Реферат: Применение лазера

 TOC o «1-3» h z u Введение… PAGEREF _Toc161679754 h 3

Первый лазер. PAGEREF _Toc161679755 h 6

Принцип работы и устройство лазера… PAGEREF _Toc161679756 h 8

Режимы работы лазеров… PAGEREF _Toc161679757 h 12

Режим модулированной добротности (режим генерации гигантских импульсов)PAGEREF _Toc161679758 h 12

Метод синхронизации продольных мод. PAGEREF _Toc161679759 h 12

Виды лазеров.PAGEREF _Toc161679760 h 14

Газовый лазер. PAGEREF _Toc161679761 h 14

Особенности газов как лазерных материалов. PAGEREF _Toc161679762 h 14

Создание активной газовой среды в газоразрядных лазерах. PAGEREF _Toc161679763 h 15

Гелий-неоновый лазер. PAGEREF _Toc161679764 h 16

Лазер на углекислом газе. PAGEREF _Toc161679765 h 17

Ионные лазеры… PAGEREF _Toc161679766 h 18

Химические лазеры.PAGEREF _Toc161679767 h 19

Лазер на красителях. PAGEREF _Toc161679768 h 21

Лазеры на парах металлов.PAGEREF _Toc161679769 h 23

Полупроводниковый лазер.PAGEREF _Toc161679770 h 24

Люминесценция в полупроводниках. PAGEREF _Toc161679771 h 24

Инверсия населённостей в полупроводниках. PAGEREF _Toc161679772 h 25

Лазер на свободных электронах.PAGEREF _Toc161679773 h 32

Применение лазеров… PAGEREF _Toc161679774 h 35

ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ… PAGEREF _Toc161679775 h 35

Флуоресцентная спектроскопия. PAGEREF _Toc161679776 h 36

Молекулярная спектроскопия. PAGEREF _Toc161679777 h 37

Рамановская спектроскопия. PAGEREF _Toc161679778 h 38

Ультрабыстрая спектроскопия. PAGEREF _Toc161679779 h 39

Спектроскопия одиночных фотонов. PAGEREF _Toc161679780 h 39

Измерение расстояния до Луны… PAGEREF _Toc161679781 h 40

Фотохимия. PAGEREF _Toc161679782 h 40

Лазерное намагничивание. PAGEREF _Toc161679783 h 40

Лазерное охлаждение. PAGEREF _Toc161679784 h 41

Голография. PAGEREF _Toc161679785 h 41

Лазерная локация и зондаж атмосферы… PAGEREF _Toc161679786 h 42

Микроэлектроника. PAGEREF _Toc161679787 h 42

Литография. PAGEREF _Toc161679788 h 42

Тестирование качества микросхем… PAGEREF _Toc161679789 h 43

Микрообработка печатных плат. PAGEREF _Toc161679790 h 43

Тестирование интерферометрической оптики. PAGEREF _Toc161679791 h 44

Запись и хранение оптической информации. PAGEREF _Toc161679792 h 44

Накачка титан-сапфира. PAGEREF _Toc161679793 h 44

Обработка материалов. PAGEREF _Toc161679794 h 45

Лазерная маркировка и гравировка. PAGEREF _Toc161679795 h 45

Трехмерное моделирование. PAGEREF _Toc161679796 h 45

Резка металлов и неметаллов. PAGEREF _Toc161679797 h 46

Сварка металлов и пластиков. PAGEREF _Toc161679798 h 46

Пайка. PAGEREF _Toc161679799 h 46

Сверление микроотверстий. PAGEREF _Toc161679800 h 47

Терагерцовая оптика. PAGEREF _Toc161679801 h 47

Шоу-бизнес. PAGEREF _Toc161679802 h 48

Медицина. PAGEREF _Toc161679803 h 48

Промышленность и быт. PAGEREF _Toc161679804 h 48

Лазерная ассоциация… PAGEREF _Toc161679805 h 49

Основные направления деятельности ЛАС… PAGEREF _Toc161679806 h 49

Развитие международного сотрудничества членов ЛАС… PAGEREF _Toc161679807 h 49

Заключение.PAGEREF _Toc161679808 h 51

Сводная таблица видов лазеров.PAGEREF _Toc161679809 h 52

Газовые лазеры… PAGEREF _Toc161679810 h 52

Лазеры на красителях. PAGEREF _Toc161679811 h 53

Лазеры на пара́х металлов. PAGEREF _Toc161679812 h 53

Твердотельные лазеры… PAGEREF _Toc161679813 h 54

Полупроводниковые лазеры… PAGEREF _Toc161679814 h 56

Другие типы лазеров. PAGEREF _Toc161679815 h 56

Список источников:PAGEREF _Toc161679816 h 57

<span Times New Roman",«serif»;font-variant:small-caps;color:black;mso-font-kerning: 0pt;font-weight:normal">Введение

Лазеры — этогенераторы и усилители когерентного излучения в оптическом диапазоне, действиекоторых основано на индуцированном (вызванном полем световой волны) излученииквантовых систем — атомов, ионов, молекул, находящихся в состояниях,существенно отличных от термодинамического равновесия. Лазеры, как и мазеры,генераторы и усилители СВЧ диапазона, называют еще квантовыми генераторами(усилителями), поскольку поведение участвующих в их работе частиц описываетсязаконами квантовой механики. Принципиальным отличием лазеров от всех другихисточников света (тепловых, газоразрядных и др.), представляющих собой по сутидела источники оптического шума, является высокая степень когерентностилазерного излучения. С созданием лазеров в оптическом диапазоне появилисьисточники излучения, аналогичные привычным в радиодиапазоне генераторамкогерентных сигналов, способные успешно использоваться для целей связи ипередачи информации, а по многим своим свойствам — направленности излучения,полосе передаваемых частот, низкому уровню шумов, концентрации энергии вовремени и т.д. — превосходящие классические устройства радиодиапазона.

Отметим, что высокая степень когерентности достигается засчет того, что лазерное излучение получается именно за счет индуцированныхполем световой волны переходов с одного (верхнего) уровня квантовой системы надругой (нижний), при которых излучение каждой микрочастицы когерентно свызвавшей его волной, а следовательно, излучение всех частиц когерентно междусобой. Во всех других источниках света излучение рождается за счет спонтанных,случайных и некорелированных между собой переходов микрочастиц, и поэтому егокогерентность крайне низка.
Понятие об индуцированном излучении быловведено в физику А. Эйнштейном в 1916 году, он же предсказал когерентностьвынуждающему излучению, которая была позже (1929 год) строго обоснована Диракомв созданной им квантовой теории излучения. Первая попытка экспериментальнообнаружить индуцированное излучение относится, очевидно, к 1928 году, когдаЛанденбург, изучая отрицательную дисперсию света, сформулировал условияобнаружения индуцированного излучения как преобладание его над поглощением(условие инверсии), отметив, что для этого необходимо специальное избирательноевозбуждение квантовой системы.
В 1939 году советский физик В.А. Фабрикант, изучавший отрицательное поглощениев газах, указал на возможность усиления света за счет индуцированного излучениякак на способ обнаружения этого излучения.
Несмотря на важность сделанных в этих работах выводов, они, к сожалению,остались практически не замеченными и не оказали существенного влияния насоздание лазеров, как и поданная В.А. Фабрикантом с сотрудниками в 1951 годузаявка на изобретение «нового способа усиления электромагнитного излученияУФ, видимого, ИК и радиодиапазонов», которая была опубликована только в1959 году, уже после создания мазеров и публикаций другими учеными предложенийо создании лазеров [Донина Н.М., 1974].
Хотя, как следует из изложенного выше, основные понятия квантовой электроники(об индуцированном излучении, инверсии, возможности усиления за счетиндуцированного излучения) были сформулированы уже к 1940 году применительно коптике, создание квантовых приборов шло от мазеров к лазерам, от радиодиапазонак оптическому. То, что первые квантовые приборы появились в радиодиапазоне(СВЧ), связано с тем, что классическая радиофизика не могла решитьтрадиционными для нее методами ряд очень важных с практической точки зренияпроблем, таких, как освоение более коротких волн, создание в коротковолновомдиапазоне высокостабильных, малошумящих и достаточно мощных приборов. Этонастоятельно заставляло искать другой подход к решению этих проблем и привело ксозданию в СВЧ-диапазоне принципиально новых приборов — квантовых усилителей игенераторов.
Первый квантовый генератор, работающий на переходе молекулы аммиака с длинойволны <st1:metricconverter ProductID=«1,25 см» w:st=«on»>1,25 см</st1:metricconverter>,был реализован в 1954 году Н.Г. Басовым и А.М. Прохоровым в Физическом институтеим. П.Н. Лебедева АН СССР (ФИАН) и группой под руководством Ч. Таунса вКолумбийском университете (США). Первые квантовые усилители СВЧ-диапазона былисозданы в 1956 году в ФИАН под руководством А.М. Прохорова и в фирме «Беллтелефон» (США) [Донина Н.М., 1974].
Квантовые генераторы СВЧ, обладающие высокой стабильностью частоты, нашлиприменение в службе времени, радионавигации. Квантовые парамагнитные усилителис чрезвычайно низким уровнем собственных шумов позволили повысить на два — трипорядка чувствительность приемных устройств СВЧ-диапазона, что обеспечилогромадный успех в радиоастрономии, трансконтинентальной связи через космос ивообще в приеме слабых сигналов.
В оптике же привыкли иметь дело со спонтанным (шумовым) излучением, вопрос осоздании мощного генератора когерентных колебаний у оптиков как-то вообще невозникал. Первый лазер был создан в 1960 году, через 6 лет после созданиямазера, причем определяющими для его создания были идеи и предложениясоздателей мазеров А.М. Прохорова и Н.Г. Басова (ФИАН), И. Таунса и А. Шавлова(США).
Появление лазеров произвело революцию в оптике: появились не существовавшие доэтого мощные источники когерентного излучения с высокой направленностью,яркостью, способные концентрировать громадную энергию в чрезвычайно малыхспектральных, временных и пространственных интервалах.
В становлении и развитии квантовой радиофизики, создании мазеров и лазеровбольшую роль сыграли работы отечественных ученых. Международным признанием этойроли явилось присуждение в 1964 году Н.Г. Басову и А.М. Прохорову вместе с Ч.Таунсом Нобелевской премии по физике за «основополагающие работы в областиквантовой радиофизики, которые привели к созданию генераторов и усилителей врадио и оптическом диапазоне длин волн (мазеров и лазеров)».

Первыйлазер

Работы по лазерам в лаборатории люминесценции ФИАНвозникли по инициативе Н. Г. Басова. осенью 1960 года, вызванной тем, что,начиная с 1958 года, когда Шавлов и Таунс, а также Прохоров опубликовали статьио перспективности получения генерации в оптической области спектра сиспользованием индуцированного излучения, а затем американскими учеными(Мейманом и другими) в 1960 году были получены обнадеживающие результаты срубином. М. Д. Галанин с радостью откликнулся на это предложение и он сам, ЗояАфанасьевна Чижикова занялись этой проблемой. В начале мы повторили опытыамериканцев по обнаружению изменения населенности верхнего уровня хрома принакачке импульсной лампой. Поскольку эти результаты были повторениемамериканских опытов, то они опубликованы не были, а вошли только в закрытыйотчет 1960 года. В начале 1961 года появились публикации Меймана о полученииоптической генерации в рубине (как стало понятно потом, он получил еще негенерацию, а только усиление люминесценции индуцированным излучением —сверхлюминесценцию). Настоящая, «пичковая» генерация в рубине была получена вработе группы Шавлова, опубликованной тоже в 1961 году, но позднее работыМеймана. Весной <st1:metricconverter ProductID=«1961 г» w:st=«on»>1961 г</st1:metricconverter>.наша группа создала собственно лазерную установку, в которой образец рубина сконцентрацией хрома 0,05 % и длиной <st1:metricconverter ProductID=«4 см» w:st=«on»>4 см</st1:metricconverter> накачивался 2 импульсными лампами в кожухес напылением MgO.

<img src="/cache/referats/24807/image002.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">

На этой установке добились генерации 18 сентября1961 года (через 5 месяцев после публикации Меймана <st1:metricconverter ProductID=«1961 г» w:st=«on»>1961 г</st1:metricconverter>.). Подробное описаниелазера было дано в закрытом отчете ФИАН в декабре 1961 года. После исследованиякогерентных свойств излучения нашего лазера опубликовали статью в ЖЭТФ, т. 43,№ 7, за <st1:metricconverter ProductID=«1962 г» w:st=«on»>1962 г</st1:metricconverter>.

Эта была первая публикация в Советском Союзе поэксперименту с оптическим генератором. Продолжая эту работу, мы опубликовалитакже заметку о пичковом режиме рубинового лазера в «Оптике и спектроскопии»,т. 14 № 2, за <st1:metricconverter ProductID=«1963 г» w:st=«on»>1963 г</st1:metricconverter>.(авторы — Галанин, Леонтович, Свириденков, Сморчков, Чижикова). В этой иследующей работе, которые были доложены на 3-й международной конференции поквантовой электронике, проходившей в Париже в феврале 1963 года, советскимиучёными было показано, что режим пульсаций и когерентность излучения взаимносвязаны.

Фотографировали также и «модные картинки», т.е.распределение интенсивности излучения в поперечном сечении при генерации одноготипа колебаний — моды.

Оно хорошо укладывалось в теоретическоераспределение, если считать, что резонатор аналогичен резонатору сосферическими зеркалами. Эта «сферичность» возникала как из-за начальныхоптических неоднородностей образцов рубина, так и из-за термо-оптическихискажений, вызванных светом накачки.

На первых этапах работы много внимания было отданокачеству рубиновых образцов (как оптического, так и в отношении примесей), ккоторому предъявляются высокие требования. В ФИАНе не было соответствующейаппаратуры для изготовления рубина и мы получали его из 2-х мест — из Институтакристаллографии и из «почтового ящика», который снабжал до этого мазерныеработы, и пробовались и те, и другие. Причем рубины как раз из Институтакристаллографии не заработали. А загенерировали образцы из почтового ящика.

Тогда был какой-то предрассудок насчет формыобразцов — все первые рубины были в форме параллелепипедов, и американские, инаши. Это, по-видимому, было наследие от мазерной эры. Может быть также,сыграла свою роль и одна работа Прохорова, в которой обсуждался вопрос орезонаторе для оптических генераторов, и в ней резонаторы другой формы нерассматривались. А потом было понято, что это не играет роли, что важна толькопараллельность торцов этих кристаллов, на которые тогда и наносились зеркала.Потом появились образцы цилиндричесой формы, и также, когда стали применятьвнешние зеркала — с брюстеровскими торцами.

В конце концов оказалось, что хаос в пульсациях неимеет отношения к проблеме странного аттрактора, а обусловлен тепловыминестабильностями термических и оптико-механических свойств при нагревании тойже лампой, что осуществляет и оптическую накачку.

<span
еще рефераты
Еще работы по физике