Как работают лазеры. Что это такое лазерЧто такое лазер?Сообщение об одном из совместных французско-советских космических экспериментов вызвало у читателей газет чувство восхищения и… множество вопросов. На советском космическом аппарате, опустившемся на Луну, было установлено зеркало особой формы и конструкции, изготовленное во Франции. Лазер должен был послать с Земли луч света, который, отразившись от зеркала и вернувшись на Землю, позволил бы ученым с большой точностью измерить расстояние до Луны. Судя по снимкам, французское зеркало-отражатель имело очень скромные размеры, не больше полуметра в диаметре. Что же это за чудодейственный прибор — лазер, обладающий такой снайперской точностью? Слово «лазер» образовано из начальных букв длинной фразы на английском языке, означающей в дословном переводе: «усиление света с помощью вынужденного излучения».  Мудрость и восхищение гармонией мироздания владели А.Эйнштейном, доказавшим, в частности, возможность создания лазеров. Ученые давно обращали внимание на явление самопроизвольного испускания света атомами, происходящее благодаря тому, что возбужденный каким-либо способом электрон вновь возвращается с верхних электронных оболочек атома на нижние. Недаром явление химической, биологической и световой люминесценции, вызванное такими переходами, издавна привлекало исследователей своей красотой и необычностью. Но свет люминесценции слишком слаб и рассеян, Луны ему не достичь… Каждый атом при люминесценции испускает свой свет в разное время, не согласованное с атомами-соседями. В результате возникает хаотичное вспышечное излучение. У атомов нет своего дирижера! В 1917 году Альберт Эйнштейн в одной из статей теоретически показал, что согласовать вспышки излучения отдельных атомов между собой позволило бы… внешнее электромагнитное излучение. Оно может заставить электроны разных атомов временно взлететь на одинаково высокие возбужденные уровни.Этому же излучению нетрудно сыграть роль и спускового крючка при «световом выстреле»: направленное на кристалл, оно может вызвать одновременное возвращение на исходные орбиты сразу нескольких десятков тысяч возбужденных электронов, что будет сопровождаться могучей ослепительно яркой вспышкой света, света практически одной длины волны, или, как говорят физики, монохроматического света. Работа Эйнштейна была почти забыта физиками: исследования по изучению строения атома занимали тогда всех значительно больше.  Перед нами первая страница рукописи главного труда Эйнштейна — теории относительности. В 1939 году молодой советский ученый, ныне профессор и действительный член Академии педагогических наук В. А. Фабрикант вернулся к введенному Эйнштейном в физику понятию вынужденного излучения. Исследования Валентина Александровича Фабриканта заложили прочный фундамент для создания лазера. Еще несколько лет интенсивных исследований в спокойной мирной обстановке, и лазер был бы создан. А если природу обмануть каким-нибудь хитроумным способом? Например, подобрать молекулу или атом с двумя возбужденными уровнями и одним нижним, с которого будут «вычерпываться» электроны? Сильным возбуждением — интенсивным светом, мощным электрическим полем, потоком заряженных частиц — можно заставить электроны из нижнего спокойного положения перепрыгнуть на самый верхний уровень — своего рода перевалочный пункт. Для получения мощного источника когерентного света необходимо, чтобы на верхних уровнях электронов было больше, чем на нижних. Природа всегда стремится сделать наоборот — ведь нижние состояния более устойчивы и обладают меньшей потенциальной энергией. Это свойство доказал еще в прошлом веке замечательный австрийский физик Больцман. По выведенному им математическому закону распределения на верхних энергетических уровнях частиц всегда должно быть меньше, чем на нижних.  Изобретены лазеры самых различных типов и конструкций, в том числе и такие, в которых электроны в кристалле раскачивает мощный свет, а не электрический ток. Обычно электроны не способны продолжительное время находиться в возбужденном состоянии, они быстро переходят на прежнее место. Но здесь, в трехуровневой системе, возвращающимся электронам подготовлена близкая площадка для мягкого «приземления» — второй возбужденный уровень, на котором электроны могут пребывать достаточно долго (по атомным масштабам). Во всяком случае, время их жизни на нижнем возбужденном уровне может в десятки тысяч раз превышать время жизни в самом верхнем положении! Таким оригинальным способом можно создать так называемую «инверсию населенностей», когда на верхних уровнях (вопреки законам природы, справедливым для условий теплового равновесия!) будет больше электронов, чем на нижних. Остается, кажется, лишь немногое — включить вынуждающее излучение, которое заставит электроны по команде спуститься вниз — и новый, ослепительно яркий источник света получен! (Продолжение исследований читайте здесь)Источник: Марк Колтун “Мир физики“.www.thingshistory.com ЛАЗЕР - это... Что такое ЛАЗЕР?ЛАЗЕР — (оптический квантовый генератор), устройство, генерирующее когерентные эл. магн. волны за счёт вынужденного испускания или вынужденного рассеяния света активной средой, находящейся в оптич. резонаторе. Слово «Л.» аббревиатура слов англ. выражения … Физическая энциклопедия Лазер — в научной лаборатории. ЛАЗЕР (оптический квантовый генератор; аббревиатура от начальных букв английских слов Light Amplification by Stimulated Emission Radiation усиление света в результате вынужденного излучения), источник оптического… … Иллюстрированный энциклопедический словарь ЛАЗЕР — (аббревиатура слов английской фразы: Light Amplification by Simulated Emission of Radiation усиление света искусственным излучением), оптический МАЗЕР, источник интенсивного, когерентного, с одинаковыми длинами волн узкого луча света… … Научно-технический энциклопедический словарь ЛАЗЕР — [англ. laser, сокр. Словарь иностранных слов русского языка ЛАЗЕР — (оптический квантовый генератор) (аббревиатура слов английской фразы: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation усиление света в результате вынужденного излучения) источник оптического когерентного излучения, характеризующегося… … Большой Энциклопедический словарь ЛАЗЕР — [зэ ], а, муж. (спец.). 1. Оптический квантовый генератор, устройство для получения мощных узконаправленных пучков света. Импульсный л. Л. непрерывного действия. 2. Пучок света, луч, получаемый при помощи такого генератора. Лечение лазером.… … Толковый словарь Ожегова лазер — сущ., кол во синонимов: 3 • луч (11) • нанолазер (1) • хемолазер (1) Словарь синонимов ASIS … Словарь синонимов Лазер — источник электромагнитных волн видимого, инфракрасного или ультрафиолетового диапазонов, основанный на принципе вынужденного (индуцированного) излучения квантовых систем атомов, молекул и др. В иностранных ВС применяется для локации, связи,… … Морской словарь лазер — – лазерный стенд развала. EdwART. Словарь автомобильного жаргона, 2009 … Автомобильный словарь ЛАЗЕР — (англ. laser аббревиатура словосочетания Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation усиление света с помощью вынужденного излучения) оптический квантовый генератор, источник оптического когерентного излучения, характеризующегося… … Российская энциклопедия по охране труда dic.academic.ru Как работают лазеры | BroDude.ruЛазеры используют везде: от кабинета стоматолога до научно-фантастических фильмов. Но как они работают? Почему лазерные указки настолько отличаются от обычного фонарика? Почему из лазера можно создать сокрушительное оружие? И почему лазерные мечи еще не так опасны, как их стальные собратья? Поговорим о природе лазера и будем надеется, что после прочтения ты станешь чуточку умнее.
 Лазеры — это такого рода обыденность, которой до сих пор удивляешься. Их используют каждый день в стоматологии, тату-салонах, печати и при воспроизведении CD-проигрывателей (помнишь их?). Но они также всплывают в фантастических фильмах, поражая нас видом лазерных мечей или лазерных бластеров. Мы постоянно ожидаем от них чего-то нового. Надеемся, что появится новый тип оружия и все будут такие: «пиу-пиу-пиу!». Но что мы действительно знаем о лазерах? Считается, что лазер — это такая форма света. Но ведь это не совсем так. Он обладает свойствами монохроматичности и когерентности, которые позволяют использовать технологию лазера в уникальнейших случаях. Обычные лампочки и фонарики заметно проигрывают лазерам на этом поле брани. Строение атома Чтобы понять, как работают лазеры, мы должны сначала взглянуть на атом. Всё, с чем ты взаимодействуешь: стул, на котором сидишь, воздух, которым дышишь, даже наши тела — всё состоит из маленьких частиц, называемых атомами. Если посмотреть на периодическую таблицу элементов, то мы увидим около ста различных видов атомов, которые существуют сегодня. Различные материалы состоят из разных комбинаций этих элементов.  Каждый атом содержит ядро (которое состоит из протонов и нейтронов) и набор электронов, которые постоянно находятся в движении по орбите ядра. Атомы имеют постоянную энергию, которая не нуждается в подзарядке со стороны. Электроны, которые находятся ближе к ядру, могут подвергнуться стимулированию, что приведет к «возбужденному» состоянию атома (звучит как эротика 70-х, но это физика).Благодаря квантовой механике мы знаем, что такой атом не может путешествовать в дискретные, четко определенные орбиты. Но если взять энергию в виде света или тепла, то он легко может трансформироваться в более высокое энергетическое состояние. Когда все эти перевозбужденные электроны решат отдохнуть, то они могут воссоединиться со своими соседями в нижних энергетических уровнях атома, чтобы выделить энергию в виде фотонов и лучей света. Разница между начальной и конечной орбитой электронов определяет высвобождающуюся энергию фотона, которая, в свою очередь, определит длину волны и цвет излучаемого света. Что такое лазер и как он работает? Если ты не сидел на последней парте на уроках физики, то должен помнить, что слово «лазер» является акронимом, который расшифровывается как: «усиление света посредством вынужденного излучения». Ключевое слово в этой расшифровке — «вынужденного». Это отличает лазеры от более простых форм света. Когда ты включаешь обычный фонарик, то свет проходил по случайным траекториям во всех направлениях, в результате чего он рассеивается и становится относительно слабым. А теперь возьмем лазер, свет которого «вынужденный» и «согласованный» — фотоны двигаются в унисон и в одном направлении. В итоге мы получаем более узкий, но более интенсивный луч света. Но как заставить фотоны соблюдать такие строгие правила? Давай вернемся к нашей картине атома. Когда электрон переходит из возбужденного энергетического состояния в состояние покоя, выпущенный фотон имеет определенное количество энергии. Энергия фотона равна разнице энергии основного и возбужденного состояния атома. Если недавно выпущенный фотон сталкивается с другим электроном, который находится в таком же возбужденном энергетическом состоянии, то он (электрон) приобретает свойство фотона — его энергию (цвет) и фазу (относительное положение).  Если у тебя есть достаточное количество электронов, которые находятся в возбужденном состоянии, то первый фотон может запустить цепную реакцию стимулированного излучения. Если фотонов будет больше, то электроны начнут двигаться обратно в свои привычные энергетические состояния, чем выпустят на свободу новые фотоны, которые, в свою очередь, стимулируют выбросить ещё больше фотонов. В итоге этот излучаемый свет будет иметь постоянную энергию и постоянную длину волны. Свет такой волны называется монохроматическим. То есть цепная реакция фотонов — это и есть то, на чем работают лазеры. Причем накачка электронами происходит с помощью мощной вспышки света или электрического импульса. Как только первые фотоны выпускаются наружу, лазеры, благодаря двум зеркалам, отражают эти фотоны, что стимулирует движение света туда и обратно через рабочее тело. В общем, в лазере происходит настоящая оргия фотонов. Целенаправленный характер лазеров делает их идеальными инструментами для резки, когда нужны точные, прямые линии. Это требование часто вступает в игру, когда речь идет о человеческом теле, будь то срез роговицы для улучшения зрения, удаление татуировки или корректировка сколотого зуба.
Одним из способов обойти эту проблему является методика адаптивной оптики: астрономы наблюдают за объектом изучения, и в то же время отмечают очень яркий объект, как правило, ближайшую к нам звезду. Поскольку ученые уже знают, что можно ожидать от объекта сравнения, они смотрят на изображение, которое они на самом деле видят, исключая все атмосферные погрешности. Полученная атмосферная модель затем используется для адаптации оптики телескопа в режиме реального времени, чтобы компенсировать влияние атмосферы при наблюдении цели. Но в этом методе есть большая проблема. Не всегда под рукой хороший и яркий объект сравнения. Когда на небе нет ничего подходящего, то астрономы создают свою собственную «звезду» с помощью лазерного луча, запущенного прямо в небо. То есть, сегодня ученые могут создать лазерную опорную звезду в любом месте, где это необходимо. Просто вообрази себе это — гораздо круче любого светового меча, разве нет? По материалам доктора Сабрины Стирвольт brodude.ru Что такое лазер - Вся ИнфаЛа́зер (англ. laser, акроним от light amplification by stimulated emission of radiation «усиление света посредством вынужденного излучения»), или опти́ческий ква́нтовый генера́тор — это устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения. Физической основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения. Излучение лазера может быть непрерывным, с постоянной мощностью, или импульсным, достигающим предельно больших пиковых мощностей. В некоторых схемах рабочий элемент лазера используется в качестве оптического усилителя для излучения от другого источника. Существует большое количество видов лазеров, использующих в качестве рабочей среды все агрегатные состояния вещества. Некоторые типы лазеров, например, лазеры на растворах красителей или полихроматические твердотельные лазеры, могут генерировать целый набор частот (мод оптического резонатора) в широком спектральном диапазоне. Габариты лазеров разнятся от микроскопических для ряда полупроводниковых лазеров до размеров футбольного поля для некоторых лазеров на неодимовом стекле. Уникальные свойства излучения лазеров позволили использовать их в различных отраслях науки и техники, а также в быту, начиная с чтения и записи компакт-дисков и заканчивая исследованиями в области управляемого термоядерного синтеза. Лазер представляет собой оптический квантовый генератор, прибор который излучает узкий пучок света. Он открывает небывалые возможности передачи энергии на любые расстояния со скоростью света. Обычный свет, который дают различные источники можно характеризовать, как небольшие пучки света, разлетающиеся в разных направлениях. Их можно сконцентрировать вогнутым зеркалом или линзой и даже разжечь костер, но энергия такого светового потока не сравнится с энергией лазерного луча.Лазерный луч состоит из квантовых частиц света, это достигается путем принудительной активации атомов прозрачной среды, которая является основой лазерного излучения. Для того, чтобы вызвать лавинообразное излучение в рубиновом стержне, нужно ударить по атомам этого вещества энергией другого источника, например светом, образующимся при взрыве. Соударяясь с веществом рубина каждый внешний фотон выбьет из его атомов новый фотон, который будет двигаться с той же силой и в том же направлении и, столкнувшись с новым атомным ядром выбьет новую частицу света. За счет полированных стенок рубина, которые действуют как отражающие зеркала, поток фотонов много раз пройдет этот путь, достигая большой плотности. В этот момент наклон зеркальной поверхности может быть изменен и луч большой энергетической мощности выстреливается наружу. Чтобы добиться испускания лазерного излучения, необходимо к рабочему веществу лазера подключить источник энергии, вызывающий возбуждение атомов. Этот источник называется «накачка». В лазерах с газовой активной средой накачка – это тлеющий электрический заряд, для твердотелых лазеров применяется импульсная лампа, для жидкостных можно использовать свет дополнительного лазера, для полупроводниковых — электрический ток.И соответственно, лазерные устройства делятся на: твердотелые лазеры, газовые лазеры, лазеры на красителях, эксимерные, на парах металла, полупроводниковые, на свободных электронах, химические, волоконные. Первыми в мире были созданы твердотельные лазеры. У них луч рождается внутри стекол, кристаллов, драгоценных камней. Эти кристаллы и камни не добываются на карьерах, а выращиваются в лабораториях, внутри специальных камер идет химическая реакция, под действием высокой температуры ( около 2500 град С) день за днем, микрон за микроном, в результате появляются синтетические кристаллы – активная среда для твердотельных лазеров.Из твердотелых лазеров раньше всех были разработаны рубиновые лазеры. Лазерный луч — это усиленный или концентрированный свет, а кусочек рубина играет роль такого усилителя, он называется – активная среда. Если с двух сторон рубина поместить зеркала и создать мощную вспышку, свет будет бегать между ними, отражаясь по многу раз и при этом, усиливаясь в активной среде, пока не превратится в лазерный луч. В активной среде лазерный луч рождается когерентным, т.е. частицы света в нем не мешают друг другу и летят параллельно, у них одна длина волны и узкий спектр излучения. Чтобы выпустить лазерный луч наружу — одно зеркало делают полупрозрачным. Вместо рубиновой активной среды может использоваться другая, из множества перечисленных выше вариантов. Газовые лазеры – используют в качестве активной среды – смесь газов и паров. Плотность газа в лазере невелика, создается оптическая однородность, свет не рассеивается и световой луч не искажается, что позволяет увеличить расстояние между зеркалами, но высокой мощности достичь не получается, так как в газе содержится меньшее количество возбужденных атомов, излучающих свет по сравнению с твердым телом. Существуют три типа газоразрядных лазеров: ионные лазеры, лазеры на нейтральных атомах, молекулярные лазеры.Различаются они диапазоном генерируемых волн и механизмом образования инверсии населенности (т.е. когда кол-во атомов активной среды, которые находятся в возбужденном состоянии, становится больше кол-ва атомов с низкой энергией, происходит инверсия).Лазеры на красителях. Активная среда — органические красители на основе бензола. Мощность излучения измеряется десятками Ватт, достигается непрерывное излучение, и могут быть ультракороткие импульсы. Эксимерные лазеры – разновидность газовых. Активная среда — смесь инертных газов. Используются энергетические переходы эксимерных молекул, способные существовать лишь некоторое время в возбужденном состоянии, создающих короткоживущие соединения.Лазеры на парах металла. Могут использоваться 27 видов металла, ионы и атомы которых имеют соответствующую структуру для создания инверсной населенности энергетических слоев. Например: лазеры на парах меди излучают зеленый свет, и мощность достигает 40 Вт, длина волны 510,4 и 578,2 нм.Полупроводниковые – активная среда — полупроводниковые кристаллы, имеют широкий диапазон длины волны, обладают малой когерентностью, образуются избыточные электроны или их недостатки (дыры), при их рекомбинации энергия электрического тока преобразуется в излучение. Накачка проводится электротоком, электронами, световыми пучками. Имеют большой КПД и маленькие размеры, мощность в импульсе до 1МВт, могут работать и в непрерывном режиме. Длина волны от 0,3 до 40 мкм.Лазеры на свободных электронах. Используется излучение электронов, которое колеблется под воздействием внешнего магнитного или электрического поля. Диапазон волны от 6 нм (рентгеновское излучение) до СВЧ излучения 12,25 см. Частота излучения таких лазеров плавно может меняться в широком диапазоне при изменении скорости движения электронов.Химические лазеры. В качестве активной среды обычно используют смесь фтора с молекулярным водородом. Происходят экзотермические химические реакции (т.е. с выделением тепла). Могут работать в импульсном или непрерывном режиме. Волоконные лазеры. Активная среда – оптическое волокно, накачка – широкополостные светодиоды или лазерные диоды. Оптическое волокно изготавливается из кварца, высокая прозрачность которого обеспечивает насыщенное состояние энергетических уровней атомов. Примеси, вносимые в кварц, превращают его в поглощающую среду, создавая инверсное (неоднородное) состояние заселенности энергетических уровней при определенной (подобранной экспериментально) мощности накачки. Обладают высоким оптическим качеством излучения, обладают небольшими размерами, можно встраивать в волоконные линии.
Применение лазеров. Излучение лазера обладает уникальными свойствами, которые нашли применение в различных отраслях науки и техники, в быту, промышленности и военном деле.Полупроводниковые лазеры используют для прицелов оружия и указок, в проигрывателях компакт-дисков, для освещения в мощных прожекторах, маяках. Применение лазера в промышленности. Лазеры в промышленности применяют для обработки всех видов современных материалов: резка пластика, металла, стекла, дерева. При этом применяется дополнительно сфокусированный луч с помощью линзы, которая превращает луч в очень тонкий, с высокой концентрацией энергии, что позволяет значительно сэкономить мощность потребляемой энергии. Под воздействием луча (при сверхвысоких температурах) вещество плавится и испаряется, при такой технологии нет большого количества отходов, края получаются без неровностей и заусениц и не требуют дополнительной обработки. Широко используется в промышленности лазерная гравировка, которую можно сделать на любом материале. Преимущества лазерной гравировки – это долговечность (устойчивость к стиранию, воздействию внешней среды), точная передача рисунка будь то логотип, фотография, узоры, любые изыски дизайнеров. Широко применяется лазер в медицине. Благодаря использованию широкого диапазона длины волн и энергии воздействия лазер нашел применение в терапии, хирургии, диагностике, косметологии. Лазерный скальпель может воздействовать на ткань для коагуляции (сворачивания крови) при лечении сосудистых, пигментных дефектов кожи, шлифовке и полировке кожи. Более мощное воздействие — это лазеры испаряющие ткань для неглубокого воздействия. И есть мощные — глубоко режущие. Для дробления камней в человеческом теле – используется лазерный литотриптер. При контакте конца волокна с камнем, излучение образует искру, выходная мощность лазера при этом достигает 1,6 Вт, разрушает камень, оставляя целыми мягкие ткани (что достигается правильным подбором длины волны). При этом практически нет ударной волны, и камень не отлетает, травмируя при этом ткани. В диагностике используется лазерный сканер, который пропускает лучи через ткани тела и по степени рассеивания светового потока определяют наличие или отсутствие заболевания.
В информационных технологиях – это вычислительная техника, лазерный принтер, оптическая цифровая память, лазерно-оптическое считывание информации, системы связи. Основной принцип работы этих устройств это преобразование и взаимодействие между электрическими сигналами, цифровыми носителями и световыми импульсами.В шоу программах применяются лучи лазера различных цветов. Лазерный свет монохроматичен, т.е. состоит из излучения одной частоты, в отличие от обычного цвета, который состоит из многих цветов, что легко проверить, пропустив свет через призму. Обычный свет разложится на спектр цветов, а лазерный луч при выходе из призмы будет таким же. Цвет луча можно создать при помощи красителей (родамин — оранжевая краска позволяет получить луч лазера от желто-зеленого до красного цвета, диэтиламинометил-кумарин – луч интенсивного голубого цвета). Лазерные указки бывают красного, зеленого, желтого, фиолетового, синего цвета. Разные цвета получаются в зависимости от цвета лазерного диода и путем комбинации частот при использовании различных кристаллов. В военной сфере для убийства и разрушения лазер, к счастью, не удается (пока!) использовать, несмотря на миллиарды долларов, потраченных для этих целей. Но для ослепления, например, наводчиков, и выжигания матриц оптической аппаратуры, в советской армии были разработаны лазерные установки на самоходном бронированном шасси. В земной атмосфере лазерный луч неэффективен, т.к. атмосфера легко рассеивает и поглощает лазерное излучение. Например: мощная лазерная установка, которая на расстоянии 1 м. проделает дыру в деревянном бруске, на 10 м уже менее эффективна. В свое время были предложены даже такие страшные идеи, — использовать для накачки лазера ядерный взрыв, но от нее отказались, как от нецелесообразной. И действительно, в мире и так уже существует много способов уничтожить человечество, и с таким количеством накопленного оружия, что с его помощью, можно это сделать несколько раз.Лазер эффективен в космическом безвоздушном пространстве. Кстати, в космосе луч увидеть невозможно, луч виден только в какой-то среде (туман, дым, пыль и пр.). Поэтому космические войны выглядели бы в реальности не так красочно, как в фантастических фильмах. Первый лазерный пистолет был создан в СССР в 1970 гг. Для защиты космических станций, спутников: если подлетает необитаемый корабль, то достаточно воздействовать лучем на его оптико- электронику, а если человек в скафандре – луч с 4-х метров прожигает глазное яблоко, на расстоянии 20 м ослепляет на пару секунд, ближе 20 м возможны ожоги, полная или частичная потеря зрения. Фоточувствительные датчики оптических систем тоже выходят из строя. Энергия выстрела такого пистолета — в пределах 10 Джоулей, что сравнимо с пулей, выпущенной из мощной пневматической винтовки. В военном деле так же применяется лазерная локация, лазерные навигационные системы.Лазерным технологиям за полвека удалось проникнуть почти во все сферы деятельности человека, это одно из самых значительных изобретений. И хотелось бы, чтобы высокий потенциал и нераскрытые возможности лазера и в будущем использовались только для исцеления, созидания и творчества. vsyainfa.xyz Что такое лазер?Название «лазер» произошло от первых букв слов Light Amplification by Stimulated Emisson Radiation, что в переводе означает: усилитель микроволн с помощью вынужденного излучения. Впервые разработкой лазера занимались в СССР А. Прохоров и Н. Басов. Вначале работали с радиочастотами. В 1956 г. Н. Г. Басов написал и защитил докторскую диссертацию: "Молекулярный генератор", в которой рассматривались возможности применения принципов и методов квантовой радиофизики на оптический диапазон частот, были созданы принципиально новые квантовые генераторы и усилители радиочастотного диапазона - мазеры, первым из них был мазер на молекулах аммиака. В 1959 году Н. Г. Басову и А. М. Прохорову была присуждена Ленинская премия за открытие нового принципа генерации и усиления электромагнитного излучения на основе квантовых систем. Эти открытия и исследования, а так же, примерно в то же время, проводимые в США Ч. Таунсом, дали рождение и развитие новой области физики - квантовой электроники.Первый рабочий лазер на основе искусственного рубина представил американский физик Теодор Майман 7 июля 1960 года. В 1962 году Н. Г. Басов и О. Н. Крохин высказывают идею о создании термоядерного синтеза при нагревании мишени излучением лазера. Так появилось новое научно-техническое направление - лазерный термоядерный синтез (ЛТС), что привело к созданию различных типов лазеров ( на тот момент были только твердотелые лазеры с энергией в импульсе меньше джоуля и непрерывные газовые лазеры с малой мощностью –меньше ватта).В 1964 году Н. Г. Басов, А. М. Прохоров и Ч. Таунс (США) стали лауреатами Нобелевской премии за фундаментальные исследования в области квантовой электроники, приведшие к созданию мазеров и лазеров. Лазер представляет собой оптический квантовый генератор, прибор который излучает узкий пучок света. Он открывает небывалые возможности передачи энергии на любые расстояния со скоростью света. Обычный свет, который дают различные источники можно характеризовать, как небольшие пучки света, разлетающиеся в разных направлениях. Их можно сконцентрировать вогнутым зеркалом или линзой и даже разжечь костер, но энергия такого светового потока не сравнится с энергией лазерного луча.Лазерный луч состоит из квантовых частиц света, это достигается путем принудительной активации атомов прозрачной среды, которая является основой лазерного излучения. Для того, чтобы вызвать лавинообразное излучение в рубиновом стержне, нужно ударить по атомам этого вещества энергией другого источника, например светом, образующимся при взрыве. Соударяясь с веществом рубина каждый внешний фотон выбьет из его атомов новый фотон, который будет двигаться с той же силой и в том же направлении и, столкнувшись с новым атомным ядром выбьет новую частицу света. За счет полированных стенок рубина, которые действуют как отражающие зеркала, поток фотонов много раз пройдет этот путь, достигая большой плотности. В этот момент наклон зеркальной поверхности может быть изменен и луч большой энергетической мощности выстреливается наружу. Чтобы добиться испускания лазерного излучения, необходимо к рабочему веществу лазера подключить источник энергии, вызывающий возбуждение атомов. Этот источник называется «накачка». В лазерах с газовой активной средой накачка – это тлеющий электрический заряд, для твердотелых лазеров применяется импульсная лампа, для жидкостных можно использовать свет дополнительного лазера, для полупроводниковых - электрический ток.И соответственно, лазерные устройства делятся на: твердотелые лазеры, газовые лазеры, лазеры на красителях, эксимерные, на парах металла, полупроводниковые, на свободных электронах, химические, волоконные. Первыми в мире были созданы твердотельные лазеры. У них луч рождается внутри стекол, кристаллов, драгоценных камней. Эти кристаллы и камни не добываются на карьерах, а выращиваются в лабораториях, внутри специальных камер идет химическая реакция, под действием высокой температуры ( около 2500 град С) день за днем, микрон за микроном, в результате появляются синтетические кристаллы – активная среда для твердотельных лазеров.Из твердотелых лазеров раньше всех были разработаны рубиновые лазеры. Лазерный луч - это усиленный или концентрированный свет, а кусочек рубина играет роль такого усилителя, он называется – активная среда. Если с двух сторон рубина поместить зеркала и создать мощную вспышку, свет будет бегать между ними, отражаясь по многу раз и при этом, усиливаясь в активной среде, пока не превратится в лазерный луч. В активной среде лазерный луч рождается когерентным, т.е. частицы света в нем не мешают друг другу и летят параллельно, у них одна длина волны и узкий спектр излучения. Чтобы выпустить лазерный луч наружу - одно зеркало делают полупрозрачным. Вместо рубиновой активной среды может использоваться другая, из множества перечисленных выше вариантов. Газовые лазеры – используют в качестве активной среды – смесь газов и паров. Плотность газа в лазере невелика, создается оптическая однородность, свет не рассеивается и световой луч не искажается, что позволяет увеличить расстояние между зеркалами, но высокой мощности достичь не получается, так как в газе содержится меньшее количество возбужденных атомов, излучающих свет по сравнению с твердым телом. Существуют три типа газоразрядных лазеров: ионные лазеры, лазеры на нейтральных атомах, молекулярные лазеры.Различаются они диапазоном генерируемых волн и механизмом образования инверсии населенности (т.е. когда кол-во атомов активной среды, которые находятся в возбужденном состоянии, становится больше кол-ва атомов с низкой энергией, происходит инверсия).Лазеры на красителях. Активная среда - органические красители на основе бензола. Мощность излучения измеряется десятками Ватт, достигается непрерывное излучение, и могут быть ультракороткие импульсы. Эксимерные лазеры – разновидность газовых. Активная среда - смесь инертных газов. Используются энергетические переходы эксимерных молекул, способные существовать лишь некоторое время в возбужденном состоянии, создающих короткоживущие соединения.Лазеры на парах металла. Могут использоваться 27 видов металла, ионы и атомы которых имеют соответствующую структуру для создания инверсной населенности энергетических слоев. Например: лазеры на парах меди излучают зеленый свет, и мощность достигает 40 Вт, длина волны 510,4 и 578,2 нм.Полупроводниковые – активная среда - полупроводниковые кристаллы, имеют широкий диапазон длины волны, обладают малой когерентностью, образуются избыточные электроны или их недостатки (дыры), при их рекомбинации энергия электрического тока преобразуется в излучение. Накачка проводится электротоком, электронами, световыми пучками. Имеют большой КПД и маленькие размеры, мощность в импульсе до 1МВт, могут работать и в непрерывном режиме. Длина волны от 0,3 до 40 мкм.Лазеры на свободных электронах. Используется излучение электронов, которое колеблется под воздействием внешнего магнитного или электрического поля. Диапазон волны от 6 нм (рентгеновское излучение) до СВЧ излучения 12,25 см. Частота излучения таких лазеров плавно может меняться в широком диапазоне при изменении скорости движения электронов.Химические лазеры. В качестве активной среды обычно используют смесь фтора с молекулярным водородом. Происходят экзотермические химические реакции (т.е. с выделением тепла). Могут работать в импульсном или непрерывном режиме. Волоконные лазеры. Активная среда – оптическое волокно, накачка – широкополостные светодиоды или лазерные диоды. Оптическое волокно изготавливается из кварца, высокая прозрачность которого обеспечивает насыщенное состояние энергетических уровней атомов. Примеси, вносимые в кварц, превращают его в поглощающую среду, создавая инверсное (неоднородное) состояние заселенности энергетических уровней при определенной (подобранной экспериментально) мощности накачки. Обладают высоким оптическим качеством излучения, обладают небольшими размерами, можно встраивать в волоконные линии.
Применение лазеров. Излучение лазера обладает уникальными свойствами, которые нашли применение в различных отраслях науки и техники, в быту, промышленности и военном деле.Полупроводниковые лазеры используют для прицелов оружия и указок, в проигрывателях компакт-дисков, для освещения в мощных прожекторах, маяках. Газовые лазеры применяют в геодезических целях (исследования состояний земной породы), в метрологии, для записи голограмм. Лазеры на красителях используют для зондирования атмосферы. Лазеры на парах металла применяют в промышленности для резки, сварки, различной обработке материалов. Эксимерные лазеры – в медицине для терапевтического и хирургического лечения. Волоконные – для тонких, точных работ, - таких как гравировка, резка металлов, маркировка товара. А так же лазеры широко используются в информационных технологиях, в шоу программах.
Применение лазера в промышленности. Лазеры в промышленности применяют для обработки всех видов современных материалов: резка пластика, металла, стекла, дерева. При этом применяется дополнительно сфокусированный луч с помощью линзы, которая превращает луч в очень тонкий, с высокой концентрацией энергии, что позволяет значительно сэкономить мощность потребляемой энергии. Под воздействием луча (при сверхвысоких температурах) вещество плавится и испаряется, при такой технологии нет большого количества отходов, края получаются без неровностей и заусениц и не требуют дополнительной обработки. Широко используется в промышленности лазерная гравировка, которую можно сделать на любом материале. Преимущества лазерной гравировки – это долговечность (устойчивость к стиранию, воздействию внешней среды), точная передача рисунка будь то логотип, фотография, узоры, любые изыски дизайнеров. Широко применяется лазер в медицине. Благодаря использованию широкого диапазона длины волн и энергии воздействия лазер нашел применение в терапии, хирургии, диагностике, косметологии. Лазерный скальпель может воздействовать на ткань для коагуляции (сворачивания крови) при лечении сосудистых, пигментных дефектов кожи, шлифовке и полировке кожи. Более мощное воздействие - это лазеры испаряющие ткань для неглубокого воздействия. И есть мощные - глубоко режущие. Для дробления камней в человеческом теле – используется лазерный литотриптер. При контакте конца волокна с камнем, излучение образует искру, выходная мощность лазера при этом достигает 1,6 Вт, разрушает камень, оставляя целыми мягкие ткани (что достигается правильным подбором длины волны). При этом практически нет ударной волны, и камень не отлетает, травмируя при этом ткани. В диагностике используется лазерный сканер, который пропускает лучи через ткани тела и по степени рассеивания светового потока определяют наличие или отсутствие заболевания.
В информационных технологиях – это вычислительная техника, лазерный принтер, оптическая цифровая память, лазерно-оптическое считывание информации, системы связи. Основной принцип работы этих устройств это преобразование и взаимодействие между электрическими сигналами, цифровыми носителями и световыми импульсами.В шоу программах применяются лучи лазера различных цветов. Лазерный свет монохроматичен, т.е. состоит из излучения одной частоты, в отличие от обычного цвета, который состоит из многих цветов, что легко проверить, пропустив свет через призму. Обычный свет разложится на спектр цветов, а лазерный луч при выходе из призмы будет таким же. Цвет луча можно создать при помощи красителей (родамин - оранжевая краска позволяет получить луч лазера от желто-зеленого до красного цвета, диэтиламинометил-кумарин – луч интенсивного голубого цвета). Лазерные указки бывают красного, зеленого, желтого, фиолетового, синего цвета. Разные цвета получаются в зависимости от цвета лазерного диода и путем комбинации частот при использовании различных кристаллов.
В военной сфере для убийства и разрушения лазер, к счастью, не удается (пока!) использовать, несмотря на миллиарды долларов, потраченных для этих целей. Но для ослепления, например, наводчиков, и выжигания матриц оптической аппаратуры, в советской армии были разработаны лазерные установки на самоходном бронированном шасси. В земной атмосфере лазерный луч неэффективен, т.к. атмосфера легко рассеивает и поглощает лазерное излучение. Например: мощная лазерная установка, которая на расстоянии 1 м. проделает дыру в деревянном бруске, на 10 м уже менее эффективна. В свое время были предложены даже такие страшные идеи, - использовать для накачки лазера ядерный взрыв, но от нее отказались, как от нецелесообразной. И действительно, в мире и так уже существует много способов уничтожить человечество, и с таким количеством накопленного оружия, что с его помощью, можно это сделать несколько раз.Лазер эффективен в космическом безвоздушном пространстве. Кстати, в космосе луч увидеть невозможно, луч виден только в какой-то среде (туман, дым, пыль и пр.). Поэтому космические войны выглядели бы в реальности не так красочно, как в фантастических фильмах. Первый лазерный пистолет был создан в СССР в 1970 гг. Для защиты космических станций, спутников: если подлетает необитаемый корабль, то достаточно воздействовать лучем на его оптико- электронику, а если человек в скафандре – луч с 4-х метров прожигает глазное яблоко, на расстоянии 20 м ослепляет на пару секунд, ближе 20 м возможны ожоги, полная или частичная потеря зрения. Фоточувствительные датчики оптических систем тоже выходят из строя. Энергия выстрела такого пистолета - в пределах 10 Джоулей, что сравнимо с пулей, выпущенной из мощной пневматической винтовки. В военном деле так же применяется лазерная локация, лазерные навигационные системы.Лазерным технологиям за полвека удалось проникнуть почти во все сферы деятельности человека, это одно из самых значительных изобретений. И хотелось бы, чтобы высокий потенциал и нераскрытые возможности лазера и в будущем использовались только для исцеления, созидания и творчества. Т. Клименко fotofan.od.ua Что такое лазер и лазеротерапия? – статьи компании Л-МедТермин Лазер – это аббревиатура от английского «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation», Что в переводе означает «усиление света с помощью вынужденного излучения». В советской литературе употребляется также термин "оптический квантовый генератор" (ОКГ). Создание лазера (1960) и несколько ранее мазеров (1955) послужило основой развития нового направления в физике и технике, которое называется квантовой электроникой. Чем же лазерное излучение отличается от обычного света? Лазерное излучение имеет большую мощность, чем обычный свет, потому что его лучи когерентны, то есть имеют одинаковую длину волны и движутся в одной фазе. Благодаря этому лазерные лучи можно сфокусировать, превратив с высокой точностью в узкий пучок. Причем сфокусировать можно на такой маленькой площади, что он будет способен сделать 200 отверстий на булавочной головке! В зависимости от используемых для изготовления лазера материалов и энергии лазерные пучки (лучи) могут иметь разную интенсивность. Плотность энергии по всему диаметру выходного лазерного луча не одинакова и зависит от нескольких факторов. Профиль поперечного сечения лазерного луча, показывающий распределение энергии луча, называется "поперечной электромагнитной волной" (transverse electromagnetic mode, TEM). Может быть разработано много различных TEM и каждый тип определяется номером. Чем больше номер, тем сложнее сфокусировать лазерный луч на маленькое пятно для того, чтобы получить высокую плотность энергии. Некоторые лазеры работают в нескольких разных режимах и обычно они называются многорежимными устройствами. Свойства лазерного света У лазерного света есть три уникальных свойства: Во-первых, этот световой луч коллимированный, что означает, что он перемещается в одном направлении с очень маленьким расхождением даже на очень большие расстояния. Обычные световые волны рассеиваются и быстро теряют свою интенсивность. Во-вторых, лазерный свет – монохромный, состоящий из одного цвета или узкого диапазона цветов. У обычного света очень широкий диапазон длин волн или цветов. В-третьих, лазерный свет – когерентный, что означает, что все световые волны перемещаются в фазе вместе как во времени, так и в пространстве. Если сравнивать с некогерентным светом электрической лампы или фонарика, можно увидеть, что обычный свет состоит из смеси частот, не совпадающих друг с другом по фазе, и распространяющихся в различных направлениях. Применение Луч лазера нашел применение в информационной технике, для измерения расстояний и для получения объемных изображений предметов - голограмм, в обработке металлов и пластиков, в средствах уничтожения и конечно, в медицине - в хирургии и косметологии. В медицину лазеры вошли в конце 1960-х годов. Существует три направления лазерной медицины, различие между которыми определяется мощностью светового потока лазера (и, как следствие, видом его биологического воздействия). Излучение низкой мощности (0.5 - 3 мВт) в основном используется в терапии крови, средней мощности (0.2 -2 Вт) – в эндоскопии и фотодинамической терапии злокачественных опухолей, а высокой (20 - 100 Вт) – в хирургии и косметологии. Хирургическое применение лазеров, так называемые “лазерные скальпели” основано на прямом механическом воздействии высокоинтенсивного излучения, которое позволяет резать и “сваривать” ткани. Такой же эффект применяется в косметологии и эстетической медицине (в последние годы наряду со стоматологией одна из самых прибыльных отраслей здравоохранения). Известно, что низкоинтенсивное лазерное воздействие приводит к таким положительным эффектам, как повышение тонуса, устойчивость к стрессам, улучшение работы нервной, имунной эндокринной систем, устранению ишемических процессов, заживлению хронических язв и многим другим. Существует и другой тип лазеротерапии - так называемая фотодинамическая терапия, применяемая для борьбы со злокачественными образованиями. Она основана на использовании открытых еще в 60-е годы фотосенсибилизаторов - специфических веществ, способных избирательно накапливаться в клетках (в основном раковых). При лазерном облучении средней мощности молекула фотосенсибилизатора поглощает световую энергию, переходит в активную форму и вызывает целый ряд разрушительных процессов в раковой клетке. Так, повреждаются митохондрии (внутриклеточные энергетические структуры), существенно меняется кислородный обмен, что приводит к появлению огромного количества свободных радикалов. Наконец, сильное нагревание воды внутри клетки вызывает разрушение ее мембранных структур (в частности внешней клеточной оболочки). Все это в итоге приводит к интенсивной гибели опухолевых клеток. Фотодинамическая терапия - достаточно новая область лазерной медицины, которая активно развивается с середины 80-х годов. Пока она не так популярная, как, например, лазерная хирургия или офтальмология, однако ее развитие и применение дает надежду на излечение многим людям, больным онкологическими заболеваниями. Итак, широта областей применения лазера, позволяет нам смело сказать, что использование лазерных технологий открывает необозримые возможности для улучшения жизни и здоровья человека. www.l-med.ru лазер - это... Что такое лазер?ЛАЗЕР — (оптический квантовый генератор), устройство, генерирующее когерентные эл. магн. волны за счёт вынужденного испускания или вынужденного рассеяния света активной средой, находящейся в оптич. резонаторе. Слово «Л.» аббревиатура слов англ. выражения … Физическая энциклопедия Лазер — в научной лаборатории. ЛАЗЕР (оптический квантовый генератор; аббревиатура от начальных букв английских слов Light Amplification by Stimulated Emission Radiation усиление света в результате вынужденного излучения), источник оптического… … Иллюстрированный энциклопедический словарь ЛАЗЕР — (оптический квантовый генератор; аббревиатура от начальных букв английских слов Light Amplification by Stimulated Emission Radiation усиление света в результате вынужденного излучения), источник оптического когерентного излучения,… … Современная энциклопедия ЛАЗЕР — (аббревиатура слов английской фразы: Light Amplification by Simulated Emission of Radiation усиление света искусственным излучением), оптический МАЗЕР, источник интенсивного, когерентного, с одинаковыми длинами волн узкого луча света… … Научно-технический энциклопедический словарь ЛАЗЕР — [англ. laser, сокр. Словарь иностранных слов русского языка ЛАЗЕР — (оптический квантовый генератор) (аббревиатура слов английской фразы: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation усиление света в результате вынужденного излучения) источник оптического когерентного излучения, характеризующегося… … Большой Энциклопедический словарь ЛАЗЕР — [зэ ], а, муж. (спец.). 1. Оптический квантовый генератор, устройство для получения мощных узконаправленных пучков света. Импульсный л. Л. непрерывного действия. 2. Пучок света, луч, получаемый при помощи такого генератора. Лечение лазером.… … Толковый словарь Ожегова лазер — сущ., кол во синонимов: 3 • луч (11) • нанолазер (1) • хемолазер (1) Словарь синонимов ASIS … Словарь синонимов Лазер — источник электромагнитных волн видимого, инфракрасного или ультрафиолетового диапазонов, основанный на принципе вынужденного (индуцированного) излучения квантовых систем атомов, молекул и др. В иностранных ВС применяется для локации, связи,… … Морской словарь лазер — – лазерный стенд развала. EdwART. Словарь автомобильного жаргона, 2009 … Автомобильный словарь ЛАЗЕР — (англ. laser аббревиатура словосочетания Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation усиление света с помощью вынужденного излучения) оптический квантовый генератор, источник оптического когерентного излучения, характеризующегося… … Российская энциклопедия по охране труда dic.academic.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
Однако самое крутое использование лазера мы наблюдаем в астрономии. Когда астрономы смотрят на далекий объект, например, на звезду через телескопы, то свет, который мы видим, искажается, проходя через неспокойную атмосферу Земли. Порой данные настолько трудно расшифровать, что невозможно определить является ли искажение свойством звезды или это просто эффект от просмотра через земную атмосферу.
Газовые лазеры применяют в геодезических целях (исследования состояний земной породы), в метрологии, для записи голограмм. Лазеры на красителях используют для зондирования атмосферы. Лазеры на парах металла применяют в промышленности для резки, сварки, различной обработке материалов. Эксимерные лазеры – в медицине для терапевтического и хирургического лечения. Волоконные – для тонких, точных работ, — таких как гравировка, резка металлов, маркировка товара. А так же лазеры широко используются в информационных технологиях, в шоу программах.
