Лазер: строение, свойства и применение

Введение 3
История нахождения лазера 4
Физические основы работы лазера 5
Принцип работы лазеров 7
Класиффикация лазеров 11
Основные свойства лазерного излучения 14
Применение лазеров 14
Техника безопасности при работе с лазерами 16
Заключение 18
Список используемой литературы 19

История нахождения лазера
Оптические квантовые генераторы, или лазеры (с англ. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - усиление света с помощью вынужденного излучения), появились сравнительно недавно, их уже широко применяют в науке, промышленности, сельском хозяйстве, транспорте и других отраслях производства.
Впервые понятие индуцированного излучения ввел в 1916 А. Эйнштейн. Описывая поглощения и излучения света с помощью вероятностных переходов, он доказал, что в случае равновесного излучения вместе с поглощением и спонтанным излучением должно быть и стимулирующей излучения.
Следующий этап в создании оптических квантовых генераторов - открытие в 1939 г.. Советских физиком-теоретиком В.А. Фабрикантом возможности усиления электромагнитных волн с помощью индуцированных переходов. И только в 1954 г.. Советских ученые М. Басов и А.М. Прохоров одновременно с американским физиком Ч.X.
...

Физические основы работы лазера
Физическую основу лазеров составляет так называемое индуцированное излучение атомов.
В зависимости от причин, обуславливающих переход атома из возбужденного в основное энергетическое состояние, излучение атомов разделяют на спонтанное и индуцированное. Спонтанное излучение возникает при самопроизвольном переходе атома, за счет внутренних процессов, из возбужденного состояния в основное. Спонтанное излучение различных атомов случайно и хаотичным во времени, частоте (переходе между различными подуровнями), направлении распространения и поляризации. Обычные источники осуществляют преимущественно спонтанное излучение.
Индуцированным называют вынужденное излучение атома, которое возникает при определенном внешнем воздействии фотона на возбужденный атом.
...

Принцип работы лазеров
Рассмотрим принцип работы рубинового и гелий-неонового лазеров.
В рубинового лазера рабочим телом является искусственный кристалл рубина (оксид алюминия ) с примесью атомов хрома (около 0,05%). Именно ионы трехвалентного хрома () имеют необходимые свойства - легко возбуждаются и имеют метастабильное уровень возбуждения. Кристалл К имеет продолговатую цилиндрическую форму со строго параллельными посеребренными поверхностями. Передняя поверхность является полупрозрачной. Таким образом, кристалл рубина является активной средой и зеркальным резонатором.
Если с помощью вспышки мощной импульсной ксеноновой лампы Л осветить кристалл сине-зеленым светом, то поглощая фотоны с длиной волны 560 нм, ионы хрома переходят с основного энергетического состояния Е1 в возбужденное состояние Е3. Из состояния Е3 ионы хрома в течение 10-8 с осуществляют безызлучательный переход в метастабильное состояние Е2, в котором ионы хрома задерживаются в 10-3 с.
...

Класиффикация лазеров
Жидкостный лазер. В этих лазерах рабочим телом служат жидкие диэлектрики с примесными атомами. Оказалось что, растворяя редкоземельные элементы в некоторых жидкостях, можно получить структуру энергетических уровней, очень сходную со структурой уровней примесных атомов в твердых диэлектриках. Поэтому принцип работы жидкостных лазеров тот же, что и твердотельных. Преимущества жидкостных лазеров очевидны: во-первых, не нужно варить стекло высокого качества, во-вторых, жидкостью можно заполнять любой объем, а это облегчает охлаждение активного вещества путем циркуляции самой жидкости в приборе.
Разработан метод получения жидких активных веществ с примесями гадолиния, неодима и самария. При экспериментах по получению стимулированного излучения жидкое вещество помещали в резонатор со сферическими зеркалами, подобный тому, что используют в газовых лазерах. Если лазер работал в импульсном режиме, то в специальном охлаждении жидкого вещества не было необходимости.
...

Основные свойства лазерного излучения

К основным свойствам лазерного излучения относят:
1. Строгая монохроматичность, ширина спектра излучения .
2. Когерентность.
3. Поляризуемость.
4. Лазеры могут создавать узкие световые пучки с углом расхождения 10-5 рад. Такой пучок, выпущенный с Земли, дает на Луне пятно диаметром 3 км.
5. Лазеры мощные источники света. В узком интервале спектра лазера кратковременно достигается мощность излучения 106-1013 Вт с одного квадратного сантиметра, в то время как суммарная по всему спектру плотность энергии на поверхности Солнца равна . Сфокусированный луч от лазера мощностью 1 МВт в фокусе создает интенсивность излучения .
...

Применение лазеров
В народном хозяйстве используют лазеры на углекислом газе, на азоте, на рубине, на неодимовом стекле и другие.
Энергия в лазерных технологиях может использоваться двояко:
a) для термической нерезонансная воздействия на вещество;
b) для селективного действия на атомы, ионы, молекулы и молекулярные комплексы с целью фотодиссоциации, фотоионизации и фотохимических реакций.
Для лазерного способа ввода энергии в вещество характерные точная локализация, дозированность и стерильность.
Механизм действия лазерного луча на биологические ткани основывается на резком увеличении температуры на небольшом участке тела. Температура в месте облучения может повышаться до 394 ° С (по данным Минтон) и поэтому патологически измененная участок мгновенно сгорает и испаряется. При этом тепловое воздействие на окружающие ткани распространяется на небольшие расстояния. Ширина сфокусированного лазерного пучка равна 0,01 мм.
...

Техника безопасности при работе с лазерами

Меры безопасности при работе с лазерами состоят из использования общих (коллективных) и индивидуальных средств защиты и выполнен общих и индивидуальных мер.
Общие меры меры и требования сводятся к следующему.
Запрещается прямо смотреть а пучок излучений лазера или его зеркальных отражений, если плотность энергии превышает допустимый уровень облучений.
Не следует наводить лазерный пучок в места возможного пребываний обслуживающего персонала, её можно смотреть а ього еозброеним глазом.
Следует предусмотреть все меры, исключающие возможность приближенного персонала к предполагаемой траектории пучка с любой стороны. При работе установки должны быть защищены диафрагмами; в конце пучка устанавливается ловушка (епрозорий экран) для поглощений излучений.
При работе с открытыми установками запрещается вносить в зону пучка блестящие предметы.
Работа с лазером и должна проводиться в помещении при ярком общем освещении.
...

Заключение
Оптические квантовые генераторы, или лазеры, появились сравнительно недавно, их уже широко применяют в науке, промышленности, сельском хозяйстве, транспорте и других отраслях производства.
Впервые понятие индуцированного излучения ввел в 1916 А. Эйнштейн. Описывая поглощения и излучения света с помощью вероятностных переходов, он доказал, что в случае равновесного излучения вместе с поглощением и спонтанным излучением должно быть и стимулирующим излучения.
Следующий этап в создании оптических квантовых генераторов - открытие в 1939 г.. Советских физиком-теоретиком В.А. Фабрикантом возможности усиления электромагнитных волн с помощью индуцированных переходов. И только в 1954 г.. Советских ученые М. Басов и А.М. Прохоров одновременно с американским физиком Ч.X. Таунсом создали первые квантовые генераторы на пучке молекул аммиака с длиной волны равной 1,25 см. Квантовые генераторы, которые излучают в радиодиапазоне электромагнитного излучения называют мазерами (с англ.
...