История открытия: от мазера к лазеру
60 лет назад в Государственном оптическом институте (ГОИ) был запущен первый отечественный лазер. Нанофотоника, медицина, пилотажно-навигационные системы, лидарные комплексы – вот далеко не полный перечень областей науки и техники, в которых лазеры нашли свое применение. Об истории возникновения лазерных систем, принципе действия и сферах использования – в нашем материале.
Вынужденное излучение
История создания лазера берет свое начало в далеких 20-х прошлого столетия. Именно тогда формировался новый раздел физики – квантовая электроника. Открытие физических принципов квантовой электроники считается одним из самых выдающихся достижений науки прошлого века, а вершиной этого достижения, безусловно, является создание лазера.
Макс Планк, 1919 год
Итак, фундаментом стало открытие немецким физиком Максом Планком элементарной порции энергии – кванта, за что он был удостоен Нобелевской премии.
Чарльз Таунс со своим первым «МАЗЕРом»
В 1951 году профессор Колумбийского университета Чарльз Таунс решается воплотить теорию вынужденного излучения на практике и создать такой прибор. В 1954 году он представляет первый в мире реально работающий лазер. Правда, тогда он назывался «мазер» – от английского Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что в переводе означает «усиление микроволн с помощью вынужденного излучения».
Как мазер стал лазером
Мазеры смогли совершить несколько значимых открытий: точно определили значение скорости света, в очередной раз подтвердили справедливость теории относительности и даже помогли обнаружить реликтовое излучение расширяющейся Вселенной. При всем этом мазеры оказались не при делах, когда речь шла о традиционной электронике. Действительно, на практике СВЧ-электронике мазеры ничем помочь не могли – прибор излучал на длине волны 1 см и генерировал мощность около 10 нВт.
Физики понимали, что квантовые генераторы должны перейти на оптический диапазон, то есть от усиления микроволн к усилению света, или другими словами – от мазера к лазеру (от английского Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – «усиление света посредством вынужденного излучения»).
В 1960 году американский физик Теодор Майман создает первый лазер. Это был импульсный рубиновый лазер, который состоял из кристалла рубина (сантиметром в диаметре и около двух в длину) с посеребренными торцами, а также лампы-вспышки.
Примерно через год первый лазер был запущен в СССР. Это произошло 2 июня 1961 года в ГОИ, старшим научным сотрудником Л.Д. Хазовым с участием И.М. Белоусовой. Все элементы лазера – рубин, покрытие на его торцах, лампы накачки – были созданы в ГОИ. После запуска лазера на рубине в институте началась интенсивная работа по созданию твердотельных и газовых лазеров. Уже в 1963 году была проведена первая в мире передача телевизионного сигнала по лучу гелий-неонового лазера через атмосферу.
От мегаватт современных лазеров к гигаваттам будущих лазерных систем
Лазеры, в отличие от мазеров, сразу же нашли применение в повседневной жизни. Например, уже в 1962 году с помощью рубиновых лазеров сваривались швы на корпусе наручных часов. Сегодня с лазерами мы сталкиваемся ежедневно – в наш обиход давно уже прочно вошли лазерные принтеры, указки, линейки, «лазерные шоу», считыватели штрих-кодов… Широкое применение лазеры нашли в медицине – их появление практически ознаменовало новую эру в хирургии.
Различное применение лазерных источников излучения стало возможным благодаря исследованиям и разработкам ГОИ на протяжении последних 60 лет, с момента создания первого рубинового лазера. Под научным руководством сотрудников института промышленностью было освоено большое число лазерных систем, более двух десятков из них было принято на вооружение армии. Мощные лазеры разработки ГОИ открыли новые возможности развития измерительных и информационных систем (например, в доплеровской локации).
Специалисты 17 научного отдела ГОИ, 1971 год
Специалисты ГОИ им. Вавилова продолжают исследования в этой сфере и находят лазеру новое применение. Один из последних проектов института связан с использованием лазеров в солнечной энергетике. В настоящее время разработками в этой области интенсивно занимаются ведущие страны, такие как США, Япония, а также страны Европы. Ученые ГОИ им. С.И. Вавилова внесли свою уникальную лепту.
В 2003 году в ГОИ впервые в мире был создан фуллерен-кислород-йодный лазер (ФОИЛ). Само использование фуллерена – новейшего наноматериала, обладающего широким спектром поглощения в ультрафиолетовой и видимой области спектра – делает этот лазер уникальным. Еще более фантастическим кажется сама идея использования прибора – преобразование солнечной энергии в лазерное излучение. Для этого планируется создание электростанции космического базирования, на геостационарных спутниках. Такая станция лишена всех недостатков солнечных электростанций на Земле – она не зависит от погодных условий, энергия по лазерному лучу может быть передана практически в любой район поверхности Земли, включая северные территории.
Конечно, создание электростанции в космосе требует разработки сложнейших оптоэлектронных систем, систем доставки и монтажа всех этих устройств на космические спутники. Это, безусловно, проект будущего, следующего поколения специалистов.
Изобретение лазера | Великие открытия человечества
За прошедшие тысячелетия человек изобрел множество различных источников света, начиная от лучин и свечей до современных ламп дневного света и ламп накаливания. В 60-е годы ХХ-го столетия были обнаружены новые источники света —
Схема лазера предполагает наличие двух взаимно параллельных зеркал, образующих оптический резонатор.
Одно из них является чуть прозрачным, сквозь него из резонатора проходит лазнрный луч. Между зеркалами помещают активный элемент, накачанный энергией от специального устройства накачки, для генерации лазерного излучения. Слово лазер составлено из начальных букв выражения, которое переводится с английского, как «усиление света в результате вынужденного излучения». Первый в мире лазер сконструировал физик Теодор Мейман в 1960 году. Однако рождение лазерной техники началось еще в 50-е годы. Так, в 1955 году советские ученые Н. Басов и А. Прохоров разработали квантовый генератор (усилитель микроволн индуцированным излучением, с использованием аммиака в качестве активной среды). На основании данного изобретения американские ученые Ч. Таунс и А. Шавлов принялись за создание разработки принципов лазера. В 1958 году А. Прохоров при конструировании лазера использовал резонатор Фабри-Перо, который состоял из двух параллельных зеркал, одно из них — полупрозрачное.
Рубиновый лазер Меймана содержал следующие компоненты: кварцевую трубку, кристалл рубина, два параллельных зеркала, а также источник питания.
Рубин представлял кристалл оксида алюминия. Некоторые атомы алюминия заменили в нем атомами хрома, придающим рубину красный цвет. При этом синий и зеленый свет поглощается и только красный свет испускается и отражается. Чтобы изменить естественное кристаллическое состояние рубина, его поместили в цилиндр, вокруг которого Мейман завернул кварцевую трубку, которая обеспечивала вспышку белого света. При вспышке электроны в атомах хрома с помощью синих и зеленых волн попадают на высший энергетический уровень. Потом электроны возвращаются в нормальное состояние, испуская при этом рубиново-красный свет. На одной стороне кристалла Мейман закрепил полностью отражающее зеркало, с другой — отражающее. Зеркало отражало внутри кристалла некоторые красные длины волн фотонов взад-вперед, что являлось стимулом к возбуждению других атомов хрома и рождению нового количества фотонов. Между зеркалами нарастает фотонная лавина. Выходя из резонатора через частично отражающее зеркало, эта лавина и образует лазерный луч.
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
This Month in Physics History
|
Время от времени происходят научные открытия, оказывающие революционное влияние на повседневную жизнь. Одним из примеров этого является изобретение лазера, что означает усиление света за счет вынужденного излучения. Мало кто осознавал во время его изобретения, что он окажется таким полезным (и прибыльным) устройством, но лазер в конечном итоге открыл новую научную область и открыл дверь в то, что сегодня представляет собой многомиллиардную индустрию.
Принцип работы лазера восходит к 1917 году, когда Альберт Эйнштейн впервые описал теорию вынужденного излучения, но практическое устройство уходит своими корнями в 1940-е и начало 1950-х годов, особенно в работах по микроволновой спектроскопии — мощному инструменту для открытия характеристики самых разнообразных молекул — физиками Чарльзом Таунсом, Артуром Шавлоу и другими, и последующее изобретение мазера (микроволновое усиление за счет вынужденного излучения).
После окончания Второй мировой войны Таунс был заинтригован возможностью использования стимулированного излучения для исследования газов в молекулярной спектроскопии. По мере того как длина волны микроволнового излучения становилась короче, его взаимодействие с молекулами усиливалось, что делало его более мощным спектроскопическим инструментом. Таунс и его коллеги из Колумбийского университета продемонстрировали работающий мазер в 1953 году, через два года после того, как аналогичные устройства были независимо изобретены исследователями из Университета Мэриленда и Лабораторий Лебедева в Москве.
Однако Таунс понял, что длины волн инфракрасного и оптического света, поскольку они короче, будут еще более мощными инструментами для спектроскопии, и упомянул идею распространения принципа мазера на более короткие длины волн Шавлову во время посещения последнего в Bell Labs. . Шавлову пришла в голову идея разместить набор зеркал, по одному на каждом конце полости устройства, чтобы отражать свет вперед и назад, тем самым устраняя усиление любых лучей, отражающихся в других направлениях. Он думал, что это позволит им отрегулировать размеры так, чтобы у лазера была только одна частота, которую можно было бы выбрать в пределах заданной ширины линии, и что размер зеркала можно было бы отрегулировать так, чтобы можно было демпфировать даже небольшое отклонение от оси. Он также предложил использовать для лазеров определенные твердотельные материалы.
Восемь месяцев спустя двое мужчин написали статью о проверке концепции своей работы, опубликованную в декабрьском номере Physical Review (том 112, № 6, стр.
1940-1949) и получил патент на изобретение лазера два года спустя — в том же году Теодор Мейман построил первый работающий лазер в компании Hughes Aircraft Company. Таунс был со-лауреатом Нобелевской премии по физике 1964 года за его фундаментальную работу в области квантовой электроники, которая легла в основу принципа мазера/лазера. Признание Шавлова пришло гораздо позже; он поделился 1981 Нобелевская премия за вклад в развитие лазерной спектроскопии.
В то время как имена Таунса и Шавлова чаще всего ассоциируются с изобретением лазера из-за их статьи 1958 года и последующего патента, многие другие внесли жизненно важный вклад. Возможно, именно поэтому вопрос о том, кто на самом деле изобрел лазер, оказался довольно спорным, в значительной степени из-за усилий Гордона Гулда, ученого из Колумбийского университета, а затем из группы технических исследований (TRG), получить патентные права. на основе его исследовательской тетради. Запись о его первоначальных идеях лазера была датирована и нотариально заверена 19 ноября.
57. Гулд боролся десятилетиями, и в 1973 г. Таможенный и патентный апелляционный суд США постановил, что первоначальный патент, выданный Шавлову и Таунсу, был слишком общим и не содержал достаточно информации для создания определенных ключевых компонентов. В конце концов Гулд получил патентные права, получив свой четвертый и последний патент на лазеры в 1988 году. лучевое вооружение, и его способность передавать информацию через атмосферу сильно ограничивалась его неспособностью проникать сквозь облака и дождь. Но исследователям не потребовалось много времени, чтобы разработать первые системы лазерного прицеливания и первые инструменты для лазерной хирургии.
Сегодня лазеры широко распространены на коммерческом рынке, они используются в проигрывателях компакт-дисков, в коррекционной хирургии глаза, удалении татуировок, промышленных сборочных линиях, сканерах супермаркетов, оптических средствах связи и оптических хранилищах данных.
Дополнительная литература:
Бромберг, Джоан Л.
, «Рождение лазера», Physics Today , октябрь 1988 г., стр. 26-33.
«Патент на лазер, потрясший отрасль», Business Week , 24 октября 1977 г., стр. 121–130.
Хехт, Джефф, “Победа в войне патентов на лазеры”, Laser Focus World , декабрь 1994 г., стр. 49-51.
История лазерной технологии и ее возможности сегодня
Лазер или усиление света за счет стимулированного излучения, чтобы дать ему его полное название, прошел долгий путь с момента его разработки в 1960-х годах. Сегодня лазерная технология широко распространена в современном мире и применяется в медицине, телекоммуникациях и даже в оружейных системах.
В следующей статье мы совершим краткий обзор основных событий, которые привели к разработке лазера, и посмотрим на некоторые будущие, находящиеся в разработке приложения для лазеров .
Далее следует список избранных вех увлекательного и захватывающего развития лазерной технологии.
Этот список далеко не исчерпывающий и составлен в хронологическом порядке.
1. Макс Планк запускает все
Важность лазерной инновации или важной вехи: Макс Планк в 1900 вывел взаимосвязь между энергией и частотой излучения. Он был первым, кто постулировал, что энергия может испускаться или поглощаться дискретными порциями или квантами.
Это был переломный момент в физике.
Год открытия/разработки: 1900
Инженер или ученые, стоявшие за проектом: Макс Планк
Описание вехи: Хотя теория Планка сама по себе была новаторской, она имела один очень важный эффект. Проницательность Планка вдохновила одного из самых влиятельных ученых нашего времени — Альберта Эйнштейна.
Эйнштейн, опираясь на теорию Планка, опубликует свою статью о фотоэлектрическом эффекте. Он предположил, что свет также доставляет энергию порциями или дискретными квантовыми частицами, называемыми фотонами.
Были заложены основы для разработки лазеров.
2. Эйнштейновская концепция и теория стимулированного светового излучения
Важность лазерной инновации или важной вехи: Теория Эйнштейна проложит путь к возможной разработке первых практических лазеров.
Год открытия/разработки: 1916-1917
Инженер или ученые, стоявшие за проектом: Альберт Эйнштейн
Описание вехи: Альберт впервые предположил о стимуляции светового излучения еще в 19005 году. В своей статье Zur Quantenttheorie der Strahlung (О квантовой теории излучения) он изложил свои мысли по этому поводу.
Он использовал планковский закон излучения для описания коэффициентов вероятности (коэффициентов Эйнштейна) поглощения, спонтанного и вынужденного излучения электромагнитного излучения, включая свет.
Его теория предполагала, что электроны можно стимулировать, чтобы они излучали свет с определенной длиной волны. Это станет основополагающим принципом всех используемых сегодня лазеров. Потребовалось еще около 40 лет, прежде чем ученые смогли доказать его правоту.
3. Изобретение голографии
Важность лазерной инновации или веха: Исследования в области голографии были приостановлены до разработки лазеров в 1960-х годах. Это частично стимулировало бы дальнейшее развитие обеих технологий.
Голография — это способ получения уникального фотографического изображения без использования объектива. Голограммы состоят из серии неузнаваемых полос и завитков, которые при освещении когерентным источником света, например лазером, становятся трехмерным представлением исходного изображения/объекта.
Год открытия/разработки: 1948
Инженер или ученые, стоявшие за проектом: Деннис Габор
Описание вехи: Деннис Габор, ученый венгерского происхождения, получил Нобелевскую премию по физике за свое изобретение в 1971 .
Он пытался улучшить разрешение электронных микроскопов, создавая голограммы с помощью электронного луча, а затем исследуя их с помощью когерентного света.
На момент открытия практического применения практически не было, вплоть до разработки лазеров в 1960-х годах. Это внезапно привело бы к взрыву использования голограмм в Соединенных Штатах.
Сегодня этот взрыв привел к огромной индустрии, которая включает в себя HUD. музейные экспозиции, виртуальная реальность, медицинские приложения и эффективность солнечных батарей.
Источник: Tiia Monto/Wikimedia Commons4. Появление MASER (микроволнового усиления стимулированного излучения)
первая практическая демонстрация принципов Эйнштейна и использование микроволнового излучения (вместо света в лазерах).
Год открытия/разработки: 1954
Инженер или ученые, стоявшие за проектом: Чарльз Хард Таунс, Артур Шавлоу, Джеймс П. Гордон, Герберт Дж.
Зейгер
Описание Milestone: MASER — это устройства, которые производят и усиливают электромагнитное излучение в микроволновой части электромагнитного спектра.
В 1954 Таунс и его коллеги-исследователи смогли продемонстрировать первый MASER в Колумбийском университете. Их аммиачный MASER войдет в историю как первое устройство, которое продемонстрирует предсказание Эйнштейна из 1917 .
Самый популярный
Он позволит успешно получить первое усиление и генерацию электромагнитного излучения посредством стимулированного излучения. MASER излучает на длине волны немногим более 1 см и генерирует примерно 10 нВт мощности.
В Март 1959 Таунс и Шавлов получили патент на свое изобретение.
Технология MASER будет использоваться для усиления радиосигналов и в качестве сверхчувствительного детектора.
Источник: Дэн Рубин/Wikimedia Commons5.
Разработка метода накачкиВажность лазерной инновации или этап: Современные лазеры в значительной степени зависят от метода накачки для стимуляции и усиления источников света.
Впервые разработан Николаем Басовым в 1955 в Физическом институте им. П. Н. Лебедева в Москве. Пытаясь найти способы перемещения электронов вокруг атомов в состояния с более высокой энергией и исследуя генераторы, он наткнулся на концепцию отрицательного поглощения, которую обычно называют методом накачки.
Это включает передачу энергии от внешнего источника в усиливающую среду внутри лазерного узла.
Год открытия/разработки: 1955
Инженер или ученые, стоявшие за проектом: Николай Григорьевич Басов
Описание вехи: Изобретение Басова должно обеспечить средства для непрерывного лазерного луча. Это обеспечило средства поддержания требуемой инверсии населенности лазерной среды путем «накачки» электронов в метастабильное состояние, необходимое для высвобождения фотонов.
Николай и Чарльз Х. Таунс были совместно награждены 1964 Нобелевской премией по физике за совместную работу по разработке MASER.
Источник: Molendijk, Bart/Anefo/Wikimedia Commons6. Термин «лазер» придуман
Важность лазерной инновации или важной вехи: Аспирант Колумбийского университета Гордон Гулд записывает в своем блокноте первое зафиксировано использование термина «лазер». Он также записал свои идеи о фактическом строительстве одного из них и предусмотрительно заверил его у нотариуса в местном магазине в Бронксе.
Вскоре после окончания университета он присоединился к частной исследовательской компании TRG (Technical Research Group).
Год открытия/разработки: 1957
Инженер или ученые, стоявшие за проектом: Гордон Гулд
Описание вехи: Записная книжка Гордона была первым разом, когда использовалась аббревиатура Laser, но также были отмечены некоторые основные концепции.
для постройки одного. Этот ноутбук стал центром 30-летней судебной тяжбы за патентные права на технологию.
Гулд обсудил свои идеи с физиком Чарльзом Таунсом, который посоветовал ему записать свои мысли и заверить их у нотариуса, что он и сделал. У Гулда сложилось впечатление, что у него должна быть рабочая модель до подачи заявки на патент, и его опередили Таунс и физик Артур Шавлов, которые подали аналогичную заявку, а это означает, что его заявка в конечном итоге была отклонена.
Таунс и Шавлоу получили патент США номер r 2,929,922 в марте 1960 года , когда они работали в Bell Labs над своим “Optical MASER”. Гулд, наконец, выиграл дело в 1977 получение первого патента на лазер.
Источник: Eliphaletnott/Wikimedia Commons7. Первый практический лазер запатентован
Важность лазерной инновации или вехи: Это была первая успешная сборка полного лазерного устройства. Это будет первый из многих будущих.
Теодор, физик из Исследовательской лаборатории Хьюза в Малибу, Калифорния, построил первый лазер, используя цилиндр из искусственного рубина 9.0056 1 см в диаметре и 2 см в длину . Каждый конец был покрыт серебром, чтобы сделать их отражающими и помочь им служить резонатором Фабри-Перо.
В его устройстве использовались фотовспышки в качестве источника накачки лазера.
Год открытия/разработки: 1960
Инженер или ученые, стоявшие за проектом: Теодор Х. Майман
Описание вехи: Прослужив некоторое время на флоте, Теодор получил степень бакалавра наук. Получил степень магистра инженерной физики в Университете Колорадо, а затем получил степень магистра наук. в области электротехники и доктора философии. по физике Стэнфордского университета.
Затем он продолжил работу в Отделе атомной физики Хьюза в Калифорнии в качестве руководителя проекта MASER, связанного с рубином. После его успешного завершения летом 1959 он обратил внимание на разработку лазера.
После успешного создания работающего лазера он опубликовал свои достижения в журнале Nature в 1960 и основал корпорацию Korad для разработки и производства мощного лазерного оборудования.
Эта компания станет лидером рынка и через 1969 поставили свое оборудование, которое использовалось в качестве оборудования для лазерной локации Луны.
Источник: Daderot/Wikimedia Commons8. Разработан первый лазер с непрерывным излучением
Важность лазерной инновации или важной вехи: луч света на 1,15 мкм .
Этот лазер найдет множество применений в телекоммуникациях, передаче данных через Интернет, голографии, сканерах штрих-кодов, медицинских устройствах и многом другом.
Год открытия/разработки: 1960
Инженер или ученые, стоявшие за проектом: Али Джаван, Уильям Беннетт-младший и Дональд Херриотт Беннет и Дональд Хэрриотт потратили два года на разработку новой формы лазера — Ne-He.
«В первом лазере, рубиновом лазере Теда Меймана, использовалась оптическая накачка для создания инверсии населенностей, необходимой для достижения длительного срока службы», — Ирвинг Херман, доктор философии. позже объяснит студент Джавана.
«В то время это было сложно и применимо не ко всем системам. Джаван смог увидеть, как инверсия населенностей может быть создана в газовом разряде за счет селективной резонансной передачи энергии. Это было ключом к его изобретению первого газового лазера, гелий-неонового лазера, который также был первым лазером непрерывного действия».
9. Лазеры впервые используются для лечения
Важность лазерной инновации или важной вехи: Впервые лазерная технология использовалась для лечения пациента. Это проложит путь к взрыву будущих инноваций в лазерных технологиях для использования в хирургии и лечении.
Год открытия/разработки: 1961
Инженер или ученые, стоявшие за проектом: Доктор Чарльз Дж.
Кэмпбелл и Чарльз Дж. Кестер
Описание вехи: Института доктора Чарльза Дж. Кэмпбелла офтальмологии в Колумбийско-пресвитерианском медицинском центре и Чарльз Дж. Кестер из Американской оптической компании в Колумбийско-пресвитерианской больнице на Манхэттене.
В ходе лечения использовался американский оптический рубиновый лазер для разрушения опухоли сетчатки. Эта опухоль, ангиома, была уничтожена с помощью одного импульса, который длился тысячную долю секунды.
Процедура была невероятно быстрой и значительно более комфортной для пациента (по сравнению с традиционным лечением с использованием 1000-ваттных ксеноновых дуговых ламп того времени).
В последующие годы рубиновый лазер использовался в различных медицинских процедурах.
Источник: Mcgill Mcgill/Wikimedia Commons10. Рождение твердотельного (полупроводникового инжекционного) лазера
Важность лазерной инновации или важной вехи: Полупроводниковый инжекционный лазер был революцией в лазерной технологии того времени.
. Он до сих пор используется во многих электронных устройствах и системах связи.
Год открытия/разработки: 1962
Инженер или ученые, стоявшие за проектом: Роберт Ноэль Холл Theodore H. Maiman et al , чтобы попытаться упростить конструкцию и сделать ее более стабильной.
Он решил отказаться от существующих «накачивающих» моделей и сосредоточиться на твердотельной альтернативе. Роберт узнал об оптических свойствах диодов из арсенида галлия и о том, как они могут излучать огромное количество инфракрасного излучения.
Он сразу же заметил в этом потенциал и приступил к разработке своего знаменитого твердотельного лазера. Вскоре у Роберта и его команды в GE была работающая модель, для охлаждения которой требовался жидкий азот, и она могла работать только в импульсном режиме.
Холл продолжал работать в GE до выхода на пенсию. За свою выдающуюся карьеру он накопил 43 патента и 81 публикацию.
Источник: GE11.
Разработан углекислотный лазерВажность лазерной инновации или важной вехи: Лазер на углекислом газе был одним из первых когда-либо разработанных газовых лазеров и используется до сих пор. Он оказался одним из самых мощных лазеров непрерывного действия, доступных в настоящее время.
В отличие от других лазеров, они также достаточно эффективны: отношение выходной мощности к мощности накачки достигает 20%. Эти лазеры производят луч ИК-света между 9,4 и 10,6 микрометрами .
Год открытия/разработки: 1964
Инженер или ученые, стоявшие за проектом: Кумар Патель
Описание вехи: Кумар разработал лазер на углекислом газе во время работы в Bell Labs в 1964 году. Эти типы лазеров работают с использованием углекислого газа в качестве основной среды усиления, которая также может содержать гелий, азот, водород, вода и ксенон.
Эти типы лазеров имеют электрическую накачку за счет газового разряда.
Во время работы молекулы азота возбуждаются разрядом и переходят в метастабильное состояние, благодаря чему они передают эту дополнительную энергию молекулам углекислого газа во время столкновений. Гелий, как правило, включается в газовую смесь, чтобы опустошить нижний лазерный уровень и действовать как поглотитель тепла.
Другие компоненты, такие как водород или водяной пар, могут способствовать (особенно в лазерах с запаянными трубками) повторному окислению монооксида углерода (образующегося в разряде) до диоксида углерода.
Лазеры такого типа, как правило, генерируют лучи с длиной волны 10,6 микрометра , но могут работать в диапазоне 9 и 11 микрометров . Они также имеют более высокую эффективность преобразования энергии по сравнению с другими газовыми лазерами и могут быть более эффективными, чем твердотельные лазеры с ламповой накачкой.
Однако они менее эффективны, чем лазеры с диодной накачкой.
Источник: Wikimedia Commons12.
Первый лазер на свободных электронах в Стэнфордском университетеВажность лазерной инновации или важной вехи: В лазере на свободных электронах в качестве лазерной среды используются очень высокоскоростные электроны, движущиеся через магнитную структуру. Этот тип лазера является перестраиваемым и имеет самую широкую частоту среди всех лазерных технологий.
Год открытия/разработки: 1977
Инженер или ученые, стоящие за проектом: Джон Мэдли/Стэнфордский университет
Описание вехи: Лазеры на свободных электронах способны генерировать длины волн от микроволн до рентгеновских лучей. Джон Мэдли впервые разработал этот тип лазера в 1971 в Стэнфордском университете, основываясь на работе Ганса Моца и др., которые разработали ондулятор в Стэнфорде в 1953 .
Лазеры такого типа находят множество применений от кристаллографии и клеточной биологии до хирургии, удаления жира, а совсем недавно они использовались для разработки противоракетного оружия направленной энергии.
13. Будущее лазерных технологий: твердотельные теплоемкие лазеры (SSHCL) Оружие
Важность лазерных инноваций или вех: Твердотельные теплоемкие лазеры (SSHCL) в настоящее время разрабатывается в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса. Планируется усовершенствовать эту технологию для получения средней мощности 100 кВт или более.
Этот тип лазера представляет собой полупроводниковую установку с диодной накачкой, предназначенную для потенциального военного оружия.
“Потенциальные военные применения такой системы включают наведение и уничтожение ракет малой дальности, управляемых ракет, артиллерийского и минометного огня, беспилотных летательных аппаратов и самодельных взрывных устройств или СВУ.” – Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса.
Год открытия/разработки: 2001 г. и далее
Инженер или ученые, стоявшие за проектом: Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса/США Армия
Описание вехи: В 2006 Лаборатория смогла достичь мощности 67 киловатт, что на 50 % больше уровня мощности, установленного мировым рекордом, достигнутым в предыдущем году.
Это было достигнуто с использованием пяти керамических пластин из иттрий-алюминиевого граната, легированного неодимом, с лазерным усилением.
Окончательное видение — это твердотельный лазер с электрическим питанием, который можно использовать на гибридном электрическом транспортном средстве.
14. Будущее лазерных технологий: приложения для квантовых вычислений
Важность лазерной инновации или важной вехи: Лазеры могут помочь сделать компьютеры в миллион раз быстрее, чем сегодня, за счет помощи в квантовых вычислениях.
С помощью световых лазерных импульсов бит может включаться и выключаться 1 квадриллион раз в секунду .
Год открытия/разработки: 2017
Инженер или ученые, стоявшие за проектом: Регенсбургский университет, Германия
Описание рубежа: Недавние эксперименты показали, что использование инфракрасных лазерных импульсов, запускаемых в сотовую решетку из вольфрама и селена, может обеспечить поразительную скорость вычислений.
«В долгосрочной перспективе мы видим реальную возможность внедрения квантовых информационных устройств, которые выполняют операции быстрее, чем одно колебание световой волны», — сказал ведущий автор исследования Руперт Хубер (профессор физики в Университете Регенсбурга). утверждение.
15. Будущее лазерных технологий: термоядерный синтез с инерционным удержанием
Важность лазерной инновации или важной вехи: Использование мощных лазеров может сделать возможным термоядерный синтез с инерционным удержанием (ICF) в будущем.
Год открытия/разработки: 1962 г. и далее
Инженер или ученые, стоявшие за проектом: National Ignition Facility/Lawrence Livermore National Laboratory пытается инициировать реакцию синтеза, нагревая и сжимая источник топлива. Обычно это гранулы дейтерия и трития.
[см. также]
Идея состоит в том, чтобы сжимать и нагревать гранулу, направляя энергию на внешний слой мишени.
На сегодняшний день большинство исследований в этой области связано с использованием мощных лазеров.
Затем нагретый внешний слой взрывается наружу, создавая силу реакции против остальной части цели, ускоряя ее внутрь и сжимая цель. Этот процесс генерирует ударные волны, которые проходят внутрь через пулю-мишень.
Если эти волны можно сделать достаточно мощными, они будут дополнительно сжимать и нагревать топливо в центре до такой степени, что станет возможным ядерный синтез.
Источник: LLNL/Wikimedia CommonsДля вас
инновации
Удостоенный наград художник и инженер Дэн Моррисон рассказывает нам о процессе проектирования своих причудливых и функциональных изделий. По его словам, его работы — это торжество архитектуры и инженерии.
Дина Тереза | 03.09.2022
инновации Материал одежды для зарядки телефона может поступить в продажу «через несколько лет» – The Blueprint
Элис Кук | 04.