Лазер представляет собой источник монохроматического когерентного света с высокой направленностью светового луча. Само слово «лазер» составлено из первых. - презентация

1

2 Лазер представляет собой источник монохроматического когерентного света с высокой направленностью светового луча. Само слово «лазер» составлено из первых букв английского словосочетания, означающего «усиление света в результате вынужденного излучения». Действительно, основной физический процесс, определяющий действие лазера,- это вынужденное испускание излучения. Оно происходит при взаимодействии фотона с возбужденным атомом при точном совпадении энергией возбуждения атома (или молекулы). В результате этого взаимодействия возбужденный атом переходит в невозбужденное состояние, а избыток энергии излучается в виде нового фотона с точно такой же энергией, направлением распространения и поляризацией, как и у первичного фотона.

3 Таким образом, следствием данного процесса является наличие уже двух абсолютно идентичных фотонов. При дальнейшем взаимодействии этих фотонов с возбужденными атомами, аналогичными первому атому может возникнуть «цепная реакция» размножения одинаковых фотонов, «летящих» абсолютно точно в одном направлении, что приведет к появлению узконаправленного светового луча. Для возникновения лавины идентичных фотонов необходима среда, в которой возбужденных атомов было бы больше, чем невозбужденных, поскольку при взаимодействии фотонов с невозбужденными атомами происходило бы поглощение фотонов. Такая среда называется средой с инверсионной населенностью уровней энергии.

4 Итак, кроме вынужденного испускания фотонов возбужденными атомами происходят также процесс самопроизвольного, спонтанного испускания фотонов при переходе возбужденных атомов в невозбужденное состояние и процесс поглощения фотонов при переходе атомов из невозбужденного состояния в возбужденное. Эти три процесса, сопровождающие переходы атомов в возбужденные состояния и обратно, были постулированы А. Эйнштейном в 1916г.

5 Спонтанно родившиеся фотоны, направление распространения которых не перпендикулярно плоскости зеркал, создают лавины фотонов, выходящие за пределы среды.

6 В 1995г. Одновременно и независимо Н.Г. Басовым и А.М. Прохоровым в СССР и Ч.Таунсом с США был предложен принцип создания первого в мире генератора квантов электромагнитного излучения на среде с инверсионной населенностью, в котором вынужденное испускание в результате использования обратной связи приводило к генерации чрезвычайно монохроматического излучения. Спустя несколько лет, в 1960г., американским физиком Т. Мейманом был запущен первый квантовый генератор оптического диапазона – лазер, в котором обратная связь осуществлялась с помощью описанного выше оптического резонатора, а инверсная населенность возбуждалась в кристаллах рубина, облучаемых излучением ксеноновой лампы-вспышки. Рубиновый кристалл представляет собой кристалл оксида алюминия с небольшой добавкой хрома. При добавлении атомов хрома прозрачные кристаллы рубина приобретают розовый цвет и поглощают излучение в двух полосах ближней ультрафиолетовой области спектра. Всего кристаллами рубина поглощается 15% света лампы-вспышки. При поглощении света ионами хрома происходит переход ионов в возбужденное состояние.

7 В результате внутренних процессов возбужденные ионы хрома переходят в основное состояние не сразу, а через два возбужденных уровня. На этих уровнях происходит накопление ионов и при достаточно мощной вспышке ксеноновой лампы возникает инверсная населенность между промежуточными уровнями и основным уровнем ионов хрома.

8 Торцы рубинового стержня полируют, покрывают светоотражающими интерференционными пленками, выдерживая при этом строгую параллельность торцов друг другу.

9 При возникновении инверсии населенностей уровней ионов хрома в рубине происходит лавинное нарастание числа вынужденного испущенных фотонов, и система обратной связи на оптическом резонаторе, образованном зеркалами на торцах рубинового стержня, обеспечивает формирование узконаправленного луча красного света. Длительность лазерного импульса приблизительно 10 в -3, немного короче длительности вспышки ксеноновой лампы. Энергия импульса рубинового лазера около 1 Дж. В настоящее время созданы лазеры на самых различных средах – газах, жидкостях, стеклах, кристаллах.

10 ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ Лазеры нашли широкое применение, и в частности используются в промышлености для различных видов обработки материалов: металлов, бетона, стекла, тканей, кожи и т.д. Лазерные технологические процессы можно условно разделить на два вида. Первый из них использует возможность чрезвычайно тонкой фокусировки лазерного луча и точного дозирования энергии как в импульсном, так и в непрерывном режимах. В таких технологических процессах применяют лазеры сравнительно невысокой средней мощности: это газовые лазеры импульсно-периодического действия, лазеры на кристаллах иттрий-алюминиевого граната с примесью неодима. С помощью последних были разработаны технология сверления тонких отверстий в рубиновых и алмазных камнях для часовой промышлености и технология изготовления фильеров для протяжки тонкой проволоки.

11 Основная область применения маломощных импульсных лазеров связана с резкой и сваркой миниатюрных деталей в микроэлектронике и электровакуумной промышленности, с маркировкой миниатюрных деталей, автоматическим выжиганием цифр, букв. Изображений для нужд полиграфической промышленности. В последние годы одной из важнейших областей микроэлектроники – фотолитографии, без применения которой практически невозможно изготовление сверхминиатюрных печатных палат, интегральных схем и других элементов микроэлектронной техники, обычные источники света заменяются на лазерные. Дальнейший прогресс в субмикронной литографии связан с применением в качестве экспонирующего источника света мягкого рентгеновского излучения из плазмы, создаваемой лазерным лучом.

12 Второй вид лазерной технологии основан на применении лазеров с большой средней мощностью: от 1 кВт и выше. Мощные лазеры используют в таких энергоемких технологических процессах, как резка и сварка толстых стальных листов, поверхностная закалка, наплавление и легирование крупногабаритных деталей, очистка зданий от поверхностных загрязнений, резка мрамора, гранита, раскрой тканей, кожи и других материалов. При лазерной сварке металлов достигается высокое качество шва и не требуется применения вакуумных камер, как при электронно-лучевой сварке, а это очень важно в конвейерном производстве. Мощная лазерная технология нашла применение в машиностроении, автомобильной промышленности строительных материалов. Она позволяет не только повысить качество обработки материалов, но и улучшить технико- экономические показатели производственных процессов.

13 С развитием все более мощной лазерной техники энергия лазерного излучения

14

15

16 Трубка газового лазера во время работы светится, как газосветная реклама. По её цвету можно узнать, на каком газе работает лазер: неон светится красным светом, криптон-желтым, аргон-синим.

17

18

19 Лазеры на красителях со снятой верхней крышкой. Раствор анилиновых красок – его рабочее вещество – наливают в кювету и во время работы прокачивают через холодильник. Накачкой служит газовый лазер; его луч вводят в кювету через окошко в соответствующей надписью. Меняя кюветы с раствором и перестраивая поворотным зеркалом выходной светофильтр, можно изменять длину волны излучения в очень широких пределах.

20

21 Лазеры на красителях помогают следить за состоянием атмосферы.

22

23 Первая в СССР линия оптической связи передавала телефонные разговоры между Москвой и Красногорском по открытому лучу. Один лазер был установлен на башне высотного здания МГУ на Ленинских горах.

24 Рубиновые подшипники – камни для часов – обрабатывают на лазерах станках-автоматах.

25 Тонкую вольфрамовую проволоку для электрических лампочек протягивают через отверстия в алмазах, пробитые лазерным лучом.

26

27 Движением режущего луча управляет ЭВМ, так что можно мгновенно определять точность резания и вносить требуемые поправки.

28 Эти картины нарисованы лазерными лучами.

29

30 Лазер осветил Луну.

31 Лазеры в медицине.

32

33

34

35