Лазеры, их применение

Слово “лазер” представляет с обой абревиатуру английской фразы “ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ” , переводимой как усиление света в результате вынужденного (индуцированного ) излучения . Гипотеза о существов ании индуцированного излучения была высказана в 1917 г . А Эйнштейном . Советские ученые Н.Г . Басов и А.М . Прохоров и независимо от них американский физик Ч . Таунс использовал и явление индуцированного излучения для созда ния микроволнового генератора радиово л н с длинной волны =1,27 см . Чтобы создать лазер или оптический квантов ый генератор – источник ког ерентного света необходимо : 1) рабочее вещество с инверсной населенностью . Только тогда можно получить усиление света за счет вынуж денных переходов. 2) рабочее вещество сле дует поместить между зеркалами , которые осуще ствляют обратную связь. 3) усиление , даваемое ра бочим веществом , а значит , число возбужденных атомов или молекул в рабочем веществе должно быть больше порогового значения , зависящего от коэффициента отражения полупрозр ачного зеркала. Первым квантовым генератором был рубиновы й твердотельный лазер . Также были созданы : газовые , полупроводниковые , жидкостные , газодин амические , кольцевые (бегущей волн ы ). Лазеры нашли широкое применение в науке – основной инструмент в нелин ейной оптике , когда вещества прозрачные или нет для потока обычного св ета меняют свои свойства на противоположные. Лазеры позволили осуществить новый метод получения объемных и цветных изображений , н азванный голографией . Лазеры широко применяются в медицине , особенно в офтальмологии , хирургии и онкологии , способны е создать малое пятно , благодаря высокой м онохроматичности и направленности . В офтальмологи и лазерное излучение с энергией 0,,3 дж по зволяет осуществлять ряд сложных операций , не нар ушая целостности самого глаза . Одной из та ких операций является приварка и укрепление отслоившейся сетчатки с помощью коагуляционн ых спаек . Кроме того , лазерный луч применя ется для выжигания злокачественных и доброкачественных опухолей . В хирургии сфоку сированный световой луч непрерывного лазера ( мощностью до 100 Вт ) служит чрезвычайно острым и стерильным скальпелем , осуществляющим бескровные операции даже на печени и селезенке . Весьма перс пективно использова ние непрерывных и импу льсных лазеров для прижигания ран и остан овки кровотечений у больных с пониженной свертываемостью крови . Лазерная обработка металлов . Возможность получать с помощью лазеров световые пучки высокой мощности до 10 12 – 10 16 вт /см 2 при фок усировки из лучения в пятно диаметром до 10-100 мкм делает лазер мощным средством обработки оптически непрозрачных м атериалов , недоступных для обработки обычными методами (газовая и дуговая сварка ). Это по зволяет осуществлять новые технологические опера ции, например , просверливание очень узких каналов в тугоплавких материал ах , различные операции при изготовлении плено чных микросхем , а также уве личения скорости обработки деталей . При пробивании отверстий в алмазных кругах сокращает время обработки одного круг а с 2-3 дней до 2 мин . Наиболее широко применяется лазер в микроэлектронике , где предпочтительна сварка соединений , а не пайка . Основные преимущества : отсутствие механического контакта , возможность обработки тру днодоступных деталей , возможность создания уз ких каналов , направленных под углом к обрабатываемой поверхности. Лазерная связь и локация . По сравнению с существующими средствами радиосвязи и радиолокации лазерные обладают двумя основными преимуществами : узк ой направленностью передачи и широкой полосой пропускания передаваемых частот . Сам ла зер создает направленный луч (расходимостью ~ 10'), а прменение оптической системы позволяет сформировать еще более параллельный луч (расходимостью ~2-3''). Один лазерный луч позволяет передавать сигнал в полосе часто т ~ 100 Мгц . Это дает возможность о дновременной передачи 200 телевизионных каналов. Первые сведения о применении лазерной локации относятся к 1962 г ., когда была осуществлена локация Луны . Увеличение мощности , излучаемой лазером , сделает возможным картограф иров ание поверхности Луны с Земли с высокой точностью (около 1,5 м ). Лазерная локация приме няется также в геофизике для определения высоты облаков , исследовании инверсионных и а эрозольных слоев в атмосфере , турбулентности и т.п. Лазерные системы навигации и обеспечения безопасности полетов . Одним из основных элементов инерц иальных систем навигации , широко используемых в авиации , являются гироскопы , которые в основном и опр еделяют точность системы . Лазерные гироскопы обладают достаточно высокой точностью , бо льшим диапазоном измерения угловых скоростей , малым собственным дрейфом , невосприимчивостью к линейным перегрузкам . Лазеры успешно применя ются как измерители скорости полета (воздушной и путевой ), высотомеры . Л азерные курсо-глиссадные системы обеспечивают безопасность полетов , связанную с увеличением точности систе м посадки , снижения ограничений по метеоуслов иям , обеспечением больших удобств работы экип ажа при выполнении такого ответственного учас тка полета , как посадка . В близи взлетно-по садочного полотна установленные лазерные лу чи создают геометрическую картину , позволяющую судить о правильности выдерживания траектории посадки . Лазерные системы управления о ружием резко повысили точность попадания . Лазерная полуактивная система наведе ния состоит из лазерн ого целеуказателя (лазерной системы подсвета цели ) и боеприпас а с лазерной головкой самонаведения.