Tehnologii laser, caracteristici ale radiației laser și varietăți de lasere - conceptul de dezvoltare

Caracteristicile radiației laser și varietățile de lasere

Laser - acest cuvânt a apărut relativ recent. La început, era cunoscut doar unui cerc îngust de fizicieni. Popularitatea lui a crescut treptat. Și recent, mulți oameni nu au auzit doar despre laser, ci și despre posibilitățile sale mari și potențiale. În același timp, cel mai adesea laserul non-specialist cauzează cu greu emoții pozitive. Laserul? Nimic interesant: un tub în corp, uneori chiar neatractiv, din care vine un fascicul subțire - verde, albastru, adesea roșu. Este ceva de vorbit aici? Se pare că există. Și specialiștii și toți cei care sunt departe de a înțelege fenomenele fizice asociate cu laserul. Pentru specialiști, în special fizica, lasere, a dat viață într-o direcție științifică foarte promițătoare - optica neliniara, care acoperă studiul propagării fasciculele de lumină puternice în solide, lichide și gaze și interacțiunea lor cu materia. Laserele au generat noi tehnologii cu capabilități unice. Pentru mulți, laserul este o sursă de lumină extraordinară, care poate vindeca orbirea iminentă și poate lovi țintă în mișcare, găurind imediat o gaură în cea mai grea parte, de exemplu, dintr-un diamant etc.







Care sunt proprietățile extraordinare ale radiației laser, un fascicul laser? Mai întâi, fasciculul laser se răspândește aproape fără a se extinde. Rețineți: pentru ca fasciculul luminii să nu se disperseze, utilizați o oglindă concavă mare și un sistem de lentile care colectează lumina de la sursă în fascicul. Acest lucru ajută, dar nu este suficient: la o distanță de aproximativ un kilometru de lumina reflectoarelor, fasciculul devine de două ori mai lat. Cu toate acestea, laserul, oglinzile și lentilele de colectare, este cel mai adesea nefiind necesar. El și fără ele însele emite un fascicul de lumină aproape paralel. Cuvântul „aproape“ înseamnă că fasciculul de lumină laser nu este complet paralelă: există un unghi de divergență, dar este relativ mic - aproximativ 10 -5 rad, și totuși, la distanțe mari, el a simțit: pe Lună o astfel de raza emisă de pământ, va un punct de aproximativ 3 km în diametru.

În al doilea rând, lumina laser are o monocromie excepțională, adică are o singură lungime de undă, o singură culoare. Spre deosebire de sursele de lumină obișnuite, ale căror atomi emit lumină independent una de alta, în atomi, atomii emite lumină într-o manieră consecventă. Refractând în prismă, raza luminii albe se transformă într-un spectru luminos de curcubeu, iar lumina monocromatică, monocromatică trece prin ea fără a se descompune. De asemenea, obiectivul refractă razele, colectându-le în focalizare. Dar ea focalizează lumina albă în fața curcubeului și fasciculul laser într-un punct minuscul, al cărui diametru poate fi o sută sau chiar o mie de milimetru. Datorită acestei proprietăți a fasciculului laser, a devenit posibilă înregistrarea optică a informațiilor cu densitate ridicată - discurile optice mici conțin o cantitate imensă de informații - sute de megaocteți.

În al treilea rând, laserul este cea mai puternică sursă de lumină. Într-un interval îngust de rază scurtă de acțiune (-11 până la 10) este realizată prin puterea de radiație a 10 12 -10 13 W pe centimetru pătrat, în timp ce puterea radiației solare cu aceeași suprafață este egală cu numai 7 .1 0 3 W, în care un total pe întreg spectrul . La un interval îngust egal cu lățimea liniei spectrale a radiației laser, Soarele are numai 0,2 W / cm2. Rezistența câmpului electric în valul electromagnetic emis de laser este de 10 10 - 10 12 V / cm; depășește intensitatea câmpului din interiorul atomului.







Aceste proprietăți uimitoare ale radiației laser au dat lumina o nouă față. Chiar și la începutul dezvoltării tehnologiei cu laser, fizicianul francez Louis de Broglie a spus: „Laseri în magazin pentru un mare viitor este dificil de prezis unde și cum va fi folosit, dar cred că laserul - este o eră tehnologică.“.

În 1960, T. Meiman (SUA) a fost creat primul laser - rubin, care funcționează în modul pulsatoriu. În ea, nu toată energia lămpii pompei se transformă într-un blitz cu laser. Cele mai multe dintre ele se referă la încălzirea inutilă și chiar pur dăunătoare a carcasei tijei și oglinzii. Lăzile cu impulsuri puternice sunt răcite de un curent de aer, apă și, uneori, azot lichid. Frecvența generării de lasere pulsate poate ajunge la peste 10 milioane de clipuri pe secundă. Radiația unor astfel de lasere este percepută ca fiind continuă. Blițul unui laser cu impulsuri are o putere extraordinară - mii de wați. Această putere poate fi mărită prin mărirea dimensiunilor elementului laser activ. Și puteți pune în spatele acestui element o altă tijă laser cu o lampă cu bliț, adică un alt laser, dar fără oglinzi. Pulsul luminii de la primul laser va cauza focalizarea celui de-al doilea laser. Ambele impulsuri luminoase, care s-au format, dublează ieșirea blițului. Dar dimensiunile barei nu pot fi crescute infinit: cu cât este mai mare tija, cu atât este mai mare pierderea de lumină în ea. Prin urmare, tijele, chiar și din cele mai bune materiale, nu au sens să facă mai mult de 50-60 cm. Radiația focalizată într-un loc mic poate fi folosită în multe scopuri, dintre care unele sunt descrise mai jos. Dar totusi este un impuls scurt de lumina. Desigur, ei pot pumnii o gaură, să adune două fire metalice și să facă multe alte lucruri utile. Dar pentru multe probleme ar fi mult mai convenabil să aibă radiație laser continuă, să zicem, pentru sudare sau tăiere. Există, de asemenea, astfel de radiații, laserele de gaz le dau. Gaze laser a fost creat aproape simultan cu rubin, în 1960. A lucrat la un amestec de heliu și neon. Lăzile moderne de gaze funcționează pe multe gaze și vapori. Toate acestea dau radiații continue într-o gamă foarte largă de lungimi de undă: de la lumina ultravioletă la cea infraroșie.

Cu toate acestea, pe aceste realizări, oamenii de știință nu s-au oprit. Un laser cu gaz-dinamic, asemănător unui motor cu jet, a fost creat. În camera de combustie, monoxidul de carbon (monoxid de carbon) este ars cu adăugarea de combustibil (kerosen, benzină, alcool). Amestecul de gaze rezultat este alcătuit din dioxid de carbon, azot și vapori de apă. Moleculele de gaze sunt excitate și gata de funcționare: temperatura în camera de ardere atinge până la o mie de grade impare, iar presiunea este de până la 20 atm. Gazele fierbinți din camera de combustie curg prin duza jetului expandat, uneori numită duza Laval. În ea, gazul accelerează la viteza supersonică, răcind aproape la zero! Pâlpâind între oglinzi, moleculele de gaze emit energie sub formă de cuanțe de lumină, dând naștere unui fascicul laser cu o putere de 150-200 kW. Și această putere nu este un blitz separat, ci un fascicul constant, constant, stralucitor, până când laserul nu mai funcționează.

Dar nu numai laserele cu gaze dau radiații continue. El primește un laser semiconductor, care a inspirat viață în înregistrarea optică. Despre oportunitățile sale descrise mai sus vor avea o idee despre ea, mulți utilizatori de PC-uri care dețin un CD, care este atractiv nu numai pentru aspectul său, ci și capacitatea de informații: la 12 cm, discuri pot fi scrise sute de mii de pagini de text.

Dintre laserurile semiconductoare, cel mai bun este laserul bazat pe arsenid de galiu, compus dintr-un element galiu rar cu arsen. Radiațiile sale nu diferă foarte mult în putere. Recent, s-au făcut eforturi intense pentru a crea un laser semiconductor capabil să genereze radiații continue de mare putere.

Laserele pot funcționa atât pe corpuri solide, cât și pe gaze. Este posibil să construim un laser lichid? Sa dovedit, poți. Fluidele combină virtuțile materialelor laser atât solide cât și gazoase; Densitatea lor este de numai câteva ori mai mică decât densitatea solidelor (și nu sute de mii de ori ca densitatea gazelor). Prin urmare, un laser lichid poate fi realizat cu ușurință la fel de puternic ca un laser solid. Omogenitatea optică a lichidelor nu este inferioară uniformității gazelor și, prin urmare, permite utilizarea unor volume mari. În plus, lichidul poate fi pompat prin volumul de lucru, menținându-și continuu temperatura scăzută și activitatea ridicată a atomilor săi.

Cele mai utilizate lasere sunt nakrasitelah. Acestea sunt numite astfel, deoarece fluidul lor de lucru este o soluție de coloranți de anilină în apă, alcool, acid și alți solvenți. Lămpile lichide pot emite impulsuri de lumină cu diferite lungimi de undă - de la lumina ultravioletă la cea infraroșie - și puterea de la sute de kilowați până la mai multe megawați, în funcție de tipul de colorant. Recent, s-au dezvoltat lasere chimice în care atomii sunt transformați într-o stare excitat sub acțiunea energiei de pompare a reacțiilor chimice.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: