[Silver]

<table class="contentpaneopen"><tbody><tr><td valign="top">Автор: Nikita Kretov </td> </tr> <tr> <td class="createdate" valign="top"> 10.06.2008 19:42 </td> </tr> <tr> <td valign="top">

Как унести в кармане 30 томов Боль-шой советской энциклопедии или весь Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона? Как измерить расстояние до Луны с точностью до сантиметра? Как в долю секунды про-сить отверстие в алмазе, сделать операцию на глазном дне и сбить на ле-ту баллистическую ракету?Ответ один: это можно сделать при помощи лазера - удивительного изобретения ХХ столетия.
Лазерная техника еще очень мо-лода — ей нет и полувека. Однако за это совсем небольшое время лазер из любопытного лабораторного уст-ройства превратился в средство на-учного исследования, в инструмент, применяемый в промышленности. Трудно найти такую область совре-менной техники, где бы не работали лазеры. Их излучение использует-ся для связи, записи и чтения инфор-мации, для точных измерений; они незаменимы в медицине хирургии и терапии. Многие учёные считают, что кардинальные изменения, ко-торые лазер внёс в жизнь человека, — подобны последствиям промышленного-ног применения электричества в конце XIX в.
Огромные возможности лазерной технологииологии объясняются особыми свойствами лазерного излучения. Его природу изучает квантовая механика. Именно её законы описывают про-цессы, происходящие в лазере, поэтому его также называют оптическим квантовым генератором.



Как работаетлазер

Свет — это поток испускаемых атома-ми особых частиц — фотонов, или квантов электромагнитного излуче-ния. Их следует представлять себе в виде отрезков волны, а не как части-цы вещества. Каждый фотон несёт строго определённую порцию энер-гии, выброшенной атомом. Но что-бы атом мог излучать энергию, он должен иметь некоторый её запас.
Когда энергия атома минимальна, говорят, что он находится на низшем, или стабильном, энергетическом уров-не. Все остальные его уровни называ-ются возбуждёнными. В стабильном состоянии атом может существовать неограниченно долго, а с возбужден-ного уровня стремится «упасть», отдав энергию. При переходе с высокого уровня на более низкий атом и излу-чает фотон.
На любом возбужденном энерге-тическом уровне атом находится ка-кое-то время. Потом он обязательно самопроизвольно возвращается в ста-бильное состояние , излучив фотон. Но если этот срок достаточно велик (по атомным масштабам), может сра-ботать другой механизм излучения. Атом тогда «соскочит» с верхнего уровня на нижний под влиянием пролетающего мимо фотона. Нужно только, чтобы энергия фотона была равна разности энергий атомных уровней.

---Вызвавший излучение и излученный фотоны абсолютно идентичны, их частоты равны и фазы одинаковы. Когда они встретятся с двумя возбужденными атомами, фотонов станет 4. Потом 8, 16 и т. д. Возникнет лавина неотличимых друг от друга фотонов, образующих так называемое монохроматическое (одноцветное) когерентное--излучение. Это вынужденное излучение обладает целым рядом интересных свойств.

Три особенности и три свойства лазерного света

--- Во-первых, лазерное излучение имеет очень высокую температуру. Её величина зависит от мощности излучения и достигает порой миллионов градусов.
---------Во-вторых, лазер излучает энергию на одной частоте, на одной длине волны. Раньше такое монохроматическое излучение получали только в диапазоне радиоволн. Свет, испускаемый даже очень маленьким кусочком раскалённого вещества, всегда состоит из волн самой разной частоты. По этой причине в оптике никак не удавалось, например, создать узконаправленные и сфокусированные пучки излучения, которыми радиоинженеры пользуются уже не один десяток лет.
В-третьих, лазерное излучение очень стабильно. Электромагнитная волна, которую генерирует лазер. распространяется на многие кило-метры не изменяясь. Её амплитуда, ча-стота и фаза могут оставаться посто-янными очень долго. Это качество называется высокой пространствен-ной и временной когерентностью.
--- Все три особенности лазерного излучения нашли применение в самых разных отраслях техники, при решении различных технологических задач. Для каждого случая можно подобрать лазер нужного типа и требуемой мощности.

Рождения семейства лазеров

-Как получить когерентное излучение, стало в общих чертах понятно в 1918 г. когда Альберт Эйнштейн предсказал явление вынужденного излучения. Если создать среду, в которой атомы находятся в возбуждённом состоянии, и «запустить в неё слабый поток когерентных фотонов, то его интенсивность станет расти. Оставалась «самая малость»: придумать, как такую среду «сделать». На это ушло более 30 лет.
В начале 50-х гг. российские ис-следователи Николай Геннадьевич Басов (родился в 1922 г.), Александр Михайлович Прохоров (родился в 1916 г.) и независимо от них амери-канский физик Чарлз Хард Таунс (родился в 1915 г.) создали усилитель радиоволн высокой частоты на моле-кулах аммиака.


Нужные для работы возбуждённые молекулы отбирало из потока газа электрическое поле сложной конфи-гурации. Новорождённое устройство получило название мазер.
В 1960 г. американский физик Тео-дор Гарольд Мейман сконструировал первый квантовый генератор оптического диапазона лазер. Усиление света происходилов кристалле руби-на прозрачной разновидности оки-си алюминия с небольшой примесью хрома (на этот материал указали тре-тья годами раньше Н.Г Басов и А.М. Прохоров). В лазере использовал-ся охлаждаемый жидким азотом руби-новый стержень длиной около 4 см и диаметром 5 мм. Посеребренные тор-цы стержня служили зеркалами, одно из которых было полупрозрачным. Энергию в кристалл накачивала мощная импульсная лампа. Поток фо-тонов высокой энергии переводил атомы хрома в возбужденное состоя-ние. На одном из высокоэнергетических уровней атомы задерживаются в среднем на 0,003 с время по атом-ным масштабам огромное. За этот пе-риод часть атомов успевает самопро-извольно излучить фотоны Их поток, многократно пробегая между зеркалами, заставляет все возбужденные ато-мы излучать кванты света В результат-е рождается световая вспышка - лазерпый импульс мощностью в де-ятки тысяч ватт. Сегодня лазерные стержни изготовляют из различных материалов, но чаще всего из рубина, граната и стекла с примесью редкого металла - неодима Некоторые твердотельнве лазеры (например, на гранате-) генерируют сотни и тысячи импульсов в секунду.

В том же 1960 г. американские фи-зики А Джэван, В Бепнет и Д. Эрри-от создали газовый лазер, работа-ющий на смеси гелия и неона. Этот лазер излучал красный свет уже не импульсами, а непрерывно. Смесь газов оказалась настолько хорошо подобранной, что гелиево-неоновые лазеры до сих пор остаются самыми распространёнными источниками ко-герентного света, хотя излучения уда-лось добиться и от множества других газов и паров. Энергию в газовую смесь накачивает тлеющий электри-ческий разряд. Цвет луча зависит от состава газа или пара, на котором ла-зер работает. Аргон, например, даёт синий свет. криптон — жёлтый, ксе-нон и пары меди зелёный. углекис-лый газ и пары воды невидимые те-стовые (инфракрасные) лучи.

К семейству газовых лазеров мож-но отнести и квантовые генераторы, в которых возбужденные молекулы не готовятся заранее, а появляются не-посредственно в момент излучения. Это так называемые газодинамические и химические лазеры, развиваю-щие колоссальную мощность в сот-ни киловатт и даже десятки мегаватт в непрерывном режиме.


Однако они очень сложны, громоздки и выглядят скорее как небольшой завод, а не как оптическое устройство.
Газодинамический лазер напоми-нает реактивный двигатель. Молекулы сильно нагретого газа, вылетающие из него, отдают энергию в виде светово-го излучения. В химическом лазере возбуждённые молекулы возникают в результате химической реакции. Са-мая вэнергичнаяв из них — соедине-ние атомарного фтора с водородом.
Непрерывное излучение дают и жидкостные лазеры. Рабочим вещест-вом для них служат, например, раст-воры солей неодима и соединений анилина. Поскольку соединения ани-лина используются для окраски тка-ней, генераторы на их основе назы-вают лазерами на красителях. Для более стабильной работы лазера жид-кость можно пропускать через холо-дильник.
------ Самые миниатюрные лазеры — полупроводниковые: в спичечный коробок их можно поместить несколько десятков, а объём вещества, в котором происходит вынужденное излучение, не превышает тысячных долей кубического миллиметра. Энергию в полупроводник накачивает электрический ток. Больше половины его «превращается» в свет, т. е. коэффициент полезного действия этих лазеров может достигать более чем 50 %.









</td> </tr> <tr> <td class="modifydate"> Обновлено 07.09.2008 16:54


http://lasers.org.ru/laserh...
</td></tr></tbody></table>