Vad är DATLAS?
LASER
Kort laserhistorik
Ordet laser kommer av engelskans Light Amplification by Stimulated Emision of Radiation - Ljusförstärkning genom stimulerad utsändning av strålning. Laser är en optisk strålkälla som producerar ljusstrålar med energi som kan koncentreras till en sådan intensitet att den kan utnyttjas som ett oöverträffat redskap inom en mängd områden. Lasern benämns vanligen efter typ av lasermedium såsom t ex koldioxidlaser (CO2), neodymlaser (Nd) eller helium-neon (He-Ne). Laserns kända användningsområden idag utnyttjar effekter från några milliwatt till flera tiotals kilowatt.
Ursprunget
Laserns ursprung kan hänföras bakåt i tiden till år 1917, då Albert Einstein publicerade sina teorier inom fysikalisk optik, vilka i princip beskriver den stimulerade emissionen som ger en möjlighet till att förstärka elektromagnetisk strålning med. Dessförinnan har Einstein publicerat ytterligare två viktiga skrifter: Den ena är en fortsättning av Max Planck’s kvantteori, vilket såg dagens ljus år 1900. Einstein föreslog 1905 att den elektromagnetiska vågrörelsen är kvantifierad, och myntade begreppet ”foton”. Samma år lyckades han förklara den fotoelektriska effekten, med att fotonens energi E = hn = h(c/l) måste överskrida en viss tröskelenergi för att frigöra en elektron ur en metallyta. Det var helt klart för honom att där strålning finns, måste den växelverka med atomer och att växelverkan sker via tre mekanismer, som absorption, spontan emission och stimulerad emission (1917). Principen för stimulerad emission bekräftades experimentellt av Rudolph W. Landenburg 1928 och 1940 har fysikern Valentin A. Fabrikant påvisat möjligheten av ”populationsinversion”. Deras resultat väckte dock inget intresse.
MASER och LASER
1951 har intresset för en monokromatisk strålkälla
börjat växa fram, för att förbättra radiokommunikationen. På samma
princip som Einstein har beskrivit 1917, baseras MASER, Microwave
Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Principen för MASERn
utvecklades under 1951 – 1954 oberoende av varandra i USA och i USSSR av
C.H. Townes, N. G. Basov och A. M. Prokhorov. Den
första MASERn togs i drift 1954-55 i USA, och användes snart för att
förfina RADAR-tekniken (RADAR = RAdiowave Detection And Ranging, dvs.
avståndsmätning). De första ansträngningarna för att utvidga
mikrovågsförstärkningen även för ännu kortare våglängder, infrarött och
synligt ljus gjordes av A. L. Schawlow och C. H. Townes
1958. Den första lasern, som utsände synligt rött ljus byggdes av T.
H. Maiman 1960. Han använde en rubinkristall, så den första lasern
blev mot alla förmodan inte en gas- utan en fasta tillståndets laser.
Redan några år därefter fanns det ett tiotal olika typer av lasrar,
bland annat gaslasrar, de första diodlasrar (som måste kylas till
77 K) och även färgämneslasrar som är i vätske-fas.
Hålborrning i diamant
Den första praktiska tillämpningen för rubin-lasern (som var den första fungerande lasern) blev att borra små hål i industridiamanter som användes som dragverktyg vid framställning av wolframtråd för glödlampor. Genom laseranvändning kunde bearbetningstiden för en enda diamant minskas från 24 timmar till max 10 minuter! Året var 1965.
Lasertyper i industrin
Utvecklingen efter detta gick i rasande fart. CO2- lasern som utvecklades 1964 kom till industriell användning redan 1968 och samma år även inom kirurgin. HeNe -lasern introducerades inom verkstadsmättekniken; man kunde mäta längd, avstånd vinklar och ytfinhet med stor precision och mycket snabbare än med konventionella metoder.
Neodym-YAG-lasern introducerades inom industrin under 70-talet. Dess uppgifter blev finbearbetning, skärning, borrning och svetsning. De flesta av dagens Nd:YAG-lasrar är inte längre exciterade av blixt- och båglampor, utan av laserdioder. Därigenom har deras verkningsgrad kunnat ökas 3-4 ggr.
Under de senaste åren har även högeffekts diod-, skiv- och fiberlasern erövrat marknaden. Dessa moderna lasrar karakteriseras bl.a. av hög verkningsgrad och låga driftskostnader.
Inom industrin dominerar dessa fem lasertyper: CO2-, Nd-YAG, diod-, skiv-, och fiberlaser för bearbetning samt HeNe för mättekniska ändamål.
Det hittills existerande antalet varianter av gaslasrar uppgår till över 250 och av fasta tillståndets lasrar finns det mer än 300. Därtill kommer hundratals olika halvledarlasrar (som mest används inom telekommunikation via optiska fibrer) och över hundra olika färgämneslasrar (vätskelasrar) som mest används inom vetenskaplig forskning och inom det medicinska området.
Den allra senaste diodlasern arbetar vid rumstemperatur och vid våglängden 430 nm, i det blåa området. Dess betydelse för optisk datalagring är enorm: Man kan med hjälp av den lagra 10 gånger mer data på optiska minnen.
Naturligtvis har laserns militära tillämpningar blivit talrika t ex som avståndsmätare, som "styrstråle" för luft- och pansarvärnsrobotar, telekommunikation mm.
Den hittillsvarande utvecklingen är enligt samstämmiga bedömare i ledande industrinationer bara början på en helt ny framtida tillverkningsindustri där olika lasrar kommer att få avgörande betydelse.
Frågor skickas till: Hans 20091008
