Как работает лазер?. Мир вокруг нас
Как работает лазер?. Мир вокруг насВикиЧтение
Мир вокруг нас
Ситников Виталий Павлович
Содержание
Как работает лазер?
Лазер – это прибор, излучающий узкий луч ослепительно яркого цвета. Его источником является небольшой кристалл или ампула с газом. Под влиянием магнитного поля он начинает испускать ярко-красный или голубой свет.
Лазерная техника широко применяется в медицине
Это явление было открыто в 60-ые годы прошлого века русскими физиками Басовым и Прохоровым и американцем Майманом. За это открытие они получили Нобелевскую премию.
Оказалось, что луч лазера обладает совершенно уникальными свойствами. С его помощью можно лечить болезни, резать самые тугоплавкие металлы, передавать информацию на большие расстояния.
Ты, конечно, видел небольшие серебристые диски, на которых записана музыка.
Световые эффекты создаются на современных эстрадных площадках также с помощью лазеров.
В чем же заключается секрет лазерного луча?
Свет, который излучает лазер, всегда имеет строго определенную длину волны. В природе такой свет в чистом виде не встречается.
Поскольку луч лазера имеет постоянную длину волны, он распространяется тонким пучком, не толще обыкновенной иголки.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Лазер-хирург
93.
ЛАЗЕР93. ЛАЗЕР Несмотря на сравнительно простое устройство лазера, процессы, лежащие в основе его работы, чрезвычайно сложны и не поддаются объяснению с точки зрения классических законов физики. Со времен Максвелла и Герца в науке утвердилось представление о том, что
ЛАЗЕР
ЛАЗЕР Слово «лазер» образовано из начальных букв длинной фразы на английском языке, означающей в дословном переводе: «усиление света с помощью вынужденного излучения».«Ученые давно обращали внимание на явление самопроизвольного испускания света атомами, — пишет в
Полупроводниковый лазер
Полупроводниковый лазер Полупроводниковый лазер – лазер с полупроводниковым кристаллом в качестве рабочего вещества, полупроводниковый квантовый генератор. В полупроводниковых лазерах в отличие от лазеров других типов применяются излучательные квантовые переходы
1958 г.
телевидение в Румынии, Китае, на Кипре, в Куйбышеве, Кишиневе, Вильнюсе, Ростове-на-Дону, Луганске, Кирове, Челябинске, Омске, Перми, Кемерово, лазер, интегральная схема, радиола «Комета»1958 г. телевидение в Румынии, Китае, на Кипре, в Куйбышеве, Кишиневе, Вильнюсе, Ростове-на-Дону, Луганске, Кирове, Челябинске, Омске, Перми, Кемерово, лазер, интегральная схема, радиола «Комета» В 1958 году телевещание шагнуло в новые страны и города:появилась ТВ
Лазер помогает детективам
Лазер помогает детективам Что еще можно обнаружить, заглянув в чемодан детектива конца XX века? Технические средства и приборы, которые позволяют увидеть спрятанное и невидимое. Переносной рентгеновский аппарат позволит заглянуть под слой краски и определить истинного
Как это работает
Как это работает
Для того, чтобы использовать Телефонный мост нужно, кроме самого устройства, приобрести две SIM-карты с наиболее дешевым внутрисетевым тарифом любого сотового оператора, одна из которых будет работать в устройстве, вторая – в вашем мобильнике.
Если нужно
Как это работает
Как это работает Так как установленных точных факторов, которые предрасполагают к развитию болезни, нет, то в принципе шизу может спровоцировать у себя и вполне нормальный человек, если сильно постарается.Для этого нужно побольше уходить в астрал и другую эзотерику,
Волоконный лазер, как устроен, сравнение с СО2 лазером, преимущества и недостатки
Волоконный лазер — универсальный инструмент, который активно используется в различных направлениях промышленности. Его КПД составляет около 70%, что позволяет сократить временные затраты на выполнение работ любой сложности.
Устройство состоит из двух основных частей: ламп накачки и оптического кабеля, внутри которого расположено светопроводящее волокно и сердцевиной из прозрачного кварца.
Это позволяет обеспечить максимальную точность лазерного луча и возможность направить его на конкретный участок обрабатываемой поверхности. На концах центрального стержня также расположена дифракционная решетка в виде нанесенных особым образом штрихов.
Именно насечки отвечают за быстрое отражение луча от поверхности, что позволяет поддерживать необходимую длину волны в течение всей работы, а также сохранить монохромность луча.
Для чего используется волоконный лазер
Волоконный лазер можно назвать универсальным инструментом, который используется на производствах различных назначений. Он с точностью вырезает даже острые углы, а также подходит для обработки поверхностей с требованиями высокой точности в работе.
Основное назначение волоконного лазера – работа с металлами различной толщины и уровня плотности.
Отличается широтой сфер применения и используется при:
- Строительстве автомобилей, судов, воздушного транспорта, в том числе ракет.
- Изготовлении морских и железнодорожных вагонов, контейнеров для перевозки.
- Выпуске ювелирных изделий, а также нанесении на поверхность гравировки (точность луча волоконного лазера позволяет справиться в том числе с такими тонкими работами).
- Производстве металлических конструкций при строительстве жилых, офисных, торговых объектов, а также при возведении металлических рекламных конструкций.
- Работах на военно-промышленном комплексе.
Волоконный лазер отлично справляется с обработкой не только металлов, но и камня (искусственного и натурального), стекла, некоторых видов пластика.
Отличия волоконного и CO2 лазеров
Основной волоконного лазера является оптически активное волокно, лазера CO2 – смесь газов, ключевым среди которых является углекислый.
Основное различие двух лазеров заключается в длине волны – для газового показатель составляет 10,6 кмк, тогда как для волоконного всего 1,06 мкм, что позволяет добиться высокой точности при обработке и сохранить поверхность вокруг обрабатываемого участка нетронутой, не нагретой.
Сокращенная длина волны волоконного лазера также обеспечивает увеличенную скорость обработки металлов и камня, а также получение идеально гладкой поверхности материала.
Главный недостаток волоконного лазера заключается в сложностях при обработке НЕметаллов, что с легкостью обеспечивается при помощи лазера CO2.
Главные отличия волоконного и газового лазеров можно обозначить следующим образом:
- Волоконный лазер подходит для обработки таких материалов как серебро, медь, латунь, где газовый лазер абсолютно бессилен. Лазер CO2, наоборот, лучше справляется при работе с бумагой, стеклом, фанерой, синтетической или натуральной тканью, деревом.
- КПД волоконного лазера составляет порядка 70%, тогда как для газового лазера этот показатель ниже почти в два раза.
Преимущества использования волоконного лазера
Волоконный лазер – удобный, универсальный и производительный лазер, который в промышленности просто незаменим.
Он используется на основе оптически активного или кварцевого волокна, генерация излучения происходит непосредственно в волокне и уже оттуда поступает к месту обработки материала.
Волоконный лазер имеет широкий список преимуществ перед газовыми и твердотельными аппаратами, среди которых:
- Высокая производительность. КПД волоконного лазера составляет до 70%, что почти в два раза выше, чем у прочих лазеров.
- Оптимальная длина волны, которая остается одинаковой практически весь рабочий процесс. Данный режим позволяет передавать лазерный луч на большее расстояние без потерь, а также фокусировать в очень маленькую точку, что важно при выполнении, например, гравировки, а также обработке труднодоступных участков.
- Высокая частота повторения импульсов обеспечивает стабильное выполнение любых задач по сварке, маркировке и резке различных материалов. Мощность луча волоконного лазера оптимальна – она достаточно мощная, чтобы обеспечить прочность шва, но в то же время предотвращает большую глубину проплавления.
- Универсальность волоконного лазера. Особенное обслуживание или регулярная чистка волоконному лазеру не требуются. Благодаря отсутствию зависимости от уровня влажности или температуры воздуха разместить его можно в любом помещении. При необходимости волоконный лазер можно переориентировать и модернизировать на другой технологический процесс.
Луч волоконного лазера действует направленно и позволяет обработать поверхность небольшого размера – материал вокруг при этом не нагревается. Излучение быстро поглощается различными металлами, поэтому использование лазера такого плана безопасно для окружающих.
Волоконный лазер – достаточно компактное оборудование, подходящее для решения широкого спектра задач.
Где заказать волоконный лазер
Компактность волоконного лазера позволяет разместить его практически в любом помещении и сократить затраты на доставку, установку. На качество обработки металлов, стекла и камня в первую очередь влияет качество поставляемого оборудования, поэтому приобретать его следует только в проверенном месте.
Заказать волоконынй лазерный станок для резки и гравировки металла Вы можете в нашей компании – мы работаем на рынке не первый год и точно знаем, каким должно быть оптоволоконное оборудование высокого качества.
Какие преимущества сотрудничества мы предлагаем:
- Открытость, что позволяет нам удовлетворить потребности клиента. При необходимости вы всегда можете заказать демонстрацию оборудования и проверить его в действии, оценить производительность, работоспособность.
- Предлагаем не только волоконные лазеры, но и запчасти, необходимые для их обслуживания и ремонта. По наличию вы можете уточнить у менеджера или просмотреть доступные варианты в каталоге.
- Каждый лазер предлагается для продажи только после прохождения тестирования, которое проводится в два этапа – по прибытии на склад, а также непосредственно перед отгрузкой. Мы делаем видеофиксацию технического состояния и внешнего вида, вы можете быть уверены, что вам не доставят товар низкого качества.
- Для получения лазера вы можете воспользоваться доставкой или заказать самовывоз с нашего склада.
Если вы не имеете опыта, как правильно настроить и запустить волоконный лазер, наши специалисты помогут вам с решением всех спорных вопросов. Предлагаем консультацию в том числе при выборе оборудования и оформлении заказа.
Что такое лазер? Физические основы работы лазера. Физика для чайников
Лазеры давно вошли в нашу жизнь повседневную жизнь. С одной стороны, почти у каждого дома или на работе есть лазерный принтер, к которому все привыкли. С другой – лезерные мечи все так же будоражат воображение тех, кто первый раз (да и не первый тоже) смотрит Звездные Войны.
В данной статье мы на элементарном уровне разберем, что такое лазер, а также рассмотрим физические основы работы этого хитрого понятия.
Что такое лазер?
Интересный факт: знаете ли Вы, что до появления лазеров были мазеры?
Мазер – квантовый генератор, излучающий когерентные микроволны (волны сантиметрового диапазона)
Мазер – это аббревиатура, от английского microwave amplification by stimulated emission of radiation, что в переводе означает “усиление микроволн с помощью вынужденного излучения”. Мазер был изобретен в 1950-х годах, на несколько лет раньше лазера.
Мазеры и лазеры работают по одному и тому же принципу. Отличие состоит в том, что мазеры усиливают волны разного диапазона. Мазер – это усиление микроволн, а лазер – усиление света, то есть волн видимого диапазона.
Лазерные мечи
Лазер (от ight amplification by stimulated emission of radiation – «усиление света посредством вынужденного излучения») – устройство, которое преобразует энергию накачки в энергию монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.
Среди всех этих умных слов для понимания принципа работы лазера нужно выделить два – «вынужденного излучения». Это именно то, что лежит в основе работы лазера.
Именно явление вынужденного излучения лежит в основе работы лазера. В чем суть?
Вынужденное излучение
Мы знаем, что атом может находиться в разных энергетических состояниях. В самом простом случае состояний всего два – основное и возбужденное. Электроны вращаются вокруг ядра атома по орбитам, которые соответствуют определенным энергиям.
При определенных условиях электрон может как бы перескакивать с одной орбиты на другую и обратно. Т.е. электроны, вращающиеся вокруг ядра, могут переходить с одного энергетического уровня на другой. Причем если электрон переходит с более высокого энергетического уровня на нижний, выделяется энергия. Для перехода с нижнего уровня на верхний или наоборот, энергию электрону нужно сообщить.
Излучение атома
А теперь представим, что у нас есть атом в возбужденном состоянии, и на него налетает фотон с энергией, равной разности энергий уровней атома. В таком случае наш атом испустит точно такой же фотон, а электрон с высшего уровня энергии перейдет на более низкий. Это и есть вынужденное излучение. Различают также спонтанное излучение, когда возбужденный атом самопроизвольно испускает фотон.
Как это явление работает в лазерах?
Представим себе самый простой лазер, состоящий из системы накачки, рабочей среды и оптического резонатора. Система накачки необходима, чтобы сообщить рабочей среде энергию, которая будет преобразована в энергию излучения, и создать инверсию населенностей энергетических уровней.
Например, если рабочим телом нашего лазера являются атомы с всего двумя энергетическими состояниями, то для работы лазера необходимо, чтобы возбужденные атомы превышали по количеству невозбужденные. Инверсия населенностей – основа того, чтобы генерация излучения в лазере могла начаться. Как сделать презентацию в ворде вы можете в обзорной статье наших авторов.
Твердотельный лазер
Рабочим телом лазера могут быть как твердые тела, так и жидкости с газами. Физическая суть работы всех этих приборов остается одной и той же. Кстати, первый в мире лазер был рубиновым, т.е. имел в качестве рабочего тела кристалл рубина.
Когда инверсия населенностей достигнута, возбужденные атомы рабочей среды начинают излучать фотоны (спонтанное излучение). Чтобы процесс не «угас», необходимо обеспечить обратную связь. В простейшем случае роль оптического резонатора играют два зеркала, одно из которых пропускает часть фотонов (полупрозрачно), а второе – отражает. Таким образом, определенная часть испущенных фотонов остается в рабочем пространстве, индуцируя излучение все новых и новых атомов, от чего процесс начинает развиваться лавинообразно и лазер светит.
Работа лазера
Надеемся, Вы стали чуточку эрудированнее после прочтения этой статьи. Если у Вас есть более глубинные и фундаментальные вопросы по теме «лазеры», помните – среди наших авторов есть люди, готовые в любой момент ответить на них.
Удачи, и да прибудет с Вами сила!
Как работают лазеры? | Кто изобрел лазер?
Криса Вудфорда. Последнее обновление: 20 декабря 2021 г.
Лазеры — это удивительные мощные световые лучи.
достаточно, чтобы подняться в небо на несколько миль или прорезать куски металла.
Хотя они кажутся довольно недавними изобретениями, на самом деле они
с нами более полувека: теория была разработана в 1958 году; первый
практический лазер был построен в 1960 году. В то время лазеры были
захватывающие примеры передовой науки: секретный агент 007,
Джеймс Бонд был чуть не разрублен пополам лазерным лучом в 19 веке.64
фильм Голдфингер .
Но, кроме злодеев Бонда, никто
еще имел представление, что делать с лазерами; как известно, они были описаны как «решение, ищущее проблему».
Сегодня у всех нас есть лазеры дома (в CD- и DVD-проигрывателях), в наших офисах (в
лазерные принтеры), так и в магазинах, где мы покупаем (в
сканеры штрих-кода). Наша одежда вырезается лазером, мы лечим зрение
их, и мы отправляем и получаем электронные письма через Интернет с сигналами
что лазеры прожигают оптоволоконные кабели. Понимаем ли мы это или
нет, все мы целыми днями пользуемся лазерами, но сколько из нас на самом деле
понять, что они из себя представляют или как они работают?
Основная идея лазера проста. Это трубка, которая концентрирует свет снова и снова, пока не появляется в действительно мощном луче. Но как именно это происходит? Что происходит внутри лазера? Давайте посмотрим поближе!
Фото: Научный эксперимент по проверке юстировки оптического оборудования
с использованием лазерных лучей, проведенных в Центре надводных боевых действий ВМС США (NSWC).
Фото Грега Войтко предоставлено ВМС США и
Викисклад.
Содержание
- Что такое лазер?
- Как работают лазеры
- Как лазеры излучают свет?
- Спонтанное излучение
- Вынужденное излучение
- Чем отличается лазерный свет?
- Типы лазеров
- Для чего используются лазеры?
- Инструменты
- Связь
- Защита
- Кто изобрел лазеры?
- Узнать больше
Что такое лазер?
Лазеры — это больше, чем просто мощные фонарики. Различия
между обычным светом и лазерным светом подобна разнице между
рябь в ванной и огромные волны на море. Вы, наверное, замечали, что если двигать руками вперед-назад в
в ванне можно сделать довольно сильные волны. Если вы продолжаете двигать руками в такт волнам, которые вы создаете,
волны становятся все больше и больше. Представьте, что вы делаете это несколько миллионов раз в открытом океане.
Вскоре над вашей головой будут возвышаться горные волны! Лазер делает нечто подобное со световыми волнами.
Он начинается со слабого света и продолжает добавлять все больше и больше энергии, так что световые волны становятся все более концентрированными.
Фото: Гораздо проще заставить лазерные лучи двигаться точно по траектории, чем обычные световые лучи. как в этом эксперименте по разработке лучших солнечных батарей. Изображение Уоррена Гретца предоставлено Министерством энергетики США/NREL. (Департамент энергетики/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).
Если вы хоть раз видели лазер в научной лаборатории, вы наверняка заметили сразу два очень важных отличия:
- Где фонарик излучает “белый” свет (смесь всех разных цвета, создаваемые световыми волнами всех частот), лазер делает то, что называется однотонный светлый (одного, очень точную частоту и цвет — часто ярко-красный, зеленый или невидимый «цвет», такой как инфракрасный или ультрафиолетовый).
- Где луч фонарика проходит через линзу в короткий и довольно
нечеткий конус, лазер стреляет более плотным и узким лучом по гораздо
большее расстояние (мы говорим, что это сильно коллимированный ).
Есть третье важное отличие, которое вы не заметите:
- Там, где световые волны в луче фонарика перемешаны (с гребнями одних лучей смешиваются с впадинами других), волны в лазерном света идут точно в ногу: гребень каждой волны совпадает с гребень каждой второй волны. Мы говорим, что лазерный свет равен когерентный . Думайте о луче фонарика как о толпе пассажиров, толкающихся и толкающихся, толкающихся вниз по перрон вокзала; для сравнения, лазерный луч подобен парад солдат, все маршируют точно в ногу.
Эти три вещи делают лазеры точными, мощными и удивительно полезными лучами энергии.
Как лазеры излучают свет?
Если вы хотите узнать о лазерах столько подробностей, то можете не читать или пропустите страницу ниже к типам лазеров. В этом разделе те же пункты из поля выше рассматриваются более подробно, и еще немного “теоретически”.
Вы часто читаете в книгах, что «лазер» означает
для усиления света за счет стимулированного излучения.
Это
сложный и запутанный глоток, но если вы медленно разберете его, это
на самом деле очень четкое объяснение того, как лазеры делают свои
сверхмощные лучи света.
Спонтанное излучение
Начнем с «R» лазера: излучение.
Излучение лазеров не имеет ничего общего с опасным радиоактивность , вещество, которое
заставляет счетчики Гейгера щелкать, что
атомы извергаются, когда они разбиваются
вместе или развалиться. Лазеры производят электромагнитное излучение,
как обычный свет, радиоволны,
рентгеновские лучи и инфракрасное излучение. Несмотря на то что
он по-прежнему производится атомами, они производят («излучают») его совершенно
по-другому, когда электроны прыгают вверх и вниз внутри них. Мы можем
подумайте об электронах в атомах, сидящих на энергетических уровнях, которые немного
как ступеньки на лестнице. В норме электроны располагаются на самом нижнем
возможный уровень, который называется основным состоянием атома. Если вы стреляете
затрачивая нужное количество энергии, вы можете сдвинуть электрон вверх
уровне, на следующую ступеньку «лестницы».
Это называется поглощение и в новом состоянии мы говорим атома возбуждает — но он также нестабилен. Он очень быстро возвращается в основное состояние
испуская энергию, которую он поглотил в виде фотона (частица
света). Мы называем этот процесс спонтанным излучением излучение: атом испускает свет (излучает излучение) всеми
сам (спонтанно).
Фото: Самопроизвольное излучение — при свечах.
От свечей до лампочек, от светлячков до карманных фонариков — все обычные формы света работают в процессе спонтанного излучения. В свече горение (химическая реакция между кислородом и горючим, в данном случае воском) возбуждает атомы и делает их нестабильными. Они излучают свет, когда возвращаются в исходное (основное) состояние. Каждый фотон, произведенный спонтанным излучением внутри пламени этой свечи, отличается от любого другого фотона, поэтому существует смесь различных длин волн (и цветов), создающая «белый» свет. Фотоны возникают в случайных направлениях, с волнами, которые не идут в ногу друг с другом («не в фазе»), поэтому свет свечи намного слабее, чем лазерный свет.
Вынужденное излучение
Обычно типичный пучок атомов имеет больше
электроны в основном состоянии, чем в возбужденном,
это одна из причин, по которой атомы не излучают свет спонтанно.
Но что, если мы возбудим эти атомы — накачаем их энергией — так
их электроны находились в возбужденном состоянии. В этом случае
«население» возбужденных электронов было бы больше, чем
“население” в их основных состояниях, так что было бы много
электроны, готовые и желающие производить фотоны света. Мы называем это
ситуация инверсия населения , потому что обычное состояние
дела в атомах меняются местами (инвертируются). Теперь предположим
а также то, что мы могли поддерживать наши атомы в этом состоянии некоторое время.
в то время как они не автоматически прыгали обратно на землю
состояние (временно возбужденное состояние, известное как метастабильное состояние ).
состояние ). Тогда мы найдем что-то действительно интересное. Если бы мы стреляли
фотон с нужной энергией через нашу кучу
атомов, мы заставили бы один из возбужденных электронов прыгнуть обратно на свое
основное состояние, испуская как фотон, который мы выпустили, так и фотон
вызвано изменением состояния электрона.
Потому что мы
стимулируя атомы получать из них излучение, этот процесс
позвонил вынужденное излучение . Мы получаем два фотона после
вставляя один фотон, эффективно удваивая наш свет и усиливая это (увеличение). Эти два фотона могут стимулировать другие атомы к
испускать больше фотонов, так что довольно скоро мы получаем каскад фотонов —
цепная реакция — выбрасывание блестящего луча чистого, когерентного
свет лазера. Здесь мы усилили свет с помощью стимулированного
испускание излучения — отсюда и название лазера.
Рисунок: Как лазеры работают в теории: Слева: Поглощение: энергия огня (зеленый) в атом, и вы можете перевести электрон (синий) из его основного состояния в возбужденное состояние, что обычно означает отталкивание его дальше от ядро (серое). Середина: спонтанное излучение: возбужденный электрон естественным образом возвращается в свое основное состояние, испуская квант (пакет энергии) в виде фотона (зеленое покачивание). Справа: Стимулированное излучение: запустив фотон рядом с группой возбужденных атомов, вы можете вызвать каскад идентичных фотонов.
Один фотон света запускает многие, так что здесь мы имеем усиление света (создание большего количества света) за счет стимулированного излучения (электромагнитного) излучения — ЛАЗЕР!
Чем отличается лазерный свет?
Если так лазеры излучают свет, то почему они делают единый цвет и когерентный луч? Это сводится к представление о том, что энергия может существовать только в виде фиксированных пакетов, каждый из которых называется квант . Это немного похоже на деньги. Вы можете иметь только деньги, кратные самой базовой единице вашей валюты, которая может быть цент, пенни, рупия или что-то еще. Вы не можете иметь десятую часть цент или двадцатая часть рупии, но вы можете иметь 10 центов или 20 рупий. То же самое относится и к энергии, и это особенно заметно внутри атомов.
Как и ступеньки на лестнице, уровни энергии в атомах находятся в фиксированных местах с промежутками между ними. Ты
на лестницу нельзя ставить ногу, только на ступеньки; И в
точно так же вы можете только перемещать электроны в атомах между
фиксированные энергетические уровни.
Чтобы совершить прыжок электрона с нижнего на
более высокий уровень, вы должны ввести точное количество (количество)
энергия, равная разнице между двумя энергетическими уровнями. Когда
электроны возвращаются из своего возбужденного состояния в основное,
они выделяют такое же, точное количество энергии, которое
форма фотона света определенного цвета. Вынужденное излучение
в лазерах заставляет электроны производить каскад идентичных
фотонов — идентичных по энергии, частоте, длине волны — и это
почему лазерный свет монохроматичен. Произведенные фотоны эквивалентны
световым волнам, гребни и впадины которых совпадают (другими словами,
они «в фазе») — и это то, что делает лазерный свет когерентным.
Типы лазеров
Фото: Лазеры — какими мы их знаем: это лазер и линза, которые сканируют диски внутри проигрывателя компакт-дисков или DVD-дисков. Маленький круг в правом нижнем углу — это полупроводниковый лазерный диод, а большой синий круг — это линза, которая считывает свет от лазера после того, как он отражается от блестящей поверхности диска.
Так как мы можем возбудить много разных атомов разными способами, мы можем (теоретически) создать много различных типов лазеров. На практике существует лишь несколько распространенных видов, из которых пять наиболее известных: твердотельные, газообразные, жидкие красители, полупроводники и волокно.
Твердое тело, жидкость и газ — это три основных состояния материи, которые дают нам три различных типа лазеров. Твердотельные лазеры как те, что я проиллюстрировал выше. Среда представляет собой что-то вроде
рубиновый стержень или другой твердый кристаллический материал и импульсная лампа, обернутая
вокруг него перекачивают свои атомы, полные энергии. Для эффективной работы необходимо
твердое тело должно быть легировано , процесс, который заменяет некоторые из
атомы твердого тела с ионами примесей, придавая ему в самый раз
уровни энергии для создания лазерного излучения определенной, точной
частота. Твердотельные лазеры производят мощные лучи, обычно
очень короткими импульсами.
Газовые лазеры , напротив, производят
непрерывные яркие лучи с использованием соединений благородных газов (в
так называемые эксимерные лазеры) или углекислый газ (CO2) в качестве среды,
накачивается электричеством. СО2
лазеры мощные, эффективные и обычно используются в
промышленная резка и сварка. Лазеры с жидким красителем используют
раствор молекул органических красителей как среда, накачиваемая чем-то
как дуговая лампа, лампа-вспышка или другой лазер. Их большое преимущество
заключается в том, что их можно использовать для получения более широкой полосы
световых частот, чем твердотельные и газовые лазеры, и они могут даже
быть «настроенным» для воспроизведения различных частот.
Несмотря на то, что твердотельные, жидкостные и газовые лазеры
большие, мощные и дорогие полупроводниковые лазеры дешевые, крошечные, похожие на чипы устройства, используемые в таких вещах, как проигрыватели компакт-дисков,
лазерные принтеры,
и сканеры штрих-кода. Они работают как нечто среднее между обычным
Светодиод (LED)
и традиционный лазер.
Подобно светодиоду, они излучают свет, когда электроны и «дырки» (по сути, «недостающие»
электроны”) прыгают и соединяются; как лазер, они
генерируют когерентный монохроматический свет. Вот почему они иногда
называются лазерными диодами (или диодными лазерами). Вы можете прочитать больше
о них в нашей отдельной статье о полупроводниках
лазерные диоды.
Наконец, волоконных лазеров творят чудеса внутри оптических волокон; по сути, легированный оптоволоконный кабель становится усиливающая среда. Они мощные, эффективные, надежные и упростите передачу лазерного излучения туда, где это необходимо.
Для чего используются лазеры?
” … никто из нас, кто работал над первыми лазерами, не представлял себе, сколько применений может быть в конечном итоге… Люди, участвующие в этом, движимые главным образом любопытством, часто не имеют ни малейшего представления о том, к чему приведут их исследования. ”
Чарльз Таунс, Как появился лазер, 1999.
Когда Теодор Мейман разработал первый практический лазер, мало кто осознавал, насколько важными будут эти машины в итоге стать. Goldfinger , фильм о Джеймсе Бонде 1964 года, предложил дразнящий взгляд на будущее, в котором промышленные лазеры могли прорезать как по волшебству все на своем пути — даже секретных агентов! Позже в том же году, сообщая о награде Нобелевской премии по физике пионеру лазеров Чарльзу Таунсу, 9 лет.0007 Нью-Йорк Times предположил, что «лазерный луч может, например, нести все радио- и телепрограммы мира плюс несколько сто тысяч телефонных звонков одновременно. Это используется широко используется для определения дальности и слежения за ракетами». столетие спустя, подобные приложения — точные инструменты, цифровые связь и оборона — остаются одними из наиболее важных применений лазеры.
Фото: каждый раз, когда он печатает документ, лазерный принтер на вашем столе занят
стимулируя миллионы атомов! Лазер внутри него используется для рисования очень точного изображения страницы, которую вы хотите напечатать, на большом барабане, который собирает активные чернила (тонер) и переносит их на бумагу.
Инструменты
Режущие инструменты на основе CO2-лазеров широко используются в промышленности: они точны, легко автоматизируются и, в отличие от ножей, никогда не нуждаются в заточке. Там, где когда-то вручную вырезали куски ткани, делать вещи, как джинсы из денима, теперь ткани рубятся на лазеры с роботизированным наведением. Они быстрее и точнее, чем люди и может разрезать несколько толщин ткани одновременно, что улучшает эффективность и производительность. Одинаковая точность одинаково важна в медицине: врачи регулярно воздействуют на тела своих пациентов лазерами. для всего, от взрыва раковых опухолей и прижигания кровеносных сосудов до устранение проблем со зрением у людей (лазерная хирургия глаза, исправление отслоение сетчатки и лечение катаракты включают лазеры).
Фото: Хирург-офтальмолог проводит операцию LASIK. Фото Ларри А. Симмонса предоставлено ВВС США.
Связь
Лазеры составляют основу всех видов
Цифровые технологии 21 века.
Каждый раз, когда вы проводите покупки
через сканер штрих-кода продуктового магазина,
вы используете лазер для преобразования напечатанного штрих-кода в число, которое может использовать кассовый компьютер
понять. Когда вы смотрите DVD или слушаете CD, полупроводниковый
лазерный луч отражается от вращающегося диска, чтобы преобразовать его напечатанный
преобразование данных в числа; компьютерный чип преобразует эти числа
в кино, музыку и звук. Наряду с волоконно-оптическими кабелями лазеры
широко используются в технологии под названием фотоника —использование
фотонов света для связи, например, для отправки огромных потоков
данные туда и обратно через Интернет.
В настоящее время Facebook экспериментирует с использованием лазеров (вместо радиоволн), чтобы улучшить связь с космосом.
спутников, что может привести к более высокой скорости передачи данных
и значительно улучшенный доступ в Интернет в развивающихся странах.
Фото: Будущее за лазерным оружием? Это система лазерного оружия ВМС США (LaWS),
которая была испытана на борту USS Ponce в 2014 году.
Нет ни дорогих пуль, ни ракет с такой лазерной пушкой, только бесконечный запас яростно направленной энергии. Фото Джона Ф. Уильямса предоставлено ВМС США и
Викисклад.
Оборона
Военные долгое время были одним из крупнейших пользователей
этой технологии, главным образом, в оружии и ракетах с лазерным наведением.
Несмотря на свою популяризацию в кино и на телевидении, научно-фантастическая идея
лазерное оружие, способное разрезать, убить или ослепить врага, оставалось фантастическим
до середины 1980-х гг. В 1981 году The New York Times зашла так далеко, что процитировала одну
«военный эксперт по лазерам», говоря: «Это просто глупо.
больше энергии, чтобы убить одного человека лазером, чем уничтожить
ракеты.” Двумя годами позже лазерное оружие большой дальности
официально стал краеугольным камнем президента США Рональда Рейгана.
противоречивая Стратегическая оборонная инициатива (СОИ), более известная как
«Программа Звездных войн». Первоначальная идея заключалась в использовании космических,
Рентгеновские лазеры (среди прочих технологий) для уничтожения наступающего противника
ракет до того, как они успели нанести урон, хотя по плану постепенно
прекратила свое существование после распада Советского Союза и конца
холодная война.
Тем не менее, военные ученые продолжают трансформировать лазерные ракеты из научной фантастики в реальность. ВМС США впервые начали испытания LaWS (Laser Weapon System) на борту корабля USS Ponce в Персидском заливе в 2014 году. Используя твердотельные лазеры с накачкой светодиоды, он был предназначен для повреждения или уничтожения техники противника более дешевле и точнее, чем обычные ракеты. Испытания оказались успешными, и флот объявила о заключении контрактов на создание дополнительных систем LaWS в 2018 году. Тем временем продолжается разработка космических лазеров, хотя ни один из них еще не развернут.
Фото: ученые из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии разработали
самый мощный в мире лазер National Ignition Facility (NIF) для ядерных исследований. Размещенный в 10-этажном здании, занимающем площадь размером с три футбольных поля, он использует 192 отдельных лазерных луча для обеспечения мощности до 500 триллионов ватт.
(в 100 раз больше энергии, чем любой другой лазер), генерирующий температуры до 100 миллионов градусов.
NIF стоит в общей сложности 3,5 миллиарда долларов и, как ожидается, будет способствовать проведению передовых ядерных исследований в течение следующих 30 лет. Слева: один из двойных лазерных отсеков в Национальном центре зажигания. Справа: как это работает: лучи лазера концентрируются на небольшой топливной таблетке в камере для создания интенсивных температур (как в глубинах звезд). Идея состоит в том, чтобы произвести ядерный синтез (заставить атомы соединяться вместе) и высвободить огромное количество энергии. Фото: Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса.
Как работают лазеры? | Кто изобрел лазер?
Криса Вудфорда. Последнее обновление: 20 декабря 2021 г.
Лазеры — это удивительные мощные световые лучи.
достаточно, чтобы подняться в небо на несколько миль или прорезать куски металла.
Хотя они кажутся довольно недавними изобретениями, на самом деле они
с нами более полувека: теория была разработана в 1958 году; первый
практический лазер был построен в 1960 году.
В то время лазеры были
захватывающие примеры передовой науки: секретный агент 007,
Джеймс Бонд был чуть не разрублен пополам лазерным лучом в 19 веке.64
фильм Голдфингер . Но, кроме злодеев Бонда, никто
еще имел представление, что делать с лазерами; как известно, они были описаны как «решение, ищущее проблему».
Сегодня у всех нас есть лазеры дома (в CD- и DVD-проигрывателях), в наших офисах (в
лазерные принтеры), так и в магазинах, где мы покупаем (в
сканеры штрих-кода). Наша одежда вырезается лазером, мы лечим зрение
их, и мы отправляем и получаем электронные письма через Интернет с сигналами
что лазеры прожигают оптоволоконные кабели. Понимаем ли мы это или
нет, все мы целыми днями пользуемся лазерами, но сколько из нас на самом деле
понять, что они из себя представляют или как они работают?
Основная идея лазера проста. Это трубка, которая концентрирует свет снова и снова, пока не появляется в действительно мощном луче. Но как именно это происходит? Что происходит внутри лазера? Давайте посмотрим поближе!
Фото: Научный эксперимент по проверке юстировки оптического оборудования
с использованием лазерных лучей, проведенных в Центре надводных боевых действий ВМС США (NSWC).
Фото Грега Войтко предоставлено ВМС США и
Викисклад.
Содержание
- Что такое лазер?
- Как работают лазеры
- Как лазеры излучают свет?
- Спонтанное излучение
- Вынужденное излучение
- Чем отличается лазерный свет?
- Типы лазеров
- Для чего используются лазеры?
- Инструменты
- Связь
- Защита
- Кто изобрел лазеры?
- Узнать больше
Что такое лазер?
Лазеры — это больше, чем просто мощные фонарики. Различия
между обычным светом и лазерным светом подобна разнице между
рябь в ванной и огромные волны на море. Вы, наверное, замечали, что если двигать руками вперед-назад в
в ванне можно сделать довольно сильные волны. Если вы продолжаете двигать руками в такт волнам, которые вы создаете,
волны становятся все больше и больше. Представьте, что вы делаете это несколько миллионов раз в открытом океане.
Вскоре над вашей головой будут возвышаться горные волны! Лазер делает нечто подобное со световыми волнами.
Он начинается со слабого света и продолжает добавлять все больше и больше энергии, так что световые волны становятся все более концентрированными.
Фото: Гораздо проще заставить лазерные лучи двигаться точно по траектории, чем обычные световые лучи. как в этом эксперименте по разработке лучших солнечных батарей. Изображение Уоррена Гретца предоставлено Министерством энергетики США/NREL. (Департамент энергетики/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).
Если вы хоть раз видели лазер в научной лаборатории, вы наверняка заметили сразу два очень важных отличия:
- Где фонарик излучает “белый” свет (смесь всех разных цвета, создаваемые световыми волнами всех частот), лазер делает то, что называется однотонный светлый (одного, очень точную частоту и цвет — часто ярко-красный, зеленый или невидимый «цвет», такой как инфракрасный или ультрафиолетовый).
- Где луч фонарика проходит через линзу в короткий и довольно
нечеткий конус, лазер стреляет более плотным и узким лучом по гораздо
большее расстояние (мы говорим, что это сильно коллимированный ).
Есть третье важное отличие, которое вы не заметите:
- Там, где световые волны в луче фонарика перемешаны (с гребнями одних лучей смешиваются с впадинами других), волны в лазерном света идут точно в ногу: гребень каждой волны совпадает с гребень каждой второй волны. Мы говорим, что лазерный свет равен когерентный . Думайте о луче фонарика как о толпе пассажиров, толкающихся и толкающихся, толкающихся вниз по перрон вокзала; для сравнения, лазерный луч подобен парад солдат, все маршируют точно в ногу.
Эти три вещи делают лазеры точными, мощными и удивительно полезными лучами энергии.
Как лазеры излучают свет?
Если вы хотите узнать о лазерах столько подробностей, то можете не читать или пропустите страницу ниже к типам лазеров. В этом разделе те же пункты из поля выше рассматриваются более подробно, и еще немного “теоретически”.
Вы часто читаете в книгах, что «лазер» означает
для усиления света за счет стимулированного излучения.
Это
сложный и запутанный глоток, но если вы медленно разберете его, это
на самом деле очень четкое объяснение того, как лазеры делают свои
сверхмощные лучи света.
Спонтанное излучение
Начнем с «R» лазера: излучение.
Излучение лазеров не имеет ничего общего с опасным радиоактивность , вещество, которое
заставляет счетчики Гейгера щелкать, что
атомы извергаются, когда они разбиваются
вместе или развалиться. Лазеры производят электромагнитное излучение,
как обычный свет, радиоволны,
рентгеновские лучи и инфракрасное излучение. Несмотря на то что
он по-прежнему производится атомами, они производят («излучают») его совершенно
по-другому, когда электроны прыгают вверх и вниз внутри них. Мы можем
подумайте об электронах в атомах, сидящих на энергетических уровнях, которые немного
как ступеньки на лестнице. В норме электроны располагаются на самом нижнем
возможный уровень, который называется основным состоянием атома. Если вы стреляете
затрачивая нужное количество энергии, вы можете сдвинуть электрон вверх
уровне, на следующую ступеньку «лестницы».
Это называется поглощение и в новом состоянии мы говорим атома возбуждает — но он также нестабилен. Он очень быстро возвращается в основное состояние
испуская энергию, которую он поглотил в виде фотона (частица
света). Мы называем этот процесс спонтанным излучением излучение: атом испускает свет (излучает излучение) всеми
сам (спонтанно).
Фото: Самопроизвольное излучение — при свечах.
От свечей до лампочек, от светлячков до карманных фонариков — все обычные формы света работают в процессе спонтанного излучения. В свече горение (химическая реакция между кислородом и горючим, в данном случае воском) возбуждает атомы и делает их нестабильными. Они излучают свет, когда возвращаются в исходное (основное) состояние. Каждый фотон, произведенный спонтанным излучением внутри пламени этой свечи, отличается от любого другого фотона, поэтому существует смесь различных длин волн (и цветов), создающая «белый» свет. Фотоны возникают в случайных направлениях, с волнами, которые не идут в ногу друг с другом («не в фазе»), поэтому свет свечи намного слабее, чем лазерный свет.
Вынужденное излучение
Обычно типичный пучок атомов имеет больше
электроны в основном состоянии, чем в возбужденном,
это одна из причин, по которой атомы не излучают свет спонтанно.
Но что, если мы возбудим эти атомы — накачаем их энергией — так
их электроны находились в возбужденном состоянии. В этом случае
«население» возбужденных электронов было бы больше, чем
“население” в их основных состояниях, так что было бы много
электроны, готовые и желающие производить фотоны света. Мы называем это
ситуация инверсия населения , потому что обычное состояние
дела в атомах меняются местами (инвертируются). Теперь предположим
а также то, что мы могли поддерживать наши атомы в этом состоянии некоторое время.
в то время как они не автоматически прыгали обратно на землю
состояние (временно возбужденное состояние, известное как метастабильное состояние ).
состояние ). Тогда мы найдем что-то действительно интересное. Если бы мы стреляли
фотон с нужной энергией через нашу кучу
атомов, мы заставили бы один из возбужденных электронов прыгнуть обратно на свое
основное состояние, испуская как фотон, который мы выпустили, так и фотон
вызвано изменением состояния электрона.
Потому что мы
стимулируя атомы получать из них излучение, этот процесс
позвонил вынужденное излучение . Мы получаем два фотона после
вставляя один фотон, эффективно удваивая наш свет и усиливая это (увеличение). Эти два фотона могут стимулировать другие атомы к
испускать больше фотонов, так что довольно скоро мы получаем каскад фотонов —
цепная реакция — выбрасывание блестящего луча чистого, когерентного
свет лазера. Здесь мы усилили свет с помощью стимулированного
испускание излучения — отсюда и название лазера.
Рисунок: Как лазеры работают в теории: Слева: Поглощение: энергия огня (зеленый) в атом, и вы можете перевести электрон (синий) из его основного состояния в возбужденное состояние, что обычно означает отталкивание его дальше от ядро (серое). Середина: спонтанное излучение: возбужденный электрон естественным образом возвращается в свое основное состояние, испуская квант (пакет энергии) в виде фотона (зеленое покачивание). Справа: Стимулированное излучение: запустив фотон рядом с группой возбужденных атомов, вы можете вызвать каскад идентичных фотонов.
Один фотон света запускает многие, так что здесь мы имеем усиление света (создание большего количества света) за счет стимулированного излучения (электромагнитного) излучения — ЛАЗЕР!
Чем отличается лазерный свет?
Если так лазеры излучают свет, то почему они делают единый цвет и когерентный луч? Это сводится к представление о том, что энергия может существовать только в виде фиксированных пакетов, каждый из которых называется квант . Это немного похоже на деньги. Вы можете иметь только деньги, кратные самой базовой единице вашей валюты, которая может быть цент, пенни, рупия или что-то еще. Вы не можете иметь десятую часть цент или двадцатая часть рупии, но вы можете иметь 10 центов или 20 рупий. То же самое относится и к энергии, и это особенно заметно внутри атомов.
Как и ступеньки на лестнице, уровни энергии в атомах находятся в фиксированных местах с промежутками между ними. Ты
на лестницу нельзя ставить ногу, только на ступеньки; И в
точно так же вы можете только перемещать электроны в атомах между
фиксированные энергетические уровни.
Чтобы совершить прыжок электрона с нижнего на
более высокий уровень, вы должны ввести точное количество (количество)
энергия, равная разнице между двумя энергетическими уровнями. Когда
электроны возвращаются из своего возбужденного состояния в основное,
они выделяют такое же, точное количество энергии, которое
форма фотона света определенного цвета. Вынужденное излучение
в лазерах заставляет электроны производить каскад идентичных
фотонов — идентичных по энергии, частоте, длине волны — и это
почему лазерный свет монохроматичен. Произведенные фотоны эквивалентны
световым волнам, гребни и впадины которых совпадают (другими словами,
они «в фазе») — и это то, что делает лазерный свет когерентным.
Типы лазеров
Фото: Лазеры — какими мы их знаем: это лазер и линза, которые сканируют диски внутри проигрывателя компакт-дисков или DVD-дисков. Маленький круг в правом нижнем углу — это полупроводниковый лазерный диод, а большой синий круг — это линза, которая считывает свет от лазера после того, как он отражается от блестящей поверхности диска.
Так как мы можем возбудить много разных атомов разными способами, мы можем (теоретически) создать много различных типов лазеров. На практике существует лишь несколько распространенных видов, из которых пять наиболее известных: твердотельные, газообразные, жидкие красители, полупроводники и волокно.
Твердое тело, жидкость и газ — это три основных состояния материи, которые дают нам три различных типа лазеров. Твердотельные лазеры как те, что я проиллюстрировал выше. Среда представляет собой что-то вроде
рубиновый стержень или другой твердый кристаллический материал и импульсная лампа, обернутая
вокруг него перекачивают свои атомы, полные энергии. Для эффективной работы необходимо
твердое тело должно быть легировано , процесс, который заменяет некоторые из
атомы твердого тела с ионами примесей, придавая ему в самый раз
уровни энергии для создания лазерного излучения определенной, точной
частота. Твердотельные лазеры производят мощные лучи, обычно
очень короткими импульсами.
Газовые лазеры , напротив, производят
непрерывные яркие лучи с использованием соединений благородных газов (в
так называемые эксимерные лазеры) или углекислый газ (CO2) в качестве среды,
накачивается электричеством. СО2
лазеры мощные, эффективные и обычно используются в
промышленная резка и сварка. Лазеры с жидким красителем используют
раствор молекул органических красителей как среда, накачиваемая чем-то
как дуговая лампа, лампа-вспышка или другой лазер. Их большое преимущество
заключается в том, что их можно использовать для получения более широкой полосы
световых частот, чем твердотельные и газовые лазеры, и они могут даже
быть «настроенным» для воспроизведения различных частот.
Несмотря на то, что твердотельные, жидкостные и газовые лазеры
большие, мощные и дорогие полупроводниковые лазеры дешевые, крошечные, похожие на чипы устройства, используемые в таких вещах, как проигрыватели компакт-дисков,
лазерные принтеры,
и сканеры штрих-кода. Они работают как нечто среднее между обычным
Светодиод (LED)
и традиционный лазер.
Подобно светодиоду, они излучают свет, когда электроны и «дырки» (по сути, «недостающие»
электроны”) прыгают и соединяются; как лазер, они
генерируют когерентный монохроматический свет. Вот почему они иногда
называются лазерными диодами (или диодными лазерами). Вы можете прочитать больше
о них в нашей отдельной статье о полупроводниках
лазерные диоды.
Наконец, волоконных лазеров творят чудеса внутри оптических волокон; по сути, легированный оптоволоконный кабель становится усиливающая среда. Они мощные, эффективные, надежные и упростите передачу лазерного излучения туда, где это необходимо.
Для чего используются лазеры?
” … никто из нас, кто работал над первыми лазерами, не представлял себе, сколько применений может быть в конечном итоге… Люди, участвующие в этом, движимые главным образом любопытством, часто не имеют ни малейшего представления о том, к чему приведут их исследования. ”
Чарльз Таунс, Как появился лазер, 1999.
Когда Теодор Мейман разработал первый практический лазер, мало кто осознавал, насколько важными будут эти машины в итоге стать. Goldfinger , фильм о Джеймсе Бонде 1964 года, предложил дразнящий взгляд на будущее, в котором промышленные лазеры могли прорезать как по волшебству все на своем пути — даже секретных агентов! Позже в том же году, сообщая о награде Нобелевской премии по физике пионеру лазеров Чарльзу Таунсу, 9 лет.0007 Нью-Йорк Times предположил, что «лазерный луч может, например, нести все радио- и телепрограммы мира плюс несколько сто тысяч телефонных звонков одновременно. Это используется широко используется для определения дальности и слежения за ракетами». столетие спустя, подобные приложения — точные инструменты, цифровые связь и оборона — остаются одними из наиболее важных применений лазеры.
Фото: каждый раз, когда он печатает документ, лазерный принтер на вашем столе занят
стимулируя миллионы атомов! Лазер внутри него используется для рисования очень точного изображения страницы, которую вы хотите напечатать, на большом барабане, который собирает активные чернила (тонер) и переносит их на бумагу.
Инструменты
Режущие инструменты на основе CO2-лазеров широко используются в промышленности: они точны, легко автоматизируются и, в отличие от ножей, никогда не нуждаются в заточке. Там, где когда-то вручную вырезали куски ткани, делать вещи, как джинсы из денима, теперь ткани рубятся на лазеры с роботизированным наведением. Они быстрее и точнее, чем люди и может разрезать несколько толщин ткани одновременно, что улучшает эффективность и производительность. Одинаковая точность одинаково важна в медицине: врачи регулярно воздействуют на тела своих пациентов лазерами. для всего, от взрыва раковых опухолей и прижигания кровеносных сосудов до устранение проблем со зрением у людей (лазерная хирургия глаза, исправление отслоение сетчатки и лечение катаракты включают лазеры).
Фото: Хирург-офтальмолог проводит операцию LASIK. Фото Ларри А. Симмонса предоставлено ВВС США.
Связь
Лазеры составляют основу всех видов
Цифровые технологии 21 века.
Каждый раз, когда вы проводите покупки
через сканер штрих-кода продуктового магазина,
вы используете лазер для преобразования напечатанного штрих-кода в число, которое может использовать кассовый компьютер
понять. Когда вы смотрите DVD или слушаете CD, полупроводниковый
лазерный луч отражается от вращающегося диска, чтобы преобразовать его напечатанный
преобразование данных в числа; компьютерный чип преобразует эти числа
в кино, музыку и звук. Наряду с волоконно-оптическими кабелями лазеры
широко используются в технологии под названием фотоника —использование
фотонов света для связи, например, для отправки огромных потоков
данные туда и обратно через Интернет.
В настоящее время Facebook экспериментирует с использованием лазеров (вместо радиоволн), чтобы улучшить связь с космосом.
спутников, что может привести к более высокой скорости передачи данных
и значительно улучшенный доступ в Интернет в развивающихся странах.
Фото: Будущее за лазерным оружием? Это система лазерного оружия ВМС США (LaWS),
которая была испытана на борту USS Ponce в 2014 году.
Нет ни дорогих пуль, ни ракет с такой лазерной пушкой, только бесконечный запас яростно направленной энергии. Фото Джона Ф. Уильямса предоставлено ВМС США и
Викисклад.
Оборона
Военные долгое время были одним из крупнейших пользователей
этой технологии, главным образом, в оружии и ракетах с лазерным наведением.
Несмотря на свою популяризацию в кино и на телевидении, научно-фантастическая идея
лазерное оружие, способное разрезать, убить или ослепить врага, оставалось фантастическим
до середины 1980-х гг. В 1981 году The New York Times зашла так далеко, что процитировала одну
«военный эксперт по лазерам», говоря: «Это просто глупо.
больше энергии, чтобы убить одного человека лазером, чем уничтожить
ракеты.” Двумя годами позже лазерное оружие большой дальности
официально стал краеугольным камнем президента США Рональда Рейгана.
противоречивая Стратегическая оборонная инициатива (СОИ), более известная как
«Программа Звездных войн». Первоначальная идея заключалась в использовании космических,
Рентгеновские лазеры (среди прочих технологий) для уничтожения наступающего противника
ракет до того, как они успели нанести урон, хотя по плану постепенно
прекратила свое существование после распада Советского Союза и конца
холодная война.
Тем не менее, военные ученые продолжают трансформировать лазерные ракеты из научной фантастики в реальность. ВМС США впервые начали испытания LaWS (Laser Weapon System) на борту корабля USS Ponce в Персидском заливе в 2014 году. Используя твердотельные лазеры с накачкой светодиоды, он был предназначен для повреждения или уничтожения техники противника более дешевле и точнее, чем обычные ракеты. Испытания оказались успешными, и флот объявила о заключении контрактов на создание дополнительных систем LaWS в 2018 году. Тем временем продолжается разработка космических лазеров, хотя ни один из них еще не развернут.
Фото: ученые из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии разработали
самый мощный в мире лазер National Ignition Facility (NIF) для ядерных исследований. Размещенный в 10-этажном здании, занимающем площадь размером с три футбольных поля, он использует 192 отдельных лазерных луча для обеспечения мощности до 500 триллионов ватт.
(в 100 раз больше энергии, чем любой другой лазер), генерирующий температуры до 100 миллионов градусов.
NIF стоит в общей сложности 3,5 миллиарда долларов и, как ожидается, будет способствовать проведению передовых ядерных исследований в течение следующих 30 лет. Слева: один из двойных лазерных отсеков в Национальном центре зажигания. Справа: как это работает: лучи лазера концентрируются на небольшой топливной таблетке в камере для создания интенсивных температур (как в глубинах звезд). Идея состоит в том, чтобы произвести ядерный синтез (заставить атомы соединяться вместе) и высвободить огромное количество энергии. Фото: Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса.
Как работает лазерная указка? Номинальная мощность и зеленый лазер Внимание
Вы когда-нибудь задумывались, как работает лазерная указка? Несмотря на свой компактный размер, за кулисами происходит много вещей, чтобы произвести крошечный лазерный луч от вашей указки.
Если вам интересно, что происходит внутри вашей верной карманной лазерной указки или вообще о лазерах, продолжайте читать!
Дешевые зеленые лазерные указки могут не отфильтровывать непреобразованный инфракрасный лазерный свет.
Если этот невидимый инфракрасный лазерный свет попадет в ваш глаз, вы не сможете его увидеть, поэтому вы не моргаете и не двигаетесь, вызывая необратимое повреждение ваших глаз.
Быстрая навигация
- Что такое лазерная указка?
- Когда была изобретена лазерная указка?
- Как работает лазерная указка?
- Номинальная мощность лазерной указки
- Почему вы не хотите использовать дешевую зеленую лазерную указку
- Как безопасно пользоваться указкой
Что такое лазерная указка?
Само слово «ЛАЗЕР» является аббревиатурой от L свет A усиление на S стимуляция E миссия радиации R .
Лишь немногие современные лазеры используют усиление света, но это название прижилось даже для лазеров с одним цветом или длиной волны (монохроматический лазер).
В двух словах, лазерная указка — это устройство, обычно используемое для выделения чего-то важного.
Он работает, питая лазерный диод источником энергии, который затем излучает когерентный маломощный луч видимого света.
Лазерная указка используется по-разному. Его можно использовать во время презентации, для указания на звезды, для научных экспериментов и т. д. Лазерные указки доступны в различных цветах, размерах и ценах.
Например, знакомая нам карманная лазерная указка излучает красный лазер и вполне доступна по цене. С другой стороны, лазерные указки, используемые для наблюдения за звездами, обычно зеленого цвета и имеют более высокую мощность, поэтому мы можем использовать их ночью.
Другие цвета лазера включают синий, фиолетовый и желтый.
Когда была изобретена лазерная указка?
Доступные по цене карманные лазерные указки, которые мы знаем сегодня, появились еще в 1980-х годах. Тем не менее, концепция лазера может быть датирована концом 19 века.50-е годы.
Исследователи из Bell Labs разработали теорию создания лазеров в 1958 году.
Два года спустя компания Hughes Aircraft построила самый первый лазер, используя рубины, свет и зеркала для создания луча.
Затем, в 1962 году, был создан первый полупроводниковый лазер. Эта технология, также известная как диодные лазеры, сделала лазерные указки более доступными и доступными для массового рынка.
Как работает лазерная указка?
Лазерные указки состоят из трех важных компонентов: излучающая среда, источник энергии и резонатор.
Лазерная среда относится к материалу, который может питаться от источника энергии, который может быть в форме света или электричества. Легкие среды могут быть в форме газа, жидкости или минералов, таких как рубины, использованные в первой лазерной указке.
После включения или накачки лазерного носителя энергия будет выделяться в виде монохроматического излучения. Затем вступает в игру функция резонатора. Он удерживает энергию и накапливает ее, прежде чем высвобождает энергию.
Резонатор состоит из двух зеркал, расположенных на каждом конце излучателя.
Один будет отражать свет обратно в среду, а другой будет делить его между средой и выходом из камеры.
Резонатор также отвечает за выравнивание света в одном направлении, что обеспечивает когерентность лазерного луча. Выравнивание света осуществляется посредством отражения света, который проходит туда и обратно между двумя зеркалами.
Полупроводниковые лазеры или диодные лазеры излучают свет, когда электричество проходит через них в одном направлении. Лазерные диоды обычно содержат печатную плату, оптику и корпус.
Полупроводник обычно состоит из таких соединений, как алюминий, мышьяк, фосфор, галлий или индий. Также можно найти следы тантала и золота.
См. видео ниже для получения дополнительной информации о том, как работает лазер.
Как работают лазеры. Полное руководство
Посмотрите это видео на YouTube
Номинальная мощность лазерных указок
В целях безопасности лазерные указки подразделяются на четыре основных класса и подклассы в зависимости от их длины волны и максимальной выходной мощности.
Классы разделены на категории в зависимости от того, насколько вредным может быть лазер для невооруженного глаза, где 1 не представляет опасности, а 4 очень опасен для глаз и кожи.
Ниже приведен полный список классификаций лазеров:
| Класс | Уровень безопасности |
|---|---|
| Класс 1 | Полностью безопасный |
| Класс 1М | Сейф без оптики и средств просмотра |
| Класс 2 | Лазер видимого диапазона; безопасно при случайном воздействии |
| Класс 2М | Лазер видимого диапазона; безопасно при случайном экспонировании без оптики или вспомогательных средств наблюдения |
| Класс 3R | Небезопасно; низкий риск |
| Класс 3В | Опасно, но безопасно для наблюдения за отражением излучения на поверхностях |
| Класс 4 | Опасно; небезопасно просматривать отражение излучения на поверхностях; пожароопасность |
Некоторые некачественные лазерные указки могут быть неправильно классифицированы.
Они могут обладать большей силой, чем предполагалось, что может быть опасно при неправильном использовании.
Например,
Национальный институт стандартов и технологий провел испытания лазерных указок класса IIIa или 3R в 2013 году. Следовательно, вместо класса IIIa правильной классификацией должен быть класс IIIb, который более опасен, чем класс IIIa.
Максимальная измеренная выходная мощность составила 66,5 мВт; более чем в 10 раз превышает лимит.
Зеленый лазерный луч генерируется инфракрасным лазерным лучом, который должен быть ограничен корпусом лазера. Однако было обнаружено, что более 75% протестированных лазерных указок излучают инфракрасный свет в диапазоне, превышающем установленный предел.
Почему вы не хотите использовать дешевую зеленую лазерную указку
Если вы сомневаетесь, какой тип лазерной указки выбрать, лучше избегать дешевых зеленых лазеров. Зеленые лазеры часто используют невидимый инфракрасный лазер, который затем преобразуется в видимый зеленый свет с помощью умных оптических материалов.
Дешевые зеленые лазерные указки могут не отфильтровывать непреобразованный инфракрасный лазерный свет. Если этот невидимый инфракрасный лазерный свет попадет в ваш глаз, вы не сможете его увидеть, поэтому вы не моргаете и не двигаетесь, вызывая необратимое повреждение ваших глаз.
Это можно объяснить с научной точки зрения с помощью концепции инфракрасных диодов.
Инфракрасные диодные лазеры обычно дешевле, что привело к созданию зеленых, фиолетовых и синих диодных лазерных указок с инфракрасной накачкой и двойной частотой. С инфракрасными (ИК) диодными лазерными модулями мощностью до 1000 мВт эти лазерные указки могут иметь видимую мощность до 300 мВт.
Фильтровать невидимый инфракрасный свет в лазерном луче очень сложно. Это может привести к более высокому уровню нагрева, который будет трудно распределить внутри карманной лазерной указки.
Инфракрасное излучение остается в виде частиц в более дешевых мощных лазерных указках из-за сложности фильтрации инфракрасного излучения.