Автор работы: Пользователь скрыл имя, 18 Декабря 2014 в 19:30, реферат
В фантастической литературе можно найти много описаний действия лучей разрушения и смерти. Все они, однако, включая и гиперболоид инженера Гарина, грешат против законов физики и прежде всего против основного ее закона – закона сохранение энергии. Невозможно путем обычных средств современной оптики - нагромождением только зеркал, линз или призм - беспредельно концентрировать энергию имеющихся в распоряжении современной техники источников света.
1) Введение 3
2) Сущность излучения света 4
3) Принцип действия 6
4) Основные типы лазеров 9
5) Заключение 12
6) Список использованной литературы 13
Основные типы лазеров
а) твёрдотельные (на рубине, на гранатах или стёклах, активированных неодимом);
б) газоразрядные (на смеси гелия и неона, на ионизированном аргоне, на углекислом газе);
в) жидкостные (на растворах органических красителей);
г) полупроводниковые (на чистых полупроводниках, на контактирующих друг с другом примесных полупроводниках разного типа);
д) химические (на газовых смесях, в которых происходят химические реакции с выделением энергии);
е) газодинамические (на реактивной струе газа).
Газовые лазеры - основным достоинством газов, как активной среды лазера, является высокая оптическая однородность. Поэтому для тех научных и технических применений, для которых, прежде всего, необходимы максимально высокая направленность и монохроматичность излучения, газовые лазеры представляют наибольшие интересы.
Вслед за первым газовым лазером на смеси гелия и неона (1960г) было создано большое количество разнообразных газовых лазеров, в которых используются квантовые переходы нейтральных атомов и молекул, и имеющие частоты в диапазонах от ультрафиолетового до инфракрасных частей спектра. Так лазер на водороде работает на длине волны λ=0,17 мкм. Лазер на ионах –Ne³+uNe+ работает на длине волны λ=0,2358 мкм. И λ=0,3324 мкм, а лазер на молекулах воды H2O на длинах волн λ=27,9 мкм. И λ=118,6 мкм. Среди лазеров непрерывного действия видимой и ближней инфракрасной области спектра, наибольшее распространение получил гелий-неоновый лазер. Этот лазер представляет собой заключённую в оптический резонатор газоразрядную трубку заполненную смесью NeuNe. Он генерирует излучение с длиной волны λ=0,6328 мкм, то есть в красной области спектра. Типичные размеры трубки это несколько десятков метров или 1-2 м., диаметр несколько миллиметров, мощность генерации обычно составляет десятки мВт. Гелий-неоновый лазер может работать на условном ряде переходов в ближайшей инфракрасной области, направленной на длинах волн λ=1,152 мкм. и λ=3,39 мкм. В лазере сравнительно просто реализуется предельно малая дифракционная расходимость светового пучка. Наиболее мощным лазером непрерывного действия, в видимой области спектра, является аргоновый лазер. В нём используется электрический разряд, с большой плотностью тока (до нескольких тысяч а ∕см²). Он работает на квантовых переходах иона Ar в синей и зелёной областях спектра, с длиной волны λ=0,4880 мкм. и λ=0,5145 мкм. Мощность генерации составляет десятки вт. Конструктивно аргоновый лазер значительно сложнее гелий - неонового (необходимы охлаждение и циркуляция газа). Наиболее мощным лазером является лазер на CO2 где λ=1,06 мкм. При непрерывном режиме работы СО2—λ достигается мощность в десятки квт. Создано также большое число импульсных газовых лазеров работающих, как правило, в переходном режиме формирования разряда.
Некоторые из них в режиме коротких импульсов (длительность≈10-9с.) дают сравнительно высокие пиковые мощности ≈10 кВт. СО2 –λ также может работать в импульсном режиме, обеспечивая мощность 1010 вт. Газовые лазеры способны обеспечить значительно более высокую монохроматичность излучения, нежели лазеры всех других типов. Однако на пути повышения монохроматичности и стабильности частоты излучения лазера, возникает целый ряд трудностей, как технического, так и принципиального характера. Различные помехи, приводящие к «качению» частоты лазера можно разделить на два класса: технические, влияющие на собственные частоты резонатора и физические, сказывающиеся на частотах рабочего перехода. К первым можно отнести дрожание зеркал резонатора, изменение его длины вследствие его теплового расширения и т.д. Ко вторым относятся влияние внешних электрических и магнитных полей флуктуации, свойства активной среды и мощности накачки. Для уменьшения роли большинства из этих факторов имеются соответствующие методы защиты. Например, разрабатываются специальные методы автоматической подстройки резонаторов, использующие магнитострикционные явления – пъезоэффект. В основе этих методов лежит следующая система, которая фиксирует изменения параметров резонаторов и обеспечивает соответствующую компенсацию. Наиболее важным фактором стабильности частоты лазера является флуктуации давления в рабочем объёме. Форма спектральной линии в газе зависит от давления, так как столкновения атомов и молекул в газе приводят к уширению и сдвигу спектральных линий пропорциональным давлению. Флуктуация давления приводит к флуктуации частоты рабочего квантового перехода. Поэтому активный газ должен находится при возможно более низком давлении. С другой стороны понижение давления приводит к уменьшению коэффициента усиления среды. Это противоречие частично удаётся разрешить методом стабилизации частоты излучения лазера, с помощью поглощающей ячейки помещаемой в резонатор. В поглощающей ячейке находится газ, имеющий спектральную линию соответствующую рабочему переходу активной среды. Например, у гелий-неонового лазера для линий λ=3,39 мкм таким газом является метан СН4. Оказалось возможным стабилизировать частоту излучения лазера по частотам линии поглощения метана, причём в условиях, когда давление, поглощающего газа значительно меньше активного. С помощью поглощающей ячейки достигнута относительная стабильность частоты излучения.
Полупроводниковые лазеры. Среди лазеров видимого и инфракрасного диапазона - полупроводниковые лазеры занимают особое положение по классу своих характеристик. В полупроводниках удаётся получить очень большие коэффициенты усиления ≈ 10²--10³ см, поэтому размеры полупроводниковых лазеров могут быть очень малыми – порядка долей миллиметров. Лазеры на полупроводниках позволяют почти полностью перекрыть видимый и ближний инфракрасные диапазоны. Полупроводниковые инжекционные лазеры характеризуются очень высоким КПД преобразования электрической энергии в когерентное излучение (близкое к 100%) и могут работать в непрерывном режиме. При температуре жидкого гелия достигается мощность-10 вт, при температуре жидкого озона – 4-5 вт. Особенно перспективные инжекционные лазеры на гетеропереходах. Которые работают в непрерывном режиме при комнатной температуре, создавая мощность ≈ 5•10‾²вт при КПД до 25%. В полупроводниковых лазерах с возбуждением электронных пучков можно возбуждать большие объёмы полупроводников, чем в случае инжекции через p-n переходы. Пиковая мощность при этом доходит до –1Мвт при электронном возбуждении не может превышать 30%.
Общим недостатком всех полупроводниковых лазеров является сравнительно невысокая направленность излучения, связанная с их малыми размерами и трудность получения высокой монохроматичности. Последнее связано с большой шириной спектра спонтанного излучения на рабочих рекомбинационных переходах. Полупроводниковые лазеры используются с наибольшей эффективностью в тех случаях, когда требование к когерентности и направленности не очень велики, но необходимы малые габариты и высокий КПД. Полупроводниковые лазеры превосходят лазеры всех остальных типов плотностью энергии излучения и управлением световым пучком, то есть модуляция интенсивности света с постоянной времени ≈10-11 сек.
Заключение
Сегодня трудно даже перечислить всевозможные применения лазеров в науке и технике. Лазеры используются в современной измерительной технике – для оптической локации, в геодезии, для сверхточных измерений расстояний, линейных и угловых скоростей, ускорений. Всё шире внедряются в практику лазерные методы контроля за состоянием атмосферы (степень и характер её загрязнённости), качеством различных изделий, наличием в тех или иных деталях высоких механических напряжений или внутренних дефектов. Развиваются системы лазерной связи (наземные, подводные, космические). Лазерное излучение начинают использовать и в современных вычислительных комплексах – для хранения, поиска, передачи и обработки информации. Накоплен большой материал по эффективному применению лазеров в медицине: созданы лазерные установки для выполнения самых различных хирургических операций, включая операции на человеческом глазе. Наиболее широко лазеры используются для обработки материалов. Мощные лазеры используются в таких энергоёмких технологических процессах, как резка и сварка толстых стальных листов, поверхностная закалка, направление 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 применение вакуумных камер, как при электронно-лучевой сварке, а это очень важно в конвейерном производстве. Лазерным лучом делают “надрезы” на различных поверхностях, ставят клейма, зачищают провода от изоляции. И всякий раз лазерный луч применяется там, где требуется особо “тонкая” работа, где механические средства обработки оказываются грубыми или попросту непригодными.
Одно из наиболее эффективных применений лазера – при глазных операциях. Оказалось, что лазер идеальной точностью сообщает как раз то количество энергии, которое необходимо, чтобы “приварить” отслоившуюся сетчатку к глазному дну.
Модулированные лазерные пучки эквивалентны огромному числу каналов радиосвязи, и влияние, которое они окажут на развитие техники связи, должно быть колоссальным.
Очень перспективно применение лазерного луча для связи, особенно в космическом пространстве, где нет поглощающих свет облаков.
Лазеры позволили осуществить светолокатор, с помощью которого расстояние до предметов измеряется с точностью до нескольких миллиметров. Такая точность недоступна для радиолокаторов.
Возбуждая лазерным излучением атомы или молекулы, можно вызвать между ними химические реакции, которые в обычных условиях не идут.
Перспективно использование мощных лазерных лучей для осуществления управляемой термоядерной реакции.
Список использованной литературы: