Лазер

Материал из Циклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Обучающий кинофильм "Лазеры". По заказу Государственного комитета СССР по профессионально-техническому образованию.

Лазер (от англ. LASER — Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation — усиление света за счет вынужденного излучения) — устройство, которое генерирует мощный световой поток за счет явления индуцированного излучения. В СССР распространение получил термин «оптический квантовый генератор» (ОКГ).

Содержание

Устройство лазера

  • Внешний источник накачки — внешний источник энергии, переводящий активную среду в возбужденное состояние. В газовых лазерах - тлеющий электрический разряд, в жидкостных и волоконных — свет вспомогательного лазера, в твердотельных — импульсная лампа, в полупроводниковых — электрический ток или поток электронов.
  • Активная лазерная среда, находящаяся внутри лазера. В зависимости от конструкции, может состоять из кристаллического тела (YAG-лазер), смеси газа (CO₂-лазер) или оптоволокна (волоконный лазер).
  • Оптический резонатор — устройство, создающее положительную обратную связь. Это два параллельных зеркала, одно из которых полупрозрачное или имеет отверстие для выхода светового луча. За счет отражения фотонов в зеркалах световые волны многократно проходят по активной среде, повышая эффективность ее использования. На длине резонатора укладывается целое число полуволн. Усиливаются те волны, для которых выполняется условие образования стоячих волн.
  • Оптический затвор служит для получения сверхкоротких лазерных импульсов. Позволяет ограничить серию импульсов в режиме свободной генерации и создать управляемый единичный импульс.

Квантовые усилители

Квантовые усилители — лазеры, состоящие из системы накачки и активной среды, но без резонатора. Усилитель ставится на выходе лазера; его импульс вызывает индуцированную генерацию в активной среде усилителя, приводящую к росту энергии излучения.

Физические характеристики

Лазер может генерировать электромагнитное излучение в диапазоне длин волн от 0,1 нм (УФ, ультрафиолетовое излучение) до субмиллиметрового инфракрасного (ИК). Излучение лазера является когерентным и монохромным. Лазерный луч концентрирует большую энергию на минимальной площади облучаемой поверхности.

Виды лазеров

Виды лазеров, применяемые в настоящее время:

  • твердотельные лазеры с твердым рабочим веществом (кристаллы искусственного рубина, неодимовые стекла, фтористый кальций, некоторые редкоземельные элементы и др.), обладающие большой мощностью излучения;
  • газовые лазеры, в которых в качестве активного вещества используются различные инертные газы (гелий, неон, аргон и др.); они менее мощные по сравнению со твердотельными лазерами;
  • полупроводниковые лазеры с использованием арсенида галлия и др., обладающие большим коэффициентом полезного действия и относительно большой удельной мощностью по сравнению с другими лазерами.
  • оптоволоконные лазеры в качестве активного элемента используется оптическое волокно легированное редкоземельными элементами (например Эрбием)). Обладают большим коэффициентом полезного действия и большой удельной мощностью.

По режиму работы

  • Импульсные лазеры. Дают кратковременные импульсы большой энергии. Импульсное излучение дают твердотельные лазеры.
  • Лазеры непрерывного действия. Непрерывное излучение дают газовые лазеры.

По виду активной среды

  • Жидкостные лазеры. Могут работать как в непрерывном, так и в импульсном режиме.
  • Газовые;
    • Лазеры на нейтральных атомах
    • Ионные лазеры
    • Молекулярные лазеры
    • Газодинамические лазеры. Разновидность молекулярных газовых лазеров.
    • Лазеры на парах металлов
    • Химические лазеры
    • Эксимерные лазеры.
  • Твердотельные;
    • Полупроводниковые лазеры
    • Волоконооптические лазеры
  • Лазеры на свободных электронах;
    • Скаттрон (комптоновский лазер)

По способу накачки (возбуждения лазерного вещества)

  • газоразрядные (в разрядах на полых электродах, в дуговых, тлеющих разрядах);
  • газодинамические (с созданием инверсий населенностей путем расширения горячих газов);
  • диодные или инжекционные (возбуждение при прохождении тока в полупроводнике);
  • химические лазеры (возбуждение на основе химических реакций);
  • с оптической накачкой (с возбуждением при помощи лампы непрерывного горения, лампы-вспышки, светодиода или другого лазера);
  • с ядерной накачкой (возбуждение в результате ядерного взрыва или с помощью излучения из атомного реактора);
  • с электронно-лучевой накачкой (специальные типы полупроводниковых и газовых лазеров).

По длине волны излучаемого света

Мазер (от Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) - квантовый генератор коротких радиоволн.

Применение

В настоящее время лазеры широко применяются во многих сферах человеческой жизни.

  • Сварка и резка металла
  • В медицине: при проведении хирургических операций выполняется разрез не при помощи ножа, а при помощи лазера, что позволяет проводить операции более точно и с меньшими последствиями, к тому же, исключая возможность всякого заражения, так как лазеры не могут переносить микробы.
  • Для передачи информации.
  • В измерительных инструментах.
  • В производстве, например для маркировки корпусов полупроводниковых чипов.

В культуре

В фантастике распространено лазерное оружие, при этом, часто, его выстрелы анимируются аналогично обычным пулям, что противоречит законам физики: свет распространяется с очень большой скоростью, так что выстрел бы выглядел как непрерывный луч.

См. также

Ссылки

  • Лазер. Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия megabook.ru.
Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Инструменты