Promieniowanie laserowe nie występuje w sposób naturalny w środowisku, lecz wytwarzane jest przez specjalnie do tego celu skonstruowane urządzenia nazywane laserami (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Lasery to generatory promieniowania elektromagnetycznego, tj. fotonów o długościach fali najczęściej w zakresie 100 nm do 1 mm, w postaci emisji wymuszonego promieniowania. Promieniowanie laserowe znacząco różni się własnościami fizycznymi od promieniowania optycznego emitowanego przez takie źródła, jak promienniki nadfioletu, podczerwieni czy źródła światła stosowane do celów oświetleniowych.
Foton to kwant pola promieniowania elektromagnetycznego o masie spoczynkowej równej zero (< 10-48g), porusza się z prędkością światła c, ma energię E = hν (h – stała Plancka, ν – częstotliwość odpowiadającej fali elektromagnetycznej), jest bozonem, nie posiada momentu magnetycznego ani ładunku elektrycznego.
W 1960 roku fizyk amerykański Theodore Maiman i współpracownicy zbudowali pierwszy laser rubinowy. Zapoczątkowało to dynamiczny rozwój laserów i powiązanych technologii w przemyśle (np. cięcie, spawanie czy znakowanie laserowe), telekomunikacji, nauce oraz wojsku.
Podstawą działania lasera jest emisja wymuszona kwantów energii w ośrodku wzmacniającym (nazywanym również substancją laserującą lub ośrodkiem optycznie czynnym). Działanie lasera polega na wzbudzeniu ośrodka optycznie czynnego, a następnie wyzwoleniu energii w postaci kwantu promieniowania spójnego. Promieniowanie laserowe charakteryzuje się wysokim stopniem spójności, monochromatyczności i ukierunkowaniu, a kąt rozbieżności wiązki zwykle nie przekracza kilku miliradianów. Oprócz możliwości skupienia całej energii promieniowania lasera w nadzwyczaj małym paśmie widma i małym kącie bryłowym, można ten sam efekt uzyskać w odniesieniu do czasu. W większości jego aplikacji można uzyskać generację promieniowania tylko o określonym stanie polaryzacji. Laser emituje promieniowanie zazwyczaj o jednej lub kilku długościach fal i określonym zakresie mocy przystosowanym do danego zastosowania*.
Co to jest ablacja laserowa?
W trakcie prowadzonych od lat siedemdziesiątych XX wieku badań oddziaływania promieniowania laserowego z materią zaobserwowano zjawisko zwane dzisiaj ablacją laserową. Tradycyjne metody czyszczenia wykorzystujące np. wodę pod wysokim ciśnieniem z dodatkiem różnego rodzaju ścierniw czy kompresy chemiczne ze szczotkowaniem, usuwają nawarstwienia w sposób mechaniczny. Konkurencyjnymi metodami stosowanymi często w procesach produkcyjnych jest usuwanie zanieczyszczeń metodami chemicznymi (np. wytrawianie) oraz za pomocą ultradźwięków.
Pod pojęciem ablacji laserowej rozumie się odparowanie warstwy wierzchniej różnego rodzaju materiałów: metali, ceramik, tworzyw sztucznych i innych. Proces ablacji występuje w trakcie trwania impulsu laserowego, następuje oddziaływanie promieniowania laserowego (pochłanianie i rozpraszanie) z wyrzucaniem materiału (w postaci pary i cieczy). W wyniku napromienienia powierzchni materiałów za pomocą impulsu promieniowania laserowego o odpowiedniej gęstości energii w czasie (gęstości mocy), zachodzą takie zjawiska, jak: absorpcja promieniowania, zjawiska cieplne lub fotochemiczne.
Proces ablacji materiału podzielić można na kilka etapów:
- zdeponowania energii (objętości), która osiąga wartość progową procesu ablacji;
- odparowanie warstwy wierzchniej materiału może zachodzić na drodze termicznej (pirolitycznej) lub fotolitycznej (dla promieniowania z obszaru nadfioletu);
- powstawanie obłoku plazmy składającej się z fragmentów cząsteczek materiału elektronów/jonów oraz produktów reakcji;
- pochłanianie i rozproszenie impulsu promieniowania laserowego przez obłok plazmy;
- wygenerowanie fali dźwiękowej (w głąb materiału), po odbiciu od granicy faz może powodować zwiększenie ilości produktów reakcji.
Komentarze (0)