias extremadamente altas son propiedades que permiten para estas aplicaciones especializadas.
Científica
En la ciencia, los láseres se usan de muchas maneras, entre ellas:
- Una amplia variedad de técnicas interferométricas
- Espectroscopia de Raman
- Espectroscopia inducida por láser
- Atmosférico teleobservación
- Investigación de fenómenos ópticos no lineales
- Las técnicas holográficas que emplean láser también contribuyen a una serie de técnicas de medición.
- La tecnología de lidar basado en láser (LIght raDAR) tiene aplicación en geología, sismología, teleobservación y física atmosférica.
- Los láseres se han utilizado a bordo de naves espaciales como en la misión Cassini-Huygens.
- En astronomía, los láseres se han utilizado para crear artificial guía láser estrellas, utilizado como objetos de referencia para telescopios ópticos adaptativos.
Los láseres también se pueden usar indirectamente en espectroscopia como un sistema de micromuestreo, una técnica denominada ablación láser (LA), que normalmente se aplica a los aparatos ICP-MS, lo que da como resultado el potente LA-ICP-MS.
Demtröder analiza los principios de la espectroscopia láser.
Espectroscopía
La mayoría de los tipos de láser son una fuente de luz intrínsecamente pura; emiten luz casi monocromática con un rango de longitudes de onda muy bien definido. Mediante un diseño cuidadoso de los componentes del láser, la pureza de la luz láser (medida como el "ancho de línea") se puede mejorar más que la pureza de cualquier otra fuente de luz. Esto hace que el láser sea una fuente muy útil para la espectroscopia. La alta intensidad de luz que se puede lograr en un pequeño haz bien colimado también se puede utilizar para inducir un efecto óptico no lineal en una muestra, lo que hace posibles técnicas como la espectroscopia Raman. Se pueden usar otras técnicas espectroscópicas basadas en láseres para hacer detectores extremadamente sensibles de varias moléculas, capaces de medir concentraciones moleculares en el nivel de partes por 1012 (ppt). Debido a las altas densidades de potencia que pueden alcanzar los láseres, es posible la emisión atómica inducida por haz: esta técnica se denomina espectroscopia de ruptura inducida por láser (LIBS).
Tratamiento térmico
El tratamiento térmico con láser permite el endurecimiento superficial selectivo contra el desgaste con poca o ninguna distorsión del componente. Debido a que esto elimina gran parte del reprocesamiento de piezas que se realiza actualmente, el costo de capital del sistema láser se recupera en poco tiempo. También se ha desarrollado un revestimiento absorbente e inerte para el tratamiento térmico con láser que elimina los humos generados por los revestimientos de pintura convencionales durante el proceso de tratamiento térmico con CO2 rayos láser.
Una consideración crucial para el éxito de una operación de tratamiento térmico es el control de la irradiación del rayo láser en la superficie de la pieza. La distribución óptima de la irradiación está impulsada por la termodinámica de la interacción láser-material y por la geometría de la pieza.
Por lo general, las irradiancias entre 500 y 5000 W/cm^2 satisfacen las restricciones termodinámicas y permiten el rápido calentamiento de la superficie y la mínima entrada de calor total requerida. Para el tratamiento térmico general, una viga cuadrada o rectangular uniforme es una de las mejores opciones. Para algunas aplicaciones especiales o aplicaciones en las que el tratamiento térmico se realiza en un borde o una esquina de la pieza, puede ser mejor que la irradiación disminuya cerca del borde para evitar la fusión.
Tiempo
La investigación muestra que, algún día, los científicos podrán inducir lluvia y tormentas eléctricas (así como micromanipular algunos otros fenómenos meteorológicos) utilizando láseres de alta energía. Tal avance podría potencialmente erradicar las sequías, ayudar a aliviar las catástrofes relacionadas con el clima y asignar recursos climáticos a las áreas necesitadas.
Alcance láser lunar
Cuando los astronautas del Apolo visitaron la Luna, colocaron conjuntos de retrorreflectores para hacer posible el Experimento de alcance del láser lunar. Los rayos láser se enfocan a través de grandes telescopios en la Tierra dirigidos hacia los conjuntos, y se mide el tiempo que tarda el rayo en reflejarse de regreso a la Tierra para determinar la distancia entre la Tierra y la Luna con alta precisión.
Fotoquímica
Algunos sistemas láser, a través del proceso de bloqueo de modo, pueden producir pulsos de luz extremadamente breves, tan cortos como picosegundos o femtosegundos (10−12 - 10−15 segundos). Dichos pulsos se pueden utilizar para iniciar y analizar reacciones químicas, una técnica conocida como fotoquímica. Los pulsos cortos se pueden usar para sondear el proceso de la reacción a una resolución temporal muy alta, lo que permite la detección de moléculas intermedias de vida corta. Este método es particularmente útil en bioquímica, donde se utiliza para analizar detalles del plegamiento y la función de las proteínas.
Escáner láser
Los lectores de códigos de barras láser son ideales para aplicaciones que requieren una lectura de alta velocidad de códigos lineales o símbolos apilados.
Refrigeración por láser
Una técnica que ha tenido un éxito reciente es el enfriamiento por láser. Esto implica atrapar átomos, un método en el que varios átomos están confinados en una disposición de campos eléctricos y magnéticos de forma especial. Brillar longitudes de onda particulares de luz en los iones o átomos los ralentiza, por lo tanto, los enfría. A medida que continúa este proceso, todos se ralentizan y tienen el mismo nivel de energía, formando un arreglo inusual de materia conocido como condensado de Bose-Einstein.
Fusión nuclear
Algunos de los arreglos de múltiples láseres y amplificadores ópticos más potentes y complejos del mundo se utilizan para producir pulsos de luz de intensidad extremadamente alta de duración extremadamente corta, p. laboratorio de energía láser, National Ignition Facility, GEKKO XII, Nike laser, Laser Mégajoule, HiPER. Estos pulsos están dispuestos de tal manera que impactan gránulos de tritio-deuterio simultáneamente desde todas las direcciones, con la esperanza de que el efecto de compresión de los impactos induzca la fusión atómica en los gránulos. Esta técnica, conocida como "fusión por confinamiento inercial", hasta el momento no ha podido alcanzar el "punto de equilibrio", es decir, hasta ahora la reacción de fusión genera menos energía de la que se utiliza para alimentar el láseres, pero la investigación continúa.
Aceleración de partículas
Potentes láseres que producen pulsos de láser ultracortos (en decenas de femtosegundos) y ultraintensos (hasta 1023 W/cm2) que ofrecen una aceleración mucho mayor gradientes que los de los aceleradores convencionales. Este hecho se aprovecha en varias técnicas de aceleración de plasma utilizadas para acelerar tanto electrones como iones cargados a altas energías.
Microscopía
La microscopía de escaneo láser confocal y la microscopía de excitación de dos fotones utilizan láseres para obtener imágenes nítidas de especímenes gruesos a varias profundidades. La microdisección de captura con láser utiliza láseres para obtener poblaciones de células específicas de una sección de tejido bajo visualización microscópica.
Técnicas adicionales de microscopía láser incluyen microscopía armónica, microscopía de mezcla de cuatro ondas y microscopía interferométrica.
Militar
Directamente como arma de energía
Un arma láser es un arma de energía dirigida basada en láseres.
Contramedidas defensivas
Las aplicaciones de contramedidas defensivas pueden variar desde contramedidas infrarrojas compactas de baja potencia hasta sistemas láser aerotransportados de alta potencia. Los sistemas de contramedidas IR utilizan láseres para confundir a los buscadores de misiles dirigidos por infrarrojos.
Desorientación
Algunas armas simplemente usan un láser para desorientar a una persona. Una de esas armas es el Thales Green Laser Optical Warner.
Orientación
La guía láser es una técnica para guiar un misil u otro proyectil o vehículo hacia un objetivo por medio de un rayo láser.
Designador de objetivos
Otro uso militar de los láseres es como designador de objetivos láser. Se trata de un puntero láser de baja potencia que se utiliza para indicar un objetivo para una munición guiada con precisión, normalmente lanzada desde un avión. La munición guiada ajusta su trayectoria de vuelo para dirigirse a la luz láser reflejada por el objetivo, lo que permite una gran precisión al apuntar. El rayo del designador de objetivo láser se configura a una frecuencia de pulso que coincide con la establecida en la munición guiada para garantizar que las municiones alcancen sus objetivos designados y no sigan otros rayos láser que puedan estar en uso en el área. El designador láser puede brillar sobre el objetivo desde un avión o infantería cercana. Los láseres utilizados para este propósito suelen ser láseres infrarrojos, por lo que el enemigo no puede detectar fácilmente la luz láser guía.
Armas de fuego
Mira láser
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El láser se ha utilizado en la mayoría de las aplicaciones de armas de fuego como una herramienta para mejorar la orientación de otros sistemas de armas. Por ejemplo, una mira láser es un láser pequeño, generalmente de luz visible, que se coloca en una pistola o un rifle y se alinea para emitir un haz paralelo al cañón. Dado que un rayo láser tiene una divergencia baja, la luz láser aparece como un punto pequeño incluso a largas distancias; el usuario coloca el punto en el objetivo deseado y el cañón del arma está alineado (pero no necesariamente teniendo en cuenta la caída de la bala, el viento, la distancia entre la dirección del haz y el eje del cañón, y la movilidad del objetivo mientras la bala viaja).
La mayoría de las miras láser utilizan un diodo láser rojo. Otros usan un diodo infrarrojo para producir un punto invisible al ojo humano pero detectable con dispositivos de visión nocturna. El módulo de luz láser LLM01 del módulo de adquisición de objetivos adaptables para armas de fuego combina diodos láser visibles e infrarrojos. A fines de la década de 1990, las miras láser de láser de estado sólido bombeado por diodo verde (DPSS) (532 nm) estuvieron disponibles.
Láseres dirigidos al ojo
La Fuerza Aérea de los EE. UU. desarrolló un arma láser no letal para afectar temporalmente la capacidad de un adversario para disparar un arma o para amenazar a las fuerzas enemigas. Esta unidad ilumina a un oponente con luz láser inofensiva de baja potencia y puede tener el efecto de deslumbrar o desorientar al sujeto o hacerlo huir. Ahora hay disponibles varios tipos de deslumbrantes, y algunos se han usado en combate.
Queda la posibilidad de usar láseres para cegar, ya que esto requiere niveles de potencia relativamente bajos y se puede lograr fácilmente en una unidad portátil. Sin embargo, la mayoría de las naciones consideran que el cegamiento permanente deliberado del enemigo está prohibido por las reglas de la guerra (consulte el Protocolo sobre armas láser cegadoras). Aunque varias naciones han desarrollado armas láser cegadoras, como el ZM-87 de China, se cree que ninguno de ellos ha superado la etapa de prototipo.
Además de las aplicaciones que se cruzan con las aplicaciones militares, un uso muy conocido de los láseres por parte de las fuerzas del orden público es el lidar para medir la velocidad de los vehículos.
Mira de arma holográfica
La mira de un arma holográfica usa un diodo láser para iluminar un holograma de una retícula integrada en una ventana óptica de vidrio plano de la mira. El usuario mira a través de la ventana óptica y ve una imagen de retícula en forma de cruz superpuesta a distancia en el campo de visión.
Médica
(feminine)- Cirugía cosmética (removiendo tatuajes, cicatrices, estrías, manchas solares, arrugas, marcas de nacimiento y pelo): ver la eliminación del cabello láser. Los tipos láser utilizados en dermatología incluyen ruby (694 nm), alexandrite (755 nm), matriz de diodos pulsados (810 nm), Nd:YAG (1064 nm), Ho:YAG (2090 nm), y Er:YAG (2940 nm).
- Cirugía ocular y cirugía refractiva
- Cirugía de tejido blando: láser CO2, Er:YAG
- Escalpelo láser (cirugía general, ginecológica, urología, laparoscópica)
- Fotobiomodulación (es decir, terapia con láser)
- Eliminación "No-Touch" de tumores, especialmente del cerebro y la médula espinal.
- En odontología para la extracción de caries, procedimientos endodónticos/periodonticos, blanqueamiento dental y cirugía oral
- Tratamiento del cáncer
- Gestión de la cicatriz y la cicatriz quirúrgica: contractura de la cicatriz CO2 (especialmente el CO más reciente fraccionado2 láseres), enrojecimiento y picazón (Pulsed Dye láser - PDL), hiperpigmentación post-inflamatoria (laseres Q-switched:Ruby, Alexandrite), quemar el crecimiento del pelo no deseado cicatriz y los pelos atrapados (Ruby, IPL y numerosos láseres de eliminación del cabello)
Industrial y comercial
Las aplicaciones de láser industrial se pueden dividir en dos categorías según la potencia del láser: procesamiento de materiales y procesamiento de micromateriales.
En el procesamiento de materiales, los láseres con una potencia óptica promedio superior a 1 kilovatio se utilizan principalmente para aplicaciones de procesamiento de materiales industriales. Más allá de este umbral de potencia, existen problemas térmicos relacionados con la óptica que separan estos láseres de sus equivalentes de menor potencia. Los sistemas láser en el rango de 50-300 W se utilizan principalmente para aplicaciones de bombeo, soldadura de plástico y soldadura blanda. Los láseres de más de 300 W se utilizan en aplicaciones de soldadura fuerte, soldadura de metales delgados y corte de chapa. El brillo requerido (medido por el producto del parámetro del haz) es mayor para las aplicaciones de corte que para la soldadura fuerte y la soldadura de metales delgados. Las aplicaciones de alta potencia, como el endurecimiento, el revestimiento y la soldadura de penetración profunda, requieren múltiples kW de potencia óptica y se utilizan en una amplia gama de procesos industriales.
El procesamiento de micromateriales es una categoría que incluye todas las aplicaciones de procesamiento de materiales por láser de menos de 1 kilovatio. El uso de láseres en el procesamiento de micromateriales ha encontrado una amplia aplicación en el desarrollo y la fabricación de pantallas para teléfonos inteligentes, tabletas y televisores LED.
Una lista detallada de aplicaciones láser industriales y comerciales incluye:
- Corte láser
- Soldadura láser
- Perforación láser
- Marcado láser
- Limpieza láser
- El revestimiento láser, un proceso de ingeniería de superficie aplicado a componentes mecánicos para el reacondicionamiento, reparación de trabajo o duro
- Fotolitografía
- Comunicaciones ópticas sobre fibra óptica o espacio libre
- Pesado láser
- Sistemas de orientación (por ejemplo, giroscopios láser de anillo)
- Rango láser / encuesta,
- Lidar / monitoreo de contaminación,
- Minilabes digitales
- Lectores de código de barras
- Grabado láser de la placa de impresión
- Acoplamiento láser de materiales de marcación aditiva para decoración e identificación,
- punteros láser
- Espejo láser
- Acelerómetros láser
- Fabricación de pantalla OLED
- Holografía
- Bubblegrams
- Pinzas ópticas
- Escribir subtítulos en películas cinematográficas.
- El rayo de energía, que es una posible solución para transferir energía al escalador de un elevador espacial
- Escáner láser 3D para una medición 3D precisa
- Los niveles de línea láser se utilizan en la encuesta y construcción. También se utilizan láseres para orientar a los aviones.
- Extensivamente en equipos de imágenes industriales y de consumo.
- En impresoras láser: los láseres de gas y diodo juegan un papel clave en la fabricación de placas de impresión de alta resolución y en el equipo de escaneo de imágenes.
- Los láseres Diode se utilizan como un rayo de luz en la industria, con un rayo láser y un receptor que se activará o apagará cuando se interrumpe el rayo, y porque un láser puede mantener la intensidad de la luz sobre distancias más grandes que una luz normal, y es más preciso que una luz normal que se puede utilizar para la detección de productos en la producción automatizada.
- Ajuste por láser
- Fabricación aditiva
- Soldadura de plástico
- Metrología - sistemas láser portátiles y robóticos para aplicaciones Aeroespaciales, Automotriz y Rail
- Para almacenar y recuperar datos en discos ópticos, como CDs y DVDs
- Blu-ray
Entretenimiento y recreación
- Las pantallas de iluminación láser acompañan muchos conciertos de música
- Etiquetas láser
- Arpa láser: un instrumento musical fueron las cuerdas reemplazadas por rayos láser
- Como fuente de luz para los proyectores de cine digital
Topografía y alcance
Imágenes
Modelos láser en diferentes colores
Láseres Q-line
Lasers se utilizaron en el concierto clásico del Espectacular 2005
Un arpa láser
La superficie de un objetivo de prueba se vaporiza instantáneamente y se vierte en llamas sobre la irradiación por un láser de dióxido de carbono de onda continua de alta potencia emitiendo decenas de kilovatios de luz infrarroja muy baja. Tenga en cuenta que el operador está de pie detrás de hojas de plexiglas, que es opaco en el infrarrojo lejano.
