§ 34. Лазеры
 |
Звычайныя крыніцы святла (свечка, лямпа напальвання), якія атачаюць чалавека |
Пры ўзаемадзеянні з актыўным рэчывам (асяроддзем) знешняе выпраменьванне ўзмоцніцца, паколькі да зыходных фатонаў дададуцца індуцыраваныя фатоны з тоеснымі характарыстыкамі. Тоеснасць фатонаў прыводзіць да таго, што пры іх узаемадзеянні з новым узбуджаным атамам атрымліваецца замест 2 ужо 4 фатоны, затым 8, 16 і г. д. Гэта дазваляе выкарыстоўваць вымушанае выпраменьванне для ўзмацнення электрамагнітных хваль і стварэння генератараў монахраматычнага кагерэнтнага выпраменьвання — лазераў.
Слова лазер з’яўляецца скарочаным запісам англійскай фразы — Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (laser), якая перакладаецца так: узмацненне святла шляхам вымушанага выпускання выпраменьвання.
Разгледзім прынцыповую схему работы лазера (мал. 206). Для рэалізацыі зваротнай сувязі ў лазеры актыўнае рэчыва 1 размяшчаецца ў аптычным рэзанатары (мал. 206, а). Рэзанатар складаецца з двух паралельных плоскіх люстраў, адно з якіх — цалкам адбіваючае («глухое») 2, другое — паўпразрыстае 3, прызначанае для выхаду выпраменьвання 5 (гл. мал. 206, в) з рэзанатара.
Напампоўка 4 стварае інверсію заселенасцей узроўняў у актыўным асяроддзі. На пачатковай стадыі генерацыі фатоны, спантанна выпушчаныя атамамі актыўнага асяроддзя, распаўсюджваюцца ў розных напрамках (гл. мал. 206, а, б). Але толькі фатоны, якія распаўсюджваюцца перпендыкулярна да люстраў, шматразова праходзяць праз актыўнае асяроддзе ў выніку адбіцця ад люстраў рэзанатара (гл. мал. 206, в).
Выпрамененая атамамі энергія назапашваецца ў рэзанатары і, уздзейнічаючы на актыўнае асяроддзе, выклікае новыя індуцыраваныя пераходы. Адбываецца лавінападобнае «размнажэнне» фатонаў у рэчыве. Далей пучок монахраматычнага лазернага выпраменьвання выходзіць вонкі праз паўпразрыстае люстра
Магутнасць індуцыраванага выпраменьвання павінна перавысіць магутнасць непазбежных страт на паглынанне, рассейванне выпраменьвання, награванне люстраў рэзанатара і г. д. Таму для эфектыўнай генерацыі інтэнсіўнасць падаючага на рэчыва выпраменьвання накачкі павінна перавышаць некаторае парогавае значэнне.
Такім чынам, для працы лазера неабходна наяўнасць актыўнага асяроддзя, рэзанатара і перавышэння парога генерацыі ў сістэме.
Днём нараджэння лазера лічаць 16 мая 1960 г. Гэта дата стаіць у працоўным сшытку амерыканскага фізіка Т. Н. Мэймана. У створаным ім прыборы ўтрымліваліся ўсе тры неабходныя і дастатковыя кампаненты для атрымання эфекту генерацыі аптычнага кагерэнтнага выпраменьвання.
Асноўнымі характарыстыкамі лазернага выпраменьвання з’яўляюцца кагерэнтнасць, малая разыходнасць (вузкая скіраванасць), монахраматычнасць, магчымасць атрымліваць звышкароткія імпульсы, вялікая магутнасць.
У рубінавым лазеры выкарыстоўваецца аптычная напампоўка святлом магутнай імпульснай лямпы-ўспышкі (лямпы напампоўкі), у паўправадніковых лазерах нераўнаважны стан дасягаецца пры прапусканні электрычнага току праз p - n -пераход, а ў газавых лазерах атамы рабочага рэчыва ўзбуджаюцца электрычным разрадам.
Шырыня спектра газавых лазераў складае , цвёрдацелых —
.
Разыходнасць праменя газавага лазера складае адзінкі вуглавых мінут, цвёрдацелых — да некалькіх дзясяткаў мінут.
Па тыпе актыўнага асяроддзя лазеры можна падзяліць на газавыя, цвёрдацельныя, паўправадніковыя, вадкасныя, хімічныя, газадынамічныя, а па спосабе напампоўкі — на аптычныя, электрычныя, хімічныя, ядзерныя, газадынамічныя.
Лазеры знаходзяць шырокае ўжыванне ў галаграфіі, перадачы аптычнай інфармацыі, апрацоўцы матэрыялаў (зварка, рэзанне, свідраванне і г. д.), медыцыне, лакацыі, рэкламе.
Пры рабоце з лазерамі неабходна быць уважлівымі і асцярожнымі. Найвялікшую небяспеку лазернае выпраменьванне ўяўляе для вачэй і скуры. Пры пападанні ў вока прамень лазера факусіруецца ў пляму вельмі малых памераў, што можа за долі секунды прывесці да апёкаў сятчаткі вока, частковай ці поўнай незваротнай страты зроку. Прамое, а ў некаторых выпадках і рассеянае выпраменьванне лазераў вялікай магутнасці здольна выклікаць апёкі скуры. Яно ўяўляе таксама пажарную небяспеку.
Знак небяспекі, які папярэджвае аб лазерным выпраменьванні, прыведзены на малюнку 207.
|
Беларускі фізік, акадэмік Мікалай Аляксандравіч Барысевіч у 1978 г. адкрыў з’яву «стабілізацыі» электронна-ўзбуджаных шмататамных малекул. Ён упершыню атрымаў генерацыю выпраменьвання шмататамных малекул у газавай фазе. Распрацаваў газавыя і адначастотныя гелій-неонавыя лазеры са значнай выходнай магутнасцю. |
 |
