Контрольная работа: Лазерное излучение и его применение

5.1 Твердотельный лазер.

5.2 Газовый лазер.

5.4 Полупроводниковый лазер.

5.5 Химический лазер.

5.6 Ультрафиолетовый лазер.

5.7 Лазер на свободных электронах.

5.8 Лазер на иттрий-алюминиевом гранате (ИАГ).

5.9 Апротонный жидкостный лазер.

5.10 Лазер на парах меди.

5.11 Газодинамический лазер.

6. Применение лазеров.

6.1 Лазеры в медицине.

6.2 Лазеры в информационных технологиях.

6.3 Применение лазеров в военном деле.

6.4 Лазеры в промышленности. Обработка материалов и сварка.

Заключение.

Введение.

В 1964 г. на церемонии вручения Нобелевской премии в Стокгольме акад. А. М. Прохоров сказал: «Квантовая электроника возникла в конце 1954 и начале 1955 г., фундаментом квантовой электроники сле­дует считать явление индуцированного излучения, предсказанное А. Эйнштейном в 1917 г.».

Сущность этого явления заключается в том, что возбужденные ато­мы под воздействием внешнего излучения переходят в состояние с меньшей энергией, излучая при этом электромагнитные волны.

Однако только много лет спустя появилась мысль использовать это явление практически. В авторском свидетельстве СССР № 123209 от 18.06.51 г., выданном В. А. Фабриканту и его сотрудникам, записано: «Способ усиления электромагнитных излучений (ультрафиолетового, видимого, инфракрасного и радио диапазонов волн), отличающийся тем, что усиливаемое излучение пропускают через среду, в которой с по­мощью вспомогательного излучения или другим путем создают избы­точную по сравнению с равновесной концентрацию атомов других частиц или их систем на верхних энергетических уровнях, соответст­вующих возбужденным состояниям». Эта формулировка практически охватывает все, что можно представить себе под термином «кванто­вое усиление».

Явление вынужденного излучения легло в основу современной кван­товой электроники и лазерной техники. Несколько позднее (1953 г.) Дж. Вебером был предложен квантовый усилитель.

В 1956 г. Н. Бломберген теоретически разработал вопрос о парамаг­нитном твердотельном усилителе по схеме трех уровней, а в 1957 г. Г. Сковил построил такой усилитель. Однако все квантовые устройст­ва, разработанные к 1960 г., охватывали СВЧ-диапазон радиоволн и назывались мазерами.

Первый молекулярный генератор (мазер) был разработан в 1954 г. в Физическом институте АН СССР им. П. Н. Лебедева в МосквеН. Г. Басовым, А. М. Прохоровым и одновременно и независимо Ч. Таунсом, Д. Гордоном и X. Цайгером в Колумбийском универси­тете в Нью-Йорке. Это событие официально принято считать началом становления квантовой электроники как науки.

Теория мазера была развита Н. Г. Басовым, А. М. Прохоровым и оказала значительное влияние на последующие работы в этой области

Следующий этап развития квантовой электроники связан с перене­сением ее принципов в оптический диапазон электромагнитных волн. В 1958 г. Ч. Таунс, А. Л. Шавлов и А. М. Прохоров показали возможность использования явлении вынужденного усиления в поле опти­ческих излучений. О значении, которое придается этим исследованиям, можно судить по тем фактам, что в 1959 г. советским ученым Н. Г. Ба­сову и А. М. Прохорову была присуждена Ленинская премия, а в 1964 г. они же и американский ученый Ч. Таунс удостоились присуждения Нобелевской премии по физике и за фундаментальные труды в области квантовой электроники.

Первый действующий лазер на рубиновом стержне был создан Т. Майманом в 1960 г., а 13.06.61 г. ему был выдан патент № 3353115. Это открытие дало толчок бурному развитию лазерной техники. Эле­менты лазера Маймана лежат в основе всех современных лазеров. Про­роческими оказались и его слова, что когда будет решена задача уп­равления лучом лазеров и обеспечен приемлемый к. п. д., применения лазеров будут ограничены лишь воображением и изобретательностью инженеров.

А. Джаван построил первый газовый лазер, работающий на смеси неона и гелия, в котором инфракрасное когерентное излучение испус­кали атомы неона. На основании спектроскопических исследований он предположил, что электрический разряд в смеси неона и гелия должен создать инверсии населенностей уровней, и, несмотря на скептицизм ученых, знакомых с его работой, упорно искал экспериментальное подтверждение лазерного эффекта в газах. В конце 1960 г. его усилия увенчались успехом.

Создание первых лазеров ускорило развитие новой области физи­ки — нелинейной оптики, изучающей нелинейные оптические эффекты при воздействии на среды мощного вынужденного излучения. Значи­тельный вклад в исследование нелинейных оптических явлений внесли ученые-физики С. И. Вавилов, С. А. Ахманов, Г. С. Горелик, Р. В. Хохлов, Н. Бломберген, Д. Джордмэйн, Р. Терхьюн и др.

После получения излучения в видимой области на длине волны Я₀ = = 0,6328 мкм генерация была получена более чем на 460 различных переходах между уровнями нейтральных атомов 34 химических эле­ментов.