Реферат: Основи пристрою лазера і застосування його у військовій техніці

- Лазери, генеруючі на переходах між рівнями вільних атомів.

- Лазери, генеруючі на переходах між рівнями молекул (так звані молекулярні лазери) З величезного числа газорозрядних лазерів виділимо три: гелій-неоновий (як приклад лазера, що генерує на переходах в атомах), аргоновий (іонів лазер) і СО2-лазер (молекулярний лазер ). Гелій-неонової лазер має три основних робочих переходу, на довжинах хвиль 3,39 та 1,15 і 0,63 мкм.

У аргоновому лазері генерація відбувається на переходах між рівнями одноразового іона аргону (Ar) основними є переходах на довжинах хвиль 0,488 (блакитний колір) і 0,515 мкм (зелений колір).

Генерація в СО2-лазері відбувається на переходах між коливальними рівнями молекули вуглекислого газу (СО2) основними є переходи на довжинах хвиль 9,6 і 10,6 мкм. Основними складовими газової суміші є вуглекислий газ і молекулярний азот.

Ексимерні лазери. Так називають газові лазери генерують на переходах між електронними станами ексимерних (разлетних) молекул. До таких молекул відносяться, наприклад молекули Ar2, Kr2, Xe2, ArF, KrCl, XeBr та ін Ці молекули містять атоми інертних газів.

Зауважимо, що в ексимерних лазерах реалізовані найбільш низькі значення генеруються довжин хвиль. Так. в лазері на молекулах Хе2 спостерігалася генерація на довжині хвиль 0,172 мкм, в лазері на молекулах Kr2 0,147 мкм, в лазері на Ar2 0,126 мкм.

Електроіонізаціонние лазери. В якості іонізуючого випромінювання використовують ультрафіолетове випромінювання, електронний пучок з прискорювача, пучки заряджених частинок, що є продуктами ядерних реакцій.

Хімічні лазери. Реакції йдуть з вивільненням енергії, називають екзоенергетічсекімі. Вони-то і становлять інтерес для хімічних лазерів. У цих лазерах, що вивільняється при хімічних реакціях, йде на порушення активних центрів і в кінцевому рахунку перетворюється в енергію когерентного світла.

Наведемо приклад реакцій заміщення, які використовуються в хімічних лазерах: F H2 -> HF H, F D2 -> DF D, H Cl2 -> Hcl Cl, Cl HJ -> HCl J.

Зірочка вказує на те, що молекула утворюється у збудженому коливальному стані.

Існує ще ряд ознак класифікації лазерів, але віднесемо їх розгляд до спеціальної літератури.

2. Застосування лазерів у військовій справі

До теперішнього часу склалася основні напрями, за якими йде впровадження лазерної техніки у військову справу. Цими напрямками є:

1. Лазерна локація (наземна, бортова, підводна).

2. Лазерний зв'язок.

3. Лазерні навігаційні системи.

4. Лазерна зброя.

5. Лазерні ситний ПРО і ПКО, створювані в рамках стратегічної оборонної ініціативи - СОІ.

Зараз, отримані такі параметри випромінювання лазерів, які здатні істотно підвищити тактико-технічні дані різних зразків військової апаратури (стабільність частоти порядку 10 в -14, пікова потужність 10 в -12 Вт, потужність безперервного випромінювання 10 у 4 Вт, кутовий розчин променя 10 в -6 радий, t = 10 в -12 с, ... = 0,2 ... 20 мкм.

2.1 Лазерна локація

Лазерної локацією називають область оптікоелектронікі, що займається виявленням і визначенням місця розташування різних об'єктів за допомогою електромагнітних хвиль оптичного діапазону, випромінюваного лазерами. Об'єктами лазерної локації можуть бути танки, кораблі, ракети, супутники, промислові та військові споруди. Принципово лазерна локація здійснюється активним методом. Нам вже відомо, що лазерне випромінювання відрізняється від температурного тим, що воно є вузьконаправленим, монохроматичного, має велику імпульсивну потужність і високу спектральну яскравість. Все це робить оптичну локацію конкурентоспроможною в порівнянні з радіолокації, особливо при її використанні в космосі (де немає поглинаючого впливу атмосфери) і під водою (де для ряду хвиль оптичного діапазону існують вікна прозорості).

В основі лазерної локації, так само як і радіолокації, лежать три основні властивості електромагнітних хвиль:

1. Здатність відбиватися від об'єктів. Мета і фон, на якому вона розташована, по-різному відображають впало на них випромінювання. Лазерне випромінювання відбивається від всіх предметів: металічних і неметалічних, від лісу, ріллі, води. Більш того, воно відбивається від будь-яких об'єктів, розміри яких менше довжини хвилі, краще, ніж радіохвилі. Це добре відомо з основної закономірності відображення, за якою слід, що чим коротше довжина хвилі, тим краще вона відбивається. Потужність відображеного в цьому випадку випромінювання обернено пропорційна довжині хвилі в четвертого ступеня. Лазерному локатору принципово притаманна і велика знаходжувальної здатність, ніж радіолокатори - чим, коротше хвиля, тим вона вища. Тому-то виявлялася в міру розвитку радіолокації тенденція переходу від довгих хвиль до більш коротким. Проте виготовлення генераторів радіодіапазону, випромінюючих понад короткі радіохвилі, ставало все більш важкою справою, а потім і зайшло в глухий кут.

Створення лазерів відкрило нові перспективи у техніці локації.

2. Здатність поширюватися прямолінійно. Використання вузькоспрямованого лазерного променя, яким проводитися перегляд простору, дозволяє визначити напрямок на об'єкт (пеленг цілі).

Цей напрямок знаходять розміщенням осі оптичної системи, формує лазерне випромінювання (в радіолокації - у напрямку антени). Чим вже промінь, тим з більшою точністю може бути визначений пеленг. Визначимо коефіцієнт спрямованої дії і діаметр антени за такою простою формулою, G = 4п * S / 2 де G - коефіцієнт спрямованої дії, S площа антени, м2, / довжина хвилі випромінювання мкм.

Прості розрахунки показують - щоб отримати коефіцієнт спрямованості близько 1,5 при користуванні радіохвиль сантиметрового діапазону, потрібно мати антену діаметром близько 10 м. Таку антену важко поставити на танк, а тим більше на літальний апарат. Вона громіздка і нетранспортабельними. Потрібно використовувати більш короткі хвилі.

Кутовий розчин променя лазера, виготовленого з використанням твердотільного активної речовини, як відомо, становить лише 1,0 - 1,5 градуса і при цьому без додаткових оптичних фокусуючих систем (антен). Отже, габарити лазерного локатора можуть бути значно менше, ніж аналогічного радіолокатора. Використання ж незначних за габариту м оптичних систем дозволить звузити промінь лазера до декількох кутових хвилин, якщо в цьому виникне необхідність.

3. Здатність лазерного випромінювання поширюватися з постійної швидкістю дає можливість визначати дальність до об'єкта. Так, при імпульсному методі дальнометрирования використовується наступне співвідношення: L = ct і 2 де L відстань до об'єкта, км, С - швидкість поширення випромінювання км / с, t і час проходження імпульсу до цілі і назад, с.