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 l=1,27 см.
Чтобы создать лазер или оптический квантовый генератор
– источник когерентного света необходимо:
1) рабочее вещество с инверсной населенностью. Только тогда можно получить усиление света за счет вынужденных переходов.
2) рабочее вещество следует поместить между зеркалами, которые осуществляют обратную связь.
3) 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 мо
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.