Лазеры

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ИСТОРИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЛАЗЕРА 3
2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРА 3
3. УСТРОЙСТВО ЛАЗЕРА 4
3.1. АКТИВНАЯ СРЕДА 4
3.2. СИСТЕМА НАКАЧКИ 4
3.3. ОПТИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР 5
4. ВИДЫ ЛАЗЕРОВ 5
5. ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРОВ 6
6. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 7

2. Принцип действия лазера
Физической основой работы лазера служит явление вынужденного (индуцированного) излучения.
Вынужденное (индуцированное излучение) это явление генерации нового фотона при переходе квантовой системы (атома, молекулы, ядра и т.д.) из возбуждённого в стабильное состояние (меньший энергетический уровень) под воздействием индуцирующего фотона, энергия которого равна разности энергий уровней. Созданный фотон имеет ту же энергию, импульс, фазу и поляризацию, что и индуцирующий фотон (который при этом не поглощается).
Оба фотона являются когерентными - этим явление вынужденного излучения отличается от спонтанного излучения, в котором излучаемые фотоны имеют случайные направления распространения, поляризацию и фазу.
Вероятность того, что случайный фотон вызовет индуцированное излучение возбуждённого атома, в точности равняется вероятности поглощения этого фотона атомом, находящимся в невозбуждённом состоянии.
...

3.1. Активная среда
Рабочее тело является основным определяющим фактором рабочей длины волны, а также остальных свойств лазера. Существует большое количество различных рабочих тел, на основе которых можно построить лазер. Рабочее тело подвергается «накачке», чтобы получить эффект инверсии электронных населённостей, что вызывает вынужденное излучение фотонов и эффект оптического усиления.
В лазерах используются следующие рабочие тела:
• Жидкость, например, в лазерах на красителях. Состоит из органического растворителя, например метанола, этанола или этиленгликоля, в которых растворены химические красители, например кумарин или родамин. Конфигурация молекул красителя определяет рабочую длину волны.
• Газы, например, углекислый газ, аргон, криптон или смеси, такие как в гелий-неоновых лазерах. Такие лазеры чаще всего накачиваются электрическими разрядами.
• Твёрдые тела, такие как кристаллы и стекла.
...

3.2. Система накачки
Источник накачки подаёт энергию в систему.
Для создания инверсной населённости среды лазера используются различные механизмы. В твердотельных лазерах она осуществляется за счёт облучения мощными газоразрядными лампами-вспышками, сфокусированным солнечным излучением (так называемая оптическая накачка) и излучением других лазеров (в частности, полупроводниковых). В газовых и жидкостных лазерах используется накачка электрическим разрядом. Накачка химических лазеров происходит посредством протекания в их активной среде химических реакций. При этом инверсия населённостей возникает либо непосредственно у продуктов реакции, либо у специально введённых примесей с подходящей структурой энергетических уровней.
Тип используемого устройства накачки напрямую зависит от используемого рабочего тела, а также определяет способ подвода энергии к системе.
Классическая трёхуровневая система накачки рабочей среды используется, например, в рубиновом лазере.
...

5. Применение лазеров
С момента своего изобретения лазеры зарекомендовали себя как «готовые решения ещё неизвестных проблем». В силу уникальных свойств излучения лазеров, они широко применяются во многих отраслях науки и техники, а также в быту. Легко достижимая высокая плотность энергии излучения позволяет производить локальную термическую обработку и связанную с ней механическую обработку (резку, сварку, пайку, гравировку). Точный контроль зоны нагрева позволяет сваривать материалы, которые невозможно сварить обычными способами (к примеру, керамику и металл). Луч лазера может быть сфокусирован в точку диаметром порядка микрона, что позволяет использовать его в микроэлектронике для прецизионной механической обработки материалов (резка полупроводниковых кристаллов, сверление особо тонких отверстий в печатных платах).
Лазеры применяются в голографии для создания самих голограмм и получения голографического объёмного изображения.
...