Применение лазеров в технологических процессах
Другие рефераты
Министерство образования Российской Федерации
Кубанский государственный технологический университет
Армавирский механико-технологический институт
Кафедра общенаучных дисциплин
РЕФЕРАТ
по физике
на тему: «Применение лазеров в
технологических процессах»
Выполнил: студент 1 курса
группы 01-Э132
Кузьмин Александр Владимирович
Научный руководитель:
доцент, канд. физ.-мат. наук
Тунин Михаил Степанович
г. Армавир
2002г.
Содержание
стр.
История создания лазера …………………………………………………… 3
Принцип работы лазера …………………………………………………… 5
Некоторые уникальные свойства лазерного излучения ………………… 7
Применение лазеров в различных технологических процессах ………… 8
Заключение…………………………………………………………………… 27
Список использованной литературы ……………………………………… 28
История создания лазера
Слово "лазер" составлено из начальных букв в английском
словосочетании Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что
в переводе на русский язык означает: усиление света посредством
вынужденного испускания. Таким образом, в самом термине лазер отражена так
фундаментальная роль процессов вынужденного испускания, которую они играют
в генераторах и усилителях когерентного света. Поэтому историю создания
лазера следует начинать с 1917 г., когда Альберт Эйнштейн впервые ввел
представление о вынужденном испускании.
Это был первый шаг на пути к лазеру. Следующий шаг сделал советский
физик В. А. Фабрикант, указавший в 1939 г. на возможность использования
вынужденного испускания для усиления электромагнитного излучения при его
прохождении через вещество. Идея, высказанная В. А. Фабрикантом,
предполагала использование микросистем с инверсной заселенностью уровней.
Позднее, после окончания Великой Отечественной войны В. А. Фабрикант
вернулся к этой идее и на основе своих исследований подал в 1951 г. (вместе
с М. М. Вудынским и Ф. А. Бутаевой) заявку на изобретения способа усиления
излучения при помощи вынужденного испускания. На эту заявку было выдано
свидетельство, в котором под рубрикой "Предмет изобретения" было написано:
"Способ усиления электромагнитных излучений (ультрафиолетового, видимого,
инфракрасного и радиодиапазонов волн), отличающейся тем, что усиливаемое
излучение пропускают через среду, в которой с помощью вспомогательного
излучения или другим путем создают избыточною по сравнению с равновесной
концентрацию атомов, других частиц или их систем на верхних энергетических
уровнях, соответствующих возбужденным состояниями".
Первоначально этот способ усиления излучения оказался реализованным
в радиодиапазоне, а точнее в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ диапазоне).
В мае 1952 г. на Общесоюзной конференции по радиоспектроскопии советские
физики Н. Г. Басов и А. М. Прохоров сделали доклад о принципиальной
возможности создания усилителя излучения в СВЧ диапазоне. Они назвали его
"молекулярным генератором" (предполагалось использовать пучок молекул
аммиака). Практически одновременно предложение об использовании
вынужденного испускания для усиления и генерирования миллиметровых волн
было высказано в Колумбийском университете в США американским физиком Ч.
Таунсом.
В 1954 г. молекулярный генератор, названный вскоре мазером, стал
реальностью. Он был разработан и создан независимо и одновременно в двух
точках земного шара - в Физическом институте имени П. Н. Лебедева Академии
наук СССР (группой под руководством Н. Г. Басова и А. М. Прохорова) и в
Колумбийском Университете в США (группой под руководством Ч. Таунса).
Впоследствии от термина "мазер" и произошел термин "лазер" в
результате замены буквы "М" (начальная буква слова Microwave -
микроволновой) буквой "L" (начальная буква слова Light - свет). В основе
работы как мазера, так и лазера лежит один и тот же принцип - принцип,
сформулированный в 1951 г. В. А. Фабрикантом. Появление мазера означало,
что родилось новое направление в науке и технике. Вначале его называли
квантовой радиофизикой, а позднее стали называть квантовой электроникой.
Спустя десять лет после создания мазера, в 1964 г. на церемонии,
посвященной вручению Нобелевской премии, академик А. М. Прохоров сказал: "
Казалось бы, что после создания мазеров в радиодиапазоне вскоре будут
созданы квантовые генераторы в оптическом диапазоне. Однако этого не
случилось. Они были созданы только через пять-шесть лет. Чем это
объясняется? Здесь были две трудности. Первая трудность заключалась в том,
что тогда не были предложены резонаторы для оптического диапазона длин
волн, и вторая - не были предложены конкретные системы и методы получения
инверсной заселенности в оптическом диапазоне".
Упомянутые А. М. Прохоровым шесть лет действительно были заполнены
теми исследованиями, которые позволили, в конечном счете, перейти от мазера
к лазеру. В 1955 г. Н. Г. Басов и А. М. Прохоров обосновали применение
метода оптической накачки для создания инверсной заселенности уровней. В
1957 г. Н. Г. Басов выдвинул идею использования полупроводников для
создания квантовых генераторов; при этом он предложил использовать в
качестве резонатора специально обработанные поверхности самого образца. В
том же 1957 г. В. А. Фабрикант и Ф. А. Бутаева наблюдали эффект оптического
квантового усиления в опытах с электрическим разрядом в смеси паров ртути и
небольших количествах водорода и гелия. В 1958 г. А. М. Прохоров и
независимо от него американский физик Ч. Таунс теоретически обосновали
возможность применения явления вынужденного испускания в оптическом
диапазоне; они (а также американец Р. Дикке) выдвинули идею применения в
оптическом диапазоне не объемных (как в СВЧ диапазоне), а открытых
резонаторов. Заметим, что конструктивно открытый резонатор отличается от
объемного тем, что убраны боковые проводящие стенки (сохранены торцовые
отражатели, фиксирующие в пространстве ось резонатора) и линейные размеры
резонатора выбраны большими по сравнению с длинной волны излучения.
В 1959 г. вышла в свет работа Н. Г. Басова, Б. М. Вула и Ю. М.
Попова с теоретическим обоснованием идеи полупроводниковых квантовых
генераторов и анализом условий их создания. Наконец, в 1960 г. появилась
обосновательная статья Н. Г. Басова, О. Н. Крохина, Ю. М. Попова, в которой
были всесторонне рассмотрены принципы создания и
теория квантовых генераторов и усилителей в инфракрасном и видимом
диапазонах. В конце статьи авторы писали: "Отсутствие принципиальных
ограничений позволяет надеяться на то, что в ближайшее время будут созданы
генераторы и усилители в инфракрасном и оптическом диапазонах волн".
Таким образом, интенсивные теоретические и экспериментальные
исследования в СССР и США вплотную подвели ученых в самом конце 50-х годов
к созданию лазера. Успех выпал на долю американского физика Т. Меймана. В
1960 г. в двух научных журналах появилось его сообщение о том, что ему
удалось получить на рубине генерацию излучения в оптическом диапазоне. Так
мир узнал о рождении первого "оптического мазера" - лазера на рубине.
Первый образец лазера выглядел достаточно скромно: маленький рубиновый
кубик (1x1x1 см), две противоположные грани которого, имели серебряное
покрытие (эти грани играли роль зеркала резонатора), периодически
облучались зеленым светом от лампы-вспышки высокой мощности, которая змеей
охватывала рубиновый кубик. Генерируемое излучение в виде красных световых
импульсов испускалось через небольшое отверстие в одной из посеребренных
граней кубика.
В том же 1960 г. американскими физиками А. Джавану, В. Беннету, Э.
Эрриоту удалось получить генерацию оптического излучения в электрическом
разряде в смеси гелия и неона. Так родился первый газовый лазер, появление
которого было фактически подготовлено экспериментальными исследованиями В.
А. Фабриканта и Ф. А. Бутаевой, выполненными в 1957 г.
Начиная с 1961 г., лазеры разных типов (твердотельные и газовые)
занимают прочное место в оптических лабораториях. Осваиваются новые
активные среды, разрабатывается и совершенствуется технология изготовления
лазеров. В 1962-1963 гг. в СССР и США одновременно создаются первые
полупроводниковые лазеры.
Так начинается новый, &
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
