Изобретение лука Лук и стрелы тоже были изобретены еще в каменном веке. Только, конечно, все это было сделано не сразу, не за один день. Прошли десятки тысяч лет, прежде чем первобытные люди довели свой арсенал до определенного совершенства.Более того, поскольку различные

Лазерный луч может резать металл точнее любой пилы, но лазеры используют и для тончайших глазных операций. Топографы измеряют лазерами расстояния, лазеры, установленные на самолетах, отмечают мельчайшие детали, позволяющие составлять очень точные карты земной поверхности. Лазеры применяются во многих компьютерных принтерах, без лазеров не было бы ни CD-, ни DVD-дисков.

В 1917 г. Альберт Эйнштейн установил, что при определенном возбуждении возможно вынужденное испускание света атомами и молекулами. На этом принципе и основано действие лазера, однако физики только в 1950-х гг. предложили устройство, способное генерировать узконаправленный луч. В 1952 г. американский физик Чарлз Таунс описал способ возбуждения молекулы аммиака для испускания микроволнового радиоизлучения и создал на его основе генератор микроволнового излучения - мазер. Одновременно с ним то же открытие сделали советские физики Александр Михайлович Прохоров и Николай Геннадиевич Басов. В 1964 г. все трое получили за это Нобелевскую премию. Мазеры работают в атомных часах, радиотелескопах и усилителях сигналов, поступающих со спутников.

Сверхвысокочастотное радиоизлучение невидимо, но в 1958 г. Таунс и другой американский физик Артур Шавлов описали устройство для получения лазерного эффекта на видимом свете - лазер. Первый такой прибор создал американский физик Теодор Мейман в 1960 г.

При поглощении веществом энергии, например тепла, его атомы или молекулы переходят с низкоэнергетического уровня на высокоэнергетический. Возвращаясь на низкоэнергетический уровень, они испускают избыточную энергию в форме света. В обычных условиях каждый атом или молекула излучают свет независимо от остальных и с различной длиной волны. Но если вещество подвергнуть кратковременному интенсивному воздействию света с определенной длиной волны, когда атомы пребывают на высокоэнергетическом уровне, оно будет излучать свет с той же длиной волны, как и тот, которым его освещали. Следующий шаг - усиление света с помощью зеркал. Зеркало, установленное с одной стороны устройства, отражает свет обратно на возбуждаемое вещество. Полупосеребренное зеркало, расположенное с другой стороны, отражает часть света, а оставшаяся часть выходит наружу в виде лазерного луча. Лазер испускает узкий луч когерентного излучения, представляющего собой свет с одной длиной волны, в котором волновые колебания происходят синхронно. Излучение может происходить непрерывно или в виде серии вспышек.

На снимке 1960 г. Теодор Мейман рассматривает изготовленный им первый в мире лазер. Главная деталь находится в стеклянном сосуде - это кристалл рубина, испускающий лазерный луч.

Когерентное световое излучение при возбуждении дают многие вещества. Мейман использовал искусственный кристалл оксида алюминия (рубиновый). Кроме того, в лазерах используется неодимовое стекло и жидкие соединения окисла или хлорида неодима, растворенные в хлорокиси селена, а также газы - двуокись углерода, синильная кислота и смесь гелия с неоном.

Луч света от прожектора заметно расходится, освещая обширное пространство, а луч гелий-неонового лазера расходится менее чем на одну тысячную длины. Расходимость можно уменьшить, пропуская лазерный луч через телескоп в обратном направлении, от окуляра к объективу. Лазеры такого типа определяют точное направление при укладке трубопроводов и бурении туннелей. Рубиновый лазер просверливает алмаз.

Когда лазерный луч встречается с преградой, она поглощает часть световой энергии и нагревается. Лазеры обеспечивают сильный нагрев на очень малой площади, благодаря чему их можно использовать для обрезки кромок в электронных компонентах и для операций на сетчатке глаза.

Лазерным лучом измеряют расстояния. Когда световой импульс достигает поверхности, часть его отражается. Поскольку скорость света всегда одинакова, расстояние легко рассчитать по времени между излучением импульса и возвращением отражения. Такое устройство называется лидаром (световым радаром). Астронавты с «Аполлона-11» установили рефлекторы на Луне, и лидар измерил расстояние между Землей и Луной с точностью до нескольких сантиметров. Топографы лазерами осуществляют визирование объектов на поверхности, а лидарами измеряют расстояния. Лидарами измеряют также скорость движущихся предметов. Если предмет удаляется, длина волны отраженного света будет чуть больше, нежели излученного, а если приближается, длина волны станет меньше.

Операционная сестра следит за хирургом, оперирующим с помощью лазера. Лазерный луч обеспечивает более точный и аккуратный разрез, чем скальпель или нож, и меньше травмирует пациента.

Кто изобрёл лазер?

Что же такое лазер?
Мы все настолько привыкли к слову ЛАЗЕР, что уже и не предполагаем, что это всего лишь аббревиатура. На самом же деле, слово "лазер" ("laser") составлено из начальных букв в английском словосочетании Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что в переводе на русский язык означает "усиление света с помощью стимулированного испускания излучения".

Кто же изобрел лазер?

Это непротиворечиво. Все световые волны лазера расположены друг с другом. «Это похоже на поток волн, которые одновременно достигают берега и в котором все они имеют одинаковую форму», - говорит Сантьяго Мигель Олаизола, исследователь Центра исследований технических исследований в Гипускоа в Сан-Себастьяне. Он монохроматичен, в то время как большинство источников света имеют полосу излучения с разными цветами и интенсивностью.

Другое свойство состоит в том, что оно направленно. Что ты имеешь в виду? «Это похоже на пулю, она не расширяется», - резюмирует Олаизола. Это луч света, который после путешествия на большие расстояния едва рассеивается на несколько миллиметров. Возможно, лучшим примером для этого является лазерная указка, которая и раздражает игроков на поле: на расстоянии от стендов до центра стадиона свет сохраняет свою траекторию. На практике это позволяет проводить выравнивание и измерение. Например, если вы оставляете зеркало в определенном месте, и вы направляетесь на лазер, вы можете рассчитать, сколько времени требуется, чтобы вернуть свет в точку происхождения, и, следовательно, у вас есть представление о расстоянии.

Исторически считается, что лазер изобрели русские ученые Басов и Прохоров в 1958 году, за что и получили Нобелевскую премию в 1964 году, вместе с американцем Таунсом, чьи работы Прохоров использовал при разработке. Однако американцы же первыми изготовили рубиновый лазер и наладили серийный выпуск, это была фирма Хьюз Эйркрафт. А ещё ранее, в 1916 году Альберт Эйнштейн предсказывает саму возможность индуцирования внешним электромагнитным полем излучения атомов, на основе чего в дальнейшем и будут работать все лазеры.

В общем, лучи света рассеиваются от источника происхождения, с которым энергия уменьшается с расстоянием. Но с помощью лазера вы можете сосредоточиться на одном месте, где много энергии, чтобы расплавить, вырезать или очистить. Источники происхождения могут быть разнообразными. Майман, например, использовал синтетическую рубиновую ручку. Таунс, один из лауреатов Нобелевской премии, сказал, что лазер будет охватывать очень широкий диапазон полей в будущем и будет делать практически все. Ученые говорят, что все, что вы получаете с лазером, невозможно с другим инструментом.

Лазер сегодня
Изобретение лазера относится к одному из самых значительных открытий ХХ века. И оно, конечно, сильно повлияло на мир. Сейчас нет ни одной области, в которой бы не применялся лазер. В настоящее время области применения лазеров расширяются с каждым днем. После первого промышленного использования лазеров для получения отверстий в рубинах для часов эти устройства успешно применяются в самых различных областях, при этом используются различные типы лазеров.

Или, в любом случае, не с той же точностью, чистотой, качеством и скоростью. Как говорит Маргарита Муньос, «лазер обнаружен в большинстве приложений нашей цивилизованной жизни». Некоторые из них хорошо известны. В торговле читатели штрих-кода в супермаркетах полагаются на лазер, а также на защитные голограммы на кредитных карточках. Игроки проектируют низкочастотный луч на диске, который представляет собой ряд изменений. Способ, которым эти изменения отражают свет, определяет звук или изображения.

Но если необходимо подчеркнуть одно из существенных достижений этого изобретения, следует отметить оптическое волокно. Без лазера сегодня было бы что-то столь же необходимым, как и высокоскоростной интернет, поскольку лазер позволяет передавать данные. Волоконная оптика использует лазерные световые импульсы на тонких стеклянных кабелях, которые идут в 25 раз быстрее, чем традиционные кабели, для отправки информации. «Если мы хотим передать большой объем данных из точки А в точку Б, сегодня без лазера это будет невозможно», - говорит Олаизола.

Принято все лазерные системы делить на три основные группы: твердотельные лазеры , газовые и полупроводниковые лазеры . Некоторое время назад появились такие системы, как перестраиваемые лазеры на красителях, твердотельные лазеры на активированных стеклах.

Особое место среди этих систем занимает СО2–лазер, относящийся к группе газовых лазеров . Эти типы лазеров способны выдавать мощность от нескольких ватт, до десятка киловатт. Так как для этих лазеров требуется такие широко применяемые газы, как Не, Ar и СО2, они нашли массовое применение в промышленности. И хотя КПД этих лазеров не высокое, 5-10% этого вполне достаточно, чтобы такие типы обработки, как лазерная резка, сварка и термообработка были конкурентоспособными.

В военной промышленности с конца 1970-х годов американские военные приняли его на обучение. Лазер используется в качестве руководства для ракет и для повышения точности стрельбы из определенного оружия. Его использование может пойти еще больше: в будущем говорят о создании лазерной системы противовоздушной обороны, для обнаружения целей в воздухе. В аэрокосмическом секторе лазер уже окупается.

Кроме того, его промышленное применение очень распространено. Например, для дорожного строительства лазеры используются для выравнивания. Благодаря своей энергии есть очень мощные устройства, которые используются для бурения алмазов и вырезания других компонентов или материалов. Мы также знаем, что лазер поощряет танцполы в ночных клубах. Но малоизвестных или даже неожиданных приложений. Например, лазер может также служить для восстановления произведений искусства. Поскольку Маргарита Муньос, которая провела много исследований по этому вопросу, позволяет лазеру начинать небольшие слои химической природы , не разрушая остальных. Благодаря радиации лаки краски, которые являются полимерами, очищаются.

Технология лазерной резки
Наиболее развитым из представленных процессов, на сегодняшний день является лазерная резка. По сравнению с другими методами резки: кислородная, плазменная и др. лазерная резка обладает значительными преимуществами, такими как: высокая скорость и точность резки.

Однако сам технологический процесс не так прост, как казалось бы должно быть. Луч с помощью систем зеркал или оптоволокна подают строго вертикально по отношению к обрабатываемой поверхности и фокусируют с помощью линзы. Попадая на поверхность изделия луч мгновенно доводит материал до температуры плавления и выше. Для обеспечения качественного процесса необходимо выдувать расплавленный материал иначе процесс резки превратится в сварку. Обычно для этого используют кислород, азот и другие газы, которые через специальное сопло выдувают в место действия фокального пятна. Сопло диаметром не более 1,5мм в процессе движения геометрически должно находиться в одном месте, для чего необходима специальная система, которая бы контролировала и давление, и необходимый зазор между поверхностью детали и соплом. Устройство, которое непосредственно включает в себя систему фокусировки и систему слежения называют режущей головкой (cutting head).

Со временем лак становится непрозрачным, но благодаря лазеру вы можете поднять первые слои, микроскопическую толщину, не проникая в интерьеры, - объясняет он. Одним из полей, в которых лазер широко используется, является медицина. И с максимальной безопасностью и неагрессивным образом для организма. «Единственная проблема заключается в том, что если вы идете с интенсивностью, происходят ожоги, поэтому вы должны убедиться, что устройство является точным», - говорит он. С лазерными устройствами происходит немного то, что уже произошло с компьютерами: его размер постепенно уменьшается.

В итоге, для того чтобы обеспечивать резку деталей по необходимому контуру нужна трёхкоординатная система ХYZ, где перемещение режущей головки по двум осям XY идёт по заданному контуру (по программе), а третья координата Z автоматически отслеживает расстояние до поверхности или же настраивается вручную оператором. Наиболее распространённая системами считаются координатные столы портального типа с «летающей оптикой».

Машины становятся все меньше и дешевле. Прежде чем они заполнили комнату, теперь они за столом, и скоро они будут в кармане. Кроме того, его цена падает, поэтому лечение, которое много лет назад имело непомерно высокую стоимость, стало гораздо более доступным.

В области эстетики лазерная эпиляция была важной новинкой. По сравнению с некоторыми обработками кожи, которые использовались до дермабразии или лицевой хирургии, преимущества лазера значительны. Не говоря уже о глазных операциях, которые смогли решить проблему близорукости, или о вмешательствах в этих очень деликатных областях, таких как голосовые связки. Многие применения выполняются без анестезии, без госпитализации, без работы, с простой амбулаторной процедурой. Пациент благодарит его и даже готов заплатить немного больше, - говорит Морага.

Лазер без преувеличения можно назвать одним из важнейших открытий XX века.

Что такое лазер

Говоря простыми словами, лазер - это устройство, создающее мощный узконаправленный пучок света. Название «лазер» (laser ) образовано путём сложения первых букв слов, составляющих английское выражение l ighta mplification bys timulatede mission ofr adiation , что означает «усиление света посредством вынужденного излучения». Лазер создаёт световые лучи такой силы, что они способны прожигать отверстия даже в очень прочных материалах, затрачивая на это лишь доли секунды.

Благодаря своим свойствам лазер очень полезен в биомедицинском изображении. Например, его свет, поглощенный выборочно, позволил понять эпидемию СПИДа, потому что в середине восьмидесятых были усовершенствованы методы дискриминации типов клеток и выяснения того, какие из них были инфицированы вирусом. Следуя тому же принципу, в ближайшие годы анализ полного генома человека может быть осуществлен за очень короткое время, и могут быть разработаны устройства визуализации, способные обнаруживать зарождающиеся опухоли.

В будущем, по всей вероятности, лазер расширит свой луч действия. Большая проблема состоит в том, чтобы принести лазер в организм человека. В настоящее время его основным ограничением является глубина. Его свет не может поражать более 5 мм на поверхности кожи. Но лазер может превышать этот предел. Направляя свет в оптическое волокно через зонд и, таким образом, достигайте определенной точки, используя другие кабели, например, например, писсуар.

Обычный свет рассевается от источника по разным направлениям. Чтобы собрать его в пучок, используют различные оптические линзы или вогнутые зеркала. И хотя таким световым лучом можно даже разжечь огонь, его энергию невозможно сравнить с энергией лазерного луча .

Принцип работы лазера

Так, например, гипертрофия предстательной железы может быть излечена, - говорит Морага. Помимо медицины, самые амбициозные эксперименты с лазером происходят в энергетическом секторе. Не забывайте, что лазер, даже если это энергия, требует энергии для его работы. Но он также может генерировать его. Возможно, в больших количествах. Это то, что сейчас исследуется. Да, вы хорошо читали: эксперимент направлен на воспроизведение динамики работы маленькой звезды, с неисчерпаемым, чистым и свободным от излучения источником энергии.

Для Сантьяго Мигеля Оляйола, после более чем 50 лет, далеко не устаревшего, лазер жив, пинает и становится ярче, чем когда-либо. И, кроме того, это технология, ориентированная на знания, которая не загрязняет окружающую среду и не создает отходов. Итак, с днем ​​рождения, лазер.

В физической основе работы лазера лежит явление вынужденного, или индуцированного, излучения . В чём же его суть? Какое излучение называют вынужденным?

В стабильном состоянии атом вещества имеют наименьшую энергию. Такое состояние считается основным , а все другие состояния - возбуждёнными . Если сравнить энергию этих состояний, то в возбуждённом состоянии она избыточна по сравнению с основным. При переходе атома из возбуждённого состояния в стабильное атом самопроизвольно испускает фотон. Такое электромагнитное излучение называется спонтанным излучением .

Первый велосипед с педалями с рычагами управления, похожий на тот, который мы знаем сегодня, был изобретен шотландским кузнецом Киркпатриком Макмилэном. Он не запатентовал его, но его соотечественник Гавин Далцелл, которому приписывали создание за полвека.

Мораль обычно определяется как способ регулирования человеческого поведения человека в обществе для достижения мирного сосуществования. Человек по определению является неявным, эгоистичным существом. Блейз Паскаль был математиком, физиком, католическим философом и писателем. Его вклад в математику и естественные науки включает в себя проектирование и построение механических калькуляторов, вклад в теорию вероятностей, исследование жидкостей и разъяснение таких понятий, как давление и вакуум.

Если же переход из возбуждённого состояния в стабильное происходит принудительно под воздействием внешнего (индуцирующего) фотона, то образуется новый фотон, энергия которого равна разности энергий уровней перехода. Такое излучение называется вынужденным .

Новый фотон является «точной копией» фотона, вызвавшего излучение. Он имеет такую же энергию, частоту и фазу. При этом он не поглощается атомом. В результате фотонов становится уже два. Воздействуя на другие атомы, они вызывают дальнейшее появление новых фотонов.

Компас - это устройство, которое служит для ориентирования и основывает свою работу на намагниченных иглах, которые указывают направление магнитного поля Земли, указывая на северный полюс и южный полюс. Этот древний инструмент в настоящее время заменяется навигационными системами, которые обеспечивают большую точность.

Йоханнес Гутенберг Йоханнес Гутенберг был немецким ювелиром, изобретателем современной печати печатных материалов. Его лучшей работой была 42-строчная Библия. Его настоящая фамилия - Генсфлейш. Многое пришло в нашу жизнь и заставило его остаться. Но для того, чтобы человек достиг такой ситуации чрезвычайного комфорта, для этого потребовалась большая цепь открытий.

Новый фотон излучается атомом под воздействием индуцирующего фотона, когда атом находится в возбуждённом состоянии. Атом, находящийся в невозбуждённом состоянии, просто поглотит индуцирующий фотон. Поэтому, чтобы свет усиливался, необходимо, чтобы возбуждённых атомов было больше, чем невозбуждённых. Такое состояние называется инверсией населённости .

Таунс скончался почти сотню лет, который вошел в историю как один из изобретателей лазера. Таунс с детства очень любил знать операцию и причину вещей. Его детство было проведено на ферме в Южной Каролине, где его родители способствовали любопытству, контакту с природой и творчеству у своих детей. Похоже, что постоянная конкуренция со своим братом в детстве была предчувствием того, что позже станет одним из самых значимых эпизодов в истории патентов в его стране и который он был отчасти главным героем.

Он всегда понимал свое научное и академическое призвание и хотел остаться в университете, быть учителем и продолжать обучение и исследования. Ученые, столь престижные, как Нильс Бор, ранее отказались от идеи создания устройства, такого как мазер, потому что они не верили, что это возможно, и даже посоветовали против Таунс, который продолжался в его усилиях. Как это ни парадоксально, для этих теоретических работ по мазеру и, в частности, для его успешного развития в последующие годы можно получить Нобелевскую премию физики.

Как устроен лазер

В конструкцию лазера входят 3 элемента:

1. Источник энергии, который называют механизмом «накачки» лазера.

2. Рабочее тело лазера.

3. Система зеркал, или оптический резонатор.

Помимо этой блестящей и престижной научной карьеры, при рассмотрении биографии Таунса, неизбежно столкнуться с биографией другого известного американского физика Гордона Гулда и открыть одну из самых длительных правовых битв за патентные права когда-либо истории и так называемой «30-летней патентной войны».

В те дни многие физики пытались безуспешно развить нечто похожее на мазер, но работали в видимом диапазоне электромагнитного спектра. Согласно его анализу, он через технологию оптической накачки достиг бы интенсивного и когерентного излучения. И именно здесь рождается аббревиатура лазера и семена патентной войны, которая придет позже.

Источники энергии могут быть разными: электрические, тепловые, химические, световые и др. Их задача - «накачать» энергией рабочее тело лазера, чтобы вызвать в нём генерацию светового лазерного потока. Источник энергии называют механизмом «накачки» лазера . Им могут быть химическая реакция, другой лазер, импульсная лампа, электрический разрядник и др.

Рабочим телом , или лазерными материалами , называют вещества, выполняющие функции активной среды . Собственно в рабочем теле и зарождается лазерный луч. Как же это происходит?

В самом начале процесса рабочее тело находится в состоянии термодинамического равновесия, а большинство атомов - в нормальном состоянии. Для того чтобы вызвать излучение, необходимо подействовать на атомы, чтобы система перешла в состояние инверсии населённости . Эту задачу и выполняет механизм накачки лазера. Как только новый фотон появится в одном атоме, он запустит процесс образования фотонов в других атомах. Этот процесс вскоре станет лавинообразным. Все образующиеся фотоны будут иметь одинаковую частоту, а световые волны сформируют световой луч огромной мощности.

В качестве активных сред в лазерах используют твёрдые, жидкие, газообразные и плазменные вещества. Например, в первом лазере, созданном в 1960 г., активной средой был рубин.

Рабочее тело помещается в оптический резонатор . Самый простой из них состоит из двух параллельных зеркал, одно из которых полупрозрачное. Часть света оно отражает, а часть пропускает. Отражаясь от зеркал, пучок света возвращается обратно и усиливается. Это процесс повторяется многократно. На выходе из лазера образуется очень мощная световая волна. Зеркал в резонаторе может быть и больше.

Кроме того, в лазерах используют и другие устройства - зеркала, способные менять угол поворота, фильтры, модулятора и др. С их помощью можно изменять длину волны, длительность импульсов и других параметров.

Когда изобрели лазер

В 1964 г. русские физики Александр Михайлович Прохоров и Николай Геннадиевич Басов, а также американский физик Чарлз Хард Таунс стали лауреатами Нобелевской премии по физике, которая была присуждена им за открытие принципа работы квантового генератора на аммиаке (мазера), которое они сделали независимо друг от друга.

Александр Михайлович Прохоров

Николай Геннадиевич Басов

Нужно сказать, что мазер был создан за 10 лет до этого события, в 1954 г. Он излучал когерентные электромагнитные волны сантиметрового диапазона и стал прообразом лазера.

Автор первого рабочего оптического лазера - американский физик Теодор Майман. 16 мая 1960 г. он впервые получил красный лазерный луч, вышедший из красного рубинового стержня. Длина волны этого излучения составляла 694 нанометра.

Теодор Майман

Современные лазеры имеют разные размеры, от микроскопических полупроводниковых, до громадных, размером с футбольное поле, неодимовых лазеров.

Применение лазеров

Без лазеров невозможно представить современную жизнь. Лазерные технологии применяются в самых разных отраслях: науке, технике, медицине.

В быту мы пользуемся лазерными принтерами. В магазинах применяются лазерные считыватели штрих-кодов.

С помощью лазерных лучей в промышленности возможно проводить обработку поверхностей с высочайшей точностью (резку, напыление, легирование и др.).

Лазер позволил измерить расстояние до космических объектов с точностью до сантиметров.

Появление лазеров в медицине изменило многое.

Трудно представить современную хирургию без лазерных скальпелей, которые обеспечивают высочайшую стерильность и разрезают ткани аккуратно. С их помощью проводят практически бескровные операции. С помощью лазерного луча очищают сосуды организма от холестериновых бляшек. Широко используется лазер в офтальмологии, где с его помощью делается коррекция зрения, лечатся отслоения сетчатки, катаракта и др. С его помощью дробят камни в почках. Незаменим он в нейрохирургии, ортопедии, стоматологии, косметологии и т.д.

В военном деле применяют лазерные системы локации и навигации.

Введение

Свою работу я решил посвятить изучению лазеров и их применению в области космонавтики и астрономии. С самого момента своего изобретения лазер называли изобретением, которое само находит сферы своего применения. Т.е. лазер это настолько фундаментальное, универсальное и полезное изобретение, что может быть применено практически в любой области деятельности человека, начиная от медицины и заканчивая космическими полетами, от использования в бытовой технике до систем определения расстояния и точного наведения на цели, да практически везде. Широта сфер применения лазеров и их возможности просто поражают. Вот, почему я выбрал данную тему.

Кроме того, актуальность данной темы обусловлена тем, что сферы применения лазеров в наши дни постоянно расширяются. Лазеры совершают настоящие прорывы в тех областях деятельности человека, куда они приходят. Над признать, что на ровне с применением компьютерной техники, применение лазера является одним из условий, позволяющих совершать огромные скачки в развитии той или иной области человеческой деятельности. Не являются исключениями и области астрономии, астрофизики, космонавтики. Наоборот, современное развитие этих областей просто не мыслимо без применения и использования в них лазерных технологий (ЛТ). Однако, не исключено, что дальнейшее внедрение лазеров в этих областях поможет сделать новые открытия, достигнуть новых высот, совершить то, что вчера еще считалось научной фантастикой.

Целью работы является изучение лазерных технологий, что предусматривает решение следующих конкретных задач:

познакомиться с принципом работы различных типов лазеров;

рассмотреть варианты применения лазеров в области астрономии и космонавтики.

Материалом для работы послужили данные, полученные при работе с литературой и Internet.

История создания лазера

Ламзер (англ. laser, акроним от light amplification by stimulated emission of radiation «усиление света посредством вынужденного излучения»), или оптический квантовый генератор -- это устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.

Вынужденное излучение - это генерация нового фотона при переходе квантовой системы из возбуждённого в стабильное состояние.

Суть явления состоит в том, что возбуждённый атом способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения, если энергия последнего равняется разности энергий уровней атома до и после излучения.

Первоисточником генерации является процесс спонтанного излучения, поэтому для обеспечения преемственности поколений фотонов необходимо существование положительной обратной связи, за счёт которой излучённые фотоны вызывают последующие акты индуцированного излучения. Для этого активная среда лазера помещается в оптический резонатор (то есть линзу).

История изобретения лазера началась с некоторого предположения о том, что излучение может взаимодействовать с веществом особым образом. Эту идею в 1916 году высказал и теоретизировал Альберт Эйнштейн. Из его теории вытекала принципиальная возможность создания квантовых усилителей и генераторов электромагнитных волн. Однако, пока это была только теория, граничащая с фантастикой. Одиннадцатью годами позже, в 1927 году, Алексей Толстой, в своем знаменитом романе "Гиперболоид инженера Гарина" описал устройство, созданное на основе теории Эйнштейна.

Первая попытка экспериментально обнаружить индуцированное излучение была предпринята только в 1928 году, когда Ланденбург, изучая отрицательную дисперсию света, сформулировал условия обнаружения индуцированного излучения как преобладание его над поглощением (условие инверсии), отметив, что для этого необходимо специальное избирательное возбуждение квантовой системы.

В дальнейшем, в течении более 20 лет, в разных уголках мира в области индуцированного излучения велись многочисленные исследования, которые к 50-м годам ХХ века смогли создать необходимые предпосылки для фактического создания лазера. И вот, в 1955 году ученые Николай Басов и Александр Прохоров разработали квантовый генератор - усилитель микроволн, использующий индуцированное излучение, активной средой которого является аммиак.

Изобретение лазера, использующего аммиак, позволило американским ученым Чарльзу Таунсу и Артуру Шавлову через два года начать работу над разработкой принципов лазера. Работая параллельно в том же направлении, Александр Прохоров в 1958-м использовал для создания лазера резонатор Фабри-Перо, представляющий собой два параллельных зеркала, одно из которых полупрозрачно.

В мае 1960 г. сотрудник исследовательского центра фирмы Hughes, американский физик Теодор Мейман, основываясь на работах Н.Басова, А.Прохорова и Ч.Таунса, сконструировал первый в мире лазер, активной средой которого был использован кристалл искусственного рубина, а резонатор использовал серебряные зеркальные покрытия, нанесенные на торцы кристалла. Этот лазер работал в импульсном режиме на длине волны 0,69 мкм. Спустя полгода в лабораториях корпорации IBM заработал инфракрасный лазер на фториде кальция с добавкой ионов урана, построенный Питером Сорокиным (Peter Sorokin) и Миреком Стивенсоном (Mirek Stevenson). Это был уникальный прибор, который действовал лишь при температуре жидкого водорода и практического значения не приобрел. Однако, начиная примерно с этого момента, началось бурное развитие лазерных технологий, которое не утихает и в наши дни. Каждый год появляются все новые виды лазеров, приспособленные для различных целей. В 1961 г. был создан лазер на неодимовом стекле, а в течение следующих пяти лет были разработаны лазерные диоды, лазеры на красителях, лазеры на двуокиси углерода, химические лазеры. В 1963 г. Ж. Алфёров и Г. Кремер (Нобелевская премия по физике 2000 г.) разработали теорию полупроводниковых гетероструктур, на основе которых были созданы многие лазеры.

Изобретение американского физика Теодора Гарольда Маймана I960 г. позволило воплотить мечту фантастов — использовать луч света как сверхострый нож и как мощный сварочный аппарат. Майман установил, что интенсивность света можно усилить, стимулировав излучение фотонов путем «накачки» активного материала энергией. Созданный им прибор, названный лазером — сокращение от английского Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation («усиление света путем стимулированного излучения»), — позволил революционизировать не только многие приемы промышленного производства, но и методы медицинского вмешательства.

Разнообразие лазеров

Майман опирался в своей работе на данные Эйнштейна начала XX в. о световых частичках-фотонах. После Второй мировой войны в связи с развитием радиолокационной техники и радиоастрономии интерес исследователей сосредоточился на микроволнах. Американский физик Чарльз Таунс решил усилить интенсивность микроволнового луча. Возбудив молекулы аммиака до высокого энергетического уровня путем нагревания или электрической стимуляции, ученый затем пропускал сквозь них слабый микроволновой луч. В результате получался мощный усилитель микроволнового излучения, который Таунс в 1953 г. назвал «мазером». В 1958 г. Таунс и Артур Шавлов сделали следующий шаг: вместо микроволн они попытались усилить видимый свет. На основе этих экспериментов Майман и создал в I960 г. первый лазер. В 1972 г. было изобретено гибкое светопроводящее волокно, что позволило использовать лазер в хирургии. Теперь многие операции могут проводиться бескровно.

• 1966 г.: Петр Сорокин и Фриц Шефер одновременно и независимо друг от друга изобрели лазер на красителях.
• 1970 г.: в Мюнхене на Оперном фестивале показано первое в мире лазерное шоу.
• 1970 г.: первая передача данных по волоконно-оптическому кабелю.
• 1972-1975 гг.: в продаже появились первые компакт-диски, записанные с помощью лазера.