ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.............................................................................................................3
ЧАСТЬ I ЛАЗЕРЫ В ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
Введение к части I...................................................................................................5
Глава 1 Измерение расстояний............................................................................7
1.1. Лазерная дальнометрия......................................................................................7
1.2. Триангуляционный метод................................................................................10
1.3. Времяпролетный импульсный метод...............................................................12
1.3.1. Различные типы импульсных лазерных дальномеров...........................18
1.4. Метод фазового сдвига.....................................................................................21
1.4.1. Бытовые фазовые дальномеры................................................................23
1.5. Метод модуляции частоты...............................................................................24
1.6. Интерферометрические методы измерения расстояний..................................27
Глава 2 Получение объёмных изображений...........................................................31
2.1. 3D-сканеры на основе «структурированного света».......................................31
2.2. Лазерные сканеры с механической разверткой...............................................33
2.3. Сканирующий лидар для получения информации в режиме реального времени............................................................................34
2.3.1. Лазерное сканирование в геодезии и картографии................................35
2.3.2. Батиметрия - зондирование дна водоемов.............................................39
2.4.Флэш-лидары.....................................................................................................43
Глава 3 Оптические методы измерения скорости...........................................47
3.1. Расчёт скорости по измерению расстояния до объекта...................................47
3.2. Доплеровские методы измерения скорости.....................................................48
3.2.1. Доплеровские лидары.............................................................................48
3.2.2. Лазерная доплеровская анемометрия.....................................................49
3.3. Метод цифровой трассерной визуализации.....................................................50
3.4. Оптические гироскопы.....................................................................................52
3.4.1. Сравнение гироскопов различных типов...............................................52
3.4.2. Принцип действия оптических гироскопов............................................54
3.4.3. Основные характеристики гироскопов...................................................55
3.4.4. Кольцевой лазерный гироскоп...............................................................56
3.4.5. Волоконно-оптический гироскоп...........................................................59
Глава 4 Метрология времени, частоты и длины.............................................65
4.1. Оптический эталон длины................................................................................65
4.2. Оптические методы измерения времени..........................................................66
4.3. Единый эталон единиц времени-частоты-длины.............................................68
ЧАСТЬ II ЛАЗЕРЫ В ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
Введение к части II...............................................................................................72
Глава 5 Оптические каналы связи.......................................................................73
5.1. Передача данных в оптическом диапазоне......................................................73
5.1.1. Проблемы электроники при передаче сигнала на большие расстояния....73
5.2. Линии связи с открытой оптикой.....................................................................75
5.2.1. Наземные (атмосферные) оптические каналы связи..............................76
5.2.2. Космическая лазерная связь...................................................................79
5.2.3. Подводная оптическая связь...................................................................80
5.3. Волоконно-оптические системы связи.............................................................83
5.3.1. Принцип работы оптического волокна...................................................84
5.3.2. Дисперсия и затухание, типы оптически волокон..................................87
5.3.3. Волоконные усилители...........................................................................92
5.3.4. Перспективы развития............................................................................97
Глава 6 Хранение и обработка информации................................................. 101
6.1. Запись и хранение данных.............................................................................. 101
6.1.1. Лазерные диски..................................................................................... 102
6.1.2. Голограммы........................................................................................... 106
6.2. Оптическая обработка информации............................................................... 108
ЧАСТЬ III ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Введение к части III............................................................................................ 124
Глава 7 Поверхностная лазерная обработка....................................................... 125
7.1. Основные методы лазерной поверхностной обработки................................. 125
7.1.1. Операции, применяемые в лазерной поверхностной обработке......... 127
7.1.2. Установки для лазерной поверхностной обработки............................. 129
7.2. Лазерная маркировка и гравировка................................................................ 130
7.2.1. Принцип работы.................................................................................... 131
7.2.2. Способы лазерной маркировки и гравировки...................................... 131
7.2.3. Лазеры для маркировки и гравировки.................................................. 132
7.3. Лазерная микрообработка.............................................................................. 133
7.3.1. Операции, применяемые в лазерной микрообработке......................... 134
7.3.2. Лазеры для микрообработки................................................................. 136
7.3.3. Методы лазерной микрообработки....................................................... 136
7.4. Лазерная фотолитография.............................................................................. 139
7.4.1. Основные принципы действия............................................................. 139
7.4.2. Лазеры для фотолитографии................................................................. 143
7.5. Лазерная очистка поверхности....................................................................... 144
7.5.1. Основной принцип................................................................................ 145
7.5.2. Основные механизмы лазерной очистки.............................................. 149
7.5.3. Оборудование для лазерной очистки.................................................... 150
Глава 8 Глубокая лазерная обработка............................................................ 155
8.1. Основы лазерной глубокой обработки........................................................... 155
8.2. Лазерная резка................................................................................................ 156
8.2.1. Основной принцип................................................................................ 156
8.2.2 Способы лазерной резки........................................................................ 157
8.2.3. Устройство станков для лазерной резки............................................... 159
8.3. Лазерная сварка.............................................................................................. 161
8.3.1. Лазеры, используемые для сварки........................................................ 163
8.3.2. Преимущества лазерной сварки........................................................... 164
8.4. Лазерное сверление.................................................................................. 164
8.4.1. Основные принципы............................................................................. 165
8.4.2. Способы лазерного сверления.............................................................. 165
8.4.3. Лазеры, используемые для сверления.................................................. 167
8.4.4. Преимущества лазерного сверления..................................................... 168
Глава 9 Лазерные аддитивные технологии..................................................... 171
9.1. Основные принципы и виды аддитивных технологий.................................. 171
9.2. Спекание пластиковых материалов................................................................ 175
9.3. Спекание металлических материалов............................................................ 177
9.4. Аддитивные технологии в авиа- и ракетостроении...................................... 180
9.5. Преимущества аддитивных технологий......................................................... 185
ЧАСТЬ IV ЛАЗЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Введение к части IV............................................................................................ 188
Глава 10 Принципы лазерного зондирования................................................... 189
10.1. Методы дистанционного лазерного зондирования...................................... 189
10.2. Схемы лидаров............................................................................................. 192
10.3. Лидарное уравнение..................................................................................... 197
10.4. Решение лидарного уравнения.....................................................................200
10.4.1. Метод логарифмической производной.............................................201
10.4.2. Метод Клетта.....................................................................................201
Глава 11 Зондирование атмосферных аэрозолей.........................................205
Глава 12 Контроль химического состава атмосферы....................................217
Глава 13 Измерение метеорологических параметров атмосферы.............231
13.1. Лидары для диагностики ветровых полей....................................................232
13.1.1. Принцип измерения скорости ветра.................................................232
13.1.2. Методы лидарного измерения скорости ветра.................................233
13.2. Когерентные доплеровские лидары.............................................................235
13.2.1. Лидар Windcube................................................................................236
13.2.2. Лидар ZephIR....................................................................................237
13.2.3. Лидар Gallon......................................................................................241
13.2.4. Лидар WindTracer..............................................................................241
13.3. Российские когерентные доплеровские лидары..........................................244
13.4. Доплеровские лидары с прямым детектированием.....................................251
13.5. Лидар для контроля облачности и динамики приземного слоя...................259
ЧАСТЬ V ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МЕДИЦИНЕ
Введение к части V..............................................................................................272
Глава 14 Воздействие света на биоткани..........................................................273
14.1. Физические процессы...................................................................................273
14.2. Виды воздействия света на биологические ткани........................................276
14.3. Эффекты воздействия лазерного излучения на биоструктуры....................279
14.3.1. Фотохимические эффекты................................................................281
14.3.2. Фототермические эффекты...............................................................281
14.3.3. Фотомеханические эффекты.............................................................283
Глава 15 Лазерная медицинская диагностика................................................286
15.1. Диагностика in vivo и in vitro.......................................................................286
15.2. Преимущества лазерной диагностики..........................................................287
15.3. Методы оптической диагностики in vivo.....................................................288
15.3.1. Визуализация в оптическом диапазоне.............................................288
15.3.2. Оптическая когерентная томография...............................................291
15.3.3. Конфокальная визуализация.............................................................294
15.3.4. Флуоресцентная спектроскопия и визуализация..............................296
15.3.5. Рамановская спектроскопия..............................................................298
Глава 16 Лазерные лечебные технологии........................................................302
16.1. Физиотерапия низкоинтенсивным лазерным излучением..........................302
16.2. Фотодинамическая терапия..........................................................................304
16.2.1. Основные факторы, влияющие на ФДТ............................................304
16.2.2. Применение ФДТ..............................................................................305
16.2.3. Инструменты и приборы для фотодинамической терапии..............307
16.3. Общая и сосудистая хирургия......................................................................308
16.3.1. Хирургия ЖКТ, остановка кровотечений.........................................308
16.3.2. Лазерное лечение онкологических заболеваний..............................309
16.3.3. Эндовазальная лазерная коагуляция (ЭВЛК)...................................310
16.3.4. Лазерная ангиопластика....................................................................311
16.4. Дерматология................................................................................................313
16.4.1. «Винное» пятно.................................................................................314
16.4.2. Пигментные пятна и татуировки......................................................315
16.4.3. Лазерная эпиляция............................................................................316
16.4.4. Лазеры для дерматологии.................................................................317
16.5. Офтальмология.............................................................................................318
16.5.1. Рефракционная хирургия..................................................................319
16.5.2. Лечение глаукомы.............................................................................321
16.5.3. Хирургия катаракты..........................................................................322
16.5.4. Лечение отслоения сетчатки (ретинопексия)...................................324
16.5.5. Лечение пролиферативной диабетической ретинопатии.................324
16.6. Лазерная стоматология.................................................................................326
16.6.1. Лечение кариеса................................................................................326
16.6.2. Лазеры для стоматологии..................................................................327
ЧАСТЬ VI ВОЕННЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЛАЗЕРОВ
Введение к части VI............................................................................................334
Глава 17 Оценки воздействия лазерного излучения.....................................335
17.1. Воздействие на элементы ракетно-космических систем.............................335
17.2. Воздействие на элементы конструкций БПЛА............................................338
17.3. Воздействие на мины и боеприпасы............................................................340
17.4. Воздействие на органы зрения.....................................................................341
17.5. Точность прицеливания................................................................................343
17.6. Учет расходимости лазерного излучения в атмосфере...............................344
Глава 18 Лазерные системы поражения............................................................351
18.1. «Стратегические» лазерные системы...........................................................352
18.2. Разработка и испытания лазерных систем...................................................352
18.3. «Тактические» лазерные системы................................................................359
18.4. Вспомогательные лазерные системы направленного действия...................365
18.5. Нелетальное лазерное оружие......................................................................366
Глава 19 Конструктивные схемы лазерных систем.......................................370
19.1. Мобильные лазерные комплексы.................................................................370
19.2. Системы формирования и наведения луча...................................................375
19.3. Системы слежения и управления лазерным лучом......................................378
Глава 20 Лазерные инструменты.........................................................................383
20.1. Способы высокоточного наведения снаряда на цель..................................383
20.2. Целеуказатели для стрелкового оружия.......................................................384
20.3. Высокоточное наведение ударных боеприпасов.........................................385
20.4. Целеуказатели для наземных систем высокоточного оружия.....................392
20.5. Авиационные оптико-электронные системы (ОЭС)....................................394
20.6. Бесконтактные лазерные датчики................................................................397
20.7. Средства электрооптического противодействия (СЭОП)............................401
20.7.1. Приборы для обнаружения оптических и электрооптических устройств...................................401
20.7.2. Виды систем электрооптического противодействия........................403
Глава 21 Лидары (лазерные радары)....................................................................407
21.1. Трехмерная лазерная локация с использованием матричных приемников......................................407
21.2. Компенсация помехи обратного рассеяния..................................................409
21.3. Лазерное сканирование................................................................................412
21.4. Ладарные системы наведения (ЛСН)...........................................................417
21.5. Лидарные комплексы дистанционного зондирования атмосферы.............418
21.6. Лазерное обнаружение подводных объектов...............................................423
ЧАСТЬ VII ПЕРСПЕКТИВЫ ЛАЗЕРНОЙ ТЕХНИКИ
Введение к части VII...........................................................................................432
Глава 22 Лазеры и развитие научных исследований......................................433
22.1. Спектральные и временные диапазоны микропроцессов............................433
22.2. Фемтосекундные лазерные импульсы..........................................................435
22.2.1. Фемтохимия......................................................................................435
22.2.2. Фемтобиология..................................................................................438
22.3. Аттофизика...................................................................................................442
22.4. Лазерное охлаждение атомов.......................................................................445
Глава 23 Лазеры и развитие технологий...........................................................450
23.1. Лазеры в космосе..........................................................................................450
23.1.1. Борьба с космическим мусором и астероидной опасностью...........452
23.1.2. Энергоснабжение космических аппаратов.......................................457
23.2. Лазеры в энергетике.....................................................................................461
23.2.1. Лазерный термоядерный синтез.......................................................462
23.2.2. Лазеры в солнечной энергетике........................................................468
23.3. Лазеры в нанотехнологиях...........................................................................472
23.4. Комплексирование лазерных технологий....................................................477
23.4.1. Комплексирование радио- и лазерных систем.................................477
23.4.2. Метеорология....................................................................................478
23.4.3. Автомобили нового поколения.........................................................481
23.4.4. Квантовые радары.............................................................................483
23.4.5. Обработка материалов......................................................................484
Послесловие.........................................................................................................490
Приложение
Лазерная безопасность........................................................................................491
П. 1 Повреждения, вызванные лазерным излучением...........................................491
П. 2 Определение класса опасности лазера...........................................................492
П. 3 Требования к изготовлению лазерных изделий.............................................499
П. 4 Знаки и надписи..............................................................................................501
П. 5 Средства индивидуальной защиты.................................................................503
П. 6 Пример определения ПДУ..............................................................................504
П. 7 Перечень государственных стандартов
и других нормативных документов...............................................................506
П. 8 Некоторые характеристики лазерной безопасности......................................509
(Под редакцией А.С. Борейшо ”Лазеры: применения и приложения (Учебное пособие)” 2016)