Лазери

План Загальна інформація Класифікація лазерів Будова лазера Робота лазера Види лазерів Застосування лазерів

Загальна інформація Лазер джерело когерентного, монохроматичного і вузькоспрямованого електромагнітного випромінювання оптичного діапазону, яке характеризується великою густиною енергії. Головний елемент лазера активне середовище, для утворення якого використовують: вплив світла, електричний розряд у газах, хімічні реакції, бомбардування електронним пучком та ін. методи «накачування». Активне середовище розташоване між дзеркалами, які утворюють оптичний резонатор. Лазери отримали широке застосування в наукових дослідженнях, голографії і в техніці.

Класифікація За схемами функціонування 3-рівневі квазі-4-рівневі 4-рівневі

За агрегатним станом газові рідинні твердотільні

За методом отримання інверсії електронною оптичною накачкою накачкою хімічною тепловою накачкою накачкою

Найбільш розповсюдженою є класифікація за фізичними особливостями активного середовища: твердотільні напівпровідникові волоконні газові іонні молекулярні рідинні газодинамічні хімічні ексимерні лазери на центрах забарвлення фотодисоціаційні лазери на вільних електронах рентгенівські лазери з перебудовою довжини хвилі генерації раманівські параметричні

Будова лазера Активне середовище (серце лазера) Система накачки (джерело енергії) Оптичний резонатор (система дзеркал)

Лазер джерело світла. У порівнянні з іншими джерелами світла лазер має низку унікальних властивостей, пов'язаних з когерентністю і високою спрямованістю його випромінювання. Випромінювання «нелазерних» джерел світла не має цих особливостей. «Серце лазера» його активний елемент. В одних лазерів це кристалічний або скляний стрижень циліндричної форми. В інших запаяна скляна трубка, всередині якої перебуває спеціально підібрана газова суміш. В третіх кювета зі спеціальною рідиною. При нагріванні будь-яке тіло починає випромінювати тепло. Однак випромінювання теплового джерела поширюється в усіх напрямках, тобто заповнює тілесний кут 4π стерадіан. Формування спрямованого пучка від такого джерела, здійснюване за допомогою системи діафрагм або оптичних систем, що складаються з лінз і дзеркал, завжди супроводжується втратою енергії. Жодна оптична система не дозволяє одержати на поверхні освітлюваного об'єкта потужність випромінювання більшу, ніж у самім джерелі світла.

Робота лазерів Збуджений атом може мимовільно перейти на один з нижчих рівнів енергії, випромінивши при цьому квант світла. Світлові хвилі, випромінювані нагрітими тілами, формуються саме в результаті таких спонтанних переходів атомів і молекул. Спонтанне випромінювання різних атомів некогерентне. Однак, крім спонтанного випромінювання, існують випромінювальні акти іншого роду. Щоб створити лазер або оптичний квантовий генератор джерело когерентного світла необхідно: - робоча речовина з інверсною заселеністю. Тільки тоді можна одержати підсилення світла за рахунок вимушених переходів. - робочу речовину слід помістити між дзеркалами, які здійснюють зворотний зв'язок. - підсилення дає робоча речовина, а отже, число збуджених атомів або молекул у робочій речовині повинне бути більшим від певного порогового значення, що залежить від коефіцієнта відбиття напівпрозорого дзеркала.

Види лазерів Рубіновий лазер працює в імпульсному режимі. Існують також лазери неперервної дії. У газових лазерах цього типу робочою речовиною є газ. Атоми робочої речовини збуджуються електричним розрядом. Застосовуються й напівпровідникові лазери безперервної дії. У них енергія для випромінювання запозичиться від електричного струму. Створені дуже потужні газодинамічні лазери неперервної дії на сотні кіловатів. У цих лазерах «перенаселеність» верхніх енергетичних рівнів створюється при розширенні й адіабатному охолодженні надзвукових газових потоків, нагрітих до декількох тисяч Кельвін.

Застосування Великі можливості відкриваються перед лазерною технікою в біології й медицині. Лазерний промінь застосовується не тільки в хірургії як скальпель, але й у терапії. Інтенсивно розвиваються методи лазерної локації й зв'язку. Локація Місяця за допомогою рубінових лазерів і спеціальних кутових відбивачів, доставлених на Місяць, дозволила збільшити точність виміру відстаней Земля Місяць до декількох см. Отримано обнадійливі результати в спрямованому стимулюванні хімічних реакцій. За допомогою лазерів можна вибірково збуджувати одне із власних коливань молекули. Виявилося, що при цьому молекули здатні вступати в реакції, які не можна або важко стимулювати звичайним нагріванням. За допомогою лазерної техніки інтенсивно розробляються оптичні методи обробки передачі й зберігання інформації, методи голографічного запису інформації, кольорове проекційне телебачення.