Лазеры,
их применение
Доклад по физике
Ученика 11 класса “A”
Гуральского Юрия
Слово “лазер” представляет собой абревиатуру английской фразы “Light
Amplification by Stimulated Emission of Radiation”, переводимой как
усиление света в результате вынужденного (индуцированного) излучения.
Гипотеза о существовании индуцированного излучения была высказана в 1917
г. А Эйнштейном. Советские ученые Н.Г. Басов и А.М. Прохоров и
независимо от них американский физик Ч. Таунс использовали явление
индуцированного излучения для создания микроволнового генератора
радиоволн с длинной волны (=1,27 см.
Чтобы создать лазер или оптический квантовый генератор – источник
когерентного света необходимо:
рабочее вещество с инверсной населенностью. Только тогда можно получить
усиление света за счет вынужденных переходов.
рабочее вещество следует поместить между зеркалами, которые осуществляют
обратную связь.
усиление, даваемое рабочим веществом, а значит, число возбужденных
атомов или молекул в рабочем веществе должно быть больше порогового
значения, зависящего от коэффициента отражения полупрозрачного зеркала.
Первым квантовым генератором был рубиновый твердотельный лазер. Также
были созданы: газовые, полупроводниковые, жидкостные, газодинамические,
кольцевые (бегущей волны).
Лазеры нашли широкое применение в науке – основной инструмент в
нелинейной оптике, когда вещества прозрачные или нет для потока обычного
света меняют свои свойства на противоположные.
Лазеры позволили осуществить новый метод получения объемных и цветных
изображений, названный голографией.
Лазеры широко применяются в медицине, особенно в офтальмологии, хирургии
и онкологии, способные создать малое пятно, благодаря высокой
монохроматичности и направленности. В офтальмологии лазерное излучение с
энергией 0,2 – 0,3 дж позволяет осуществлять ряд сложных операций, не
нарушая целостности самого глаза. Одной из таких операций является
приварка и укрепление отслоившейся сетчатки с помощью коагуляционных
спаек. Кроме того, лазерный луч применяется для выжигания
злокачественных и доброкачественных опухолей. В хирургии сфокусированный
световой луч непрерывного лазера (мощностью до 100 Вт) служит
чрезвычайно острым и стерильным скальпелем, осуществляющим бескровные
операции даже на печени и селезенке. Весьма перспективно использование
непрерывных и импульсных лазеров для прижигания ран и остановки
кровотечений у больных с пониженной свертываемостью крови.
Лазерная обработка металлов. Возможность получать с помощью лазеров
световые пучки высокой мощности до 1012 –1016 вт/см2 при фокусировки
излучения в пятно диаметром до 10-100 мкм делает лазер мощным средством
обработки оптически непрозрачных материалов, недоступных для обработки
обычными методами (газовая и дуговая сварка). Это позволяет осуществлять
новые технологические операции, например, просверливание очень узких
каналов в тугоплавких материалах, различные операции при изготовлении
пленочных микросхем, а также увеличения скорости обработки деталей. При
пробивании отверстий в алмазных кругах сокращает время обработки одного
круга с 2-3 дней до 2 мин. Наиболее широко применяется лазер в
микроэлектронике, где предпочтительна сварка соединений, а не пайка.
Основные преимущества: отсутствие механического контакта, возможность
обработки труднодоступных деталей, возможность создания узких каналов,
направленных под углом к обрабатываемой поверхности.
Лазерная связь и локация. По сравнению с существующими средствами
радиосвязи и радиолокации лазерные обладают двумя основными
преимуществами: узкой направленностью передачи и широкой полосой
пропускания передаваемых частот. Сам лазер создает направленный луч
(расходимостью ~10′), а прменение оптической системы позволяет
сформировать еще более параллельный луч (расходимостью ~2-3”). Один
лазерный луч позволяет передавать сигнал в полосе частот ~100 Мгц. Это
дает возможность одновременной передачи 200 телевизионных каналов.
Первые сведения о применении лазерной локации относятся к 1962 г., когда
была осуществлена локация Луны. Увеличение мощности, излучаемой лазером,
сделает возможным картографирование поверхности Луны с Земли с высокой
точностью (около 1,5 м). Лазерная локация применяется также в геофизике
для определения высоты облаков, исследовании инверсионных и аэрозольных
слоев в атмосфере, турбулентности и т.п.
Лазерные системы навигации и обеспечения безопасности полетов. Одним из
основных элементов инерциальных систем навигации, широко используемых в
авиации, являются гироскопы, которые в основном и определяют точность
системы. Лазерные гироскопы обладают достаточно высокой точностью,
большим диапазоном измерения угловых скоростей, малым собственным
дрейфом, невосприимчивостью к линейным перегрузкам. Лазеры успешно
применяются как измерители скорости полета (воздушной и путевой),
высотомеры. Лазерные курсо-глиссадные системы обеспечивают безопасность
полетов, связанную с увеличением точности систем посадки, снижения
ограничений по метеоусловиям, обеспечением больших удобств работы
экипажа при выполнении такого ответственного участка полета, как
посадка. В близи взлетно-посадочного полотна установленные лазерные лучи
создают геометрическую картину, позволяющую судить о правильности
выдерживания траектории посадки.
Лазерные системы управления оружием резко повысили точность попадания.
Лазерная полуактивная система наведения состоит из лазерного
целеуказателя (лазерной системы подсвета цели) и боеприпаса с лазерной
головкой самонаведения.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter