Домой Регистрация
Приветствуем вас, Гость



Форма входа

Население


Вступайте в нашу группу Вконтакте! :)




ПОИСК


Опросник
Используете ли вы афоризмы и цитаты в своей речи?
Проголосовало 514 человек


Что это такое лазер


Что такое лазер? И зачем он нужен?

Лазер – одно из наиболее ярких и полезных изобретений XX века, открывшее перед человечеством огромное количество новых направлений деятельности.

Сегодня лазеры получили такое широкое распространение в нашей жизни, что тяжело представить, что с момента их изобретения прошло всего 50 лет!

А если быть точнее, то первый лазер был создан 16 мая 1960 года физиком из Калифорнии Теодором Мейнманом (Theodore H. Maiman).  Этот лазер работал на кристалле рубина с резонатором Фабри-Перо, а в качестве источника накачки использовалась лампа-вспышка. Лазер работал в импульсном режиме на длине волны 694,3 нм.

В основу этого изобретения легла теория вынужденного излучения, выдвинутая  Эйнштейном в 1917 г. Согласно теории, кроме процессов спонтанного поглощения и излучения света существует возможность вынужденного (или стимулированного) излучения, когда можно «заставить» электроны излучить свет определенной длины волны одновременно.

Так что же такое лазер?

Ла́зер (от англ. LASER —  Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что в переводе на русский означает «усиление света посредством вынужденного излучения»), или опти́ческий ква́нтовый генера́тор — это устройство, преобразующее  энергию  накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.

То есть, это луч света, испускаемый синхронными источниками, в узком направленном диапазоне. Такой чрезвычайно сконцентрированный световой поток.

Как работает лазер?

Принцип работы лазера основан на  явление вынужденного (индуцированного) излучения. Суть явления состоит в том, что возбуждённый атом способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения, если энергия последнего равняется разности энергий уровней атома до и после излучения. При этом излучённый фотон когерентен фотону, вызвавшему излучение (является его «точной копией»). Таким образом происходит усиление света. Этим явление отличается от спонтанного излучения, в котором излучаемые фотоны имеют случайные направления распространения, поляризацию и фазу.

Типы лазеров:

Лазеры могут определяться на основе множества признаков, но чаще всего используется классификация

по принципу агрегатного состояния лазерного вещества:

  1. Газовые;
  2. Жидкостные;
  3. Лазеры на свободных электронах;
  4. Твердотельные.

По способу возбуждения лазерного вещества:

  1. Газоразрядные лазеры (в тлеющих, дуговых разрядах, в разрядах на полых электродах);
  2. Газодинамические лазеры (с созданием инверсий населенностей путем расширения горячих газов)
  3. Инжекционные, или диодные лазеры (с возбуждением за счет прохождения тока в полупроводнике);
  4. Лазеры с оптической накачкой (возбуждение с помощью лампы-вспышки, лампы непрерывного горения, другого лазера, светодиода);
  5. Лазеры с электронно-лучевой накачкой (специальные типы газовых и полупроводниковых лазеров)
  6. Лазеры с ядерной накачкой (с возбуждением посредством излучения из атомного реактора или в результате ядерного взрыва);
  7. Разные лазерные системы обладают разными уникальными свойствами и находят свое особенное применение.
  8. Химические лазеры (с возбуждением на основе химических реакций).

Применение лазеров.

С момента своего изобретения лазеры зарекомендовали себя как «готовые решения ещё неизвестных проблем». В силу уникальных свойств излучения лазеров, они широко применяются во многих отраслях науки и техники, а также в быту.

  1. Передача информации по стекловолокнам
  2. Лазерная обработка материалов:
    • маркировка и художественная гравировка
    • резка
    • сварка
  3. В микроэлектронике для прецизионной обработки материалов (резка полупроводниковых кристаллов, сверление особо тонких отверстий в печатных платах).
  4. для получения поверхностных покрытий материалов (лазерное легирование, лазерная наплавка, вакуумно-лазерное напыление) с целью повышения их износостойкости.
  5. Лазеры в медицине и биофотонике
    • лазерная хирургия
    • биофотоника и медицинская диагностика
    • офтольмология (лечение катаракта, отслоение сетчатки, лазерная коррекция зрения и др.).
  6. Косметологии (лазерная эпиляция, лечение сосудистых и пигментных дефектов кожи, лазерный пилинг, удаление татуировок и пигментных пятен).
  7. Термоядерная реакция с применением лазеров
  8. В военных целях:
    • как средство наведения и прицеливания.
    • ракетное оружие на основе лазерного излучения
  9. Астрономия:
    • Лидар: уточнил значения ряда фундаментальных астрономических постоянных и параметры космической навигации, расширил представления о строении атмосферы и поверхности планет Солнечной системы.
    • В астрономических телескопах, с адаптивной оптической системой коррекции атмосферных искажений, лазер применяют для создания искусственных опорных звезд в верхних слоях атмосферы.
  10. Использование лазеров в области научных исследований
  11. Голография и интерферометрия
  12. Метрология и измерительная техника. Измерение: расстояния (лазерные дальномеры), времени, давления, температуры, скорости потоков жидкостей и газов, угловой скорости (лазерный гироскоп), концентрации веществ, оптической плотности, разнообразных оптических параметров и характеристик, в виброметрии и др.
  13. Лазерная химия. Для запуска и анализа химических реакций Лазерное излучение позволяет обеспечить точную локализацию, дозированность, абсолютную стерильность и высокую скорость ввода энергии в систему.
  14. Лазеры в приборах и оборудовании
    • Устройства считывания штриховых кодов
    • В лазерной мыши и лазерной клавиатуре
    • Audio-CD, CD-ROM, DVD, Blu-ray disc
    • Лазерные принтеры
    • Лазерные пико-проекторы

Ранее по теме:

Похожие записи

Page 2
Выставки и мероприятия 21.11.2015 , by Press

11-12 ноября технология Colorit и Программно-аппаратный комплекс (ПАК) Минимаркер — КОЛОР были представлены на крупнейшей европейской стартап-конференции SLUSH-2015.

В этом году событие собрало порядка 15 000 гостей из 100 стран, среди которых 1700 стартапов и более 700 инвесторов.

За 1 день выставки стенд лаборатории Colorit посетило большое количество людей, в том числе представители таких крупных компаний, как Microsort и Samsung.

Во 2 день прошли получасовые встречи с представителями таких крупных компаний, как Samsung Electronics и Huawei, а также с венчурным фондом Robert Bosch Venture Capital GmbH, где презентовали нашу технологию Colorit, разработанную на базе Университета ИТМО кафедры «Лазерных технологий и лазерной техники» и ООО «Лазерный Центр».

Сотрудники лаборатории Colorit получили ценные контакты и советы по продвижению технологии от вице президента по технологиям — доктора Dieter Kraft (Robert Bosch Venture Capital GmbH), достигли договоренности о проведении совместных исследований на материалах предоставленных компанией Samsung Electronics, компания Huawei в лице 5 ее представителей также проявила неподдельный интерес к нашей технологии.

Подробнее http://procolorit.com/news/the-slush-conference-2015/

Похожие записи

« Предыдущая статья Что такое лазер? И зачем он нужен?

Следующая статья » Лазерное штрих-кодирование ювелирных изделий обсудили на Международном ювелирном экономическом форуме

xn--80akfo2a.xn--p1ai

Что такое лазер? Принцип работы и применение.

Сложно в наше время найти человека, который никогда не слышал бы слова «лазер», однако чётко представляют, что это такое, весьма немногие. За полвека с момента изобретения лазеры разных видов нашли применение в широком спектре направлений, от медицины до цифровой техники. Так что же такое лазер, каков принцип его действия, и для чего он нужен?

Что такое лазер?

Возможность существования лазеров была предсказана Альбертом Эйнштейном, который ещё в 1917 году опубликовал работу, говорящую о возможности излучения электронами квантов света определённой длины. Это явление было названо вынужденным излучением, но долгое время оно считалось нереализуемым с технической точки зрения.

Однако с развитием технических и технологических возможностей создание лазера стало делом времени. В 1954 году советские учёные Н. Басов и А. Прохоров получили Нобелевскую премию за создание мазера – первого микроволнового генератора, работающего на аммиаке. А в 1960 году американец Т. Мейман изготовил первый квантовый генератор оптических лучей, названный им лазером (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Устройство преобразовывает энергию в оптическое излучение узкой направленности, т.е. световой луч, поток квантов света (фотонов) высокой концентрации.

Принцип функционирования лазера

Явление, на котором основана работа лазера, называется вынужденным, или индуцированным, излучением среды. Атомы определённого вещества могут испускать фотоны под действием других фотонов, при этом энергия воздействующего фотона должна быть равной разности между энергетическими уровнями атома до излучения и после него.

Излучённый фотон является когерентным тому, который вызвал излучение, т.е. в точности подобен первому фотону. В результате слабый поток света в среде усиливается, причём не хаотично, а в одном заданном направлении. Образуется луч вынужденного излучения, которое и получило название лазера.

Классификация лазеров

По мере исследования природы и свойств лазеров были открыты различные виды этих лучей. По виду состояния исходного вещества лазеры могут быть:

В настоящее время разработано несколько способов получения лазерного луча:

Все они обладают своими особенностями и отличиями, благодаря которым находят применение в различных сферах промышленности.

Практическое использование лазеров

На сегодняшний день лазеры разных типов применяются в десятках отраслей промышленности, медицины, IT технологий и других сферах деятельности. С их помощью осуществляются:

Существует ещё немало направлений, в которых лазеры уже используются или найдут применение в самое ближайшее время.

www.vseznaika.org

IT News

Дата Категория: Физика

Лазер — это устройство, создающее узкий пучок интенсивного света. В работе лазера используется свойство электронов атома занимать только определенные орбиты вокруг своего ядра. Когда атом получает квант энергии, он может перейти в возбужденное состояние, которое характеризуется перемещением электронов с самой низкой энергетической орбиты (так называемый основной уровень) на орбиту с более высоким энергетическим уровнем.

Однако электроны не могут долго оставаться на орбите с высокой энергией и самопроизвольно возвращаются на основной уровень, при этом каждый такой электрон испускает фотон (световую волну). Процесс, начавшийся в одном атоме, запускает цепную реакцию перехода электронов других атомов на более низкие энергетические орбиты, в результате чего образуется лавина одинаковых световых волн, согласованно изменяющихся во времени. Эти волны формируют световой луч, который у некоторых лазеров имеет столь высокую мощность, что может резать камни и металлы. Изобретенные в 1960 году, лазеры имеют сейчас очень широкую сферу применения, начиная от медицины (для удаления опухолей) и заканчивая музыкой (для записи и считывания сигналов на компакт-дисках).

Твердотельный лазер

Типичный лазер состоит из трубки с твердым кристаллом, например, рубином (рисунок сверху), закрытой с торцов непрозрачным и частично прозрачным зеркалами. Электрическая обмотка возбуждает атомы кристалла для генерации световых волн, которые перемещаются между зеркалами до тех пор, пока не станут достаточно интенсивными, чтобы пройти через частично прозрачное зеркало.

Создание лазерного луча

1. Электроны каждого атома {на рисунке справа черные точки на внутренних окружностях) в выключенном лазере находятся на основном энергетическом уровне.

2. Сразу же после включения лазера энергия из разрядной трубки переводит электроны на более высокие энергетические орбиты {внешние окружности).

3. Когда электроны начинают возвращаться на основной уровень, они испускают свет, побуждая другие электроны делать то же самое. Результирующий световой пучок имеет одну длину волны и, по мере возвращения новых электронов на низкие орбиты, становится все более мощным.

Более резкий фокус

1. Лазерное излучение (один цвет) 2. Естественный свет (много цветов)

Лазерный пучок содержит свет только одной длины волны и может быть сфокусирован линзой практически в точку (рисунок справа). Естественный свет, состоящий из лучей с различными длинами волн, так резко не фокусируется (дальний рисунок справа). Способность концентрировать огромную энергию в узком луче и передавать этот луч на большие расстояния практически без рассеяния и ослабления, характерных для многоцветного света, делает лазер важнейшим инструментом в руках человека.

Page 2
Дата Категория: Физика

Полупроводник — это кристаллический материал, который проводит электричество не столь хорошо, как металлы, но и не столь плохо, как большинство изоляторов. В общем случае электроны полупроводников крепко привязаны к своим ядрам. Однако, если в полупроводник, например, в кремний, ввести несколько атомов сурьмы, имеющей «избыток» электронов, то в этом случае свободные электроны сурьмы помогут кремнию переносить отрицательный заряд.

При замене нескольких атомов полупроводника индием, который легко присоединяет к себе дополнительные электроны, в полупроводнике образуются не занятые электронами «свободные места», или, как говорят физики, «дырки»; которые переносят положительный заряд.

Такие свойства полупроводников привели к их широкому использованию в транзисторах — устройствах для усиления тока, его блокирования или пропускания только в одном направлении. В типичном NPN транзисторе, слой полупроводника с положительной (Р) проводимостью (основание), расположен между двумя слоями полупроводника с отрицательной (N) проводимостью (эмиттером и коллектором). Когда слабый сигнал, например, от интеркома (аппарата селекторной связи), проходит через основание NPN транзистора, эмиссия электронов этот сигнал усиливает.

Строение полупроводников

Полупроводники N-типа содержат избыточное количество электронов, переносящих отрицательный заряд. Полупроводники Р-типа испытывают нехватку электронов, но зато имеют избыток дырок (вакантных мест для электронов), которые переносят положительный заряд.

Отличительные признаки полупроводников

В отличие от проводников, имеющих много свободных электронов, и изоляторов, практически их не имеющих, полупроводники содержат небольшое количество свободных электронов и так называемые дырки (белый кружочек) — вакантные места, оставленные свободными электронами. И дырки и электроны проводят электрический ток.

NPN транзистор

PNP транзистор

Дырки перемещаются от положительного эмиттера (+) к отрицательному основанию (N-слою) и далее через положительный коллектор к отрицательной клемме (-), усиливая электрический ток.

Что такое диод?

В одну сторону да, в другую — нет. Входной сигнал диода показывает переменный ток; из правого графика видно, что через диод проходит только постоянный ток.

Когда отрицательно заряженные электроны (голубые шарики) и положительно заряженные дырки (розовые шарики) расходятся от стыка слоев кремния N-типа и Р-типа в диоде, электрический ток прерывается. На нижнем рисунке справа электроны и дырки перемещаются к стыку, и в результате диод проводит ток только в одном направлении, превращая переменный ток в постоянный.

Page 3
Дата Категория: Физика

Альфа-частица: частица, состоящая из двух протонов и двух нейтронов, испускаемая атомными ядрами во время радиоактивного распада.

Амплитуда: высота гребней волны.

Атмосферное давление: давление, создаваемое атмосферным воздухом; на уровне моря нормальное атмосферное давление составляет 760 миллиметров ртутного столба.

Аэродинамика: наука о силах, действующих на движущиеся в воздухе тела.

Аэродинамический профиль: любое тело похожее на крыло самолета и предназначенное для получения подъемной силы при движении в воздухе.

Батарея: элемент, состоящий из смеси химических соединений и создающий электродвижущую силу при включении в электрическую цепь.

Подробнее...

Page 4
Дата Категория: Физика

Мир изобилует звуками, варьирующимися от еле слышного рокота до пронзительного визга. Тихий или громкий, успокаивающий или раздражающий, звук дает людям бесценные сведения о среде их обитания. Звук обязан своему существованию волнам, создаваемым едва различимыми колебаниями тел, таких, как натянутая кожаная мембрана барабана, вибрирующая после удара.

Эти волны распространяются в воздухе, других газах, жидкостях и твердых телах. Когда звуковые волны достигают уха человека, они воспринимаются по-разному, в соответствии с их характеристиками.

Ключевым фактором является частота, определяемая как скорость, с которой следующие друг за другом гребни или впадины серии волн проходят через фиксированную точку в пространстве. Единицей измерения частоты является герц — один волновой цикл в секунду. Человек может слышать звуки в диапазоне от 20 до 20 000 герц. Частота волны определяет тон звука: если частота колебаний мала, то звук будет низкого тона; если частота колебаний велика, — высокого. Ученые измеряют силу звука, зависящую от энергии звуковой волны, при помощи стандартной единицы, называющейся децибелом. Обычный разговор соответствует примерно 60 децибелам, а реактивный двигатель— от 140 до 160. Звуки, превышающие 120 децибел, могут вызывать повреждение барабанных перепонок, а в ряде случаев и общую потерю слуха.

Каждый из инструментов, показанных на рисунке сверху, имеет свой собственный характерный тембр, или «окраску» звука. Ударяя по поверхности инструмента, вдувая воздух в мундштук, перебирая струны или водя по ним смычком, музыканты создают звуковые волны различных тонов, складывающиеся в музыкальное произведение.

Page 5
Дата Категория: Физика

Блок состоит из одного или нескольких колес (роликов), огибаемых цепью, ремнем или тросом. Так же, как и рычаг, блок уменьшает усилие, необходимое для подъема груза, но плюс к этому может изменять направление прикладываемой силы.

За выигрыш в силе приходится расплачиваться расстоянием: чем меньшее усилие требуется для подъема груза, тем больше путь, который должна пройти точка приложения этого усилия. Система блоков увеличивает выигрыш в силе за счет использования большего количества грузонесущих цепей. Подобные силосберегающие устройства имеют очень широкий диапазон применения — от перемещения на высоту массивных стальных балок на строительных площадках до подъема флагов.

Как и в случае других простых механизмов, изобретатели блока неизвестны. Хотя, возможно, блоки существовали и раньше, первое упоминание о них в литературе относится к пятому веку до нашей эры и связано с использованием блоков древними греками на кораблях и в театрах.

Установленные на подвесном рельсе подвижные системы блоков (рисунок сверху) широко распространены на сборочных линиях, поскольку существенно облегчают перемещение тяжелых деталей. Прикладываемая сила (F) равна частному от деления веса груза (W) на используемое количество поддерживающих его цепей (n).

Одинарные неподвижные блоки

Этот простейший тип блока не уменьшает усилие, необходимое для подъема груза, но зато изменяет направление прикладываемой силы, как это показано на рисунках сверху и справа вверху. Неподвижный блок на верхней части флагштока облегчает подъем флага, позволяя тянуть шнур, к которому привязан флаг, вниз.

Одинарные подвижные блоки

Одинарный блок, имеющий возможность перемещения, уменьшает наполовину усилие, требующееся для подъема груза. Однако уменьшение вдвое прикладываемой силы означает, что точка ее приложения должна пройти в два раза больший путь. В данном случае сила равна половине веса (F=1/2W).

Системы блоков

При использовании комбинации неподвижного блока с подвижным прикладываемая сила кратна общему количеству грузонесущих цепей. В данном случае сила равна половине веса (F=1/2W).

Груз, подвешенный через блок вертикально, позволяет туго натягивать горизонтальные электрические провода.

Подвесной подъемник (рисунок сверху) состоит из цепи, обвитой вокруг одного подвижного и двух неподвижных блоков. Подъем груза требует прикладывания силы, составляющей всего лишь половину от его веса.

Полиспаст, обычно используемый в больших подъемных кранах (рисунок справа), состоит из комплекта подвижных блоков, к которому подвешивается груз, и комплекта неподвижных, прикрепленного к стреле крана. Получая выигрыш в силе от столь большого количества блоков, кран может поднимать очень тяжелые грузы, например, стальные балки. В данном случае сила (F) равна частному от деления веса груза (W) на количество поддерживающих тросов (n).

Page 6
Дата Категория: Физика

Генератор превращает механическую энергию в электрическую путем вращения проволочной катушки в магнитном поле. Электрический ток вырабатывается и тогда, когда силовые линии движущегося магнита пересекают витки проволочной катушки {рисунок справа). Электроны {голубые шарики) перемещаются по направлению к положительному полюсу магнита, а электрический ток течет от положительного полюса к отрицательному. До тех пор, пока силовые линии магнитного поля пересекают катушку (проводник), в проводнике индуцируется электрический ток.

Аналогичный принцип работает и при перемещении проволочной рамки относительно магнита {дальний рисунок справа), т. е. когда рамка пересекает силовые линии магнитного поля. Индуцированный электрический ток течет таким образом, что его поле отталкивает магнит, когда рамка приближается к нему, и притягивает, когда рамка удаляется. Каждый раз, когда рамка изменяет ориентацию относительно полюсов магнита, электрический ток также изменяет свое направление на противоположное. Все то время, пока источник механической энергии вращает проводник (или магнитное поле), генератор будет вырабатывать переменный электрический ток.

Принцип действия генератора переменного тока

Простейший генератор переменного тока состоит из проволочной рамки, вращающейся между полюсами неподвижного магнита. Каждый конец рамки соединен со своим контактным кольцом, скользящим по электропроводной угольной щетке (рисунок над текстом). Индуцированный электрический ток течет к внутреннему контактному кольцу, когда соединенная с ним половина рамки проходит мимо северного полюса магнита, и, наоборот, к внешнему контактному кольцу, когда мимо северного полюса проходит другая половина рамки.

Трехфазный генератор переменного тока

Одним из наиболее экономически выгодных способов выработки сильного переменного тока является использование одного магнита, вращающегося относительно нескольких обмоток. В типичном трехфазном генераторе три катушки расположены равноудалено от оси магнита. Каждая катушка вырабатывает переменный ток, когда мимо нее проходит полюс магнита (правый рисунок).

Изменение направления электрического тока

Когда магнит вдвигается в проволочную катушку, он индуцирует в ней электрический ток. Этот ток заставляет стрелку гальванометра отклоняться в сторону от нулевого положения. Когда магнит вынимается из катушки, электрический ток изменяет свое направление на противоположное, и стрелка гальванометра отклоняется в другую сторону от нулевого положения.

Переменный ток

Магнит не будет индуцировать электрический ток до тех пор, пока его силовые линии не начнут пересекать проволочную петлю. Когда полюс магнита вдвигается в проволочную петлю, в ней индуцируется электрический ток. Если магнит прекращает движение, электрический ток (голубые стрелки) также прекращается (средняя диаграмма). Когда магнит вынимается из проволочной петли, в ней индуцируется электрический ток, текущий в противоположном направлении.

information-technology.ru

Как работает лазер, принцип действия, устройство, виды

Лазеры (или оптические квантовые генераторы) — это одно из самых замечательных и перспективных достижений науки и техники последних десятилетий, одно из «чудес» XX века. У оптических квантовых генераторов, несомненно, блестящее будущее, так как область их применения поистине безгранична: с помощью лазеров изучают плазму, ускоряют химические реакции, следят за движением искусственных спутников Земли, производят разнообразные научные исследования и многое, многое другое. Так, например, используя лазерное излучение было определено расстояние до Луны с точностью до 100 метров. Если обычная современная вычислительная машина может в секунду произвести несколько миллионов арифметических действий, то вычислительная машина с использованием луча ОКГ за ту же секунду может произвести несколько сотен или тысяч миллионов операций.

Как работает лазер

Все оптические квантовые генераторы состоят их внешнего источника накачки, активной лазерной среды, оптического резонатора. С помощью источника накачки внешняя энергия направляется к оптическому квантовому генератору. Активная лазерная среда, находящаяся внутри, в зависимости от конструкции может состоять из кристаллического тела (YAG-лазер), смеси газа (CO₂-лазер) или стекловолокна (волоконный лазер). При подаче энергии через систему накачки в активную лазерную среду выделяется энергия в форме излучения. Активная лазерная среда находится в так называемом «оптическом резонаторе» между двумя зеркалами, одно из которых полупрозрачное. В резонаторе происходит усиление излучения активной лазерной среды, а в то же время часть излучения способна выходить из оптического резонатора через полупрозрачное зеркало. Таким образом собранное в пучок электромагнитное излучение оптического (светового) диапазона и представляет собой лазерное излучение.

Виды лазеров

Оптические квантовые генераторы подразделяются на основе множества признаков, но в основном используется следующая классификация:

В настоящее время различают следующие виды лазерных устройств:

Применение лазеров

В настоящее время имеется много типов различных ОКГ, предназначенных для научных исследований, для использования в области техники и промышленности. Созданы оптические квантовые генераторы с различными специальными устройствами (приставками) в виде микроскопов, телевизоров и т. п. для биологических и медицинских целей. Сочетание с микроскопом («лазерный микроскоп») позволяет облучать не только отдельные клетки, но даже и различные образования, находящиеся в них, как например, ядра и другие. В зависимости от материала, служащего активным веществом, меняется интенсивность излучения и длина волны. Большинство лазеров, применяемых в настоящее время, работает в красном и инфракрасном диапазоне светового спектра.

Импульсные оптические квантовые генераторы, дающие кратковременные импульсы большой энергии, могут применяться в медицине, в основном, для одно- или многократного воздействия на различные патологические очаги, например, для «обстрела» опухолей и др. Менее мощные приборы непрерывного действия предназначаются по преимуществу для производства различных оперативных вмешательств. В первом случае лазерный луч можно образно назвать «световой пулей», поражающей избранную цель, а во втором — «световым ножом» (или «световым скальпелем»).

Нефокусированный лазерный луч обычно имеет ширину в 1-2 см, а с наведенным фокусом — от 1 до 0,01 мм и меньше. Благодаря этому возникла возможность концентрировать огромную световую энергию на площади в несколько микрон, то есть меньше поперечного сечения человеческого волоса, и достигать при этом очень высоких температур — до многих миллионов градусов! Именно благодаря такой способности концентрировать энергию на минимальной площади облучаемой поверхности лазеры и представляют огромный интерес для медицины. Интенсивность лазерного излучения определяется по величине энергии импульса, приходящейся на квадратный сантиметр, и выражается в джоулях (Дж/см²) или калориях, а для устройств непрерывного действии - в ваттах на см². Энергия каждой вспышки лазера может колебаться от долей джоуля до 1000 джоулей и более. Сфокусированный пучок мощного лазера буквально не знает преград. Достаточно сказать, что луч лазера способен «просверливать», плавить и обращать в пар сталь, вольфрам, алмаз, корунд и все другие известные человечеству материалы. В настоящее время мощность оптических квантовых генераторов достигла колоссальной величины. В течение импульса продолжительностью в несколько наносекунд (10-11 сек) она превосходит 10 миллионов киловатт! За последние годы сконструированы лазерные устройства, яркость излучения которых в миллион раз больше яркости солнца, а импульсная мощность превышает мощность крупных электростанций.

← Лазерная хирургия | ↑ Лазеры | Лазерные технологии в медицине →

apromed.info

Лазер - устройство и принцип действия

Лазер – одно из наиболее ярких и полезных изобретений XX века, открывшее перед человечеством огромное количество новых направлений деятельности. Прежде всего, давайте разберемся, что это такое – лазер? Английское слово LASER образовано от сокращения «light amplification by stimulated emission of radiation», что в переводе на русский означает «усиление света посредством вынужденного излучения». И здесь что ни слово – то скрытый физический смысл. Лазерный луч представляет собой когерентный, монохромный, поляризованный узконаправленный световой поток. Если говорить человеческим языком, то это означает следующее: Одним словом, это луч света, испускаемый мало того, что синхронными источниками, так еще и в очень узком диапазоне, причем направленно. Этакий чрезвычайно сконцентрированный световой поток. Толку от самого физического понятия о лазере было бы немного, если бы его не умели создавать. Основой устройства служит оптический квантовый генератор, который, используя электрическую, химическую, тепловую или какую-то другую энергию, производит лазерный луч. А производит он его посредством вынужденного или, как еще говорят, индуцированного излучения – то есть когда атом, в который попадает фотон (частица света), не поглощает его, а излучает еще один фотон, являющийся точной копией первого (когерентный). Таким образом, происходит усиление света. Лазеры как правило состоят из трех частей: За что отвечает каждая из этих частей: Источник энергии, что очевидно из названия, подает необходимую для работы устройства энергию. Для лазеров применяются различные виды энергии, зависящие от того, что именно используется в качестве рабочего тела. Такой первоначальной энергией, в числе прочего, может выступать и другой источник света, а также электрический разряд, химическая реакция и т.д. Здесь нужно упомянуть, что свет – это передача энергии и фотон – не только частица или, говоря иначе, квант света, но и частица энергии. Рабочее тело – это наиболее важная составляющая лазера. Оно как раз и является телом, в котором находятся атомы, излучающие когерентные фотоны. Для того, чтобы процесс излучения когерентных фотонов произошел, рабочее тело подвергается энергетической накачке, которая приводит, грубо говоря, к тому, что большая часть атомов, из которых состоит рабочее тело, перешли в возбужденное  энергетическое состоянии с общим знаменателем. В этом состоянии переход к обратному – основному - не возбужденному состоянию произойдет, если через атом пройдет фотон, соответствующий по своей энергии разнице между этими двумя состояниями атома. Таким образом, возбужденный атом, при переходе в основное состояние добавляет к «пролетавшему через него» фотону его точную копию. Именно рабочее тело определяет все наиболее важные характеристика лазера, такие как мощность, диапазон и т.п. Выбор рабочего тела производится из соображений, диктуемых нам тем, что мы хотим получить от этого лазера. Ну и, соответственно, вариантов тут очень много: все агрегатные состояний (газ, твердое, жидкость и даже плазма), всевозможные материалы, используются также и полупроводники (например, в CD приводах). Оптический резонатор – это обыкновенная система зеркал, расположенных вокруг рабочего тела, ведь оно излучает свет во всех направлениях, а нам нужно собрать в один узкий пучок. Для этой цели и служит оптический резонатор. Применение лазер находит всюду, лишь бы хватило инженерной мысли додуматься как в тех или иных случаях применить эту технологию. Им есть место и в медицине, и в промышленности, и в быту, и в военном деле, и даже для передачи информации.

silris.blogspot.com

Что такое лазер?

Главная » Новости » Что такое лазер?

Подумайте о лазере. И сразу же представляется научная фантастика или захватывающее лазерное световое шоу на концерте.

Вообще лазеры имеют более широкий спектр применения в промышленных отраслях и других сферах, и существуют дольше, чем Вы думаете.

Слово «лазер» стало частью повседневной лексики. Однако на самом деле оно - акроним! С английского языка Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation или LASER означает усиление света посредством вынужденного излучения. Теория лазеров была предложена в 1957 году, и в 1960 году Теодором Харальдом Майманом (Theodore Harold  Maiman) был создан первый работающий лазер. Еще сто лет назад Альберт Эйнштейн (Albert Einstein) теоретизировал возможность усиления излучения света, хотя и не реализовал этот потенциал.

Лазеры имеют один из самых широких спектров применения в устройствах любого типа, включая передачу информации с помощью оптических сетей, чтение данных, голографию, хирургию, а также кодировку и маркировку продукции на производственных линиях.

Лазерные маркировочные системы впервые появились на рынке около 50 лет назад. Эти системы были высоконаучными и не предназначались для жестких производственных условий и эксплуатации 24 часа в сутки семь дней в неделю. Сегодня лазерные маркировщики эволюционировали, стали компактнее, эффективнее и экономичнее.

Как работает лазер?

Все лазеры имеют один и тот же принцип работы, но отличаются способом изготовления, используемыми материалами и особенностями выходного луча лазера.

Лазеры для маркировки охватывают инфракрасный диапазон электромагнитного спектра от 10600 нм для CO2-лазерных кодировщиков до 1055-1070 нм для иттербиевых волоконных лазеров. Для сравнения, карманные лазерные указки представляют собой диодные лазеры, диапазон которых составляет от 630 до 680 нм.

Компоненты лазера

Лазер состоит из трех основных компонентов:

Активная среда: это может быть газ - двуокись углерода; твердое вещество - алюмо-иттриевый гранат легированный ионами неодима (Nd:YAG); или жидкость ­- краска. Одним из свойств активной среды является то, что она может сохранять энергию определенным образом, т.н. «инверсия населенности».

Система накачки - механизм, при помощи которого энергия применяется для возбуждения частиц (атомов или молекул) активной среды. Энергия может быть применена в виде электрического тока, электрического разряда, источника света, радиочастотной энергии и т.д.

Оптический резонатор - система, которая извлекает накопленную энергию из активной среды в виде лазерного луча. В простейшем виде оптический резонатор состоит из зеркал, расположенных на каждом конце активной среды. Эти зеркала располагаются параллельно друг другу так, что фотоны, движущиеся вдоль оси двух зеркал, непрерывно резонируют между зеркалами. Одно зеркало является 100-% светоотражающим, другое отражает частично, пропуская некоторые фотоны, которые достигают его.

Генерация лазерного луча

Энергия, приложенная к активной среде, заставляет ее молекулы возбудиться. Возбужденные молекулы достигают состояния, при котором они не могут удерживать дополнительную энергию. Они выделяют эту энергию в виде частиц света, называемых фотонами. Этот процесс называется спонтанным излучением.

Когда фотоны проходят через активную среду, они заставляют возбужденные частицы активной среды высвобождать энергию в виде других фотонов, с помощью процесса, называемого вынужденным излучением. Эти новые фотоны идентичны исходным фотонам, которые вызвали вынужденное излучение. Они имеют тот же цвет (длину волны), движутся в одном направлении, и они находятся в фазе. Фотоны, передаваемые частично отражающим зеркалом, образуют лазерный луч. Остальные фотоны отражаются обратно через активную среду для продолжения процесса инверсии населенностей.

Развенчание мифа

Между прочим, видимость лазерного луча зависит от частоты лазера, силы лазера и от наличия частиц, таких как, например, пыль в воздухе.

Все лазерные лучи имеют уникальные характеристики:

Для того чтобы увидеть лазерный луч, он должен достигнуть наших глаз, но из-за своих характеристик лазер невидим. Причина, по которой Вы можете видеть лазерные лучи на концертах, заключается в том, что для рассеивания луча используются дымовые машины: крошечные частицы пыли в дыме отражают свет лазера. По этой же причине лазерный луч невозможно увидеть в космосе, так как там нет ни атмосферы, ни пыли. Так что все космические сражения в научно-фантастических фильмах, в действительности, могли быть довольно скучными. 

www.linx.sinstr.ru


Смотрите также




© 2012 - 2020 "Познавательный портал yznai-ka.ru!". Содержание, карта сайта.