Надо Знать

добавить знаний



Лазер



План:


Введение

Лазер

Лазер ( англ. LASER - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation , Усиление света с помощью вынужденного излучения, рус. лазер , англ. laser , нем. Laser m ) - устройство для генерирования или усиления монохроматического света, создание узкого пучка света, способного распространяться на большие расстояния без рассеяния и создавать исключительно большую плотность мощности излучения при фокусировке (10 8 Вт / см для высокоэнергетических лазеров). Лазер работает по принципу, аналогичному принципу работы мазера. Лазеры используются для связи (лазерный луч может переносить гораздо больше информации, чем радиоволны), резки, прожигания отверстий, сварки, наблюдение за спутниками, медицинских и биологических исследований и в хирургии.

Другое название лазера - оптический квантовый генератор.


1. Общая информация

Лазер - источник когерентного, монохроматического и узконаправленного электромагнитного излучения оптического диапазона, которое характеризуется большой плотностью энергии. Существуют газовые лазеры, жидкостные и на твердых телах (диэлектрических кристаллах, стеклах, полупроводниках). В лазере имеет место преобразование различных видов энергии в энергию лазерного излучения. Главный элемент лазера - активная среда, для образования которого используют: воздействие света, электрический разряд в газах, химические реакции, бомбардировку электронным пучком и др.. методы "накачки". Активная среда находится между зеркалами, которые образуют оптический резонатор. Существуют лазеры непрерывного и импульсного действия. Лазеры получили широкое применение в научных исследованиях ( физика, химия, биология, горное дело и т.п.), голографии и в технике. Например, в геодезии, маркшейдерии, в конце ХХ ст. создан новый метод лазерной сепарации алмазов из потока руды (Гудаев А., Канаев И. Ф., Шлюфман Е. М. / / Датчики и системы. - 1999).


2. Классификация лазеров

По схемам функционирования:

  • 3-уровневые
  • квази-4-уровневые
  • 4-уровневые

По агрегатному состоянию активной среды:

  • газовые
  • жидкостные
  • твердотельные

По методу получения инверсии:

  • с электронной накачкой
  • с химической накачкой
  • с оптической накачкой
  • с тепловой накачкой

Наиболее распространенной является классификация по физическим особенностям активной среды:


3. История лазеров

4. Строение лазера

  • Активная среда (сердце лазера)
  • Система накачки (источник энергии)
  • Оптический резонатор (система зеркал)

Лазер - источник света. По сравнению с другими источниками света лазер обладает рядом уникальных свойств, связанных с когерентностью и высокой направленностью его излучения. Излучение "нелазерных" источников света не имеет этих особенностей.

"Сердце лазера" - его активный элемент. В одних лазеров это кристаллический или стеклянный стержень цилиндрической формы. В других - запаянная стеклянная трубка, внутри которой находится специально подобранная газовая смесь. В третьих - кювета со специальной жидкостью. Соответственно различают лазеры твердотельные, газовые и жидкостные.

При нагревании любое тело начинает излучать тепло. Однако излучение теплового источника распространяется по всем направлениям, т. е. заполняет телесный угол 4π стерадиан. Формирование направленного пучка от такого источника, осуществляемое с помощью системы диафрагм или оптических систем, состоящих из линз и зеркал, всегда сопровождается потерей энергии. Никакая оптическая система не позволяет получить на поверхности освещаемого объекта мощность излучения большую, чем в самом источнике света.


5. Работа лазера

Возбужденный атом может самопроизвольно (спонтанно) перейти на один из низших уровней энергии, випроминившы при этом квант света. Световые волны, излучаемые нагретыми телами, формируются именно в результате таких спонтанных переходов атомов и молекул. Спонтанное излучение различных атомов некогерентно. Однако, кроме спонтанного излучения, существуют излучательные акты иного рода. Чтобы создать лазер или оптический квантовый генератор - источник когерентного света необходимо:

  1. рабочее вещество с инверсной заселенностью. Только тогда можно получить усиление света за счет вынужденных переходов.
  2. рабочее вещество следует поместить между зеркалами, которые осуществляют обратная связь.
  3. усиления дает рабочее вещество, а значит, число возбужденных атомов или молекул в рабочем веществе должно быть больше определенного порогового значения, зависит от коэффициента отражения полупрозрачного зеркала.

6. Виды лазеров

Рубиновый лазер работает в импульсном режиме. Существуют также лазеры непрерывного действия. В газовых лазерах этого типа рабочим веществом является газ. Атомы рабочего вещества возбуждаются электрическим разрядом. Применяются и полупроводниковые лазеры непрерывного действия. Они созданы впервые в нашей стране. В них энергия для излучения заимствуется от электрического тока. Созданы очень мощные газодинамические лазеры непрерывного действия на сотни киловатт. В этих лазерах "перенаселенность" верхних энергетических уровней создается при расширении и адиабатно охлаждении сверхзвуковых газовых потоков, нагретых до нескольких тысяч Кельвин.


7. Применение лазеров

Большие возможности открываются перед лазерной техникой в ​​биологии и медицине. Лазерный луч применяется не только в хирургии (например, при операциях на сетчатке глаза) как скальпель, но и в терапии. Интенсивно развиваются методы лазерной локации и связи. Локация Луны с помощью рубиновых лазеров и специальных угловых отражателей, доставленных на Луну, позволила увеличить точность измерения расстояний Земля - ​​Луна до нескольких см. Получены обнадеживающие результаты в направленном стимулировании химических реакций. С помощью лазеров можно выборочно возбуждать одно из собственных колебаний молекулы. Оказалось, что при этом молекулы способны вступать в реакции, которые нельзя или трудно стимулировать обычным нагревом. С помощью лазерной техники интенсивно разрабатываются оптические методы обработки передачи и хранения информации, методы голографической записи информации, цветное проекционное телевидение.


См.. также

Литература

  • Siegman AE: Lasers. University Science Books, 1986
  • William T. Silfvast: Laser Fundamentals. Cambridge University Press, 2004
  • Svelto O.: Principles of Laser. Springer, 2004
  • Verdeyen JT: Laser Electronics, Prentice Hall, 1995
  • Webb CE: Handbook of Laser Technology and Applications, Institute of Physics Publishing, 2004
  • Звелто О.: Принципы лазеров. Москва, Мир, 1990
  • Малая горная энциклопедия. В 3-х т. / Под ред. С. Белецкого. - М.: "Донбасс", 2004. - ISBN 966-7804-14-3.


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам