Лазерные технологии с момента своего открытия широко применяются в самых разных отраслях науки и техники, а также в быту. Все мы пользуемся лазерными принтерами, лазерными указками, в магазинах используются считыватели штрих-кодов на основе лазерного луча. В медицине с помощью лазеров проводятся сложнейшие операции и многое другое.
Наш курс посвящен физическим основам лазерных технологий. Цель курса — дать глубокое понимание физических процессов, происходящих при взаимодействии мощного лазерного излучения с веществом и рассмотреть физические проблемы этого взаимодействия.
Применение знаний, полученных при изучении курса, будет способствовать повышению эффективности как существующих производств, так и внедрению лазерных технологических процессов в еще не охваченные области промышленности.
Курс включает два основных раздела:
1. Физические процессы, происходящие при взаимодействии мощного лазерного излучения с металлами, полупроводниками и диэлектриками;
2. Лазерные технологические установки и лазерные технологические процессы.
В этом курсе Вы:
• узнаете, что статистика Ферми-Дирака, которой подчиняются свободные электроны в металле, накладывает значительные ограничения на процесс поглощения лазерного излучения,
• откроете для себя многообразие физических процессов поглощения лазерного излучения полупроводниками,
• получат возможность оценить возможность реализации того или иного технологического процесса,
• научитесь правильно выбирать и составлять схему установки.
В рамках курса Вы познакомитесь не только с принципами работы различных технологических лазеров, но и с недостатками и преимуществами всех используемых активных элементов технологических лазеров, включая самые современные волоконные лазеры.
В качестве примера использования лазеров в технологии будет подробно рассмотрена современная лазерная технология в области электроники и создания интегральных схем. Весьма интересным представляется раздел лазерной химии, основанный на резонансном возбуждении атомов и молекул лазерным излучением. Здесь Вы получите новую информацию об уникальных возможностях лазерного излучения для разделения изотопов (включая разделение изотопов в атомной промышленности), получению особо чистых веществ и синтезу новых материалов.
По завершении этого курса Вы сможете:
1. объяснить, как проходит процесс взаимодействия лазерного излучения с металлами, полупроводниками и диэлектриками;
2. выбрать оптимальный тип технологического лазера для осуществления того или иного технологического процесса;
3. построить оптимальную схему лазерной технологической установки;
4. дать рекомендации для оптимизации того или иного технологического процесса;
5. дать рекомендации по внедрению лазерной технологии в различные производства.
Чтобы наиболее полно овладеть материалом курса, учащиеся должны знаниями основ физики твердого тела, лазерной физики, квантовой механики и статистической физики
Введение в лазерные технологии
Offered By
National Research Nuclear University MEPhI
Syllabus - What you will learn from this course
Week
1Введение в лазерные технологии
В этом модуле Вы познакомитесь с возможностями лазерного излучения, как уникального инструмента, позволяющего выполнять широчайший спектр технологических операций в самых различных областях промышленности, начиная от микро- и нано- электроники и заканчивая резкой и сваркой больших деталей в судостроении, авиастроении и космических технологиях. Будут введены понятия критических плотностей мощности и представлены схемы классификации лазерных технологических процессов.
1 video (Total 10 min), 1 reading, 1 quiz
1 video
1 reading
Введение20m
1 practice exercise
Тренировочный тест к модулю 110m
Взаимодействие мощного лазерного излучения с веществом
В этом модуле Вы узнаете, как происходят процессы передачи энергии мощного лазерного излучения металлам, какие ограничения накладывает статистика Ферми-Дирака на взаимодействие свободных электронов в металле с квантами света, получите оценку характерных времен взаимодействия.
2 videos (Total 18 min), 1 reading, 1 quiz
2 videos
Характерные частоты взаимодействия при поглощении лазерного излучения металлом9m
1 reading
Взаимодействие мощного лазерного излучения с веществом20m
1 practice exercise
Контрольный тест к модулю 210m
Механизмы поглощения лазерного излучения полупроводниками и диэлектриками
Этот раздел дает глубокое представление о различных механизмах взаимодействия лазерного излучения с собственными и легированными полупроводниками, а также с диэлектриками. Вы узнаете, какие энергетические параметры определяют характер взаимодействия квантов света с полупроводниками и диэлектриками.
3 videos (Total 14 min), 1 reading, 1 quiz
3 videos
Индуцированный металлический механизм поглощения2m
Диэлектрический механизм поглощения1m
1 reading
Механизмы поглощения лазерного излучения полупроводниками и диэлектриками15m
1 practice exercise
Контрольный тест к модулю 318m
Week
2Оптические свойства металлов
В этом модуле Вы узнаете, как описать оптические свойства металлов в параметрах комплексного показателя преломления. Вы получите представление о пространственно-временных характеристиках лазерного излучения как источника тепла, различных типах лазерных импульсов и узнаете, как получить необходимые параметры лазерных импульсов на практике.
2 videos (Total 12 min), 1 reading, 1 quiz
2 videos
Пространственно-временные характеристики лазерного излучения как источника тепла6m
1 reading
Оптические свойства металлов20m
1 practice exercise
Контрольный тест к модулю 410m
Процессы нагрева материалов при воздействии лазерного излучения
В этом модуле будут рассмотрены процессы нагрева материалов под действием лазерного излучения путем постановки и решения уравнения теплопроводности в аналитической форме в так называемом линейном приближении. Буду получены такие важные характеристики нагрева материала, как глубина температурного фронта, скорости нагрева и охлаждения, градиент температуры, значения критических плотностей мощности и др.
3 videos (Total 20 min), 1 reading, 1 quiz
3 videos
Решение уравнения теплопроводности8m
Задачи теплофизики при лазерном нагреве материала6m
1 reading
Процессы нагрева материалов при воздействии лазерного излучения15m
1 practice exercise
Контрольный тест к модулю 512m
Нелинейные случаи нагрева материала лазерным излучением
В этом модуле будут рассмотрены процессы нагрева материалов с учетом реально существующих нелинейностей первого, второго и третьего типов. Значительное внимание будет уделено изменениям, которые вносит учет зависимости поглощающей способности от температуры для умеренных и больших плотностей мощности лазерного излучения.
1 video (Total 9 min), 1 reading, 1 quiz
1 reading
Нелинейные случаи нагрева материала лазерным излучением20m
1 practice exercise
Контрольный тест к модулю 610m
Week
3Физические свойства лазерной плазмы
В этом модуле будет представлено описание процессов, возникающих при превышении порога плазмообразования, введены характеристики и свойства лазерной плазмы, описаны методы измерения температуры лазерной плазмы. В заключение раздела будут рассмотрены возможности использования лазерной плазмы в качестве источника рентгеновского излучения.
1 video (Total 9 min), 1 reading, 1 quiz
1 video
1 reading
Физические свойства лазерной плазмы20m
1 practice exercise
Контрольный тест к модулю 712m
Методы исследования взаимодействия мощного лазерного излучения с веществом
В этом модуле Вы узнаете, как измерить кинетические и динамические характеристики воздействия лазерного излучения на материалы. Будут описаны методы высокоскоростной фоторегистрации, измерения скоростей разлетающихся частиц, пара и плазмы, измерения зависимости давления на поверхности от времени, измерения оптических характеристик материалов и их изменения под действием мощных лазерных импульсов.
2 videos (Total 13 min), 1 reading, 1 quiz
2 videos
Экспериментальная установка. Исследование кинетических и динамических характеристик4m
1 reading
Методы исследования взаимодействия мощного лазерного излучения с веществом20m
1 practice exercise
Контрольный тест к модулю 816m
Week
4Лазерные технологические установки
В этом модуле Вы узнаете, из каких основных элементов состоит современная лазерная технологическая установка, освоите принципы фокусировки мощного лазерного излучения, правила оптимальной компоновки оптических энергетических систем. Здесь также будут обсуждены оптические материалы, прозрачные в области излучения СО2-лазеров, схемы построения зеркальных фокусирующих систем, параметры лазерных зеркал.
4 videos (Total 17 min), 1 reading, 1 quiz
4 videos
Принципы фокусировки лазерного излучения8m
Проекционный способ обработки поверхности2m
Оптические материалы в дальней инфракрасной области излучения3m
1 reading
Лазерные технологические установки30m
1 practice exercise
Контрольный тест к модулю 914m
Лазерные технологические установки на основе твердотельных лазеров
В этом модуле Вы узнаете, какие активные элементы применяются в современных технологических установках на основе твердотельных лазеров. Будут приведены сравнительные характеристики активных элементов на рубине, гранате, стекле. Будут обсуждены преимущества четырех-уровневой системы ионов неодима в сравнении с трех-уровневой системой ионов хрома. Будут представлены схемы квантронов с ламповой и диодной накачкой. Будут изложены принципы работы волоконных лазеров.
3 videos (Total 12 min), 1 reading, 1 quiz
3 videos
Твердотельные Nd:YAG-лазеры. Лазеры на стекле с Nd. Устройство квантрона. Ламповая и диодная накачка3m
Волоконные лазеры3m
1 reading
Лазерные технологические установки на основе твердотельных лазеров35m
1 practice exercise
Контрольный тест к модулю 1012m
Лазерные технологические установки на основе СО2-лазеров
В этом модуле Вы узнаете, как создается инверсная населенность в энергетической системе уровней СО2 молекул, чем определяется к.п.д. СО2-лазеров. Будут приведены схемы построения лазерных технологических установок на основе лазеров с диффузионным охлаждением, лазеров с конвективным охлаждением с продольной и поперечной прокачкой газовой смеси, непрерывных, импульсных и импульсно-периодических лазеров.
1 video (Total 9 min), 1 reading, 1 quiz
1 reading
Лазерные технологические установки на основе СО2-лазеров20m
1 practice exercise
Контрольный тест к модулю 1112m
Instructor
Менушенков Алексей Павлович
Доктор физико-математических наук, профессорКафедра физики твердого тела и наносистем
About National Research Nuclear University MEPhI
National Research Nuclear University “MEPhI” is one of the most recognized technical universities in Russia. It is the only research nuclear university in Russia. The aim of the university existence is preparing the specialists for nuclear industry, science, information technology and other high-tech sectors of Russian economy.
National Research Nuclear University “MEPhI” implements postgraduate professional education curricula (PhD and postdoctoral level), carries out fundamental and applied scientific research in high-priority fields of science and technologies.
Among MEPhI graduates are Nobel Prize winners, members of the Russian Academy of Sciences, and winners of national prizes. Its professors and alumni have made major contributions to various fields of theoretical and experimental physics, mathematics, cybernetics, and computer sciences.
Frequently Asked Questions
When will I have access to the lectures and assignments?
Once you enroll for a Certificate, you’ll have access to all videos, quizzes, and programming assignments (if applicable). Peer review assignments can only be submitted and reviewed once your session has begun. If you choose to explore the course without purchasing, you may not be able to access certain assignments.
What will I get if I purchase the Certificate?
When you purchase a Certificate you get access to all course materials, including graded assignments. Upon completing the course, your electronic Certificate will be added to your Accomplishments page - from there, you can print your Certificate or add it to your LinkedIn profile. If you only want to read and view the course content, you can audit the course for free.
What is the refund policy?
Is financial aid available?
More questions? Visit the Learner Help Center.
Coursera provides universal access to the world’s best education,
partnering with top universities and organizations to offer courses online.
© 2019 Coursera Inc. All rights reserved.
