Фаза волны лазерного излучения не испытывает нерегулярных изменений (то есть, атомы излучают свет согласованно).
3) Лазеры обладают огромной мощностью. У некоторых типов лазеров мощность излучения в миллионы и даже миллиарды раз превышает мощность излучения Солнца. Правда, такая высокая мощность достигается лишь в течение очень и очень малого промежутка времени (~10–13 с).
Такие свойства открывают большие возможности. Надо сказать, что ещё в 1940 году Валентин Фабрикант доказал, что индуцированное излучение может быть использовано для усиления электромагнитных волн. Тем не менее, лишь в 1954 году, Николай Басов и Александр Прохоров создали микроволновой генератор радиоволн. Такой же генератор, независимо от них получил Чарльз Таунс. Это был принципиально новый способ усиления электромагнитных волн.
Тем не менее, двух уровней энергии было недостаточно, поскольку каким бы мощным ни был внешний источник энергии, число возбужденных атомов не превышало число невозбужденных. Но, уже в 1960 году была создана так называемая трёхуровневая система. Эта система и по сей день является основой для создания лазеров. Дело в том, что время, в течение которого атом может находиться на том или ином энергетическом уровне, неодинаково. На сегодняшний день, трехуровневая система с успехом используется в рубиновых лазерах (потому что в рубине имеются необходимые энергетические уровни). В рубине содержится небольшая примесь атомов хрома, которые и подвергаются процессу индуцированного излучения.
|
|
|
На рисунке изображены три состояния: основное состояние с энергией и два возбужденных состояния с энергиями и . Но, на третьем энергетическом уровне атом может находиться порядка 10–8 c, в то время как на втором энергетическом уровне он может находиться порядка 10–3 c. Это, конечно, является существенной разницей, поэтому, на уровне два оказывается избыток возбужденных атомов. Итак, атомы переходят в возбужденное состояние, соответствующее энергии , но почти сразу из этого состояния они переходят на уровень , где находятся значительно дольше. Таким образом, почти все атомы хрома находятся в возбужденном состоянии. После того, как они все переходят в обычное состояние, получается мощный лазерный луч.
В рубиновом лазере используется газоразрядная лампа. Она имеет спиралевидную форму и как бы окутывает кристалл рубина. Кратковременный импульс тока, который подается от батареи конденсаторов с большой емкостью, вызывает яркую вспышку лампы. Далее происходит процесс, который мы описывался ранее. Атомы переходят на уровень три, но находятся там очень недолго, и переходят на уровень два, где находятся значительно дольше. После этого, в результате самопроизвольных переходов с уровня два на уровень один, получается мощный лазерный луч.
|
|
|
Существуют множество других типов лазеров (их пробовали создавать буквально из чего угодно). Наиболее приемлемыми оказались газовые лазеры на основе гелия и неона. Эти лазеры испускают волны длиной 632,8 нм. Соответственно, частота такого излучения составляет порядка 4,75×1014 Гц
Также применяются инфракрасные лазеры на основе углекислого газа. Еще один тип лазеров – это полупроводниковые лазеры, преимущество которых состоит в том, что они могут регулировать частоту излучения и, соответственно, длину волны. Кроме того, как выяснилось, полупроводниковые лазеры наиболее дешевые.
Лазеры получили довольно широкое применение в науке и технике. В первую очередь, лазеры используются в экспериментах по оптике. Лазеры используются для хранения информации (наверное, все слышали такое словосочетание как «лазерный диск»). Огромная мощность лазерного излучения часто используется для сварки и резки металлов или стимуляции испарения различных материалов. Кроме этого, лазеры используются в медицине: ярким примером такого использования является микрохирургия глаза.
В перспективе лазерный луч может применяться как средство связи, особенно в космическом пространстве. Лазерный луч может проходить огромные расстояния за очень малое время, при этом практически не рассеиваясь. Это может существенно облегчить работы, связанные с космическими исследованиями. Наконец, лазеры могут помочь осуществить управляемую термоядерную реакцию (об этом упоминалось в курсе физики 9 класса). Суть лазерного термоядерного синтеза состоит в следующем: замороженную смесь дейтерия и трития подвергают равномерному и мощному облучению со всех сторон. В результате этого, давление внутри шариков колоссально возрастает, что приводит к увеличению плотности и сильному нагреванию вещества, и начинается термоядерная реакция.
|
|
|
Основные выводы:
– Лазер – это устройство, в котором любые типы энергий преобразуются в энергию узконаправленного потока излучения. Лазеры способны создавать практически не рассеивающиеся пучки света огромной мощности.
– К наиболее распространённым типам лазеров относятся рубиновые лазеры, газовые лазеры и полупроводниковые лазеры. Работа лазеров основана на вынужденном, то есть индуцированном излучении.
– Индуцированным излучением называется излучение, испускаемое возбужденными атомами в результате воздействия света на них.
– На сегодняшний день, одной из наиболее эффективных систем является трехуровневая система. В ней фотоны переходят с первого уровня на третий, где могут находиться в течение значительно меньшего времени, чем на втором энергетическом уровне. Таким образом, возникает мощное излучение, при переходе атомов со второго уровня на первый.
– Лазеры получили очень широкое применение в науке и технике
Дата добавления: 2021-01-21; просмотров: 70; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!