1. Wstęp

Nazwę "laser" tworzą pierwsze litery angielskiego zwrotu określającego jego funkcję: "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", co w polskim tłumaczeniu definiuje laser jako wzmacniacz światła (promieniowania świetlnego) przez wymuszoną emisję promieniowania. Działanie lasera opiera się tak naprawdę na dwóch zjawiskach:

    • Emisji wymuszonej - to "sprowokowane zrzucenie" atomu ze stanu wzbudzonego do stanu podstawowego. Przejście to wywołuje foton zderzający się z atomem wzbudzonym, ale pod warunkiem, że energia kwantu fotonu jest równa różnicy energii atomu między stanem podstawowym, a wzbudzonym. Taki szczególny foton nazywamy fotonem rezonansowym, energia jego kwantu zależy od jego częstotliwości. W momencie zderzenia foton przyspiesza przejście atomu do stanu wzbudzenia i nie zostaje pochłonięty. W skutek czego wzbudzony atom emituje nie jeden, a dwa fotony - tzw. fotony spójne, czyli o tej samej częstotliwości i energii. Efektywność emisji wymuszonej zależy od ilości elektronów, które zostały wzbudzone w atomie przed zderzeniem z fotonem. Dlatego też ważne jest również aby przygotować jak najwięcej elektronów w stanie wzbudzonym.
    • W celu spotęgowania emisji wymuszonej stosuje się tzw.: inwersję obsadzeń - jest to zjawisko polegające na odwróceniu obsadzeń elektronów w atomie, czyli rozmieszczeniu większej ilości elektronów na poziomie wzbudzonym niż podstawowym. Ważne jest również, aby atom był stabilny na takim poziomie - tzw. metastabilność, co zależy od rodzaju substancji, z której jest wykonany. Przenoszenie elektronów ze stanu podstawowego do stanu wzbudzonego i metastabilnego określa się jako pompowanie optyczne. Wykonuje się je poprzez oświetlenie światłem substancji,

Przyjrzyjmy się teraz dokładnie kolejności procesów zachodzącym w laserze. Pamiętając, że jego głównym elementem jest substancja czynna (gaz, ciecz lub ciało stałe mogące przebywać w stanie metastablinym), której atomy emitują promieniowanie laserowe.

  • Pompowanie optyczne w laserze- oświetlamy substancję czynną światłem pochodzącym z np.: lampy błyskowej, reakcji chemicznych, wyładowania prądu w gazach, promieniowania innego lasera, albo też z tzw. rekombinacji w półprzewodnikach.
  • Atomy substancji czynnej znajdują się w stanie wzbudzenia - o charakterze metastabilności.
  • Kolejna porcja światłaskierowana na wzbudzone atomy powoduje emisję wymuszoną spójnego i równoległego promieniowania.
  • W tym momencie ogromną rolę spełnia budowa lasera oparta na zasadzie działania rezonatora - cylindryczna obudowa wokół substancji czynnej, zakończona z obu stron zwierciadłami (jedno jest półprzeźroczyste). Promieniowanie powstałe podczas emisji wymuszonej przechodzi przez cylindryczną obudowę, wzdłuż jej osi i odbija się na zmianę od zwierciadeł. W ten sposób ponownie przekazuje swoją energie substancji czynnej, która znów ulega emisji wymuszonej, co generuje jeszcze mocniejsze promieniowanie laserowe.
  • Po wielokrotnym powtórzeniu tego cyklu zjawisk, promieniowanie lasera jest idealnie równoległe, gdyż nierównoległe promienie, nie są wzmacniane między zwierciadłami i zostają odrzucone na boki.
  • Efekt końcowywszystkich procesów w laserze, to wiązka promieniowania o bardzo ważnych cechach - spójna (jednakowa częstotliwość), monochromatyczna (jeden kolor), równoległa i niosąca wielką energię cieplną. Długość fali promieniowania laserowego zależy od materiału z jakiego laser został wykonany.

Historia odkrycia lasera:

Już Albert Einstein analizując prawa promieniowania świetlnego przewidział zjawisko wymuszonej emisji. Jednak dopiero w roku 1940 uczony W. A. Fabrykant eksperymentalnie uzasadnił warunki jego otrzymania. W latach 1952 - 53 w USA niezależnie od siebie, nad skonstruowaniem wzmacniacza fal mikrofalowych pracowali Charles i Townes. Ale pierwsze takie urządzenie, noszące nazwę lasera, zostało zbudowane dopiero w 1954 roku. Prawdziwe odkrycie lasera o własnościach jakie znamy obecnie, zainicjowane zostało przez pomysł wykorzystania zjawiska wymuszonej emisji promieniowania elektromagnetycznego na zakres fal świetlnych. Z pierwszym projektem tego rodzaju urządzenia wystąpił w 1958 roku ponownie Townes wraz z innym fizykiem amerykańskim Arthurem L. Schawlowem. Dopiero kilka kolejnych prób doprowadziło ich do zbudowania czynnego lasera. W maju 1960 roku młody amerykański badacz Theodor H. Maiman z laboratorium Hughes Aircraft Company przedstawił światu swój model lasera rubinowego, w którym promieniowanie pochodzi z jonów chromu krystalicznego rubinu. Jego ogromna zaletą jest wytwarzanie niezwykle spójnej i monochromatycznej wiązki światła.

Wkrótce po laserze rubinowym, został zbudowany laser gazowy (z mieszaniną helu i neonu), a następnie w 1962 roku laser półprzewodnikowy i w 1963 roku laser cieczowy.

Promień lasera ma bardzo różnorodne zastosowania praktyczne - od medycyny, poprzez elektronikę, technologię wojskową, a nawet poligrafię.

2. Laser w medycynie

Odkrycie walorów promieniowania laserowego i sposobów jego zastosowania w technice i przemyśle, wpłynęło również na bardzo intensywne badania nad jego wykorzystaniem w medycynie.

a) Historia zastosowania laserów w medycynie

  • 1962 r. - pierwsze na świecie użycie lasera w medycynie - a dokładnie w dermatologii
  • 1963 r. - zespół naukowców z Katedry Podstaw Radiotechniki WAT pod kierunkiem prof. dr inż. Zbigniewa Puzewicza uruchomił pierwszy w Polsce laser na ciele stałym (rubinowy). Stał się on podstawą do zbudowanego w 1965 r. koagulatora okulistycznego i mikrodrążarki laserowej.
  • 1965 r. - pierwsze na świecie zastosowanie lasera CO2 w chirurgii
  • Od 1972 r. - początek powszechnego wykorzystywania laserów w medycynie światowej. Głównym impulsem do szukania nowych zastosowań lasera w medycynie stał o się pojawienie światłowodów. Umożliwiły one wprowadzenie wiązki laserowej do jam ciała oraz narządów jamistych.
  • 1976 r. - w Wojskowej Akademii Medycznej wykonano pierwsze zabiegi laryngologiczne z wykorzystaniem lasera rubinowego.
  • w latach 80. w Wydziałowym Instytucie Optoelektroniki WAT pod kierunkiem prof. dr inż. Zdzisława Jankiewicza zbudowano kilka aparatur wykorzystujących laser impulsowy Nd:YAG - m.in. lancet chirurgiczny do zabiegów w przednim odcinku oka oraz zestaw do chirurgii
  • 1986 r. - po raz pierwszy na świecie użyto lasera do rozbicia kamieni żółciowych.

Powstawanie pierwszych aparatur wykorzystujących lasery oraz sukcesy przeprowadzanych przy ich pomocy diagnoz, zabiegów i operacji wywołały lawinowy wręcz rozwój medycznej technologii laserowej. Większość istniejących laserów znalazło swoje zastosowanie w różnych działach medycyny, w zależności od długości fali emitowanego promieniowania oraz własności energetycznych. Obecnie laser jest jednym z najbardziej popularnym, a zarazem skutecznym narzędziem w diagnostyce, chirurgii i terapii różnego rodzaju schorzeń. Tak jak każdy z wynalazków, który znalazł swoje zastosowanie, tak i laser w ogromnym stopniu wpłynął na rozwój nie tylko techniki, ale również samej medycyny. Otworzył przed lekarzami nowe możliwości leczenia pacjentów, często nieinwazyjnie lub też ze znacznie mniejszym naruszeniem tkanek, niż w tradycyjnych metodach, a także z dużo większą dokładnością zarówno w diagnozie jak i operacjach. W połączeniu z intensywnym rozwojem technik komputerowych, współczesna aparatura medyczna stanowi potężne narzędzie, które wciąż się rozwija i udoskonala, w kierunku maksymalnej użyteczności i równoczesnej łatwości obsługi. Wiele schorzeń można leczyć tylko przy ich pomocy.

Z punktu widzenia medycyny laser ma "dwa oblicza". Jedno - niszczące dla tkanek, a drugie - stymulujące je do poprawnej pracy i rozwoju. Podział ten w głównej mierze zależy od energetyczności promieniowania lasera. Dlatego też w medycynie umownie przyjęto podział laserów na:

  • wysokoenergetyczne - stosowane głównie w chirurgii. Wykorzystuje się ich oddziaływanie termiczne do niszczenia lub usuwania tkanki poprzez cięcie, odparowanie lub koagulację.
  • niskoenergetyczne - w diagnostyce i terapii nowotworów (terapia fotodynamiczna), jak również wykorzystuje się ich oddziaływanie biostymulacyjne w tzw. biostymulatorach laserowych. Są to urządzenia o małej mocy - do kilkudziesięciu miliwatów i długości fali świetlnej od 630 do 1100 nm. Dzięki temu taka porcja promieniowania laserowego nie jest szkodliwa dla tkanek, a wręcz przeciwnie pobudza je i stymuluje ich metabolizm. Celem biostymulacji, jest wywołanie pozytywnej reakcji tkanki na naświetlanie jej odpowiednio dostosowanym promieniowaniem. Długość tego promieniowania odpowiada barwom od jaskrawej czerwieni do tzw. bliskiej podczerwieni. Taki zakres kolorów gwarantuje głębokie wnikanie promieniowania do tkanek i ich pozytywną reakcję na zastosowane naświetlanie. Światło, które wywołuje podatność tkanek na leczenie nazywamy światłem o barwach terapeutycznych. Laser jest najlepszym źródłem takiego światła. Gdyż może on je emitować nie tylko w części swego promieniowania, ale całościowo tworzy światło intensywne, monochromatyczne (jednobarwne), o kolorze odpowiednim dla rodzaju terapii. Właściwe stosowanie biostymulatorów laserowych jest w 100% bezpieczne i nieinwazyjne.

Istnieje wiele rodzajów biostymulatorów i wciąż powstają nowe. Wszystko dzięki ich szerokiemu i coraz bardziej popularnemu stosowaniu - między innymi w terapii bólu, w medycynie sportowej (rehabilitacja, traumatologia), dermatologii (przyspieszanie gojenia się ran, owrzodzeń, odleżyn, chorobowych zmian skórnych - trądzik, opryszczka; przeszczepy skóry), kosmetologii i chirurgii plastycznej, reumatologii (zapalenie stawów, zespół bolesnego łokcia i bólów krzyża, dyskopatia), stomatologii, ginekologii, urologii, neurologii, a nawet akupunkturze i wielu innych dziedzinach medycyny. Biostymulatory wykorzystują głównie lasery helowo-neonowe, a obecnie coraz częściej lasery półprzewodnikowe.

Oprócz korzyści jakie przynoszą biostymulatory, warto również pamiętać, że stosowane w nich promieniowanie nie jest szkodliwe, ale wręcz bardzo bezpieczne, gdyż nie zmienia naturalnej fizjologii tkanek, nie magazynuje się w nich, nie powoduje ogrzania tkanek nawet o 10C - w ogóle nie wywołuje efektów ubocznych.

b) Pozostałe typy laserów stosowanych w medycynie:

Ze względu na materiał aktywny:

  • lasery gazowe - na dwutlenku węgla (CO2), helowo - neonowe (He-Ne). Argonowe (Ar), kryptonowe (Kr).
  • cieczowe
  • na ciele stałym - na krysztale granatu itrowo-aluminiowego (Nd:YAG) domieszkowanego z neodymem Nd, erbem Er (laser erbowy), holmem (laser holmowy).
  • półprzewodnikowe - emitujące promieniowanie od czerwieni do podczerwieni.

Ze względu na sposób dostarczania promieniowania do tkanek:

  • lasery działania ciągłego - CO2, Nd:YAG, argonowy, kryptonowy, barwnikowy, półprzewodnikowy
  • lasery działania impulsowego - CO2 (impulsowy), Nd:YAG (impulsowy), Ho:YAG, Er:YAG, aleksandrytowy, KTP, ekscymerowy XeCl, ArF i KrF, barwnikowy (impulsowy), półprzewodnikowy (impulsowy).

Ze względu na moc promieniowania:

  • małej mocy (4-5 mW),
  • średniej mocy (6-500 mW)
  • dużej mocy (ponad 500 mW

c) Metoda laserowo indukowanej fluorescencji

Jest to metoda oparta na dobrze znanym zjawisku fluorescencji - czyli świecenia materii po wcześniejszym jej naświetleniu odpowiednim promieniowaniem. W medycynie metoda ta zrewolucjonizowała analizę stanu tkanek biologicznych w diagnostyce miażdżycy, kamicy nerkowej i moczowej oraz wczesnych faz nowotworów. Promieniowanie laserowe doprowadza się przy pomocy światłowodu do badanego obszaru, naświetlanie tkanek powoduje ich fluorescencję. Tkanki zaczynają świecić, emitując światło, które drugim światłowodem trafia do urządzenia, które analizuje jego widmo. Jeżeli dana tkanka jest chora, to ma znacznie zmienione widmo emisyjne. Widmo tkanek zależy od ilości i jakości występujących w różnych związkach barwników - tzw. fluoroforów. Zawierają je między innymi takie związki jak: endogenne porfiryny, melanina, beta-karoten, białka zawarte w elastynie i kolagenie, pochodne pirydoksyny. Dzięki temu można dokładnie stwierdzić jakie związki zawiera dana tkanka i które z nich nie są jej naturalnymi składnikami, a efektami zmian chorobowych. Metoda laserowo indukowanej fluorescencji jest bardzo bezpieczna, gdyż nie jest inwazyjna, a umożliwia wykrycie chorobowo zmienionych tkanek i sprecyzowanie rodzaju choroby.

(Światłowody stosowane są również w endoskopach i laparoskopach).

e) Ciekawe możliwości zastosowania laserowych urządzeń w medycynie

  • Bezbolesne leczenie zębów. Seria impulsów laserowych zastępuje uciążliwe i bolesne borowanie.
  • Udrożnienie zmienionych miażdżycowo naczyń tętniczych kończyn za pomocą lasera. Zabieg wykonywany nieinwazyjnie poprzez skórę.
  • W neurochirurgii stosuje się "kontaktowo" lancet laserowy, w którym promieniowanie laserowe doprowadzone światłowodem, nagrzewa do wysokiej temperatury odpowiednią końcówkę szafirową.
  • Nowoczesne mammografy laserowe, wykorzystujące nieinwazyjne promieniowanie przenikające głęboko przez tkankę.
  • Laserowa chirurgia refrakcyjna rogówki - korekta różnych wad wzroku przez modelowanie kształtu rogówki za pomocą promieniowania laserowego.
  • Prowadzone są też próby stworzenia "laski laserowej" dla ludzi niewidomych. Systemy laserowe montowane w takiej lasce miałyby za zadanie wysyłać promieniowanie w różne kierunki, a po napotkaniu przez nie przeszkody, sygnalizowanie jej wystąpienia za pomocą dźwięku lub wibracji.
  • Coraz szerzej wykorzystywane są lasery w kosmetyce, między innymi do depilacji i usuwania popękanych naczynek krwionośnych na skórze.

3. Laser w przemyśle

W przemyśle laser przyniósł rewolucyjne zmiany w technologii obróbki wielu materiałów, która dzięki jego użyciu stała się szybsza, bardziej precyzyjna i dużo wygodniejsza od metod tradycyjnych. Dodatkowym atutem stosowania laserów w przemyśle jest łatwość jego automatyzacji. Problemem jest tylko ciągle wysoki koszt inwestycyjny.

Laser znalazł swoje zastosowanie głównie do:

  • cięcia
  • spawania
  • znakowania
  • drążenia otworów
  • obróbki powierzchniowej
  • hartowania
  • wzbogacania warstwy przypowierzchniowej w składniki stopowe
  • nakładania warstwy przypowierzchniowej (natapianie)

a) Cięcie laserowe:

Jest to jedna z najlepszych metod termicznego dzielenia materiału, zarówno o wielkich powierzchniach, jak i maleńkich wymagających wielkiej precyzji. Zaletą cięcia laserowego jest przede wszystkim dokładność wykonania i brak konieczności dodatkowej obróbki ciętej powierzchni, przed kolejnym etapem jej przerobu. Taki efekt uzyskuje się, dzięki bardzo dokładnemu prowadzeniu lasera, teraz już najczęściej przy pomocy komputera - robota, oraz stosowaniu najlepszej jakości maszyn tnących o dużej odporności na wstrząsy i drgania.

Istotą cięcia laserowegojest to, że punkt po punkcie na powierzchni ciętego materiału wprowadza się duże dawki energii w postaci wysokoenergetycznego strumienia tnącego. Powoduje to w zależności od stosowanej metody cięcia: topienie, spalanie lub też sublimację usuwanej części materiału. Procesy te wywoływane zastosowaniem lasera, najczęściej wymagają również obecności bardzo czystego gazu technicznego. Stosuje się głównie tlen, mieszaniny tlenu, azot i argon. Gazy te w zależności od metody cięcia mogą spełniać następujące funkcje:

  • umożliwiają spalanie wzdłuż krawędzi cięcia, gdy promień laserowy swoją energią rozżarzy cięty materiał do temperatury zapłonu. Gazy wywołują wtedy również dodatkową energię cieplną(ok. 40% całej energii procesu cięcia), przyspieszającą znacznie cały proces oraz zwiększającą jego precyzję. Stosuje się do tego głównie: tlen lub mieszaniny tlenu, o ciśnieniu dostosowanym do rodzaju ciętej powierzchni - od 6 bar do 20 bar. Uzyskiwana prędkość cięcia jest bardzo wysoka - do 10m/min. Tlen jest stosowany głównie do cięcia stali niestopowych i niskostopowych, czasami również aluminium lub niemetali. Metodę cięcia, oparta na spalaniu ciętego materiału przez laser i gazy techniczne nazywamy metodą wypalania. Jest to najbardziej standardowa metoda cięcia, stosowana głównie do stali węglowych. Jej energochłonność w skali 1 - 100 pkt., szacuje się na 10 pkt. Do cięcia materiałów specjalnych, takich jak np. tytan używa się głównie argonu.
  • Powodują wydmuchanie materiału stopionego przez laser w czasie cięcia. W tej metodzie stosuje się jednak gaz obojętny, np. azot. Gaz ten nie wytwarza dodatkowej energii cieplnej i dlatego cała energia potrzebna do cięcia musi pochodzić z lasera. Konieczna jest więc, duża moc urządzeń, szersza średnica dysz wyprowadzających gaz oraz wysokie ciśnienie gazu. Metodę tę nazywamy cięciem przez topienie i wydmuchiwanie, a wykorzystuje się ją głównie do cięcia stali wysokostopowych, aluminium i niemetali - pleksiglas, PCV, PE, drewno, szkło, ceramika, papier, tekstylia itd. Metoda ta cechuje się energochłonnością ok. 20pkt.
  • Umożliwiają odparowanie w swojej atmosferze stopionego przez laser materiału. Metodę tę nazywamy cięciem przez odparowanie, jej energochłonność wynosi 40 pkt., a stosuje się ją głównie do cięcia materiałów nietopliwych - drewna i niektórych tworzyw sztucznych.

Inne metody cięcia laserowego, to:

  • generowanie pęknięć technicznych- stosowana głównie do cięcia materiałów o dużej kruchości, a przede wszystkim do szkła. Materiał pęka w wyniku naprężeń cieplnych wywołanych przez wiązkę promieniowania lasera. Energochłonność tego procesu - 1pkt.
  • zarysowanie - stosowane do płytek krzemowych i korundowych. Przy pomocy lasera wykonuje się tylko nacięcie lub kilka maleńkich otworków, a następnie materiał ulega mechanicznemu łamaniu wzdłuż utworzonych szczelinek. Energochłonność tej metody jest również bardzo niska i wynosi 1pkt.
  • tzw. "zimne cięcie"- stosuje się tę metodę do tworzyw sztucznych. Wymaga ona jednak użycia lasera ekscymerowego, który niszczy wiązania cząsteczkowe wzdłuż linii cięcia. Jest to najbardziej energochłonna metoda cięcia laserowego - 100pkt., czyli "max" w skali porównawczej energochłonności.

Wszystkie wyżej wymienione metody ciecia wykorzystują zogniskowaną wiązkę promieniowania laserowego.

Podsumowanie zalet cięcia laserowego:

  • cyfrowe sterowanie wiązki lasera zapewnia dokładność wykonania cięcia do 0,1mm
  • można wycinać dowolne kształty, o 100% powtarzalności
  • obszar cięcia sięgający do 4 000 x 2 000mm
  • gładkość ciętej krawędzi, niewymagającej dalszej obróbki
  • możliwość wycinania nawet z powierzchni szlifowanych bez niszczenia ich powierzchni (bezstykowość cięcia)
  • oszczędność materiału, ze względu na precyzję cięcia
  • krótki czas produkcji i obniżenie jej kosztów.

b) Spawanie laserowe

Spawanie laserowe polega na stapianiu obszaru styku łączonych przedmiotów ciepłem otrzymanym w wyniku doprowadzenia do tego obszaru skoncentrowanej wiązki światła koherentnego, o bardzo dużej gęstości mocy, ok. l02 do 1011 W/mm2 . Spawanie odbywać się może techniką z jeziorkiem spoiny, jak w klasycznym spawaniu łukowym, lub techniką z pełnym przetopieniem złącza, w jednym przejściu lub wielowarstwowo, bez lub z materiałem dodatkowym, czyli techniką z oczkiem spoiny. Bardzo duże gęstości mocy wiązki laserowej zapewniają, że energie liniowe spawania są na poziomie minimalnych energii wymaganych do stopienia złącza, a strefa wpływu ciepła i strefa stopienia są bardzo wąskie.

Jednocześnie odkształcenie złączy jest tak małe, że spawane przedmioty mogą być wykonywane na gotowo, a po spawaniu nie jest wymagana dodatkowa obróbka mechaniczna. Wyróżnia się lasery małej mocy, które są wykorzystywane w elektronice do spawania punktowego oraz lasery dużej mocy (powyżej 1,5 kW) pozwalające spawać z oczkiem. W przypadku spawania laserem nie jest potrzebna próżnia, ponieważ wiązka bez przeszkód przenika przez powietrze. Przez to spoina jest narażona na zanieczyszczenia i wymagane jest stosowanie gazów ochronnych. Do spawania używane są zarówno lasery CO2 jak i Nd:YAG.

Od wielu lat lasery Nd:YAG o mocy 100-500 W znajdują zastosowanie do spawania niewielkich elementów jak przyrządy medyczne, obudowy sprzętu elektronicznego. Lasery Nd:YAG dużej mocy często są wyposażane w tzw. miękką optykę i współpracują z robotami. Głównym obszarem ich zastosowania jest łączenie elementów karoserii samochodowych.

Zasada procesu spawania polega na lokalnym podgrzaniu materiału poprzez skupienie promienia. Wskutek parowania otrzymuje się kapilarę względnie oczko, którego średnica odpowiada 1,5 - 2 razy średnicy punktu skupienia. Zamknięciu się kapilary zapobiega ciśnienie oparów. Do spawania laserami CO2 najczęściej stosuje się gazy: Ar, N2, CO2 lub He, które wspomagają ten proces, dzięki nim można osiągnąć głębokość spoiny do 25mm, służą one jednocześnie do ochrony wytopu przed skutkami utleniania.

c) Znakowanie laserowe

Promienie laserowe są najnowocześniejszym narzędziem do niezwykle precyzyjnego i trwałego znakowania różnorodnych produktów o powierzchniach , metalowych, szklanych, skórzanych, plastikowych i ceramicznych. Znakowanie wykonuje się według różnych metod, np. poprzez:

  • usunięcie cienkiej warstwy farby z powierzchni przedmiotu, tak aby uzyskać żądany kształt i wydobyć kolor, który znajduje się pod warstwą zewnętrzną,
  • zmianę barwy pod wpływem zjawisk termofizycznych lub termochemicznych podczas stosowania promienia laserowego - zachodzą one albo dzięki stosowaniu różnych domieszek, albo też poprzez pokrywanie powierzchni przedmiotu specjalnymi rodzajami farb lub tlenków.
  • usuwanie wierzchniej warstwy materiału - tzw. grawerowanie.

Wyróżniamy również dwie technologie laserowego nanoszenia odpowiedniego wzoru na produkt:

  • naświetlanie przedmiotów poprzez specjalnie przygotowany szablon ze wzorem obrazu. Szablon wykonywany jest z metalu, przeważnie z miedzi, gdyż posiada ona właściwość bardzo dobrego odprowadzania ciepła. Niezogniskowana wiązka promieniowania lasera przechodzi przez szablon, a następnie przez układ ogniskujący i docelowo dociera do punktów powierzchni przedmiotu na odpowiedniej głębokości. (wiązka ogniskuje się poza powierzchnią przedmiotu znakowanego).
  • tzw. "system galwo". Zogniskowana wiązka promieniowania laserowego jest sterowana przy pomocy dwóch zwierciadeł bezpośrednio na powierzchnię znakowanego przedmiotu. Lustra te wykonują tzw. ruchy uchylne o częstotliwości sięgającej do 500Hz i to właśnie nim możliwe jest wykreślenie odpowiedniego kształtu. Ruch luster podlega bezpośredniej kontroli tzw. galwamotorów. Taki rodzaj technologii pozwala na bardzo precyzyjne (dokładność ok. 0,01 mm) znakowanie produktów szybko przemieszczających się np. po taśmociągu. Jeżeli jednak wygodniej jest aby przedmiot był nieruchomy w czasie znakowania, to jest to możliwe w zasięgu luster - na powierzchni do 300x300mm. W technologii galwamotorycznej używa się przeważnie laserów ciągłego działania Nd:YAG lub też impulsowych, o mocy do kilkuset watów, które emitują wiązkę o prędkości nawet do 100m/s. Całość obrazu powstaje z pojedynczych punktów lub linii.

Laserowe znakowanie produktów rozwinęło się obecnie na bardzo szeroką skalę, wciąż powstają nowe i coraz większe firmy, dal których znakowani jest podstawą działalności. Często też duże koncerny produkcyjne organizują wewnętrzne działy znakowania swoich towarów. Tworzy się specjalne systemy znakowania towarów, zarządzane kompleksowo przez komputer. Umożliwia to prowadzenie całego procesu począwszy od projektu graficznego, przez nanoszenie znakowania i kontrolę wszystkich jego etapów, aż po efekt końcowy. Do znakowania materiałów wykonanych z metali, tworzyw sztucznych, ceramiki, itp., używa się obecnie w ok. 90% laserów Nd:YAG. W laserach tych wzbudzanie energii wywołuje się poprzez diody i lampy, moc wyjściowa mieści się w przedziale 3 - 150 W, a prędkość wykonywania znaków sięga nawet do kilku metrów na sekundę.

W nieznacznym stopniu wykorzystywane są również lasery CO2, głównie do grawerowania szkła, drewna, skóry (ich moc wynosi od 10 do 50 W).

4. Laser w poligrafii

Stosowanie lasera w poligrafii przyniosło niesamowite efekty. Działanie najnowocześniejszych urządzeń poligraficznych opiera się właśnie na wykorzystywaniu lasera.

Przykładowe zastosowania:

  • w naświetlarkach filmów poligraficznych,
  • w naświetlarkach offsetowych form drukowych,
  • w naświetlarkach zintegrowanych z maszyną drukarską,
  • w druku cyfrowym.