Laser

Laser (från engelska  laser , en akronym för ljus en förstärkning genom s timulerad emission av strålning "ljusförstärkning genom stimulerad emission " ) , eller en optisk kvantgenerator är  en enhet som omvandlar pumpenergi ( ljus , elektrisk , termisk , kemisk och etc.) in i energin av koherent , monokromatisk ,polariserat och snävt riktat strålningsflöde.

Den fysiska grunden för laserns funktion är det kvantmekaniska fenomenet stimulerad (inducerad) strålning . Laserstrålning kan vara kontinuerlig, med konstant effekt , eller pulsad , och nå extremt höga toppeffekter. I vissa scheman används laserns arbetselement som en optisk förstärkare för strålning från en annan källa. Det finns ett stort antal typer av lasrar som använder alla aggregattillstånd av materia som ett arbetsmedium . Vissa typer av lasrar, såsom färglösningslasrar eller polykromatiska halvledarlasrar , kan generera en hel rad frekvenser ( optiska kavitetslägen ) över ett brett spektralområde. Lasrar varierar i storlek från mikroskopiska för vissa halvledarlasrar till storleken på en fotbollsplan för vissa neodymglaslasrar . De unika egenskaperna hos laserstrålning gjorde det möjligt att använda dem i olika grenar av vetenskap och teknik , såväl som i vardagen , från att läsa och skriva CD- skivor , streckkoder och sluta med forskning inom området kontrollerad termonukleär fusion .

Nyckeldatum

• 1916 : A. Einstein förutspår förekomsten av fenomenet stimulerad emission  - den fysiska grunden för driften av vilken laser som helst [1] .
• Detta fenomen fick en rigorös teoretisk motivering inom ramen för kvantmekaniken i den franska vetenskapsmannen och fysikern P. Dirac ( 1902-1984) 1927-1930  . [2] [3]
• 1928 : experimentell bekräftelse av R. Ladenburg och G. Kopfermann av förekomsten av stimulerad emission. [fyra]
• 1940 förutspådde V. Fabrikant  och F. Butaeva möjligheten att använda stimulerad strålning av ett medium med populationsinversion för att förstärka elektromagnetisk strålning [4] .
• 1950 : A. Kastler ( 1966 Nobelpriset i fysik ) föreslår en metod för att optiskt pumpa ett medium för att skapa en omvänd population i det. Implementerad i praktiken 1952 av Brossel , Kastler och Winter [5] . Innan skapandet av en kvantgenerator fanns det ett steg kvar: att införa positiv återkoppling i mediet , det vill säga att placera detta medium i en resonator [4] .
• 1954 : den första mikrovågsgeneratorn - en ammoniakmaser ( Ch . Towns , Basov N. G. (1922-2001) och Prokhorov A. M. (1916-2001) - Nobelpriset i fysik 1964 ). Rollen som återkoppling spelades av en kavitetsresonator , vars dimensioner var cirka 12,6 mm ( våglängden som emitteras under övergången av ammoniak från en exciterad vibrationsnivå till den huvudsakliga) [4] . För att förstärka den elektromagnetiska strålningen av det optiska området var det nödvändigt att skapa en kavitetsresonator, vars dimensioner skulle vara i storleksordningen en mikron . På grund av de tekniska svårigheterna i samband med detta trodde många forskare vid den tiden att det var omöjligt att skapa en synlig strålningsgenerator [6] .
• 1960 : Den 16 maj demonstrerade T. Meiman driften av den första optiska kvantgeneratorn - en laser [7] . En konstgjord rubinkristall användes som ett aktivt medium ( aluminiumoxid Al 2 O 3 med en liten blandning av krom Cr), och istället för en kavitetsresonator användes en Fabry-Perot-resonator , bildad av silverspegelbeläggningar applicerade på ändarna av kristallen. Denna laser arbetade i ett pulsat läge vid en våglängd av 694,3 nm [4] . I december samma år skapades en helium-neonlaser som sänder ut i ett kontinuerligt läge ( A. Javan , W. Bennett , D. Harriot). Till en början arbetade lasern i det infraröda området , sedan modifierades den för att avge synligt rött ljus med en våglängd på 632,8 nm [6] .
• Lasrarnas fysik utvecklas fortfarande intensivt. Sedan laserns uppfinning har nästan varje år dykt upp nya typer av den, anpassade för olika ändamål [6] . 1961 skapades en  neodymglaslaser och under de kommande fem åren utvecklades laserdioder , färglasrar , koldioxidlasrar och kemiska lasrar . År 1963  utvecklade J. Alferov (1930-2019) och G. Kremer och Jack Colby ( Nobelpriset i fysik 2000  ) teorin om halvledarheterostrukturer , på grundval av vilken många lasrar skapades.

Den 10 december 2000 tilldelades akademiker vid USSR Academy of Sciences Zh.Alferov tillsammans med Herbert Kremer och D.Kolby Nobelpriset i halvledarfysik i Stockholm för förbättringen av modern IT-teknik, skapandet av en fiberoptisk kabel och principen för cd 💿-diskar som läser i systemdiskenheter. PC-block. 1963 patenterades IR-lasern av de sovjetiska kvantfysikerna N. Basov och A. Prokhorov tillsammans med den amerikanske fysikern Ch. Towns (Columbia University). 1964 fick de Nobelpriset i fysik för kvantelektronik.

Hur det fungerar

Den fysiska grunden för laserns funktion är fenomenet stimulerad (inducerad) strålning [8] . Kärnan i fenomenet är att en exciterad atom (eller annat kvantsystem ) kan sända ut en foton under påverkan av en annan foton utan dess absorption, om den senares energi är lika med energiskillnaden mellan atomens nivåer före och efter strålning. I det här fallet är den emitterade fotonen koherent till fotonen som orsakade strålningen (det är dess "exakta kopia"). Så förstärks ljuset . Detta fenomen skiljer sig från spontan emission , där de emitterade fotonerna har slumpmässiga utbredningsriktningar, polarisation och fas [9] [10] .

Sannolikheten att en slumpmässig foton kommer att orsaka inducerad emission av en exciterad atom är exakt lika med sannolikheten för absorption av denna foton av en atom i ett oexciterat tillstånd [11] . Därför, för att förstärka ljus, är det nödvändigt att det finns fler exciterade atomer i mediet än oexciterade (den så kallade populationsinversionen ). I tillståndet av termodynamisk jämvikt är detta villkor inte uppfyllt, därför används olika system för att pumpa det laseraktiva mediet ( optiskt , elektriskt , kemiskt , etc.) [12] .

Den primära källan till generering är processen för spontan emission, därför, för att säkerställa kontinuiteten i generationer av fotoner, är förekomsten av en positiv återkoppling nödvändig , på grund av vilken de emitterade fotonerna orsakar efterföljande handlingar av stimulerad emission. För att göra detta placeras laserns aktiva medium i en optisk resonator . I det enklaste fallet består den av två speglar installerade mittemot varandra, varav en är genomskinlig - genom den lämnar laserstrålen delvis resonatorn. Reflekterande från speglarna passerar strålningsstrålen upprepade gånger genom resonatorn, vilket orsakar inducerade övergångar i den. Strålningen kan vara antingen kontinuerlig eller pulsad. Samtidigt, med hjälp av olika enheter (roterande prismor , Kerr-celler , etc.) för att snabbt stänga av och slå på återkoppling och därigenom minska pulsperioden, är det möjligt att skapa förutsättningar för att generera strålning med mycket hög effekt (den så- kallas jättepulser ) [9] . Detta läge för laserdrift kallas Q -switched mode .

Strålningen som genereras av lasern är monokromatisk (av en eller en diskret uppsättning våglängder ), eftersom sannolikheten för att sända ut en foton med en viss våglängd är större än den för en nära belägen spektrallinje associerad med breddningen, och följaktligen sannolikheten för inducerade övergångar vid denna frekvens har också ett maximum. Därför kommer fotoner med en given våglängd gradvis under genereringsprocessen att dominera över alla andra fotoner [12] . Dessutom, på grund av det speciella arrangemanget av speglarna, lagras endast de fotoner som utbreder sig i en riktning parallell med resonatorns optiska axel på ett litet avstånd från den i laserstrålen, resten av fotonerna lämnar snabbt resonatorn volym. Således har laserstrålen en mycket liten divergensvinkel [13] . Slutligen har laserstrålen en strikt definierad polarisation . För att göra detta införs olika polarisatorer i resonatorn , till exempel kan de vara plana glasplattor installerade i en Brewster-vinkel mot laserstrålens utbredningsriktning [14] .

Laserenhet

Alla lasrar består av tre huvuddelar:

• aktiv (arbets)miljö;
• pumpsystem (energikälla);
• optisk resonator (kan saknas om lasern arbetar i förstärkarläge).

Var och en av dem tillhandahåller laserns funktion för att utföra sina specifika funktioner.

Aktiv miljö

För närvarande används olika aggregattillstånd av materia som ett fungerande lasermedium : fast , flytande , gasformig , plasma [15] . I det normala tillståndet bestäms antalet atomer i exciterade energinivåer av Boltzmann-fördelningen [16] :

där N  är antalet atomer i ett exciterat tillstånd med energi E , N 0  är antalet atomer i grundtillståndet (energin är noll), k  är Boltzmann-konstanten , T  är mediets temperatur . Det finns med andra ord färre sådana atomer i ett exciterat tillstånd än i grundtillståndet, så sannolikheten att en foton som fortplantar sig genom ett medium kommer att orsaka stimulerad emission är också liten jämfört med sannolikheten för dess absorption. Därför förbrukar en elektromagnetisk våg , som passerar genom ämnet, sin energi på excitation av atomer. I detta fall minskar strålningsintensiteten enligt Bouguer -lagen [2] :

där I 0  är den initiala intensiteten, I l  är intensiteten för den strålning som passerat sträckan l i ämnet, a 1  är ämnets absorptionsindex . Eftersom beroendet är exponentiellt absorberas strålningen mycket snabbt.

I fallet när antalet exciterade atomer är större än antalet oexciterade (det vill säga i tillståndet av befolkningsinversion), är situationen rakt motsatt. Akter av stimulerad emission råder över absorption, och emissionen förstärks enligt lagen [2] :

där a 2  är kvantförstärkningen. I riktiga lasrar sker förstärkning tills mängden energi som kommer på grund av stimulerad emission blir lika med mängden energi som går förlorad i resonatorn [17] . Dessa förluster är förknippade med mättnaden av den metastabila nivån av arbetsämnet, varefter pumpenergin endast används för dess uppvärmning, såväl som med närvaron av många andra faktorer (spridning av medelinhomogeniteter, absorption av föroreningar , ofullkomlighet av reflekterande speglar, användbar och oönskad strålning i miljön etc.) ) [2] .

Pumpsystem

Olika mekanismer används för att skapa en omvänd population av lasermediet. I solid-state lasrar utförs det genom bestrålning med kraftfulla gasurladdningsblixtlampor , fokuserad solstrålning (den så kallade optiska pumpningen) och strålning från andra lasrar (i synnerhet halvledare) [9] [18] . I det här fallet är det möjligt att endast arbeta i ett pulserat eller repetitivt pulsat läge, eftersom mycket höga pumpenergitätheter krävs , vilket orsakar stark uppvärmning och förstörelse av den arbetande substansstaven under långvarig exponering [19] . Gas- och vätskelasrar (se helium-neonlaser , färglaser ) använder elektrisk urladdningspumpning . Dessa lasrar arbetar kontinuerligt. Pumpningen av kemiska lasrar sker genom flödet av kemiska reaktioner i deras aktiva medium . I detta fall sker populationsinversionen antingen direkt i reaktionsprodukterna eller i speciellt införda föroreningar med en lämplig struktur av energinivåer. Halvledarlasrar pumpas av en stark likström genom en pn-övergång och även av en elektronstråle . Det finns andra pumpningsmetoder (gasdynamiska, bestående i en skarp kylning av förvärmda gaser ; fotodissociation , ett specialfall av kemisk pumpning, etc.) [17] .

Det klassiska trenivåsystemet för pumpning av arbetsmediet används till exempel i en rubinlaser. Ruby är en kristall av Al 2 O 3 korund dopad med en liten mängd Cr 3+ kromjoner , som är källan till laserstrålning. På grund av påverkan av det elektriska fältet i kristallgittret av korund delas den externa energinivån av krom E 2 (se Stark-effekt ). Det är detta som gör det möjligt att använda icke-monokromatisk strålning som pump [9] . I detta fall går atomen från grundtillståndet med energi E 0 till ett exciterat tillstånd med energi runt E 2 . En atom kan stanna i detta tillstånd under en relativt kort tid (i storleksordningen 10 −8 s ), en icke-strålningsövergång till E 1 -nivån sker nästan omedelbart , vid vilken atomen kan stanna mycket längre (upp till 10 −3 s ). ), detta är den så kallade metastabila nivån . Det finns en möjlighet att implementera inducerad emission under påverkan av andra slumpmässiga fotoner. Så snart det finns fler atomer i det metastabila tillståndet än i huvudsak, börjar genereringsprocessen [17] [20] .

Det är omöjligt att skapa en populationsinversion av Cr-atomer genom att pumpa direkt från E 0 - nivån till E 1 - nivån . Detta beror på det faktum att om absorption och stimulerad emission sker mellan två nivåer, så fortgår båda dessa processer i samma takt. Därför kan pumpning i det här fallet endast utjämna populationerna på de två nivåerna, vilket inte räcker för att generering ska ske [9] .

I vissa lasrar, till exempel i neodymlasrar, där strålning genereras på Nd3 + neodymjoner , används ett pumpschema med fyra nivåer. Här, mellan den metastabila E 2 och huvudnivån E 0 , finns en mellanliggande arbetsnivå E 1 . Stimulerad emission uppstår när en atom passerar mellan nivåerna E 2 och E 1 . Fördelen med detta schema är att det i det här fallet är lätt att uppfylla det omvända befolkningsvillkoret, eftersom livslängden för den övre arbetsnivån ( E 2 ) är flera storleksordningar längre än livslängden för den lägre nivån ( E 1 ). Detta minskar avsevärt kraven på pumpkällan [17] . Dessutom gör ett sådant schema det möjligt att skapa kontinuerliga våglasrar med hög effekt, vilket är mycket viktigt för vissa applikationer [15] . Sådana lasrar har dock en betydande nackdel i form av låg kvantverkningsgrad, som definieras som förhållandet mellan energin hos den emitterade fotonen och energin hos den absorberade pumpfotonen (η quantum = hν strålning / hν pump )

Optisk resonator

Laserspeglar säkerställer inte bara förekomsten av positiv återkoppling, utan fungerar också som en resonator, som stöder vissa lasergenererade lägen som motsvarar de stående vågorna hos en given resonator [21] och undertrycker andra [16] . Om ett heltal av halvvågor n passar på resonatorns optiska längd L :

då ändrar inte sådana vågor, som passerar genom resonatorn, sin fas och, på grund av interferens, förstärker varandra. Alla andra vågor med täta frekvenser tar gradvis ut varandra. Således bestäms spektrumet av naturliga frekvenser för den optiska resonatorn av förhållandet:

där c  är ljusets hastighet i vakuum . Intervallet mellan intilliggande resonatorfrekvenser är desamma och lika

På grund av olika orsaker ( dopplerbreddning , externa elektriska och magnetiska fält, kvantmekaniska effekter etc.) har linjerna i strålningsspektrumet alltid en ändlig bredd. Därför kan situationer uppstå när bredden på spektrallinjen (termen " förstärkningsband” används inom laserteknik) passar flera naturliga frekvenser i resonatorn. I detta fall kommer laserstrålningen att vara multimode [22] . Synkronisering av dessa lägen gör det möjligt att säkerställa att strålningen är en sekvens av korta och kraftfulla pulser. Om emellertid endast en frekvens förekommer i laserstrålningen, uttrycks i detta fall resonansegenskaperna hos spegelsystemet svagt mot bakgrund av spektrallinjens resonansegenskaper [12] .

I en mer rigorös beräkning är det nödvändigt att ta hänsyn till att vågor som utbreder sig inte bara parallellt med resonatorns optiska axel, utan också i en liten vinkel mot den, förstärks. Förstärkningsvillkoret tar sedan formen [16] :

Detta leder till det faktum att intensiteten hos laserstrålen är olika vid olika punkter i planet vinkelrät mot denna stråle. Det finns ett system av ljusa fläckar åtskilda av mörka nodallinjer. För att eliminera dessa oönskade effekter används olika membran som sprider filamenten, och olika scheman av optiska resonatorer används också [23] .

Klassificering av lasrar

• Solid-state lasrar på självlysande fasta media ( dielektriska kristaller och glas). Som aktivatorer används vanligtvis joner av sällsynta jordartsmetaller eller joner av järngruppen Fe . Pumpningen är optisk och från halvledarlasrar , utförd enligt ett tre- eller fyranivåschema. Moderna solid-state lasrar kan fungera i pulsade, cw och quasi-cw lägen [18] .
• Halvledarlasrar . Formellt är de också fasta tillstånd, men de särskiljs traditionellt i en separat grupp, eftersom de har en annan pumpmekanism (injektion av överskott av laddningsbärare genom en pn-övergång eller heteroövergång , elektrisk nedbrytning i ett starkt fält, bombardering av snabba elektroner ), och kvantövergångar sker mellan tillåtna energiband och inte mellan diskreta energinivåer . Halvledarlasrar är den vanligaste typen av lasrar i vardagen [24] . Dessutom används de inom spektroskopi , i pumpsystem för andra lasrar och även inom medicin (se fotodynamisk terapi ).
  • Vertically Emitting Lasers (VCSELs) - "Vertical Cavity Surface Emitting Laser" är en typ av diodhalvledarlaser som avger ljus i en riktning vinkelrät mot kristallytan, till skillnad från konventionella laserdioder som emitterar i ett plan parallellt med ytan av kristallen. oblat.
• Färglasrar . En typ av laser som använder en fluorescerande lösning som ett aktivt medium för att bilda brett spektrum av organiska färgämnen . Laserövergångar inträffar mellan olika vibrationsundernivåer av de första exciterade och jordade elektroniktillstånden. Optisk pumpning, kan arbeta i kontinuerliga och pulsade lägen. Huvudfunktionen är möjligheten att ställa in strålningsvåglängden inom ett brett område. De används i spektroskopiska studier [25] .
• Gaslasrar  är lasrar vars aktiva medium är en blandning av gaser och ångor . De kännetecknas av hög effekt, monokromaticitet, såväl som en smal strålningsdirektivitet. De arbetar i kontinuerliga och pulsade lägen. Beroende på pumpsystemet delas gaslasrar in i gasurladdningslasrar, gaslasrar med optisk excitation och excitation av laddade partiklar (till exempel kärnpumpade lasrar [26] , i början av 80-talet var missilförsvarssystem baserade på dem testade [27] , dock utan större framgång [28] ), gasdynamiska och kemiska lasrar. Beroende på typen av laserövergångar särskiljs gaslasrar baserade på atomära övergångar, jonlasrar, molekylära lasrar baserade på elektroniska, vibrations- och rotationsövergångar av molekyler och excimerlasrar [29] .
  • Gasdynamiska lasrar  är gaslasrar med termisk pumpning, där populationsinversion skapas mellan de exciterade vibrationsrotationsnivåerna hos heteronukleära molekyler genom adiabatisk expansion av en gasblandning som rör sig med hög hastighet (vanligtvis N 2 + CO 2 + He eller N 2 + CO 2 + H 2 O , arbetsämnet är CO 2 , se Koldioxidlaser ) [30] .
  • Excimerlasrar  är en typ av gaslasrar som verkar på energiövergångarna hos excimermolekyler ( ädelgasdimerer , såväl som deras monohalider ), som bara kan existera under en tid i exciterat tillstånd. Pumpning utförs genom att en elektronstråle passerar genom gasblandningen, under vilken atomerna övergår i ett exciterat tillstånd med bildandet av excimerer, som faktiskt är ett medium med populationsinversion . Excimerlasrar kännetecknas av höga energiegenskaper, en liten spridning av genereringsvåglängden och möjligheten till dess mjuka inställning över ett brett område [31] .
  • Kemiska lasrar  är ett slags lasrar, vars energikälla är kemiska reaktioner mellan komponenterna i arbetsmediet (blandning av gaser). Laserövergångar inträffar mellan de exciterade vibrationsrotations- och marknivåerna hos reaktionsprodukternas sammansatta molekyler. För implementering av kemiska reaktioner i miljön är den konstanta närvaron av fria radikaler nödvändig , för vilka olika metoder för att påverka molekyler för att dissociera dem används. De kännetecknas av ett brett generationsspektrum i den nära infraröda regionen , en hög effekt av kontinuerlig och pulsad strålning [32] .
• Frielektronlasrar  är lasrar vars aktiva medium är en ström av fria elektroner som oscillerar i ett externt elektromagnetiskt fält (på grund av vilket strålning utförs) och fortplantar sig med en relativistisk hastighet i strålningsriktningen. Huvudfunktionen är möjligheten till mjuk bredviddsjustering av genereringsfrekvensen. Det finns ubitrons och scattrons , pumpningen av den första utförs i det spatialt periodiska statiska fältet av undulatorn , den andra - av ett kraftfullt fält av en elektromagnetisk våg. Det finns också cyklotronresonanslasrar och strofotroner , baserade på elektronbremsstrahlung, såväl som flymatroner , som använder effekten av Cherenkov och övergångsstrålning . Eftersom varje elektron sänder ut upp till 10 8 fotoner, är fria elektronlasrar i själva verket klassiska enheter och beskrivs av lagarna för klassisk elektrodynamik [33] .
• Kvantkaskadlasrar  är halvledarlasrar som sänder ut i mitten och långt infraröd [34] . Till skillnad från konventionella halvledarlasrar, som emitterar genom forcerade övergångar mellan tillåtna elektron- och hålnivåer åtskilda av halvledarbandgapet , uppstår strålningen från kvantkaskadlasrar när elektroner passerar mellan skikten i halvledarheterostrukturen och består av två typer av strålar, och den sekundära strålen har mycket ovanliga egenskaper och kräver inte stora mängder energi [35] .

• Fiberlaser  - en laser vars resonator är byggd på basis av en optisk fiber , inuti vilken strålning genereras helt eller delvis. Med en helt fiberimplementering kallas en sådan laser en helfiberlaser, med den kombinerade användningen av fiber och andra element i laserdesignen kallas den för en fiberdiskret eller hybrid.
• Andra typer av lasrar, vars principer utvecklas för närvarande är prioriterade inom forskningen ( röntgenlasrar [36] , gammalasrar [37] etc.).

Användningen av lasrar

Sedan deras uppfinning, har lasrar visat sig vara "off-the-shelf lösningar på ännu okända problem" [38] . På grund av laserstrålningens unika egenskaper används de i många grenar av vetenskap och teknik, såväl som i vardagen ( CD-spelare , laserskrivare , streckkodsläsare , laserpekare , etc.). Den lätt uppnåbara höga strålningsenergitätheten möjliggör lokal värmebehandling och relaterad bearbetning ( skärning , svetsning , lödning , gravering ). Exakt styrning av den varma zonen gör det möjligt att svetsa material som inte kan svetsas med konventionella metoder (t.ex. keramik och metall ). Laserstrålen kan fokuseras till en punkt med en diameter i storleksordningen mikron , vilket gör det möjligt att använda den i mikroelektronik för precisionsbearbetning av material (skärning av halvledarkristaller, borrning av extremt tunna hål i kretskort ) [39] . Lasermärkning och konstnärlig gravering av produkter gjorda av olika material [40] (inklusive tredimensionell gravering av transparenta material) har också fått bred tillämpning . Lasrar används för att erhålla ytbeläggningar av material ( laserlegering , laserbeklädnad , vakuumlaseravsättning ) för att öka deras slitstyrka . Under laserbearbetning av material påverkas de inte mekaniskt , uppvärmningszonen är liten, så endast små termiska deformationer uppstår . Dessutom kan hela den tekniska processen automatiseras helt. Laserbearbetning kännetecknas därför av hög precision och produktivitet.

Lasrar används i holografi för att skapa själva hologrammen och få en holografisk volymetrisk bild. Vissa lasrar, såsom färglasrar , kan generera monokromatiskt ljus av nästan vilken våglängd som helst, medan strålningspulser kan nå 10-16 s , och följaktligen enorma krafter ( de så kallade jättepulserna ). Dessa egenskaper används i spektroskopi , såväl som i studiet av olinjära optiska effekter . Med hjälp av laser var det möjligt att mäta avståndet till månen med en noggrannhet på flera centimeter. Laseravstånd från rymdobjekt har förfinat värdena för ett antal grundläggande astronomiska konstanter och bidragit till förfining av parametrarna för rymdnavigering , utökad förståelse av atmosfärens struktur och ytan på solsystemets planeter [ 17 ] . I astronomiska teleskop utrustade med ett adaptivt optiskt system för att korrigera atmosfäriska förvrängningar, används en laser för att skapa artificiella referensstjärnor i den övre atmosfären.

Användningen av lasrar inom metrologi och mätteknik är inte begränsad till att mäta avstånd. Lasrar hittar en mängd olika applikationer här: för att mäta tid, tryck, temperatur, flödeshastigheter för vätskor och gaser, vinkelhastighet ( lasergyroskop ), koncentration av ämnen, optisk densitet, olika optiska parametrar och egenskaper, i vibrometri, etc.

Ultrakorta laserpulser används inom laserkemi för att driva och analysera kemiska reaktioner . Här gör laserstrålning det möjligt att säkerställa exakt lokalisering, dosering, absolut sterilitet och en hög energiinmatning i systemet [41] . För närvarande utvecklas olika laserkylningssystem [42] , och möjligheterna att implementera kontrollerad termonukleär fusion med hjälp av lasrar övervägs . Lasrar används också för militära ändamål, såsom vägledning och siktehjälpmedel . Varianter av skapande på grundval av högeffektlasrar av stridssystem för skydd av luft-, havs- och landbaserade [43] [44] övervägs .

Inom medicin används lasrar som blodlösa skalpeller och används vid behandling av oftalmiska sjukdomar ( starr , näthinneavlossning , lasersynkorrigering , etc.). De används också i stor utsträckning inom kosmetologi ( hårborttagning med laser , behandling av vaskulära och pigmenterade huddefekter, laserpeeling , borttagning av tatueringar och åldersfläckar ) [45] .

För att studera interaktionen mellan laserstrålning och materia och erhålla kontrollerad termonukleär fusion byggs stora laserkomplex vars effekt kan överstiga 1 PW .

Laserkommunikation

För närvarande utvecklas den så kallade laserkommunikationen snabbt . Det är känt att ju högre bärfrekvens kommunikationskanalen har, desto större är dess bandbredd [2] . Därför tenderar radiokommunikation att gå över till allt kortare våglängder. Våglängden på en ljusvåg är i genomsnitt sex storleksordningar mindre än radioområdets våglängd, därför kan en mycket större mängd information sändas med hjälp av laserstrålning . Laserkommunikation utförs både över öppna och slutna ljusledarstrukturer, till exempel över optisk fiber . Ljus på grund av fenomenet total intern reflektion kan fortplanta sig längs det över långa avstånd, praktiskt taget utan att försvagas [46] .

Lasersäkerhet

Vilken som helst, även en lågeffektlaser, är en fara för människans syn. Lasern används ofta i vardagen, på konserter, musikevenemang. Många fall av retinala brännskador har registrerats [ 47 ] , vilket ledde till tillfällig eller fullständig blindhet.

Filmer

• 1971 släppte Odessa Film Studio långfilmen "Blue Sky" (Regissör: Mark Tolmachev, manusförfattare: Igor Neverov, kameraman: Fedor Silchenko) - om början av lasereran inom medicinen, nämligen inom oftalmologi . Handlingen i bilden utspelar sig inom väggarna på det vetenskapliga institutet för ögonsjukdomar. V. P. Filatova vid Akademin för medicinska vetenskaper i Ukraina . Prototypen av huvudpersonen, doktor Andrey Taran, var prof. L. A. Linnik , som för första gången i världen 1963 använde laserstrålning för koagulering av näthinnan.
• 1985 släppte filmstudion " Lennauchfilm " den populärvetenskapliga filmen "Ray Constructors" (regissör - A. Slobodskoy, kameraman V. Petrov ). Filmen är tillägnad forskning inom området lasrar vid Institutet för allmän fysik vid USSR Academy of Sciences , som leds av akademikern A. M. Prokhorov .
• Hemligheter med glömda segrar. Beam Lords [1] . Dokumentär. Regisserad av Alexei Vakhrushev. Texten läses av Vasily Lanovoy. CJSC "Intellekt"

Anteckningar

1. ↑ Elyashevich M.A. Einstein-koefficienter // Physical Encyclopedia  : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1999. - V. 5: Stroboskopiska enheter - Ljusstyrka. - S. 497. - 692 sid. — 20 000 exemplar.  — ISBN 5-85270-101-7 .
2. ↑ 1 2 3 4 5 S. Trankovsky. LASER (optisk kvantgenerator) . Krugosvet.ru. Hämtad 28 juli 2009. Arkiverad från originalet 24 augusti 2011. (obestämd)
3. ↑ Dirac PAM (1927). Kvantteorin om emission och absorption av strålning . Kungliga sällskapets handlingar A . 114 . pp. 243-265. (Engelsk)
4. ↑ 1 2 3 4 5 Alexey Levin. Quantum Beacon: Berättelsen om en av 1900-talets viktigaste uppfinningar, lasern . Popmech.ru (1 juni 2006). Hämtad 28 juli 2009. Arkiverad från originalet 24 augusti 2011. (obestämd)
5. ↑ Ivar Waller. Nobelpriset i fysik 1966 : Presentationstal  . Elsevier Publishing Company (1972). Tillträdesdatum: 20 juli 2009. Arkiverad från originalet den 24 augusti 2011.
6. ↑ 1 2 3 François Balembois och Sebastien Forget. Laser : Fundamentals // Några viktiga datum  . Optik4 ingenjörer. Hämtad 11 december 2013. Arkiverad från originalet 16 december 2013.
7. ↑ Maiman, TH Stimulerad optisk strålning i rubin   // Nature . - 1960. - Vol. 187 , nr. 4736 . - s. 493-494 . - doi : 10.1038/187493a0 .
8. ↑ Sivukhin D.V. Allmän kurs i fysik. Optik. - M . : Nauka , 1985. - T. 4. - S. 704-706. — 735 sid.
9. ↑ 1 2 3 4 5 Oraevsky A. N. Laser // Ed. ME Zhabotinsky Quantum elektronik. Litet uppslagsverk. - M . : "Sovjetisk uppslagsverk" , 1969. - S. 89-118 .
10. ↑ R. Feynman , R. Layton, M. Sands. 3 - strålning, vågor, kvanta; 4 - kinetik, värme, ljud // Feynman föreläsningar om fysik . - 3:e uppl. - M . : Mir, 1976. - T. 1. - S. 311-315. — 496 sid.
11. ↑ Einstein A. Strahlungs-emission und -absorption nach der Quantentheorie  (tyska)  // Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. - 1916. - Bd. 18 . — S. 318 .
12. ↑ 1 2 3 Oraevsky A. N. Laser // Physical Encyclopedia  : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Soviet Encyclopedia , 1990. - T. 2: Kvalitetsfaktor - Magneto-optik. - S. 546-552. - 704 sid. — 100 000 exemplar.  — ISBN 5-85270-061-4 .
13. ↑ François Balembois och Sebastien Forget. Laser : Fundamentals // Rumsliga egenskaper hos den utsända laserstrålen  (engelska)  (länk ej tillgänglig) . Prn1.univ-lemans.fr. Hämtad 30 juli 2009. Arkiverad från originalet 6 juni 2008.
14. ↑ Redkin Yu. N. Del 5. Atomens fysik, fasta kropp och atomkärna // Kurs i allmän fysik. - Kirov: VyatGGU, 2006. - S. 57. - 152 sid.
15. ↑ 1 2 Sivukhin D.V. Allmän kurs i fysik. — Upplaga 2:a. - M . : Science , 1985. - T. IV. Optik. - S. 714-721. — 735 sid.
16. ↑ 1 2 3 Sivukhin D.V. Allmän kurs i fysik. — Upplaga 2:a. - M . : Science , 1985. - T. IV. Optik. - S. 703-714. — 735 sid.
17. ↑ 1 2 3 4 5 Zhabotinsky M.E. Laser (optisk kvantgenerator) // Physical Encyclopedic Dictionary / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Soviet Encyclopedia, 1983. - S. 337-340. — 928 sid. — 100 000 exemplar.
18. ↑ 1 2 Shcherbakov I. A. Solid-state laser // Physical Encyclopedia  : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1999. - V. 5: Stroboskopiska enheter - Ljusstyrka. - S. 49-50. — 692 sid. — 20 000 exemplar.  — ISBN 5-85270-101-7 .
19. ↑ Francesson A.V. Pumping // Fysisk uppslagsverk  : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3: Magnetoplasmic - Poyntings teorem. - S. 239-241. — 672 sid. - 48 000 exemplar.  — ISBN 5-85270-019-3 .
20. ↑ François Balembois och Sebastien Forget. Laser : Fundamentals // Spektroskopiska system som används för att skapa en laser  (engelska)  (länk ej tillgänglig) . Prn1.univ-lemans.fr. Hämtad 28 juli 2009. Arkiverad från originalet 6 juni 2008.
21. ↑ Sivukhin D.V. Allmän kurs i fysik. Elektricitet. - M . : Science , 1985. - T. 3. - S. 624-627. - 713 sid.
22. ↑ François Balembois och Sebastien Forget. Laser : Fundamentals // Driftsförhållanden för kaviteten  (engelska)  (länk ej tillgänglig) . Prn1.univ-lemans.fr. Hämtad 31 juli 2009. Arkiverad från originalet 6 juni 2008.
23. ↑ Bykov V.P. Optisk resonator // Physical encyclopedia  : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3: Magnetoplasmic - Poyntings teorem. - S. 454-457. — 672 sid. - 48 000 exemplar.  — ISBN 5-85270-019-3 .
24. ↑ Eliseev P. G. Halvledarlaser // Physical Encyclopedia  : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1994. - V. 4: Poynting - Robertson - Streamers. - S. 51-55. - 704 sid. - 40 000 exemplar.  - ISBN 5-85270-087-8 .
25. ↑ Rubinov A.N. Färglasrar // Physical Encyclopedia  : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Soviet Encyclopedia , 1990. - T. 2: Kvalitetsfaktor - Magneto-optik. - S. 564. - 704 sid. — 100 000 exemplar.  — ISBN 5-85270-061-4 .
26. ↑ Yakovlenko S.I. Kärnpumpad laser // Physical Encyclopedia  : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Soviet Encyclopedia , 1990. - T. 2: Kvalitetsfaktor - Magneto-optik. - S. 552. - 704 sid. — 100 000 exemplar.  — ISBN 5-85270-061-4 .
27. ↑ Hecht, Jeff. Röntgenlaserns historia  (neopr.)  // Optik och fotoniknyheter. - Optical Society of America, 2008. - Maj ( vol. 19 , nr 5 ). - S. 26-33 .  (Engelsk)
28. ↑ United States Nuclear Tests 1945-1992  (eng.) (pdf)  (länk ej tillgänglig) . USA:s energidepartement. Hämtad 16 augusti 2009. Arkiverad från originalet 24 augusti 2011.
29. ↑ Petrash G. G. Gaslaser // Fysisk uppslagsverk  : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Soviet Encyclopedia , 1988. - T. 1: Aharonov - Bohm-effekt - Långa rader. - S. 381. - 707 sid. — 100 000 exemplar.
30. ↑ Biryukov A.S. Gasdynamisk laser // Physical Encyclopedia  : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Soviet Encyclopedia , 1988. - T. 1: Aharonov - Bohm-effekt - Långa rader. - S. 381-382. — 707 sid. — 100 000 exemplar.
31. ↑ A.V. Yeletsky. Excimerlaser // Fysisk uppslagsverk  : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1999. - V. 5: Stroboskopiska enheter - Ljusstyrka. - S. 500-501. — 692 sid. — 20 000 exemplar.  — ISBN 5-85270-101-7 .
32. ↑ Yeletsky A.V. Kemisk laser // Physical Encyclopedia  : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1999. - V. 5: Stroboskopiska enheter - Ljusstyrka. - S. 411-412. — 692 sid. — 20 000 exemplar.  — ISBN 5-85270-101-7 .
33. ↑ Bratman V. L., Ginzburg N. S. Frielektronlasrar // Physical Encyclopedia  : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Soviet Encyclopedia , 1990. - T. 2: Kvalitetsfaktor - Magneto-optik. - S. 564-566. - 704 sid. — 100 000 exemplar.  — ISBN 5-85270-061-4 .
34. ↑ Faist J. et al. Quantum Cascade Laser  (engelska)  // Science. - 1994. - April ( vol. 264 , nr 5158 ). - S. 553-556 . - doi : 10.1126/science.264.5158.553 . — PMID 17732739 .  (Engelsk)
35. ↑ Kazarinov RF, Suris RA Möjlighet till förstärkning av elektromagnetiska vågor i en halvledare med ett supergitter  (engelska)  // Fizika i Tekhnika Poluprovodnikov : journal. - 1971. - April ( vol. 5 , nr 4 ). - P. 797-800 .  (Engelsk)
36. ↑ Andreev A. V. Röntgenlaser // Physical Encyclopedia  : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1994. - V. 4: Poynting - Robertson - Streamers. - S. 365-366. - 704 sid. - 40 000 exemplar.  - ISBN 5-85270-087-8 .
37. ↑ Andreev A.V. Gammalaser // Physical Encyclopedia  : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Soviet Encyclopedia , 1988. - T. 1: Aharonov - Bohm-effekt - Långa rader. - S. 411-412. — 707 sid. — 100 000 exemplar.
38. ↑ Townes CH Den första lasern // A Century of Nature: Twenty-One Discoveries that Changed Science and the World . - University of Chicago Press, 2003. - S. 107-112. - ISBN 0-226-28413-1 .  (Engelsk)
39. ↑ Laserskärning och hålslagning . Laser-reserv.ru. Hämtad 6 augusti 2009. Arkiverad från originalet 24 augusti 2011. (obestämd)
40. ↑ Naydenov A. Och vad mer kan göras av naturligt trä med hjälp av en laser? (inte tillgänglig länk) . I-laser.ru (24 januari 2008). Hämtad 7 augusti 2009. Arkiverad från originalet 24 januari 2012. (obestämd) 
41. ↑ Karlov N. V. Laserkemi // Physical Encyclopedia  : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Soviet Encyclopedia , 1990. - T. 2: Kvalitetsfaktor - Magneto-optik. - S. 340-341. - 704 sid. — 100 000 exemplar.  — ISBN 5-85270-061-4 .
42. ↑ Laserkylning och infångning av neutrala atomer (otillgänglig länk) . Institutet för spektroskopi RAS. Hämtad 6 augusti 2009. Arkiverad från originalet 3 december 2011. (obestämd) 
43. ↑ Sakov V. Combat 100-kW Northrop Grumman-laser. Nästan portabel . 3dnews.ru (21 mars 2009). Hämtad 7 augusti 2009. Arkiverad från originalet 7 juli 2009. (obestämd)
44. ↑ Pae, Peter. Northrop Advance bringar era av laserpistolen närmare  // Los Angeles Times  . — 2009-03-19. — P.B2 .
45. ↑ Lasrar för kirurgi och kosmetologi . Medlaser.ru. Hämtad 7 augusti 2009. Arkiverad från originalet 24 augusti 2011. (obestämd)
46. ↑ Ievsky A. V., Stelmakh M. F. [bse.sci-lib.com/article084692.html Optisk kommunikation] // Ed. A. M. Prokhorova stora sovjetiska uppslagsverket . — M .: Soviet Encyclopedia , 1977.
47. ↑ Bländande show: Publiken förlorade synen på konserten . Hämtad 19 september 2014. Arkiverad från originalet 29 september 2015. (obestämd)

Litteratur

• Tarasov LV Fysik för processer i generatorer av koherent optisk strålning . - M . : Radio och kommunikation, 1981. - 440 sid. Arkiverad 17 oktober 2007 på Wayback Machine
• Kondilenko I. I., Korotkov P. A., Khizhnyak A. I. Lasrarnas fysik . - Kiev: Vishcha-skolan, 1984. - 232 s.  (inte tillgänglig länk)
• Zvelto O. Principer för lasrar . — M .: Mir, 1990. — 559 sid. — ISBN 5-03-001053-X .
• Brunner V. Handbok i laserteknik: Per. med honom. — M. : Energoatomizdat, 1991. — 544 sid. — ISBN 5-283-02480-6 .
• Kvantelektronik. Litet uppslagsverk. / Ed. M. E. Zhabotinsky. - M . : "Sovjetisk uppslagsverk" , 1969. - 500 s.
• Tarasov L. V. Lasrar. Verklighet och hopp . - M . : Science , 1985. - T. 42. - 176 sid. — (Bibliotek "Quantum"). Arkiverad 25 februari 2010 på Wayback Machine
• Wagner SD Optiska kvantgeneratorer: En lärobok för en specialkurs. - Petrozavodsk, 1991.
• William T. Silfvast. Grundläggande laser. - New York: Cambridge University Press, 1996. - ISBN 0-521-55617-1 .  (Engelsk)
• Till 50-årsdagen av skapandet av lasrar  // UFN . - 2011. - T. 181 . (ryska)
• Koebner G. Industriell tillämpning av lasrar. - M., Mashinostroenie , 1988. - ISBN 5-217-00266-2 . – Upplaga 19700 exemplar. — 280 s.

Ytterligare läsning

• Maitland, A., Dunn, M. Introduktion till laserfysik. - M., Mir , 1978. - 408 sid.

Länkar

• Lista över artiklar publicerade i UFN om ämnet "Lasrar" ( PACS : 42.55.-f Lasers)
• Kvantljuset: berättelsen om en av 1900-talets viktigaste uppfinningar, lasern
• laser portal
• NSU utbildningsmaterial om lasrar och fotonik
• Sam's Laser FAQ: En praktisk guide till lasrar för experimenterare och hobbyister (delvis rysk översättning)
• Sam's Laser FAQ: A Practical Guide to Lasers for Experimenters and  Hobbyists
• källor. Laser: Fundamentals (François BALEMBOIS - och Sébastien FORGET  )
• Kraftfull gör-det-själv-laser på en kväll
• Från historien om skapandet av högenergilasrar och lasersystem i Sovjetunionen  (otillgänglig länk) , professor, Ph.D. P. V. Zarubin, doktor i tekniska vetenskaper S. D. Polskikh
• Biologisk cellbaserad laser

Tematiska platser	Jättebomb
Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor norsk Stor ryss runt världen Britannica (online) Universalis Universalis Universalis Moderna Ukraina
I bibliografiska kataloger BNE : XX524415 BNF : 119428293 GND : 4034610-9 J9U : 987007555606405171 LCCN : sh85074788 NDL : 00569431 NKC : ph122185