ЛАЗЕРЫ

| Категория реферата: Рефераты по физике
| Теги реферата: спортивные рефераты, бесплатные рефераты
| Добавил(а) на сайт: Ясевич.

Газовые лазеры.- Основным достоинством газов, как активной среды лазера, является высокая оптическая однородность.Поэтому для тех научных и технических приминений, для которых прежде всего необходимы максимально высокая направленность и монохроматичьность излучения, газовые лазеры представляют наибольшие интересы.

Вслед за первым газовым лазером на смеси гелия и неона (1960г) было создано большое количество рознообразных газовых лазеров в которых используются квантовые переходы нейтральных атомов и молекул, и имеющие частоты в диапозонах от ультрофиолетового до инфрокрасных частей спектра.
Так лазер на водороде работает на длине волны ?=0,17 мкм. Лазер на ионах
–Neі+uNe+ работает на длине волны ?=0,2358 мкм. и ?=0,3324 мкм,а лазер на молекулах воды H2O на длинах волн ?=27,9 мкм. и ?=118,6 мкм. Среди лазеров непрерывного действия видимой и ближней инфракросной области спектра, наибольшее распространение получил гелий-неновый лазер. Этот лазер представляет собой заключённую в оптический резонатор газоразрядную трубку заполненную смесью NeuNe. Он генерирует излучение с длиной волны ?=0,6328 мкм , то есть в красной области спектра. Типичные размеры трубки это несколько десятков метров или 1-2 м., диаметр несколько милиметров. мощьность генерации обычно составляет десятки мВТ. Гелий-неоновый лазер может работать на условном ряде переходов в ближайшей инфрокрасной области, направленной на длинах волн ?=1,152 мкм. и ?=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 тысячь а /смІ). Он работает на квантовых переходах иона Ar в синей и зелёной областях спектра, с длиной волны ?=0,4880 мкм. и ?=0,5145 мкм. Мощьность генерации составляет десятки вт. Конструктивно аргоновый лазер значительно сложнее гелий неонового
(необходимы охлаждение и циркуляция газа). Наиболее мощным лазером является лазер на CO2 где ?=1,06 мкм. при непрерывном режиме работы СО2—? достигается мощность в десятки квт. Создано также большое число импульсных газовых лазеров работающих, как правило в переходном режиме формировония разряда.
Некоторые из них в режиме коротких импульсов (длительность?10-9с.) дают сравнительно высокие пиковые мощности?10 квт. СО2 –? 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 вследствии его теплового расширения и тд.
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 коэфициэнта 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 ?=3,39 мкм таким газом является метан СН4.
Оказалось возможным стабили-зировать 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-полупрводниковые лазеры занимают осбое положение по классу своих характеристик. В полупро-водниках удаётся получить очень большие коэффициэнты усиления ? 10І--10і см, поэтому размеры полупроводниковых лазеров могут быть очень малыми – порядка долей милимметров. Лазеры на полупроводниках позволяют почти полностью перекрыть видимый и ближний инфра- красные диапазоны. Полупроводниковые ижеционные лазеры характиризуются очень высоким КПД преобразования электрической энергии в когерентное излучение (блиское к 100%) и могут работать в непрерывном режиме. При температуре жидкого гелия достигается мощность-10вт, при температуре жидкого озона – 4-5вт. Особенно перспективные инжекционные лазеры на гетеропереходах. Которые работают в непрерывном режиме при комнатной температуре, создавая мощность ? 5•10?Івт 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 превлсходят лазеры всех остальных типов плотностью энергии излучения и управления световым пучком, то есть модуляция интенсивности света с постоянной времени ?10-11 сек.

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 напяжений 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 металов достигается высокое качество шва и не требуется применение вакуумных камер, как при электронно-лучевой сварке, а это очень важно в конвеерном 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 эфективных 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 колосальным.

Лазерный пучок используется для точного измерения величены g. Отражая лазерный пучок от зеркала, помещённого на Луне, можно получать информацию о флуктуациях расстояния от земли до Луны, которая имеет важное значение для геофизики Земли и Луны.

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.

В реферате были использованы данные, из следующей литературы:

М.И. Блудов “Беседы по физике”.

Москва “Просвещение” 1992 год.

В.Л. Гинсбург “О Физике и Астрофизике”.
Москва “Наука” 1985 год.

Дж. Триг “Физика 20 века: ключевые эксперименты”.
Москва издательство “Мир” 1978 год.

“Элементарный учебник физики” Под редакцией академика Г.С. Ландсберга.
Москва “Наука” том 3, 1986 год.

Р.В. Поль “Оптика и атомная физика”.
Москва “Наука” 1966 год.

Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев “Физика”.
Москва “Просвещение” 1991 год.