Навигация
Вступление.
Лазер.… Очень многие про него слышали. А кое – кто даже видел, хотя бы на фотографиях. Ну и что? Ничего интересного: трубка или коробочка, а из неё выходит тоненький лучик, иногда зелёный или синий, чаще – красный. Фонарь и фонарь, ничего особенного. Есть ли о чём тут говорить? Оказывается, есть. И фонарь этот не простой, и луч тоже не обыкновенный. Он может вылечить надвигающуюся слепоту и на лету поразить вражеский самолёт, мгновенно просверлить отверстие в алмазе и раскроить шелковую тончайшую ткань. Он безболезненно заменяет сверло в стоматологическом кабинете, создаёт голографические эффекты, рассекает человеческую плоть без пролития крови и много другого присуще этому фантастическому лучу.
1. Что такое лазер.
1.1 Оптический квантовый генератор или лазер.
На основе использования индуцированных переходов Н.Г. Басовым и А.М. Прохоровым в СССР и Ч. Таунсом в США (1953 г.) были разработаны генераторы когерентного излучения – лазеры, или квантовые генераторы.
Слово «лазер» составлено из первых букв английской фразы, означающей: «усиление света при помощи вынужденного излучения».
Сейчас на примере сбора одной из модели лазера мы попытаемся разобрать его строение.
Возьмём стержень или пластинку, сделанную из материала, от которого мы хотим добиться излучения. Материал должен быть прозрачным, чтобы свет пронизывал его на сквозь. Самые распространённые материалы для стержней – искусственно выращенные кристаллы рубина или граната (или стекло, в которое добавлено небольшое количество редкого элемента неодима). Стержни обычно бывают диаметром от 6 до 20 миллиметров и длинной от 10 до 60 сантиметров. Сам лазер часто именуется по материалу стержня. Так, выражение «рубиновый лазер» совсем не означает, что весь прибор сделан из этого драгоценного камня. Просто внутри него находится кристалл искусственного рубина размером с карандаш.
Рядом со стержнем поместим осветитель, его называют лампой накачки. Лампа будет импульсивной, вроде тех ламп – вспышек, которыми пользуются фотографы, - все процессы в атомах проходят за миллионные доли секунды, так что надолго включать её нет смысла. Осветитель вместе со стержнем окружим отражателем, чтобы ни один квант света накачки не пропал зря. Возле торцов рабочего стержня установим два зеркала: сзади – глухое, отражающее весь падающий на него свет (или призму), спереди – полупрозрачное. Зеркала установим строго параллельно друг другу и перпендикулярно оси стержня. Лазер готов. Подключим к лампе накачки провода от источника питания и нажмём пусковую кнопку. Лампа вспыхнула. Теперь для того, чтобы увидеть, что происходит в лазере, нам потребуется «лупа времени», позволяющая рассмотреть подробности событий, происходящие в миллионные доли секунды. Этой лупой послужит наше воображение.
1.2 Лазер в работе.
Итак, лампа вспыхнула. Поток световой энергии обрушился на вещество стержня. Его атомы быстро переходят в возбуждённое состояние. С каждым мгновением таких возбужденных атомов становиться всё больше и больше. Но долго в возбуждённом состоянии они живут, в среднем всего одну стомиллионную долю секунды, а потом переходят в нормальное состояние. А лампа горит, и излучившие свет атомы вновь возбуждаются. Но вот совершенно случайно несколько атомов излучили кванты вдоль оси стержня. После каждого столкновения с атомами число квантов удваивается, поток излучения движется вдоль стержня и растёт, как лавина. Отражаясь в зеркалах, излучение многократно пронизывает стержень, заставляя все атомы без исключения нести свою долю энергии в общий поток света. Сквозь полупрозрачное зеркало – окошко этот свет вырывается наружу. Вспышка! Её длительность около одной миллионной секунды. А лампа всё ещё горит, и через три миллионных доли секунды всё повторяется снова. И опять, и опять, до тех пор, пока яркости света уже потухающей лампы – вспышки не станет мало для поддержания генерации. Именно так был сделан и работал первый лазер, построенный на кристалле рубина в 1960 году. Но не вся энергия лампы накачки преобразуется в лазерную вспышку. Большая её часть, – увы! – уходит на бесполезный и даже просто вредный нагрев стержня и зеркала. Мощные, импульсные лазеры охлаждают потоком воздуха, воды, а иногда и жидким азотом. Частота повторения импульсов зависит то того, насколько хорошо стержень лазера выдерживает высокую температуру. Неодимовые и рубиновые лазеры дают одну – две вспышки в секунду, лазер на гранате – несколько сотен. Рекордная частота генерации для импульсного лазера двенадцать миллионов вспышек в секунду. Излучение таких лазеров воспринимается уже как непрерывное.
2.Разновидности лазеров.
Похожие работы
... , что исследования взаимодействия лазерного излучения с веществом представляют исключительно большой научный интерес. Лазеры находят широкое применение в современных физических, химических и биологических исследованиях, имеющих фундаментальный характер. Ярким примером могут служить исследования в области нелинейной оптики. Как уже отмечалось, лазерное излучение, обладающее достаточно высокой ...
... . Рабочий газ с большой скоростью продувают через область разряда, и джоулево тепло выносится разрядом. Применение быстрой прокачки позволяет поднять плотности энерговыделения и энергосъема. CO2-лазер в медицине применяется почти исключительно как «оптический скальпель» для резания и испарения во всех хирургических операциях. Режущее действие сфокусированного лазерного пучка основано на взрывном ...
... КПД остается открытым и требует дальнейших исследований; энергосъем этих лазеров предполагается увеличить до 40 - 50 Дж/л. 1.2.2 Накачка электрическим разрядом При использовании электроразрядного способа накачки эксимерных лазеров необходимо обеспечить предионизацию активной среды. Предионизация используется для предотвращения дугового разряда и обычно достигается излучающими в УФ диапазоне ...
... -лазер мог бы стать важным элементом энергетики будущего. В частности, работая на космической орбите, он мог бы передавать энергию на Землю в виде мощного лазерного луча. 2. ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРОВ 2.1 ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРНОГО ЛУЧА В ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ТЕХНИКЕ Оптические квантовые генераторы и их излучение нашли применение во многих отраслях промышленности. Так, например, в индустрии наблюдается ...
0 комментариев