Рабочая программа дисциплины Лазерные технологии и оборудование (стр. 2 )

  Тема 1. Введение  (2 час)

Цели и задачи дисциплины. Характеристика смежных  дисциплин ("Основы квантовой электроники", "Взаимодействие излучения с веществом"). Общая характеристика лазерных  технологий.  Характеристика технологических лазеров,  лазерных технологических установок и лазерных  технологических комплексов. Знакомство с разделами курса и литературой.

Тема 2.  Технологические лазеры.  Устройство, работа и параметры излучения  (36 час)

2.1 Газовые лазеры  (16 час)

  2.1.1. Типы разрядов и прокачки рабочей смеси газовых лазеров

  2.1.2. Электрические схемы импульсных газовых лазеров.

  2.1.3. Схемы и принципы предыонизации в газовых лазерах высокого давления.

  2.1.4. Эксимерные лазеры

  2.1.4.1 Механизм генерации, принцип работы, параметры.

  2.1.4.1 Эксимерные лазеры фирмы «LAMBDA PHYSIK»

  2.1.4.1 Эксимерные лазеры, созданные в ИСЭ СО РАН.

  2.1.5. СО2 лазеры

  2.1.5. 1. Механизм генерации, принцип работы, параметры

  2.1.5. 2. Схемы питания газового разряда непрерывного режима в СО2 лазерах.

  2.1.5. 3. CO2 лазеры с самостоятельным продольным разрядом. Типы, параметры.

  2.1.5. 4. Импульсно-периодические CO2 лазеры с поперечной накачкой. Типы, параметры.

  2.1.5. 5. Волноводные и щелевые CO2 лазеры, параметры, преимущества.

2.2. Твердотельные лазеры  (18 час)

2.2.1. Механизм генерации, принцип работы, типы, параметры

2.2.2. Элементная база. Лампы накачки импульсных и непрерывных ТЛ. Активные элементы твердотельных лазеров. Устройство квантрона твердотельного лазера. Зеркала резонаторов.

2.2.3. Элементы электрических схем ТЛ. Выпрямители;  индуктивно-  емкостные  преобразователи; преобразователи частоты (инверторы); накопители энергии; коммутаторы заряда и разряда.

2.2.4. Электрические схемы питания импульсно-периодического ТЛ. Схема зарядного контура накопителя. Активное и реактивное балластное сопротивление в ТЛ. Заряд-разряд накопителя (зарядный и разрядный коммутатор) в ТЛ. Схемы поджига импульсных ламп (внешний, внутренний) в ТЛ. Режим дежурной дуги. Разрядный контур в ТЛ. Электрические схемы питания ТЛ непрерывного действия.

2.2.5. Мощные твердотельные лазеры непрерывного режима. Промышленный технологический лазер ЛТН-103. Устройство, работа, параметры пучка.

2.2.6. Твердотельные лазеры с импульсной накачкой.  Импульсно-периодический лазер «КВАНТ-15»; лазер фирмы «LUMONIX»  JK-700. Схема, работа, параметры пучка.  Устройство и узлы лазера.

2.2.7. Представители лазеров «Квант». Области применения. Новейшие разработки.

2.2.8. Лазеры с диодной накачкой, волоконные лазеры.

2.3. Полупроводниковые лазеры  (2 час)

  2.3.1.Механизм генерации, принцип работы, типы, параметры.

  Тема 3.  Оптика лазерных пучков и лазерных технологических комплексов  (16 час)

3.1. Оптика лазерных пучков (свойства, формирование, транспортировка, преобразование)  (8 час)

  3.1.1. Оптика лазерных  пучков.  Ламбертовское  и  гауссово        приближение для пучков реальной  структуры;  габаритный фазовый объем пучка;

  3.1.2. Формирование пучка в резонаторе (плоскопараллельный, конфокалный, неустойчивый). Параметры пучка. Одномодовый и многомодовый режимы излучения. Гауссов пучок.

Энергетика излучения, угловая расходимость и яркость излучения.

  3.1.3. Транспортировка и фокусировка лазерных пучков, пределы фокусировки.

Особенности фокусировки пучка с помощью длиннофокусных объективов и линз; основные соотношения для фокусировки, коллимации и  транспортировки пучка;  схемы фокусировки с линзовыми и зеркальными  объективами, телескопические системы;  схемы манипуляции пучком; транспортировка пучка с помощью оптического волокна.

3.2. Элементная база ЛТУ, оптика лазерных технологических установок  (6 час)

  3.2.1. Типовая структурная схема ЛТУ

  3.2.2. Элементы энергетического (рабочего) канала. Линзовые и зеркальные объективы и их аберрационные характеристики; выбор фокусирующего объектива;  расщепители пучка, поворотные призмы  и  зеркала;  оптические клинья, бленды, визуализаторы -  экраны; световоды.

  3.2.3. Канал визуального наблюдения,  совмещения,  наводки, контроля и измерения результатов  процесса  обработки. Оптические системы визуального канала ( окулярные,  экранные, телевизионные ).

  3.2.4. Материалы окон, линз, зеркал.  Расщепители пучка, поворотные призмы  и  зеркала;  оптические клинья.

3.3.  Техника безопасности при работе с ТЛ и ЛТУ  (2 час)

Тема 4.  Применение лазеров в технологических процессах и устройствах  (20 час)

4.1. Технология лазерной обработки материалов  (6 час)

  4.1.1.  Нагрев металла лазерным излучением. Критические потоки для плавления, испарения и плазмообразования.

  4.1.2.  Лазерная закалка. Особенности лазерной закалки; температурный профиль нагрева при лазерном воздействии  на поверхность и  глубина закалки;  схема ЛТУ с манипулятором изделия для лазерной закалки. Недостатки, преимущества, перспективы.

  4.1.3. Лазерная наплавка и легирование металлов (основная идея метода, преимущества и недостатки по сравнению с закалкой). Перспективы.

  4.1.4. Лазерная сварка. Сварка лазерным импульсом тонких пластин встык и внахлест; сварка толстых пластин непрерывным излучением; связь между параметрами лазерного пучка, глубиной и шириной сварочного шва;  схема ЛТУ с манипулятором изделия для лазерной сварки. Недостатки, преимущества, перспективы.

  4.1.5. Лазерная резка. Резка металлов и сплавов; газолазерная резка; расчетные соотношения для режимов резки; лазерная резка диэлектриков; ЛТУ с зеркальным манипулятором лазерного пучка для газолазерной резки. Преимущества, перспективы.

  4.1.6.  Сверление отверстий в металлах и диэлектриках одиночным импульсом. Связь между энергией импульса и глубиной отверстия; пробивка отверстия серией импульсов; ЛТУ с оптоволоконным манипулятором пучка для прошивки отверстий и перфорирования. Перспективы.

Применение лазерных установок в навигации  (2 час)

  Лазерные дальномеры и локаторы; лазерный гироскоп; функциональные схемы локаторов и гироскопов; разрешающая способность и точность измерений.

Лазерные измерители малых толщин и микроперемещений  (2 час)

  Лазерный интерферометр; амплитудные методы;  измерение  перемещений и микровибраций.

  Лазерная связь  (2 час)

  Открытые и закрытые линии связи; Преимущества оптической связи; простейшая схема световодного канала связи; световоды и устройства согласования; пропускная способность одномодовых и многомодовых кварц-полимерных волокон; потери в световодах; световодные жгуты.

  Лазерные установки в энергетике и военном деле  (4 час)

  4.5.1.  Лазерный управляемый термоядерный синтез (УЛТС);  физическая модель УЛТС; нагрев мишени; схема и параметры ЛТУ для УЛТС; лазерное разделение изотопов; передача электроэнергии на большие расстояния лазерным лучем.

  4.5.2. Лазерные установки военного назначения; системы наведения и целеуказания; лазерное оружие; программа СОИ.

4.6.  Лазерные установки в медицине  (2 час)

       Лазерная диагностика и терапия; механизм лазерной сварки биоткани;  испарение ткани сфокусированным пучком;  лазерная хирургия.

4.7.  Лазерное возбуждение химических реакций в энергетических материалах  (2 час)

  Энергетические пороги и кинетика зажигания. Механизмы зажигания порохов и пиротехнических составов, зажигание ультрадисперсных порошков металлов; механизмы зажигания инициирующих взрывчатых веществ; инициирование бризантных ВВ. Устройство лазерного дистанционного подрыва зарядов через оптическое волокно.

  Тема 5. Оборудование для лазерных технологий  (6 час)

5.1. Состав лазерного технологического оборудования.  (1 час)

ТЛ,  лазерные технологические установки ( ЛТУ ) и  лазерные технологические комплексы ( ЛТК ).

5.2. Универсальные ЛТК  (2 час)

5.2.1. ЛТК с манипулятором изделий. Двухкоординатные системы линейного перемещения;  ротационные системы.

5.2.2. ЛТК с манипулятором оптики.  Двухкоординатные портальные (мостовые) системы;  системы  с вращением оптики; системы со сложной траекторией оптики; автоматизированные ЛТК типа лазер - робот.

  5.3. Промышленные образцы ЛТК  (3 час)

5.3.1.  ЛТК  на  базе  непрерывных  твердотельных лазеров  для  обработки  материалов  (резка, сварка,  термоупрочнение). 

5.3.2.  ЛТК на базе импульсных YAG        - лазеров. ЛТУ на базе лазера "Квант - 15" ( СССР  ) для резки, сварки, размерной обработки и термоупрочнения; установка "Квант - 60" ( СССР ) для маркировки; ЛТК фирмы "LUMONICS" на базе лазера JК -  700

5.3.3.  ЛТК на базе СО2 - лазеров.

                 

  3.  Цели и темы практических занятий по дисциплине

Целью проведения практических занятий является:

изучение конструкции и параметров излучения лазеров и лазерных технологических установок;

-  усвоение основных терминов дисциплины;

-  приобретение навыков расчета преобразования лазерных пучков с помощью технологических объективов, оценки результатов воздействия лазерного излучения на различные материалы, расчета энергетических режимов лазерных технологических операций;

       - приобретение навыков выбора модели лазера и типа  канала транспортировки и канала  для конкретной технологической операции, в том числе навыков, необходимых для выполнения курсовой работы. Все занятия двухчасовые.

         Занятия проводятся в форме решения задач, ответов на вопросы по изученному материалу, обсуждения отдельных вопросов. Студентам выдаются необходимые материалы (методические  пособия, справочная литература, перечни вопросов для самоконтроля и контроля). На практических же занятиях проводятся контрольные работы, результаты которых являются основанием для рейтинговой оценки.