Лазерные технологии что это

ЛА́ЗЕРНАЯ ТЕХНОЛО́ГИЯ

Том 16. Москва, 2010, стр. 597

Скопировать библиографическую ссылку:

ЛА́ЗЕРНАЯ ТЕХНОЛО́ГИЯ, 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 Л. т. по­слу­жи­ло соз­да­ние пер­вых ла­зе­ров в нач. 1960-х гг. 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 Л. т. в разл. об­лас­тях нау­ки и тех­ни­ки. С по­яв­ле­ни­ем в 1980-х гг. пром. ла­зе­ров с вы­со­ки­ми зна­че­ния­ми мощ­но­сти и плот­но­сти энер­гии ла­зер­но­го лу­ча ста­ло воз­мож­ным при­ме­не­ние Л. т. для тер­мич. тех­но­ло­гич. опе­ра­ций в ма­ши­но­строе­нии, элек­трон­ной пром-сти и др. В Л. т. при­ме­ня­ют­ся твер­до­тель­ные (напр., на ит­трий-алю­ми­ние­вом гра­на­те и стек­ле с не­оди­мом) и га­зо­вые (на ди­ок­си­де уг­ле­ро­да, мо­ле­ку­лах азо­та) ла­зе­ры со ср. мощ­но­стью от еди­ниц до не­сколь­ких со­тен ватт, ра­бо­таю­щие в им­пульс­ном, им­пульс­но-пе­рио­ди­че­ском и не­пре­рыв­ном ре­жи­мах. На­уч. ос­но­вы Л. т. ба­зи­ру­ют­ся на свой­ст­вах ла­зер­но­го из­лу­че­ния, за­ко­нах пре­лом­ле­ния, по­гло­ще­ния и от­ра­же­ния све­та, а так­же за­ко­нах, со­глас­но ко­то­рым про­те­ка­ют тех­но­ло­гич. про­цес­сы в ка­ж­дой кон­крет­ной об­лас­ти. Напр., в тех­но­ло­ги­ях ла­зер­ной свар­ки и рез­ки на­ря­ду с оп­тич. за­ко­на­ми важ­ную роль игра­ют за­ко­ны те­п­ло­про­вод­но­сти, га­зо- и гид­ро­ди­на­ми­ки; в ин­фор­ма­ци­он­ных Л. т. – за­ко­ны рас­сея­ния, ин­тер­фе­рен­ции и ди­фрак­ции све­та.

Источник

10.2.2. Лазерная технология

Лазерная технология – это совокупность способов обработки, изменения состояния, свойств и формы мате­риала или полуфабриката, осуществляемых посредством лазерного излучения. В большинстве процессов лазерной технологии исполь­зуется термическое действие света, вызываемое поглощением энергии лазера в обрабатываемом материале. Эффектив­ность лазерной технологии обусловлена локальностью воздействия и высо­кой плотностью потока энергии лазерного излучения в зоне обработки, возможностью ведения технологических процессов в любой прозрачной среде (в вакууме, газе, жидкости, твёрдом теле), а также возможностью бесконтактной пода­чи энергии к зоне обработки в замкнутом объёме через прозрачные стенки или специальные окна в непрозрачной обо­лочке, что значительно облегчает выполнение требований, предъявляемых к чистоте технологических процессов.

Особенно большое значение имеет лазерная технология в производстве изделий электронной техники, так как она обеспечивает необходимую технологическую чистоту и высокую точность обработки, зачастую недостижимые при других способах воздействия на обрабатываемый материал (изделие). Наиболее часто используются лазеры на алюмоиттриевом гранате и лазеры на ниодимовом стекле, а также лазеры на углекислом газе со средней мощностью от единиц до нескольких сотен ватт.

Лазерная сварка позволяет соединять металлы и сплавы с сильно отличающимися теплофизическими свойствами. С по­мощью лазерной сварки можно получать высококачественные и высокопрочные соединения деталей из Ni, Мо, нержа­веющей стали, из материалов с высокой теплопроводностью (Cu, Ag, Al и сплавов на их основе), а также материалов, плохо поддающихся сварке другими способами (W, Nb). Плот­ность потока излучения на поверхности свариваемых дета­лей от 0,1 до 1 МВт/см 2 ; глубина проплавления достигает 0,05 – 2 мм (что позволяет получать надёжное соединение деталей толщиной 0,01 – 1,5 мм).

Используемое в электрон­ной промышленности оборудование для лазерной сварки обеспечи­вает энергию лазерного излучения в импульсе 0,1 – 50 Дж при длительности импульса 0,5 – 10 мс и диаметре светового пятна 0,05 – 1,5 мм. Производительность точечной сварки до 100 операций в минуту, шовной – до 1,5 – 2 метра в минуту (при глубине проплавления 0,5 мм). Наиболее эффективно при­менение лазерной сварки в труднодоступных местах кон­струкций, при соединении миниатюрных и легкодеформи­руемых деталей, при необходимости обеспечить минимальную зону термического влияния. Широко применяют лазерные установки для сварки деталей электровакуумных приборов, а также для герметизации корпусов интегральных схем, кварцевых резонаторов, миниатюрных конденсаторов и других изделий.

Сверление отверстий лазерным лучом возможно в любых материалах. Обычно для этого используют импульс­ные лазеры с энергией в импульсе 0,1 – 30 Дж при дли­тельности импульса 0,1 – 1 мс и плотности потока излучения в зоне обработки до 10МВт/см 2 и более. Максимальная произво­дительность достигается при сверлении отверстий однократ­ными импульсами большой энергии, однако точность обра­ботки таким способом невысокая (10 – 20 % от диаметра отверстия). Наибольшая точность обработки (1 – 5 %) дости­гается при воздействии на материал серией импульсов (многоимпульсный метод) относительно небольшой энергии (0,1 – 1 Дж) и малой длительности (0,1 – 0,5 мс). При таком режиме зона термического влияния мала (до 10 мкм) и возмо­жен активный контроль процесса обработки. Лазеры позво­ляют получать отверстия диаметром 0,003 – 1 мм.

В электронной промышленности лазерные установки при­меняют для сверления диафрагм электронно-лучевых при­боров, для обработки отверстий в подложках гибридных интегральных схем, для сверления деталей из керамики, ситалла, инстру­ментальных сталей и других труднообрабатываемых материа­лов.

Лазерная резка осуществляется как в импульсном, так и в непрерывном режиме, с поддувом в зону резки струи газа (чаще воздуха или кислорода). В производстве элект­ронных приборов импульсную лазерную резку применяют для разделения диэлектрических и полупроводниковых подложек толщиной 0,3 – 1 мм. Скорость резки в зависимости от толщины мате­риала и параметров излучения составляет 0,1 – 0,5 м/мин. Лазерную поверхностную резку успешно применяют для скрайбирования полупровод
никовых пластин; скорость скрайбирования при глубине прорези 0,05 мм достигает 250мм/с. Благодаря большей глубине получаемой прорези (канавки) лазерное скрайбирование по сравнению с обычным скрайбированием алмазным резцом обеспечивает значительно большую точ­ность разделения полупроводниковых пластин и способствует повышению выхода годных изделий.

Лазеры непрерывного действия применяют для резки хрупких изделий из стекла, ситалла и других материалов методом управляемого термического раскалы­вания (возникающая трещина развивается вслед за лазер­ным лучом). Скорость резки достигает 2– 3 м/мин при тол­щине материала до 3 мм. Управляемое термическое раскалы­вание применяется при резке стеклянных труб, листового стекла, ситалловых подложек интегральных схем и других.

Лазерное излучение применяют также при подгонке в номинал резисторов интегральных схем, для нарезки спиральных дискрет­ных резисторов, ретуши фотошаблонов и при других опера­циях. Наиболее часто для этих целей используют импульс­ные лазеры со средней мощностью излучения 5 – 15 Вт при частоте повторения импульсов 1 – 40 кГц и длительности 200 – 600 нс. Для особо точной обработки тонких плёнок применяют импульсные лазеры на азоте с длительностью импульса порядка 10 нс и импульсной мощностью более 10 кВт. С по­мощью таких лазеров можно удалять тонкие плёнки с поверхности подложек на участках размером в несколько микрометров при неровности обрабатываемого контура менее 1 мкм практически без какого-либо повреждения подложки.

Перспективными направлениями лазерной технологии в производстве изделий электронной техники являются:

· поверх­ностный отжиг полупроводниковых пластин с целью восстановления структу­ры их кристаллической решётки при ионном легировании;

· осущест­вление поверхностных химических реакций в полупроводниках для создания активных структур;

· получение р-n-переходов методом ло­кальной диффузии с лазерным нагревом;

· нанесение тонких металлических и диэлектрических плёнок путём лазерного испаре­ния;

· эпитаксиальное выращивание тонких полупроводниковых плёнок из паровой фазы и ряд других операций.

Источник

Развитие лазерных технологий в современном мире

Развитие лазерных технологий в современном мире, благодаря широте своего применения, практически не уступает по темпам роста охватившей в той или иной степени все основные сферы человеческой деятельности микроэлектронике. Это связано в первую очередь с уникальной способностью лазеров концентрировать световую энергию в пространстве. В связи с этим возникли различные направления, среди которых:

Стремительный спрос на лазеры отправляет в далекую историю множество аналоговых способов обработки материалов в производстве. Еще совсем недавно многие не имели ни малейшего представления о данной технологии. Сегодня она пользуется большой популярностью в России и в мире.

Настоящим технологическим прорывом можно считать использование энергии лазера в производственной сфере. Благодаря уникальным техническим свойствам возможности производственных предприятий значительно расширились. С помощью лазерного луча можно:

Лазерные технологии демонстрируют инновационный потенциал. Применение данной технологии часто приводит к значительному улучшению свойств продукта и является первым существенным шагом на пути к реализации новых продуктов, сокращению издержек на производствах.

Что такое лазер или лазерный источник

Лазер представляет собой чрезвычайно сконцентрированный световой поток, испускаемый синхронными источниками в узком направленном диапазоне. Такой инструмент состоит из специальной трубки, внутри которой размещен твердый кристалл. С обоих торцов она закрыта зеркалами: прозрачным и не полностью прозрачным. Под воздействием электрической обмотки атомы кристалла генерируют световые волны. Волны, перемещаясь от одного зеркала к другому, постепенно набирают интенсивность, достаточную для прохождения через не полностью прозрачное зеркало, преобразовывая полученную энергию в световой луч, поток фотонов высокой концентрации.

В процессе исследования природы и свойств лазеров были разработаны различные виды этих лучей. По состоянию исходного вещества они могут быть газовыми, жидкостными. Твердотельными или работающими на свободных электронах. В настоящее время имеется несколько способов получения лазерного луча, каждый из которых имеет свои особенности и отличия, благодаря чему они находят применение в различных отраслях промышленности.

Востребованность лазерного оборудования и технологий

Лазеры занимают значимое, а иногда даже и ключевое место в самых различных сферах. С внедрением современных технологий с каждым днем снижается стоимость оборудования, что оказывает огромное влияние на его распространение по всему миру. Высокий уровень оснащения качественным лазерным оборудованием сегодня является одним из основных критериев оценки высокого уровня индустриализации того или иного производства.

На данный момент лазерная индустрия считается одной из ведущих отраслей промышленности. Доля энергии, которую сегодня употребляет лазерная индустрия развитых стран, стремительно растет.

Причины успеха лазеров

Огромный успех лазеров основан в первую очередь на многочисленных преимуществах данной технологии. Основные аргументы в пользу их применения, которые в конце концов приводят к значительным сокращениям временных и финансовых затрат:

Лазеры имеют небольшие габариты, благодаря чему могут легко интегрироваться в различные производственные установки. Возможность настройки параметров обработки позволяет взаимодействовать с материалами различной толщины и плотности без заметных задержек. С помощью лазерного оборудования можно производить большие партии продукции, которая реализуется в максимально экономичной степени.

Сфера применения лазерных технологий и лазерных станков.

Сегодня лазерные технологии находят широкое применение в самых различных сферах промышленности. Востребованность их продолжает расти. Например, на данный момент практически вся современная электроаппаратура создается с массовым применением данных технологий под чутким технологическим контролем качества.

Доминирующей областью применения можно обоснованно считать лазерную резку. С появлением лазеров удалось достичь:

Популярным технологическим решением, используемыми для обработки листового и трубного проката, является лазерная сварка. Здесь наблюдается огромный потенциал увеличения производительности даже при работе с малыми и средними партиями продукции. Главными достоинствами такого вида сварки является высокая скорость производственного процесса, а также непревзойденное качество сварных швов. Необходимость дополнительной обработки в данном случае практически отпадает. Более того, одним из главных преимуществ лазерной сварки является минимальный перегрев околошовной зоны.

Раскрой металла, камня, пластика, дерева с помощью лазера, шовная и точечная сварка, гравировка, различная маркировка и другие виды лазерной обработки часто используются не только крупными приборостроительными и машиностроительными заводами, но и небольшими частными предприятиями и мастерскими, благодаря чему обеспечивается:

Лазерные технологии находят также свое применение в медицинской отрасли, военном деле и науке. Особенно востребованы лазеры для выполнения различных косметических, стоматологических, хирургических и офтальмологических операций. Такое решение является идеальным из-за незначительных размеров лазерного пучка и невероятно высокой скорости воздействия.

В строительной сфере лазеры используются для определения расстояния и выстраивания геометрии, а также для производства различных инструментов. Лазерные уровни можно увидеть сегодня практически в каждом строительном магазине. Это довольно востребованный инструмент, отличающийся невысокой стоимостью.

Все возможности лазеров не перечислить. Их существует невероятное количество и каждый год появляются инновации. С каждым днем такие технологии вытесняют другие малоэффективные и становятся незаменимыми. Лазеры используется:

Независимо от того, будет ли это медицина, исследования, приборостроение или телекоммуникации, лазеры давно стали неотъемлемой частью нашей жизни.

Применение лазеров позволяет удовлетворить самые разнообразные требования современной промышленности, а также получить огромную выгоду, несмотря на довольно высокую стоимость оборудования.

В нашем каталоге вы можете ознакомиться с ассортиментом станков для лазерной резки листового металла, лазерной резки труб, аппаратов лазерной сварки и лазерной очистки, а также многими другими лазерными станками ЧПУ.

Источник

Лазерные технологии

Лазерная техника и лазерные технологии – неотъемлемая часть научно-технического прогресса, инновационного производства, определяющего будущее большинства промышленных отраслей и сфер жизнедеятельности. Для передовых новых идей нужны молодые и инициативные специалисты, способные их реализовать.

Сферы применения лазеров

Лазерные технологии применяются повсеместно:

Программы подготовки

Подготовка по специальности «Лазерная техника и лазерные технологии» осуществляется в ВУЗах России (код 12.03.05) на базе полного среднего образования (11 классов).

Формы обучения: очная, очно-заочная и заочная.

Длительность подготовки по программам бакалавриата:

Курс обучения в магистратуре рассчитан на 2 года.

Абитуриенты сдают вступительные экзамены по следующим предметам:

Профильная подготовка по специальности ориентирована на доскональное изучение лазерных устройств и их компонентов, физических процессов, протекающих в них, современных технологий и сфер их применения.

Профильные дисциплины

Программа подготовки составлена так, чтобы студенты получили максимум теоретических знаний по профессии и смогли закрепить их на практике.

В перечне профильных дисциплин:

В процессе обучения студенты начинают самостоятельно разрабатывать электронику, системы разного предназначения, программное обеспечение, с помощью которого можно моделировать дальнейшую работу электронных лазерных устройств.

Учебную и производственную практику будущие специалисты проходят в учреждениях, деятельность которых непосредственно связана с оптико-электронными устройствами, центрах лазерных технологий, профильных НИИ или в университетских лабораториях, оборудованных всем необходимым для этого.

Чему научат?

Дипломированные специалисты по окончании ВУЗа смогут:

Кем работать?

Студенты ВУЗовских факультетов «Лазерные технологии» получают базовую инженерную подготовку. Полученные теоретические и практические знания позволяют им в дальнейшем выбрать узкое направление и сосредоточиться на нем.

Несколько профессий, где могут реализовать свой потенциал дипломированные специалисты:

Начинающие специалисты часто устраиваются наладчиками или технологами, помощниками в научные лаборатории, набираются практического опыта и двигаются дальше в карьере.

Опытные инженеры востребованы в медицине и других сферах, непосредственно связанных с проектированием, внедрением и обслуживанием сложных приборов и установок на основе лазеров.

Немалая часть выпускников видит себя в науке. Они трудоустраиваются в НИИ, частные исследовательские центры, остаются на кафедрах университетов.

Оплата труда зависит от должности, опыта и направления работы. Наладчик без стажа получает 20-25 тысяч рублей. Инженер-конструктор или проектировщик – 40-80 тысяч (в Москве зарплата выше). Научные центры за рубежом предлагают перспективным сотрудникам оплату в 5-7 раз выше.

Есть так называемые «профессии будущего» — наиболее востребованные, с более высокой оплатой.

Профессии будущего

Эксперты рынка труда называют эти направления наиболее перспективными: спрос на специалистов постоянно растет, в них заинтересованы как российские, так и зарубежные работодатели.

Инженер по лазерной технике и лазерным технологиям

Исследование, проектирование, создание и внедрение технологий – основная задача специалиста. Должностные обязанности также включают контроль за работой приборов, своевременное обслуживание и инженерное сопровождение.

Архитектор медоборудования

Архитекторы придумывают и проектируют инновационное медицинское оборудование, контролируют весь производственный цикл, начиная с изготовления деталей и сборки прибора и заканчивая его пуском/наладкой, вводом в эксплуатацию.

Архитекторам мало базовой инженерной подготовки – они должны знать основы медицины, свободно ориентироваться в медицинских материалах и специфике отрасли. При создании новых приборов и оборудования важны эргономические характеристики, практичность, дизайн, безопасность. Так что эстетический вкус будет преимуществом.

Инженер оптико-электронных приборов

В его должностные обязанности входит разработка оптики и оптической электроники, подготовка к производству приборов и систем, контроль на всех стадиях производства.

Инженер должен знать базовые элементы оптотехники, ориентироваться в материалах для их комплектации, отслеживать тенденции и потребности рынка, придумывать и реализовывать современные приборы, отвечающие им.

Исследователь-фотоник

Фотоники исследуют световое излучение в оптических элементах и сферы его возможного применения. Деятельность специфическая, но спектр ее применения широкий: полупроводниковые соединения и лазеры, высокоскоростная электроника, физика, волоконная оптика и другие.

Специалистов готовят следующие ВУЗы:

Источник

Виды технологий

Лазерные технологии (ЛТ) условно можно поделить на два вида. Первый выделяется тонкой фокусировкой луча и точнейшим дозированием энергии, слабой мощностью, как в импульсном, так и в беспрерывном режиме.

С помощью слабых лазеров была разработана технология сверления тоненьких отверстий в рубинах и алмазах и техника создания фильеров. Основная сфера применения слабых устройств связана:

В последнее время в одной из важных областей электроники — фотолитографии, без которой нереально представить создание сверхминиатюрных плат для печати, интегральных схем и иных изделий микроэлектронной техники, стандартные световые источники заменяются на лазерные.

Второй вид ЛТ базируется на использовании устройств со средненькой и большой мощностью: от 1кВт и выше. Мощные устройства применяются в таких энергоемких работах как:

При сварке металлов с помощью лазера достигается высочайшее качество шва и не требуется эксплуатация вакуумных камер. Мощная технология нашла свое место в автомобилестроении (машиностроении), судостроении, и промышленности стройматериалов. Она помогает не только улучшить качество обработки материалов, но и повысить технико-экономические показатели производства. Какой, бы не была модель лазера, главное, это мощность.

Способы использования

Лазерные технологии сейчас являются востребованными во многих сферах, особенно в промышленных. В науке лазерные устройства считаются важным инструментом в нелинейной оптике. Лазеры можно назвать чудом, ведь они подарили миру новый способ получения объемных изображений, который сейчас называют голографией. Особую роль эти устройства играют в медицине (в хирургии, онкологии, офтальмологии).

Факультеты, которые готовят специалистов в этой области, стали очень популярны, так как эта сфера имеет огромные перспективы.

Лазеры с легкостью могут сформировать маленькое пятно. В офтальмологии посредством лазеров выполняется ряд сложнейших операций, не нарушая целостности глазного яблока. Примером подобной операции считается коррекция зрения с помощью лазерных аппаратов. В онкологии лазеры нужны для выжигания различных опухолей.

В хирургии направленный луч света лазера эксплуатируется в качестве острого и чистого скальпеля, который помогает осуществлять бескровные манипуляции. Помимо этого, лазерно-магнитные аппараты применяются для лечения: кровоточащих ран, язв и иных повреждений. Лазерного типа технологии в Минске часто используются для обработки металлических изделий.

Лазер считается незаменимым устройством в процессе обработки металлов.

С помощью лазерного аппарата дарит можно выполнить много сложных технологических манипуляций. К примеру, просверлить узкие каналы в тугоплавких металлах, поработать над созданием пленочных микроскопических схем. К тому же лазеры работают намного быстрее других агрегатов, поэтому их чаще используют для крупных проектов.

Преимущества и функции

С помощью лазеров можно выполнить немало манипуляций. Современные ЛТ важны в микроэлектронике, где требуется сварка соединений. Плюсом лазера считается отсутствие механического контакта и возможность обработки недоступных элементов. Подобные аппараты также используются для локации и связи.

Достоинством устройств (если говорить кратко) считается узкое направление передачи и широкая полоса частотной пропускаемости. Лазерные измерительные гироскопы считаются главными элементами навигационной системы. Они имеют высочайшую точность, большой диапазон измерения угловых скоростей, свой небольшой дрейф.

Лазеры также можно использовать для определения скорости полетов.

Системы лазерного типа обеспечивают безопасность во время полета, связанную с увеличением точности посадочных систем. Сферы применения лазерных технологий велики и будут постоянно увеличиваться, следовательно, это направление будет развиваться и дальше.

Источник