Лазер. Классификация, история, строение, работа, виды и применениелазеров
План
Выступая. Определение.
1. Общая информация
2. Классификация лазеров
3. История лазеров
3.1. Лазерный визир
3.2. Лазерный спектральный анализ
3.3. Лазерные маркшейдерские инструменты
4. Строение лазера
5. Работа лазера
6. Виды лазеров
7. Применение лазеров
Использованные источники
Выступая. Определение.
Лазер (англ. LASER - Light Amplification by Stimulated Emission ofRadiation, усиление света с помощью вынужденного излучения)(рус. лазер, англ.laser, нем. Laser m) - устройство для ґенерування илиусиления монохроматического света, создание узкого пучка света,способного распространяться на большие расстояния без рассеяния и создаватьисключительно большую плотность мощности излучения при фокусировке(108 Вт / см для высокоэнергетических лазеров). Лазер работает по принципу,
аналогичным принципиальные работы мазера. Лазеры используются длясвязи (лазерный луч может переносить гораздо больше информации,чем радиоволны), резки, прожигания отверстий, сварка,наблюдения за спутниками, медицинских и биологических исследований ив хирургии.
Другое название лазера - оптический квантовый генератор.
1. Общая информация
Лазер - источник когерентного, монохроматического и узконаправленногоэлектромагнитного излучения оптического диапазона, котороехарактеризуется большой плотностью энергии. Существуют газовые лазеры,жидкостные и на твердых телах (диэлектрических кристаллах, стекле,полупроводниках). В лазере имеет место преобразования различных видов энергиив энергию лазерного излучения. Главный элемент Лазара - активноесреда, для образования которого используют: воздействие света,электрический разряд в газах, химические реакции, бомбардировки электроннымпучком и др. методы «накачки». Активная среда находитсямежду зеркалами, которые образуют оптичнийрезонатор. Существуют лазерынепрерывного и импульсного действия. Лазеры получили широкое применение внаучных исследованиях (физика, химия, биология, горнаядело и т.п.), голографии и в технике. Например,в геодезии, маркшейдерии, в конце ХХ в. создан новый метод лазернойсепарации алмазов из потока руды (Гудаев А. А., Канаев И. Ф., Шлюфман Е.М. // Датчики и системы. - 1999).
2. Классификация лазеров
По схемам функционирования:
3-уровневые
квази-4-уровневые
4-уровневые
По агрегатному состоянию активной среды:
газовые
жидкостные
твердотельные
По методу получения инверсии:
с электронной накачкой
с химической накачкой
с оптической накачкой
с тепловой накачкой
Наиболее распространенной является классификация по фи особенностямиактивной среды:
твердотельные - solid-state laser
полупроводниковые - semiconductor laser
волоконные - fiber laser
газовые - gas laser
ионные - ion laser
молекулярные - molecular laser
жидкостные - dye laser
газодинамические - gasdynamic laser
химические - chemical laser
эксимерные - eximer laser
лазеры на центрах окраски - color centers laser
фотодисоциацийни - photodissociation laser
лазеры на свободных электронах - free electron laser
рентгеновские - x-ray laser
лазеры с перестройкой длины волны генерации - tunable laser
рамановского - raman laser
параметрические - parametric laser
3. История лазеров
Хронологию изобретений в технике - см. в приложении.
3.1. Лазерный визир
Лазерный визир (рус. Лазерный визир, англ. Laser sight, нем. Laservisiern) - светопроекционной прибор для создания опорной линии в пространстве.Применяется для задания направления наклонным горным выработкам вподземных условиях. Обеспечивает возможность оперативного контроляпрямолинейности выработки, определения отклонения от заданного направления вгоризонтальной и вертикальной плоскостях. Состоит из газового(гелий-неонового) лазера с телескопической коллимирующих системой и подставкис подъемными и отсчётными механизмами. Модели Л. в. имеют устройствастабилизации и изменения направления светового пучка. Прибор устанавливается настандартную подставку на штативе, имеет вертикальную и горизонтальную осивращения излучателя. Предельные значения углов поворота вгоризонтальной плоскости - 180 °, в вертикальной - 20 °. Опорная линия (осьсветового пучка, излучаемого лазерным прибором), ориентирована впространстве по заданному направлению.
3.2. Лазерный спектральный анализ
Лазерный спектральный анализ (рус. Лазерный спектральныйанализ, англ. laser spectrum analysis; нем. Laserspektralanalyse f) -качественное и количественное определение элементного и молекулярного состававещества путем исследования его спектров, которые получают с помощьюлазерного излучения. Использование лазеров обеспечивает предельныезначение наиболее важных для спектрального анализа характеристик:чувствительность на уровне детектирования единичных атомов и молекул,избирательность до регистрации частиц с определенными квантовымихарактеристиками в смеси частиц, предельная спектральная (до полногоустранения влияния прибора) и временная (до 10 - 14 с) точность, возможностьдистанционного анализа (до дек. км). Л.с.а. используется, как правило,в тех случаях, когда необходимы характеристики не могут быть получены спомощью традиционных методов и приборов спектрального анализа.
3.3. Лазерные маркшейдерские инструменты
Лазерные маркшейдерские инструменты (рус. Лазерные маркшейдерскиеинструменты, англ. laser instruments for minesurveying, ним.Lasermarkscheideinstrumente n pl,Lasermarkscheidewerkzeuge n pl) - маркшейдерскиеинструменты и приборы (лазерный визир, лазерная рулетка и др.), в которыхвизирования осуществляется узконаправленным пучком красного света,образованного проектором, в основу которого положен газовый (чащегелий-неоновый) лазер. Наиболее распространенным в горной практике является лазерныйуказатель направления ЛУН различных модификаций, который применяется для заданиянаправлении горным выработкам при их проходке. Устанавливается настационарной подставке в выработке. Основным преимуществом является наличиедистанционного управления, что позволяет включать и выключать прибор,находясь от него на расстоянии нескольких сотен метров непосредственно взабое. Правильность направления выработки контролируется по положению светового пятна лазерного луча на стене забоя.
4. Строение лазера
Лазер - источник света. По сравнению с другими источниками света лазер имеетряд уникальных свойств, связанных с когерентностью и высокойнаправленностью его излучения. Излучение "нелазерных" источниковсвета не имеет этих особенностей.
"Сердце лазера" - его активный элемент. В одних лазеровэто кристаллический или стеклянный стержень цилиндрической формы. В других -запаянная стеклянная трубка, внутри которой находится специально подобраннаягазовая смесь. В третьих - кювета со специальной жидкостью. Согласноразличают лазеры твердотельные, газовые жидкостные.
При нагревании любое тело начинает излучать тепло. Однакоизлучения теплового источника распространяется по всем направлениям, то естьзаполняет телесный угол 4? стерадиан. Формирование направленного пучка оттакого источника, осуществляемое с помощью системы диафрагм или оптическихсистем, состоящих из линз и зеркал, всегда сопровождается потерейэнергии. Ни одна оптическая система не позволяет получить на поверхностиосвещаемого объекта мощность излучения большую, чем в самомисточнике света.
5. Работа лазера
Возбужденный атом может самопроизвольно (спонтанно) перейти на один из низшихуровней энергии, випроминившы при этом квант света. Световые волны,излучаемые нагретыми телами, формируются именно в результате такихспонтанных переходов атомов и молекул. Спонтанное излучение различныхатомов некогерентного. Однако, кроме спонтанного излучения, существуютизлучающие акты др. рода. Чтобы создать лазер или оптический квантовыйгенератор - источник когерентного света необходимо:
рабочее вещество с инверсной заселенностью. Только тогда можно получитьусиления света за счет вынужденных переходов.
рабочее вещество следует поместить между зеркалами, которые осуществляют обратнуюсвязь.
усиление дает рабочее вещество, а следовательно, число возбужденных атомов илимолекул в рабочем веществе должно быть больше определенного пороговогозначение, зависит от коэффициента отражения полупрозрачного зеркала.
6. Виды лазеров
Рубиновый лазер работает в импульсном режиме. Существуют также лазерынепрерывного действия. В газовых лазерах этого типа рабочим веществом является, газ.Атомы рабочего вещества возбуждаются электрическим разрядом. Применяютсяи полупроводниковые лазеры непрерывного действия. Они созданы впервые внашей стране. В них энергия для излучения заимствуется отэлектрического тока. Созданные очень мощные газодинамические лазерынепрерывного действия на сотни киловатт. В этих лазерах «перенаселенность»верхних энергетических уровней создается при расширении и адиабатическомохлаждении сверхзвуковых газовых потоков, нагретых до нескольких тысячКельвин.
7. Применение лазеров
Большие возможности открываются перед лазерной техникой в биологии имедицине. Лазерный луч применяется не только в хирургии(например, при операциях на сетчатке глаза) как скальпель, но и втерапии. Интенсивно развиваются методы лазерной локации и связи.
План
Выступая. Определение.
1. Общая информация
2. Классификация лазеров
3. История лазеров
3.1. Лазерный визир
3.2. Лазерный спектральный анализ
3.3. Лазерные маркшейдерские инструменты
4. Строение лазера
5. Работа лазера
6. Виды лазеров
7. Применение лазеров
Использованные источники
Выступая. Определение.
Лазер (англ. LASER - Light Amplification by Stimulated Emission ofRadiation, усиление света с помощью вынужденного излучения)(рус. лазер, англ.laser, нем. Laser m) - устройство для ґенерування илиусиления монохроматического света, создание узкого пучка света,способного распространяться на большие расстояния без рассеяния и создаватьисключительно большую плотность мощности излучения при фокусировке(108 Вт / см для высокоэнергетических лазеров). Лазер работает по принципу,
аналогичным принципиальные работы мазера. Лазеры используются длясвязи (лазерный луч может переносить гораздо больше информации,чем радиоволны), резки, прожигания отверстий, сварка,наблюдения за спутниками, медицинских и биологических исследований ив хирургии.
Другое название лазера - оптический квантовый генератор.
1. Общая информация
Лазер - источник когерентного, монохроматического и узконаправленногоэлектромагнитного излучения оптического диапазона, котороехарактеризуется большой плотностью энергии. Существуют газовые лазеры,жидкостные и на твердых телах (диэлектрических кристаллах, стекле,полупроводниках). В лазере имеет место преобразования различных видов энергиив энергию лазерного излучения. Главный элемент Лазара - активноесреда, для образования которого используют: воздействие света,электрический разряд в газах, химические реакции, бомбардировки электроннымпучком и др. методы «накачки». Активная среда находитсямежду зеркалами, которые образуют оптичнийрезонатор. Существуют лазерынепрерывного и импульсного действия. Лазеры получили широкое применение внаучных исследованиях (физика, химия, биология, горнаядело и т.п.), голографии и в технике. Например,в геодезии, маркшейдерии, в конце ХХ в. создан новый метод лазернойсепарации алмазов из потока руды (Гудаев А. А., Канаев И. Ф., Шлюфман Е.М. // Датчики и системы. - 1999).
2. Классификация лазеров
По схемам функционирования:
3-уровневые
квази-4-уровневые
4-уровневые
По агрегатному состоянию активной среды:
газовые
жидкостные
твердотельные
По методу получения инверсии:
с электронной накачкой
с химической накачкой
с оптической накачкой
с тепловой накачкой
Наиболее распространенной является классификация по фи особенностямиактивной среды:
твердотельные - solid-state laser
полупроводниковые - semiconductor laser
волоконные - fiber laser
газовые - gas laser
ионные - ion laser
молекулярные - molecular laser
жидкостные - dye laser
газодинамические - gasdynamic laser
химические - chemical laser
эксимерные - eximer laser
лазеры на центрах окраски - color centers laser
фотодисоциацийни - photodissociation laser
лазеры на свободных электронах - free electron laser
рентгеновские - x-ray laser
лазеры с перестройкой длины волны генерации - tunable laser
рамановского - raman laser
параметрические - parametric laser
3. История лазеров
Хронологию изобретений в технике - см. в приложении.
3.1. Лазерный визир
Лазерный визир (рус. Лазерный визир, англ. Laser sight, нем. Laservisiern) - светопроекционной прибор для создания опорной линии в пространстве.Применяется для задания направления наклонным горным выработкам вподземных условиях. Обеспечивает возможность оперативного контроляпрямолинейности выработки, определения отклонения от заданного направления вгоризонтальной и вертикальной плоскостях. Состоит из газового(гелий-неонового) лазера с телескопической коллимирующих системой и подставкис подъемными и отсчётными механизмами. Модели Л. в. имеют устройствастабилизации и изменения направления светового пучка. Прибор устанавливается настандартную подставку на штативе, имеет вертикальную и горизонтальную осивращения излучателя. Предельные значения углов поворота вгоризонтальной плоскости - 180 °, в вертикальной - 20 °. Опорная линия (осьсветового пучка, излучаемого лазерным прибором), ориентирована впространстве по заданному направлению.
3.2. Лазерный спектральный анализ
Лазерный спектральный анализ (рус. Лазерный спектральныйанализ, англ. laser spectrum analysis; нем. Laserspektralanalyse f) -качественное и количественное определение элементного и молекулярного состававещества путем исследования его спектров, которые получают с помощьюлазерного излучения. Использование лазеров обеспечивает предельныезначение наиболее важных для спектрального анализа характеристик:чувствительность на уровне детектирования единичных атомов и молекул,избирательность до регистрации частиц с определенными квантовымихарактеристиками в смеси частиц, предельная спектральная (до полногоустранения влияния прибора) и временная (до 10 - 14 с) точность, возможностьдистанционного анализа (до дек. км). Л.с.а. используется, как правило,в тех случаях, когда необходимы характеристики не могут быть получены спомощью традиционных методов и приборов спектрального анализа.
3.3. Лазерные маркшейдерские инструменты
Лазерные маркшейдерские инструменты (рус. Лазерные маркшейдерскиеинструменты, англ. laser instruments for minesurveying, ним.Lasermarkscheideinstrumente n pl,Lasermarkscheidewerkzeuge n pl) - маркшейдерскиеинструменты и приборы (лазерный визир, лазерная рулетка и др.), в которыхвизирования осуществляется узконаправленным пучком красного света,образованного проектором, в основу которого положен газовый (чащегелий-неоновый) лазер. Наиболее распространенным в горной практике является лазерныйуказатель направления ЛУН различных модификаций, который применяется для заданиянаправлении горным выработкам при их проходке. Устанавливается настационарной подставке в выработке. Основным преимуществом является наличиедистанционного управления, что позволяет включать и выключать прибор,находясь от него на расстоянии нескольких сотен метров непосредственно взабое. Правильность направления выработки контролируется по положению светового пятна лазерного луча на стене забоя.
4. Строение лазера
Лазер - источник света. По сравнению с другими источниками света лазер имеетряд уникальных свойств, связанных с когерентностью и высокойнаправленностью его излучения. Излучение "нелазерных" источниковсвета не имеет этих особенностей.
"Сердце лазера" - его активный элемент. В одних лазеровэто кристаллический или стеклянный стержень цилиндрической формы. В других -запаянная стеклянная трубка, внутри которой находится специально подобраннаягазовая смесь. В третьих - кювета со специальной жидкостью. Согласноразличают лазеры твердотельные, газовые жидкостные.
При нагревании любое тело начинает излучать тепло. Однакоизлучения теплового источника распространяется по всем направлениям, то естьзаполняет телесный угол 4? стерадиан. Формирование направленного пучка оттакого источника, осуществляемое с помощью системы диафрагм или оптическихсистем, состоящих из линз и зеркал, всегда сопровождается потерейэнергии. Ни одна оптическая система не позволяет получить на поверхностиосвещаемого объекта мощность излучения большую, чем в самомисточнике света.
5. Работа лазера
Возбужденный атом может самопроизвольно (спонтанно) перейти на один из низшихуровней энергии, випроминившы при этом квант света. Световые волны,излучаемые нагретыми телами, формируются именно в результате такихспонтанных переходов атомов и молекул. Спонтанное излучение различныхатомов некогерентного. Однако, кроме спонтанного излучения, существуютизлучающие акты др. рода. Чтобы создать лазер или оптический квантовыйгенератор - источник когерентного света необходимо:
рабочее вещество с инверсной заселенностью. Только тогда можно получитьусиления света за счет вынужденных переходов.
рабочее вещество следует поместить между зеркалами, которые осуществляют обратнуюсвязь.
усиление дает рабочее вещество, а следовательно, число возбужденных атомов илимолекул в рабочем веществе должно быть больше определенного пороговогозначение, зависит от коэффициента отражения полупрозрачного зеркала.
6. Виды лазеров
Рубиновый лазер работает в импульсном режиме. Существуют также лазерынепрерывного действия. В газовых лазерах этого типа рабочим веществом является, газ.Атомы рабочего вещества возбуждаются электрическим разрядом. Применяютсяи полупроводниковые лазеры непрерывного действия. Они созданы впервые внашей стране. В них энергия для излучения заимствуется отэлектрического тока. Созданные очень мощные газодинамические лазерынепрерывного действия на сотни киловатт. В этих лазерах «перенаселенность»верхних энергетических уровней создается при расширении и адиабатическомохлаждении сверхзвуковых газовых потоков, нагретых до нескольких тысячКельвин.
7. Применение лазеров
Большие возможности открываются перед лазерной техникой в биологии имедицине. Лазерный луч применяется не только в хирургии(например, при операциях на сетчатке глаза) как скальпель, но и втерапии. Интенсивно развиваются методы лазерной локации и связи.
Локация Луны с помощью рубиновых лазеров и специальных угловыхотражателей, доставленных на Луну, позволила увеличить точность измерениярасстояний Земля - Луна до нескольких см. Получены обнадеживающиерезультаты в направленном стимулировании химических реакций. С помощьюлазеров можно избирательно возбуждать одно из собственных колебаний молекулы.Оказалось, что при этом молекулы способны вступать в реакции, которые нельзяили трудно стимулировать обычным нагриванням.За помощью лазернойтехники интенсивно разрабатываются оптические методы обработки передачи ихранения информации, методы голографической записи информации,цветное проекционное телевидение.
Комментариев нет:
Отправить комментарий