Реферат на тему Лазеры. Принцип работы. Состав. Классификация. Использование.

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 2
1. История создания лазера 3
2. Применение лазеров 6
3. Типы лазеров 14
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 23
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ 27

Введение:

Лазер — это устройство, которое излучает свет в процессе оптического усиления на основе стимулированного излучения электромагнитного излучения. Термин «лазер» возник как сокращение от «Усиление света путем вынужденного излучения». Первый лазер был построен в 1960 году Теодором Х. Майманом в исследовательской лаборатории Хьюза на основе теоретических работ Чарльза Хард Таунса и Артура Леонарда Шавлова.
Лазер отличается от других источников света тем, что излучает свет когерентно. Пространственная когерентность позволяет сфокусировать лазер на узком месте, что позволяет использовать такие приложения, как лазерная резка и литография. Пространственная когерентность также позволяет лазерному лучу оставаться узким на больших расстояниях (коллимация), что позволяет использовать такие приложения, как лазерные указки и лидар.
Лазеры также могут иметь высокую временную когерентность, что позволяет им излучать свет с очень узким спектром, то есть они могут излучать свет одного цвета. В качестве альтернативы, временная когерентность может быть использована для создания импульсов света с широким спектром, но длительностью до фемтосекунды («ультракороткие импульсы»).
Лазеры используются в оптических дисках, лазерных принтерах, сканерах штрих-кодов, приборах для секвенирования ДНК, волоконно-оптической и оптической связи в свободном пространстве, лазерной хирургии и обработке кожи, режущих и сварочных материалах, военных и правоохранительных устройствах для маркировки целей и диапазона измерений. и скорость, и в лазерных дисплеях освещения для развлечений. Они использовались для автомобильных фар на роскошных автомобилях, с использованием синего лазера и люминофора для получения направленного белого света. 

Заключение:

Когда лазеры были изобретены в 1960 году, их называли «решением проблемы» [7].  С тех пор они стали повсеместными и нашли применение в тысячах самых разнообразных приложений во всех слоях современного общества, включая бытовую электронику, информационные технологии, науку, медицину, промышленность, правоохранительные органы, развлечения и вооруженные силы.  Волоконно-оптическая связь с использованием лазеров является ключевой технологией в современной связи, позволяющей предоставлять такие услуги, как Интернет.
Возможность создания инфракрасных лазеров на основе колебательно-возбужденных продуктов химической реакции впервые была предложена Джоном Поланьи в 1961 году. [1] Импульсный химический лазер был продемонстрирован Джеромом В. В. Каспером и Джорджем К. Пиментелом в 1965 году. [2] Сначала хлор (Cl2) энергично фотодиссоциировал на атомы, которые затем реагировали с водородом, давая хлористый водород (HCl) в возбужденном состоянии, подходящем для лазера.  Затем были продемонстрированы фтористый водород (HF) и фторид дейтерия (DF).  Пиментел продолжил исследовать лазер переноса DF-CO2.  Хотя эта работа не создала чисто химический лазер с непрерывной волной, она проложила путь, показав жизнеспособность химической реакции как механизма накачки для химического лазера.
Химический HF-лазер с непрерывной волной (CW) был впервые продемонстрирован в 1969 г. [3] и запатентован в 1972 г. [4] Д. Дж. Спенсером, Т. А. Джейкобсом, Г. Мирелсом и Р. В. Гроссом в Aerospace Corporation в Эль-Сегундо, Калифорния.  Это устройство использовало смешивание смежных потоков H2 и F в оптическом резонаторе, чтобы создать вибрирующее возбуждение HF, которое генерировалось.  Атомный фтор был получен путем диссоциации газа SF6 с использованием электрического разряда постоянного тока.  Более поздние работы в организациях армии США, ВВС США и ВМС США (например, TRW) использовали химическую реакцию для получения атомарного фтора — концепция, включенная в раскрытие патента Спенсера и др. [4]  Последняя конфигурация избавила от необходимости в электроэнергии и привела к разработке мощных лазеров для военных применений.
Анализ характеристик HF-лазера затруднен из-за необходимости одновременно учитывать динамическое перемешивание жидкости смежных сверхзвуковых потоков, множественные неравновесные химические реакции и взаимодействие усиливающей среды с оптическим резонатором.  Исследователи из Aerospace Corporation разработали первое точное аналитическое решение (лист пламени), [5] первое решение с числовым компьютерным кодом [6] и первую упрощенную модель [7], описывающую работу химического лазера на CW HF.
Химические лазеры стимулировали использование волново-оптических расчетов для резонаторного анализа.  Эта работа была начата Э. А. Сиклас (Пратт и Уитни) и А. Э. Сигман (Стэнфордский университет). [8] [9]  Первая часть их работы была посвящена расширению Эрмита-Гаусса и мало использовалась по сравнению с второй частью, которая касалась метода быстрого преобразования Фурье, который теперь является стандартным инструментом в корпорации United Technologies, Lockheed Martin, SAIC, Boeing, tOSC,  MZA (Wave Train) и OPCI.  Большинство из этих компаний конкурировали за контракты на создание HF и DF лазеров для DARPA, ВВС США, армии США или ВМС США в течение 1970-х и 1980-х годов.  General Electric и Pratt & Whitney выбыли из соревнования в начале 1980-х, оставив поле для Rocketdyne (теперь часть Pratt & Whitney — хотя лазерная организация остается сегодня с Boeing) и TRW (теперь часть Northrop Grumman).
Комплексные химические лазерные модели были разработаны в SAIC R.C. Wade, [10] в TRW C.-C.  Ши, [11] Д. Буллок и М. Э. Лейнхарт, [12] и в Rocketdyne Д. А. Холмс и Т. Р. Уэйт. [13] Из них, пожалуй, самым сложным был код CROQ в TRW, опередивший раннюю работу в Aerospace Corporation.
Ранние аналитические модели в сочетании с химическими исследованиями скорости [14] привели к разработке эффективных экспериментальных CW HF-лазерных устройств в United Aircraft, [15] и The Aerospace Corporation. [16] Были достигнуты уровни мощности до 10 кВт.  Генерация DF была получена заменой H2 на D2. Группа в Объединенной Авиационной Исследовательской Лаборатории произвела химический лазер с рециркуляцией, [17] который не полагался на непрерывное потребление химических реактивов.
Группа компаний TRW в Редондо-Бич, штат Калифорния, впоследствии получила контракты ВВС США на создание CW HF / DF-лазеров большей мощности.  Используя уменьшенную версию конструкции Aerospace Corporation, TRW достигла уровней мощности 100 кВт.  General Electric, Pratt & Whitney & Rocketdyne строили различные химические лазеры на средства компании в ожидании получения контрактов DoD на создание еще более крупных лазеров.  Только Rocketdyne получил контракты достаточной стоимости, чтобы продолжать конкурировать с TRW.  TRW произвела устройство MIRACL для ВМС США, которое достигло уровня мощности в мегаватт.  Последний, как полагают, является лазером непрерывного действия с наивысшей мощностью, любого типа, разработанного до настоящего времени (2007).
TRW также произвела цилиндрический химический лазер (альфа-лазер) для DARPA, который имел теоретическое преимущество, заключающееся в возможности масштабирования до еще больших мощностей.  Однако к 1990 году интерес к химическим лазерам сместился в сторону более коротких длин волн, и химический кислородно-йодный лазер (COIL) приобрел наибольший интерес, создавая излучение с длиной волны 1,315 мкм.  Еще одно преимущество заключается в том, что лазер COIL обычно генерирует излучение с одной длиной волны, что очень полезно для формирования очень хорошо сфокусированного луча.  Этот тип лазера COIL используется сегодня в ABL (Airborne Laser, сам лазер строится Northrop Grumman) и в ATL (Advanced Tactical Laser), производимом Boeing.  Между тем, для THEL (Тактического высокоэнергетического лазера), построенного в конце 1990-х годов для Министерства обороны Израиля в сотрудничестве с SMDC армии США, использовался ВЧ-лазер меньшей мощности.  Он отличается тем, что является первым высокоэнергетическим лазером, демонстрирующим эффективность в довольно реалистичных испытаниях ракет и артиллерии.  

Фрагмент текста работы:

1. История создания лазера

В 1917 году Альберт Эйнштейн создал теоретические основы для лазера и мазера в статье Zur Quantentheorie der Strahlung («О квантовой теории излучения») с помощью пересмотра закона излучения Макса Планка, концептуально основанного на коэффициентах вероятности (коэффициентах Эйнштейна) для поглощения, спонтанного излучения и вынужденного излучения электромагнитного излучения.
В 1928 году Рудольф В. Ладенбург подтвердил существование явлений вынужденного излучения и отрицательного поглощения. В 1939 году Валентин Фабрикант предсказал использование стимулированного излучения для усиления «коротких» волн. [19] В 1947 году Уиллис Э. Лэмб и Р.С.  Ретерфорд обнаружил видимое стимулированное излучение в спектрах водорода и произвел первую демонстрацию стимулированного излучения. [18] В 1950 году Альфред Кастлер (Нобелевская премия по физике 1966 года) предложил метод оптической накачки, экспериментально подтвержденный двумя годами позже Бросселем, Кастлером и Винтером. [20]
В 1951 году Джозеф Вебер представил документ об использовании стимулированных излучений для создания микроволнового усилителя на конференции по исследованию вакуумных ламп Института радиоинженеров в июне 1952 года в Оттаве, Онтарио, Канада. [21] После этой презентации RCA попросил Вебера провести семинар по этой идее, а Чарльз Хард Таунс попросил у него копию статьи. [22]
В 1953 году Чарльз Хард Таунс и аспиранты Джеймс П. Гордон и Герберт Дж. Зейгер создали первый микроволновый усилитель, устройство, работающее по принципам, аналогичным лазерному, но усиливающее микроволновое излучение, а не инфракрасное или видимое излучение.  Мазер Таунса был неспособен к непрерывному выходу. [23] Между тем, в Советском Союзе Николай Басов и Александр Прохоров независимо работали над квантовым осциллятором и решили проблему систем с непрерывным