Лазеры
Химическим лазерам приписывают практическое использование в самом
ближайшем будущем. Они работают без электрического питания. Для этого
потоки химических реагентов должны перемещаться и реагировать. Инверсия
населенностей уровней энергии возникает при возбуждении энергией,
выделяющейся в химической реакции. Для химического лазера имеется
принципиальная возможность работы без внешнего источника электрической
энергии. Вся необходимая энергия может быть получена за счет химической
реакции. В одном из наиболее перспективных химических лазеров основные
процессы могут быть представлены следующей серией реакции
F + H2 ( HF* + Н;
H + F2 ( HF* + F;
HF* ( HF + h(.
УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ ЛАЗЕР.
На предыдущих страницах мной были рассмотрены лазеры, излучающие в
видимом и инфракрасном диапазонах электромагнитного спектра. Важное
значение имеют ультрафиолетовый и рентгеновский участки диапазона спектра
частот. Однако первый освоен крайне слабо. Создана часть приборов на
аргоне, криптоне и азоте. Они излучают в диапазоне волн 0,29...0,33 мкм и
имеют очень незначительную мощность. Лишь работы последнего времени
показали, что могут быть созданы и лазеры высокой мощности. Для этого
пригодны так называемые эксимерные лазеры на аргоне, криптоне и ксеноне.
ЛАЗЕР НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ.
Принцип действия такого лазера основан на преобразовании энергии
спектрального пучка релятивистских электронов в магнитном поле в излучение
в оптическом диапазоне волн. Из рис. 9 видно, что ускорителем электронов
является устройство, выполненное в виде тороида, вокруг которого
располагаются магнитные катушки. Магнитное поле, создаваемое этими
катушками, управляется по определенному закону, обеспечивающему ускорение
электронов от одного оборота к другому. Это позволяет получить очень
высокие скорости электронов. Выбрасываемые из тороида электроны попадают в
устройство, называемое линейным ускорителем. Оно образовано магнитами с
чередующимися полюсами. Это устройство напоминает резонатор. В нем
образуется оптическое излучение, которое и выводится наружу. Поскольку
процесс преобразования энергии электронов в оптическое излучение
осуществляется непосредственно, то такой лазер обладает высоким кпд и может
работать в режиме повторяющихся импульсов. Другим, очень важным
преимуществом лазера на свободных электронах, как утверждается, является
возможность перестройки длины волны излучения, что особенно важно для
обеспечения более эффективного прохождения излучения в атмосфере. Первые
экспериментальные установки были слишком громоздкими. Ряд последующих
образцов позволил зарубежным специалистам высказать мнение, что в будущем
лазеры на свободных электронах найдут применение в системах оружия,
размещаемого на космических и авиационных летательных аппаратах.
Рис. 9. Схема лазера на
свободных электронах:
1-зеркало; 2-пучок
электронов; 3-луч
лазера; 4-знакопеременное
магнитное поле; 5-
ускоритель электр.
ЛАЗЕР НА ИТТРИЙ-АЛЮМИНИЕВОМ ГРАНАТЕ (ИАГ).
Этот лазер получил широкое распространение, благодаря низкому порогу
генерации и высокой теплопроводности активного элемента, что позволяет
получать генерацию при большой частоте повторения импульсов и в непрерывном
режиме.
Длина волны излучения лазера равна 1,064 мкм, максимальная длина
активного элемента около 150 мм, энергия в одиночном импульсе до 30 Дж,
длительность импульсов около 10 нс, а предельная частота повторения – 500,
кпд около 1 %.
АПРОТОННЫЙ ЖИДКОСТНЫЙ ЛАЗЕР.
Свое название этот лазер получил потому, что в неорганических
растворителях с активными лазерными ионами отсутствует водород. Именно
отсутствие групп атомов с высококолебательными частотами и позволяет
осуществить в них эффективную лазерную генерацию Nd3+ по четырехуровневой
схеме с поглощением света накачки собственными полосами поглощения неодима.
Эти лазеры имеют в своей основе токсичные и вязкие жидкости, которые к
тому еще и агрессивны, что значительно сужает выбор возможных
конструкционных материалов (кварц, стекло, тефлон) и вынуждает производить
тщательную герметизацию кювет. Весьма сложной задачей является
конструирование узлов прокачки рабочей жидкости.
Длина волны генерации составляет 1,056; 1,0525 мкм. Лазеры могут
работать как в режиме свободной генерации, так и в моноимпульсном режиме,
причем для них характерен режим самомодуляции добротности, проявляющийся
при малых значениях добротности резонатора.
ЛАЗЕР НА ПАРАХ МЕДИ.
Одним из достижении лазерной техники является получение
стимулированного излучения от среды, образованной парами меди. Эти пары
являются следствием газового разряда в гелии при большой частоте повторения
импульсов и значительной средней мощности, обеспечивающей получение высокой
температуры в газоразрядной трубке – около 1600 °К. Излучение сосредоточено
на волнах 0,51 и 0,58 мкм. Кроме высокого коэффициента усиления, такие
лазеры дают кпд, доходящий до 1%. Средняя мощность лазера достигает 50Вт.
В связи с большим коэффициентом усиления и малой длительностью
существования инверсии населенности для получения достаточно малой
расходимости луча эффективно применение неустойчивых резонаторов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
За последние несколько лет в России и за рубежом были проведены
обширные исследования в области квантовой электроники, созданы
разнообразные лазеры, а также приборы, основанные на их использовании.
Лазеры теперь применяются в локации и связи, в космосе и на земле, в
медицине и строительстве, в вычислительной технике и промышленности, в
военной технике. Появилось новое научное направление – голография,
становление и развитие которой также немыслимо без лазеров.
Однако ограниченный объем этого реферата не позволил отметить такой
важный научный аспект квантовой электроники, как лазерный термоядерный
синтез, в основе которого лежит идея Н. Г. Басова, высказанная еще в 1962
году, об использовании лазерного излучения для получения термоядерной
плазмы. Устойчивость светового сжатия – кардинальная проблема в лазерном
термоядерном синтезе.
Не рассмотрены в реферате и такие важные направления, как лазерное
разделение изотопов, лазерное получение чистых веществ, лазерная химия,
лазерная спектроскопия. Но простое перечисление их уже говорит о том, что
лазеры широким фронтом вторгаются в нашу действительность, обеспечивая
подчас уникальные результаты. Человек получил в свое распоряжение новый
универсальный и эффективный инструмент для повседневной научной и
производственной деятельности.
Молодому поколению нужно знать об этом интересном приборе, переделывающем
мир, как можно больше, и быть готовым к его использованию в учебной,
научной и военной деятельности.
Литература.
1. Федоров Б.Ф. Лазеры. Основы устройства и применение. – М.: ДОСААФ,
1988.
2. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики: Оптика и атомная физика.
– М.: Просвещение, 1981.
3. Мякишев Г.Я. Физика: Учеб. Для 11 кл. – М.: Просвещение, 1993.
4. Савельев И.В. Курс общей физики: Квантовая оптика. Атомная физика.
Физика твёрдого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. – М.:
Наука, 1987.
5. Орлов В.А. Лазеры в военной технике. – М.: Воениздат, 1976.
-----------------------
2
3
1[pic] Рис. 3
Одной из характеристик лазеров является длина волны излучаемой энергии.
Диапазон волн лазерного излучения простирается от рентгеновского участка до
дальнего инфракрасного, т.е. от 10-3 до 102 мкм. За областью 100 мкм лежит,
| |  скачать работу |
Лазеры |
