Цели и задачи дисциплины

Введение в специальность «Лазерно-световые технологии и оптоэлектроника»
1-лекция
Тема: Цели и задачи дисциплины
«КОРНИ» И «ПЛОДЫ» ЛАЗЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
«Материк» лазерных технологий (рисунок), на котором «произрастают» различные конкретные процессы, базируется на трех китах, изображенных на рисунке — лазерах, оптике и взаимодействии излучения с веществом.
Для разработки любого конкретного процесса лазерных технологий надо решить 3 задачи:
1) Какие свойства взаимодействия (действия) лазерного излучения с (на) веществом должны быть выбраны для достижения цели (резонансные – нерезонансные, поглощение–рассеяние, фото – или термопоглощение, нагревание, закалка, плавление, размягчение, испарение, разложение, коагуляция и т.д.).
Решить этот вопрос, вероятно, наиболее важная часть разработки. Эти знания должны дать возможность сделать обоснованные предложения для выбора лазерного источника (задача 2) и оптической системы (задача 3), а также снизить реальные затраты времени на эксперимент и средств на разработку всего процесса (потому что «хорошая теория — это весьма выгодная вещь!»).
2) Какой тип лазерного источника нужно использовать для достижения поставленной цели (длина волны, режим операции — непрерывный или импульсно–частотный, мощность, продолжительность импульса, поперечное распределение энергии в пучке, когерентность, монохроматичность, поляризация, и т.д. с учетом надежности, устойчивости процесса и его стоимости? И как рассчитать и проверить эти параметры?
3) Какие требования к поперечной и продольной форме пучка следует предъявить и какие оптикомеханические, оптикоэлектронные, и.т.п. системы необходимы для решения поставленной задачи? Т.к оптический пучок при лазерной обработке — это инструмент, то он должен быть соответствующим образом организован во времени и пространстве. Оптические системы: линзы, объективы, зеркала, электромеханические, акустооптические, оптикомеханические сканеры и системы, управляющие диафрагмами, определяют размеры и форму (размер пятна в фокусе, форму
поперечного сечения, форму каустики) лазерного луча.
Специальная оптика, оптикомеханические, оптикоакустические, электрооптические и другие модуляторы могут регулировать длительность воздействия. Одновременно приходится решать задачи передачи лазерной энергии (в свободном пространстве или по оптоволокну, и т.д.) и его коллимации, фокусировки или проецирования пучка и т.д.
Этот подход, основанный на многолетнем опыте разработок систем и процессов различных лазерных технологий, реализован и в предлагаемом опорном конспекте, где вслед за рассмотрением некоторых характерных примеров применения лазерных технологий основное внимание уделено:
-физическим процессам при лазерной обработке материалов,
-параметрам технологических лазеров и лазерного излучения, и
- оптическим системам лазерной обработки.
Заметим, что рассмотрение этих вопросов до и применительно почти к любой лазерной технологии, будь то резка металлов или обработка тонких пленок, приварка отслоившейся сетчатки глаза или лечение кариеса зубов, очистка скульптур или создание трехмерных изделий является важнейшим этапом разработки процесса.
На основе ежегодных «Обзоров и прогнозов рынка лазерных технологий», публикуемого в журнале “Laser focus world” рассмотрены основные направления развития лазерных технологий.
Для правильного понимания места лазерных технологий и их роли в современном обществе (не только промышленности, но и медицинe, информационном секторе, связи, оборонном секторе, а также в других сферах жизни) приведем, в частности, перечень основных критических технологий и сравнительный уровень их развития в мире и в России (по версии Минобороны России, 2005 г.).

Перечень основных критических технологий и уровень их развития в разных странах.

Хотя приведенная схема, на наш взгляд, не вполне отражает современное положение вещей, тем не менее, из нее можно сделать два важных для нас вывода:

1) лазерные технологии относятся к списку критически важных для независимого развития государства, и 2) уровень развития лазерных технологий в России сравним с уровнем наиболее развитых стран.
Эти два обстоятельства необходимо иметь ввиду при оценке актуальности лазерных технологий и требований к уровню их разработки, а также при подготовке специалистов, бакалавров и магистров по лазерным технологиям и системам.
Таким образом, научно-техническое и образовательное направление «Лазерные технологии и системы» соответствует приоритетным направлениям развития науки, техники и технологий