Що таке лазер: принцип роботи та застосування

Складно в наш час знайти людину, яка ніколи не чула б слова «лазер», проте чітко уявляють, що це таке, мізерна кількість.

За півстоліття з моменту винаходу лазери різних видів знайшли застосування в широкому спектрі напрямків, від медицини до цифрової техніки. Так що ж таке лазер, який принцип його дії, і для чого він потрібен?

Що таке лазер?

Можливість існування лазерів була передбачена Альбертом Ейнштейном, який ще в 1917 році опублікував роботу, яка говорить про можливість випромінювання електронами квантів світла певної довжини. Це явище було названо вимушеним випромінюванням, але довгий час воно вважалося нереалізованим з технічної точки зору.

Однак з розвитком технічних і технологічних можливостей створення лазера стало справою часу. У 1954 році радянські вчені Н. Басов і А. Прохоров отримали Нобелівську премію за створення мазера – першого мікрохвильового генератора, що працює на аміаку. А в 1960 році американець Т. Мейман виготовив перший квантовий генератор оптичних променів, названий їм лазером (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Пристрій перетворює енергію в оптичне випромінювання вузької спрямованості, тобто світловий промінь, потік квантів світла (фотонів) високої концентрації.

Принцип функціонування лазера

Явище, на якому заснована робота лазера, називається вимушеним, або індукованим, випромінюванням середовища. Атоми певної речовини можуть випускати фотони під дією інших фотонів, при цьому енергія впливає фотона повинна бути рівною різниці між енергетичними рівнями атома до випромінювання і після нього.

Ізлучённий фотон є когерентним того, який викликав випромінювання, тобто в точності подібний до першого фотону. В результаті слабкий потік світла в середовищі посилюється, причому не хаотично, а в одному заданому напрямку. Утворюється промінь вимушеного випромінювання, яке і отримало назву лазера.

Класифікація лазерів

У міру вивчення природи і властивостей лазерів були відкриті різні види цих променів. По виду стану вихідної речовини лазери можуть бути:

  • газовими;
  • рідинними;
  • твердотільними;
  • на вільних електронах.

В даний час розроблено декілька способів отримання лазерного променя:

  • за допомогою електричного тліючого або дугового розряду в газовому середовищі – газорозрядні;
  • за допомогою розширення гарячого газу і створення інверсій населеності – газодинамічні;
  • за допомогою пропускання струму через напівпровідник з порушенням середовища – діодні або інжекційні;
  • шляхом оптичного накачування середовища лампою-спалахом, світлодіодом, іншим лазером і т. д .;
  • шляхом електронно-променевої накачування середовища;
  • ядерної накачуванням при надходженні випромінювання з ядерного реактора;
  • за допомогою особливих хімічних реакцій – хімічні лазери.

Всі вони мають свої особливості та відзнаками, завдяки яким знаходять застосування в різних сферах промисловості.

Практичне використання лазерів

На сьогоднішній день лазери різних типів застосовуються в десятках галузей промисловості, медицини, IT технологій та інших сферах діяльності. З їх допомогою здійснюються:

  • різання і зварювання металів, пластмас, інших матеріалів;
  • нанесення зображень, написів і маркування поверхні виробів;
  • свердління надтонких отворів, прецизійна обробка напівпровідникових кристалічних деталей;
  • формування очищення підприємств напиленням, наплавленням, поверхневим легуванням і т.д .;
  • передача інформаційних пакетів за допомогою скловолокна;
  • виконання хірургічних операцій та інших лікувальних впливів;
  • косметологічні процедури омолодження шкіри, видалення дефектних утворень і ін .;
  • наведення на ціль різних видів озброєнь, від стрілецької до ракетної зброї;
  • створення і використання голографічних методів;
  • застосування в різних науково-дослідних роботах;
  • вимірювання відстаней, координат, щільності робочих середовищ, швидкості потоків і багатьох інших параметрів;
  • запуск хімічних реакцій для проведення різних технологічних процесів.

Існує ще чимало напрямків, в яких лазери вже використовуються або знайдуть застосування в самий найближчий час.

...
ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Технологія Hyper Threading