Пример: Транспортная логистика
Я ищу:
На главную  |  Добавить в избранное  

Технология /

Лазеры и их использование в современном мире

←предыдущая  следующая→
1 2 3 4 5 6 



Скачать реферат


Лазеры и их использование в современном мире

Лазер - один из чудеснейших даров природы,

имеющий множество применений...

Плиний Старший "Естественная история", XXII,

49 (1 век до н.э.)

[2, с 7]

Откуда Плиний Старший мог знать о лазере? "В период греко-римской

цивилизации (6 в до н.э. - 2 в до н. э.) Лазер был широко известен и

весьма прославлялся. В отличие от современного лазера это было

растение, обладавшее замечательными свойствами. По-латыни оно

называлось laserpitium, произрастало на территории около города

Кирены. За почти чудодейственные свойства его считали божьим даром.

Оно применялось для лечения множества болезней. Его использовали

как противоядие против укуса змей, скорпионов или при попадании в

тело отравленной стрелы. Благодаря своим прекрасным вкусовым

свойствам это растение употребляли в качестве изысканной приправы.

Его вывозили в Грецию и Рим. В период римского господства это была

единственная дань, которую жители Кирены платили римлянам,

хранившим лазер в своих сундуках. Греки и римляне пытались

выращивать лазер у себя, но это им не удавалось сделать.

Впоследствии лазер стал встречаться все реже и реже. Около 2 в до

н.э. он исчез." [2, c 7] Но не навсегда. В 1960 году доктору Г.

Мейману, американцу, удалось получить лазерный луч. Он создал Л. Но

это было не растение, а прибор, оптический квантовый генератор.

Назвали его Л. по начальным буквам английского выражения "Light

Amplification by Stimulated Emission of Radiation", что означает

"усиление света вынужденным излучением" [10, c 337].

Работа квантового генератора основана на использовании запасов

внутренней энергии атомов и молекул в-ва. Как известно, электроны

располагаются на уровнях относительно ядра. На более высокий уровень

электрон может попасть только при условии, что более низкие уровни

уже заняты другими электронами или под влиянием каких-либо внешних

воздействий (например, внешнего электромагнитного поля). Поглотив

энергию этого воздействия, электрон переходит на более высокий

уровень и таким образом оказывается в состоянии, называемом

возбужденным. В процессе этого перехода электрон поглощает квант

электромагнитной энергии, при обратном переходе (с высокого на

низкий уровень) электрон использует квант электромагнитной энергии

строго определенно частоты. Чтобы внешнее электромагнитное излучение

вызывало перевод электрона в возбужденное состояние, его частота

должна совпадать с частотой перехода. Если переход атома м верхнего

уровня на нижний происходит под воздействием внешнего

электромагнитного поля, частота которого соответствует частоте

перехода, то возникающее в этом случае излучение называется

вынужденным (индуцированным, стимулированным). В этом случае атомы

отдают свою избыточную энергию в виде когерентного электромагнитного

излучения (все частицы колеблются одновременно и в одной фазе). Т.о.

для получения индуцированного излучения искусственно создается такая

возбужденная квантовая система, в которой частицы находятся

преимущественно на верхних уровнях. Такая микросистема называется

активной средой. Как же создать индуцированное излучение? Для этого

используют метод трех уровней:

1) Воздействие на систему внешнего поля, при этом частицы

переходят с 1 на 3 уровень. Численность электронов на 3-м уровне

увеличивается.

2) Через некоторое время часть частиц спонтанно перейдет на первый

уровень, другие - на второй уровень. Электронов на втором уровне

много.

3) Через некоторое время частицы переходят на 1-й уровень.

Индуцированное излучение при этом переходе возникает вследствие того,

что первая же излучаемая порция энергии, т.е. фотон, создает поле,

воздействующее на соседние возбужденные атомы и вызывающее переход их

на первый уровень, во время которого происходит излучение фотонов той

же самой частоты. Т.о. излучение одного фотона вызывает в системе

(ее можно называть активной средой) излучение фотонов другими

атомами. Но не все возбужденные атомы подвергаются воздействию

других фотонов. Поэтому коэффициент использования возбужденных

атомов незначителен. Для увеличения этого коэффициента было

предложено поместить активную среду между двумя плоскими

параллельными зеркалами, заставив тем самым стимулирующие фотоны

пролетать много раз через среду, отражаясь от зеркал. Система 2-х

параллельных зеркал образует оптический резонатор. Если одно зеркало

выполнить полупрозрачным, то часть излучения сможет выходить через

него во внешнюю среду. Излучение, выходящее из резонатора через

полупрозрачное зеркало, будет обладать очень малым углом расходимости

и практически будет иметь вид тонкого "игольчатого" луча. Такая

система получила название оптический квантовый генератор, или лазер.

Любой лазер должен состоять, т.о., из активного вещества, оптического

резонатора и источника энергии для перевода системы в возбужденное

состояние. Существует 4 вида активной среды, в соответствии с

которыми лазеры подразделяются на 4 типа: лазеры на твердом теле,

газовые лазеры, полупроводниковые и жидкостные. В зависимости от

типа лазера в качестве источников энергии применяются мощные

газоразрядные лампы, электрический ток, поток быстрых электронов

[1, c 6-8]

Первым практически созданным лазером был твердотельный генератор на

кристалле синтетического рубина. Позже в качестве активного материала

для твердотельного лазера стали использовать стекло с присадкой

неодима (неодимовое стекло), фтористый кальций, вольфрамат кальция,

слои молибденовой кислоты, иттриево-алюминиевый гранат (ИАГ),

кристалл иттрий-литиего флюорита (ИЛФ). Достоинство ИЛФ заключается в

том, что он излучает не столь опасную для человека длину волны, как

лазеры на основе ИАГ. Появились перестраиваемые лазеры на красителях.

Первый газовый лазер был на смеси инертных газов гелия и неона.

Сейчас широко используются лазеры на аргоне, углекислом газе.

Полупроводниковые лазеры обычно создаются на основе арсенида галлия.

Они устроены подобно обычным плоскостным полупроводниковым диодам,

размером в десятые доли миллиметра. Это очень компактные приборы в

отличие от газовых лазеров. У газовых лазеров длина газоразрядной

трубки достигает 1 метра.

Основными изготовителями промышленных лазеров являются США,

Великобритания, Япония, Франция, Германия, Италия. Производство

лазеров сложное и требует квалифицированных кадров. Рассмотрим

производство лазеров на примере газовых. Процесс изготовления

гелий-неонового лазера состоит из 4-х этапов:

1) Изготовление газоразрядной трубки или кюветы

2) Заполнение газоразрядной трубки активным веществом - рабочей

смесью газов

3) Изготовление зеркал резонатора

4) Сборка, юстировка и аттестация прибора [6, c 4]

Технологический процесс можно представить в виде схемы:

┌───────────┐ ┌───────────────┐ ┌──────────────────────┐

│ Зеркала │ │ Газоразрядная │ │Оконные и электродные │

│ резонатора│

←предыдущая  следующая→
1 2 3 4 5 6 



Copyright © 2005—2007 «Mark5»