трусики женские украина

На головну

 Пристрій і застосування лазера - Фізика

Лазери

Квантові генератор, що випромінюють в діапазоні видимого та інфрачервоного випромінювання, отримали назву лазерів. Слово «лазер» є абревіатурою вирази: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, що означає посилення світла в результаті індукованого або, як іноді називають, вимушеного випромінювання квантів.

Пристрій лазера

Узагальнений лазер складається з лазерної активного середовища, системи «накачування» - джерела напруги і оптичного резонатора.

Система накачування передає енергію атомам або молекулам лазерної середовища, даючи їм можливість перейти в збуджений «метастабільний стан» створюючи інверсію населеності.

· При оптичної накачуванні використовуються фотони, що забезпечуються джерелом, таким як ксеноновая газо імпульсна лампа або інший лазер, для передачі енергії лазерному речовині. Оптичний джерело повинен забезпечувати фотони, які відповідають допустимим рівням переходу в лазерному речовині.

· Накачування за допомогою зіткнень заснована на передачі енергії лазерному речовині в результаті зіткнення з атомами (або молекулами) лазерного речовини. При цьому також повинна бути забезпечена енергія, відповідна допустимим переходам. Зазвичай це виконується за допомогою електричного розряду в чистому газі або в суміші газів в трубці.

· Хімічні системи накачування використовують енергію зв'язку, вивільняється в результаті хімічних реакцій для переходу лазерного речовини в метастабільний стан.

Оптичний резонатор потрібно для забезпечення потрібного зусилля в лазері і для відбору фотонів, що переміщуються в потрібному напрямку. Коли перший атом або молекула в метастабільному стані інверсної населеності розряджається, за рахунок вимушеного випромінювання, він ініціює розряд інших атомів або молекул, що знаходяться в метастабільному стані. Якщо фотони переміщаються в напрямку стінок лазерного речовини, зазвичай представляє собою стрижень або трубу, вони губляться, а процес посилення переривається. Хоча вони можуть відбитися від стінок стрижня або труби, але рано чи пізно вони загубляться з системи, і не будуть сприяти створенню променя.

З іншого боку, якщо один із зруйнованих атомів або молекул вивільнить фотон, паралельний осі лазерного речовини, він може ініціювати виділення іншого фотона, і вони обидва відіб'ються дзеркалом на кінці генеруючого стрижня або труби. Потім, відображені фотони проходять назад через речовину, ініціюючи подальше випромінювання в точності по тому ж шляху, яке знову відіб'ється дзеркалами на кінцях лазерного речовини. Поки цей процес посилення триває, частина посилення завжди буде виходити через частково відбиває дзеркало. У міру того, як коефіцієнт посилення або приріст цього процесу перевищить втрати з резонатора, починається лазерна генерація. Таким чином, формується вузький концентрований промінь когерентного світла. Дзеркала в лазерному оптичному резонаторі повинні бути точно налаштовані для того, щоб світлові промені були паралельні осі. Сам оптичний резонатор, тобто речовина середовища, не повинен сильно поглинати світлову енергію.

Лазерна середовище (генерує матеріал) - зазвичай лазери позначаються за типом використовуваного лазерного речовини. Існують чотири таких типу:

- Тверда речовина,

- Газ,

- Барвник,

- Напівпровідник.

Твердотільні лазери використовують лазерне речовина, розподілене у твердій матриці. Твердотільні лазери займають унікальне місце в розвитку лазерів. Першої робочої лазерної середовищем був кристал рожевого рубіна (сапфіровий кристал, легований хромом); з тих пір термін «твердотільний лазер» зазвичай використовується для опису лазера, у якого активним середовищем є кристал, легований домішками іонів. Твердотільні лазери - це великі, прості в обслуговуванні пристрої, здатні генерувати енергію високої потужності. Найбільш чудовою стороною твердотільних лазерів є те, що вихідна потужність зазвичай не постійна, а складається з великої кількості окремих піків потужності.

Одним із прикладів є Неодім - YAG лазер. Термін YAG є скороченням для кристала: алюмоітрієвому гранат, який служить як носій для іонів неодиму. Цей лазер випромінює інфрачервоний промінь з довжиною хвилі 1064 мікрометра. Крім того, можуть використовуватися й інші елементи для легування, наприклад ербій (лазери Er: YAG).

У газових лазерах використовується газ або суміш газів в трубі. У більшості газових лазерів використовується суміш гелію і неону (HeNe), з первинним вихідним сигналом в 6328 нм (нм = 10-9 метра) видимого червоного кольору. Вперше такий лазер був розроблений в 1961 році і став передвісником цілого сімейства газових лазерів.

Всі газові лазери досить схожі за конструкцією і властивостями. Наприклад, СО2 газовий лазер випромінює довжину хвилі 10,6 мікрометрів в далекій інфрачервоній області спектра. Аргоновий і кріптоновий газові лазери працюють з кратною частотою, випромінюючи переважно у видимій частині спектру. Основні довжини хвиль випромінювання аргонового лазера - це 488 і 514 нм.

У лазерах на барвнику використовується лазерна середу, що є складним органічним барвником в рідкому розчині або суспензії.

Найбільш значна особливість цих лазерів - їх «пристосовність». Правильний вибір барвника і його концентрації дозволяє генерувати лазерне світло в широкому діапазоні довжин хвиль у видимому спектрі або біля нього. У лазерах на барвнику зазвичай застосовується система оптичного збудження, хоча в деяких типах таких лазерів використовується збудження за допомогою хімічних реакцій.

Напівпровідникові (діодні) лазери - складаються з двох шарів напівпровідникового матеріалу, складених разом. Лазерний діод є діодом, що випромінюють світло, з оптичною ємністю для посилення випромінюваного світла від люфту в стержні напівпровідника, як показано на малюнку. Їх можна налаштувати, змінюючи прикладається струм, температуру або магнітне поле.

Різні часові режими роботи лазера визначаються частотою, з якою надходить енергія.

Лазери з безперервним випромінюванням (Continuous wave, CW) працюють з постійною середньою потужністю променя.

У одноімпульсних лазерів тривалість імпульсу зазвичай становить від декількох сотень мікросекунд до декількох мілісекунд. Цей режим роботи зазвичай називається Длінноімпульсний або нормальним режимом.

Одноімпульсние лазери з модуляцією добротності є результатом внутрірезонаторними запізнювання (осередок модуляції добротності), яке дозволяє лазерної середовищі зберігати максимум потенційної енергії. Потім, при максимально сприятливих умовах, відбувається випромінювання одиночних імпульсів, зазвичай з проміжком часу в 10-8 секунд. Ці імпульси мають високу піковою потужністю, часто в діапазоні від 106 до 109 Ватт.

Імпульсні лазери періодичної дії або скануючі лазери працюють в принципі також як і імпульсні лазери, але з фіксованій (або змінної) частотою імпульсів, яка може змінюватися від декількох імпульсів в секунду до такого великого значення як 20 000 імпульсів в секунду.

Принцип дії лазера

Фізичною основою роботи лазера служить явище вимушеного (індукованого) випромінювання. Суть явища полягає в тому, що збуджений атом здатний випроменити фотон під дією іншого фотона без його поглинання, якщо енергія останнього дорівнює різниці енергій рівнів атома до і після випромінювання. При цьому ізлучённий фотон когерентний фотону, який викликав випромінювання (є його «точною копією»). Таким чином відбувається посилення світла. Цим явище відрізняється від спонтанного випромінювання, в якому випромінюються фотони мають випадкові напрямку поширення, поляризацію і фазу.

Імовірність того, що випадковий фотон викличе індуковане випромінювання збудженого атома, в точності дорівнює ймовірності поглинання цього фотона атомом, що знаходяться в збудженому стані. Тому для посилення світла необхідно, щоб збуджених атомів в середовищі було більше, ніж збудженому (так звана інверсія населенностей). У стані термодинамічної рівноваги ця умова не виконується, тому використовуються різні системи накачування активного середовища лазера (оптичні, електричні, хімічні та ін.)

Першоджерелом генерації є процес спонтанного випромінювання, тому для забезпечення спадкоємності поколінь фотонів необхідне існування позитивного зворотного зв'язку, за рахунок якої ізлучённие фотони викликають наступні акти індукованого випромінювання. Для цього активне середовище лазера поміщається в оптичний резонатор. У найпростішому випадку він являє собою два дзеркала, одне з яких напівпрозоре - через нього промінь лазера частково виходить з резонатора. Відбиваючись від дзеркал, пучок випромінювання багаторазово проходить по резонатору, викликаючи в ньому індуковані переходи. Випромінювання може бути як безперервним, так і імпульсним. При цьому, використовуючи різні прилади (обертові призми, осередки Керра та ін.) Для швидкого виключення і включення зворотного зв'язку та зменшення тим самим періоду імпульсів, можливо створити умови для генерації випромінювання дуже великої потужності (так звані гігантські імпульси). Цей режим роботи лазера називають режимом модульованим добротності.

Генерується лазером випромінювання є монохроматичним (однієї або дискретного набору довжин хвиль), оскільки ймовірність випромінювання фотона певної довжини хвилі більше, ніж близько розташованої, пов'язаної з розширенням спектральної лінії, а, відповідно, і ймовірність індукованих переходів на цій частоті теж має максимум. Тому поступово в процесі генерації фотони даної довжини хвилі будуть домінувати над усіма іншими фотонами. Крім цього, через особливе розташування дзеркал в лазерному промені зберігаються лише ті фотони, які поширюються в напрямку, паралельному оптичної осі резонатора на невеликій відстані від неї, інші фотони швидко залишають обсяг резонатора. Таким чином промінь лазера має дуже малий кут розходження. Нарешті, промінь лазера має строго певну поляризацію. Для цього в резонатор вводять різні поляроїди, наприклад, ними можуть служити плоскі скляні пластинки, встановлені під кутом Брюстера до напрямку поширення променя лазера.

Застосування лазерів

лазер квантовий генератор випромінювання

З моменту свого винаходу лазери зарекомендували себе як «готові рішення ще не відомих проблем». В силу унікальних властивостей випромінювання лазерів, вони широко застосовуються в багатьох галузях науки і техніки, а також у побуті (програвачі компакт-дисків, лазерні принтери, зчитувачі штрих-кодів, лазерні указки та ін.). У промисловості лазери використовуються для різання, зварювання й пайки деталей з різних матеріалів. Висока температура випромінювання дозволяє зварювати матеріали, які неможливо зварити звичайними способами (наприклад, кераміку і метал). Промінь лазера може бути сфокусований в точку діаметром порядку мікрона, що дозволяє використовувати його в мікроелектроніці (так зване лазерне скрайбірованіе). Лазери використовуються для отримання поверхневих покриттів матеріалів (лазерне легування, лазерна наплавка, вакуумно-лазерне напилення) з метою підвищення їх зносостійкості. Широке застосування одержала також лазерна маркування промислових зразків і гравірування виробів з різних матеріалів. При лазерній обробці матеріалів на них не виявляється механічний вплив, тому виникають лише незначні деформації. Крім того весь технологічний процес може бути повністю автоматизований. Лазерна обробка тому характеризується високою точністю і продуктивністю.

Напівпровідниковий лазер, застосовуваний у вузлі генерації зображення принтера Hewlett-Packard.

Лазери застосовуються в голографії для створення самих голограм і отримання гологафіческого об'ємного зображення. Деякі лазери, наприклад лазери на барвниках, здатні генерувати монохроматичне світло практично будь-якої довжини хвилі, при цьому імпульси випромінювання можуть досягати 10-16 с, а отже і величезних потужностей (так звані гігантські імпульси). Ці властивості використовуються в спектроскопії, а також при вивченні нелінійних оптичних ефектів. З використанням лазера вдалося виміряти відстань до Місяця з точністю до декількох сантиметрів. Лазерна локація космічних об'єктів уточнила значення астрономічної постійної і сприяла уточненню систем космічної навігації, розширила уявлення про будову атмосфери і поверхні планет Сонячної системи. В астрономічних телескопах, забезпечених адаптивної оптичною системою корекції атмосферних спотворень, лазер застосовують для створення штучних опорних зірок у верхніх шарах атмосфери.

Надкороткі імпульси лазерного випромінювання використовуються в лазерної хімії для запуску і аналізу хімічних реакцій. Тут лазерне випромінювання дозволяє забезпечити точну локалізацію, дозованість, абсолютну стерильність і високу швидкість введення енергії в систему. В даний час розробляються різні системи лазерного охолоджування, розглядаються можливості здійснення за допомогою лазерів керованого термоядерного синтезу (найбільш відповідним лазером для досліджень в області термоядерних реакцій, був би лазер, який використовує довжини хвиль, що лежать в блакитній частині видимого спектру). Лазери використовуються і у військових цілях, наприклад, в якості засобів наведення і прицілювання. Розглядаються варіанти створення на основі потужних лазерів бойових систем захисту повітряного, морського і наземного базування.

У медицині лазери застосовуються як безкровні скальпелі, використовуються при лікуванні офтальмологічних захворювань (катаракта, відшарування сітківки, лазерна корекція зору та ін.). Широке застосування отримали також в косметології (лазерна епіляція, лікування судинних і пігментних дефектів шкіри, лазерний пілінг, видалення татуювань та пігментних плям). В даний час бурхливо розвивається так звана лазерна зв'язок. Відомо, що чим вище несуча частота каналу зв'язку, тим більше його пропускна здатність. Тому радіозв'язок прагне переходити на все більш короткі довжини хвиль. Довжина світлової хвилі в середньому на шість порядків менше довжини хвилі радіодіапазону, тому за допомогою лазерного випромінювання можлива передача набагато більшого обсягу інформації. Лазерний зв'язок здійснюється як за відкритими, так і за закритими световодним структурам, наприклад, з оптичного волокна. Світло за рахунок явища повного внутрішнього відображення може поширюватися по ньому на великі відстані, практично не слабшаючи.

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка