Laser

Laser (z anglického laser  , zkratka pro světlo a zesílení pomocí stimulované emise záření , neboli optický kvantový generátor je  zařízení, které přeměňuje energii čerpadla ( světelnou , elektrickou , tepelnou , chemickou atd . ) na energii. koherentní , monochromatické , _ polarizovaný a úzce směrovaný tok záření.

Fyzikálním základem činnosti laseru je kvantově mechanický jev stimulovaného (indukovaného) záření . Laserové záření může být kontinuální, s konstantním výkonem , nebo pulzní , dosahující extrémně vysokých špičkových výkonů. V některých schématech je pracovní prvek laseru použit jako optický zesilovač pro záření z jiného zdroje. Existuje velké množství typů laserů, které jako pracovní médium využívají všechna agregovaná skupenství hmoty . Některé typy laserů, jako jsou lasery s barevným roztokem nebo polychromatické pevnolátkové lasery , mohou generovat celou řadu frekvencí ( mody optické dutiny ) v širokém spektrálním rozsahu. Velikosti laserů se pohybují od mikroskopických u některých polovodičových laserů až po velikost fotbalového hřiště u některých laserů z neodymového skla. Jedinečné vlastnosti laserového záření umožnily jeho využití v různých odvětvích vědy a techniky i v běžném životě , od čtení a zápisu CD , čárových kódů až po výzkum v oblasti řízené termonukleární fúze .

Klíčová data

• 1916 : A. Einstein předpovídá existenci fenoménu stimulované emise  – fyzikálního základu pro provoz jakéhokoli laseru [1] .
• Tento jev získal rigorózní teoretické zdůvodnění v rámci kvantové mechaniky v pracích francouzského vědce a fyzika P. Diraca ( 1902-1984) v letech 1927-1930  . [2] [3]
• 1928 : experimentální potvrzení R. Ladenburga a G. Kopfermanna o existenci stimulované emise. [čtyři]
• V. Fabrikant  a F. Butaeva v roce 1940 předpověděli možnost využití stimulovaného záření média s populační inverzí k zesílení elektromagnetického záření [4] .
• 1950 : A. Kastler ( 1966 Nobelova cena za fyziku ) navrhuje metodu pro optické čerpání média, aby se v něm vytvořila inverzní populace. V praxi implementován v roce 1952 Brosselem , Kastlerem a Winterem [5] . Před vytvořením kvantového generátoru zbýval jeden krok: zavést pozitivní zpětnou vazbu do média , tedy umístit toto médium do rezonátoru [4] .
• 1954 : první mikrovlnný generátor - čpavkový maser ( Ch . Towns , Basov N. G. (1922-2001) a Prochorov A. M. (1916-2001) - Nobelova cena za fyziku v roce 1964 ). Roli zpětné vazby plnil dutinový rezonátor , jehož rozměry byly cca 12,6 mm ( vlnová délka emitovaná při přechodu amoniaku z excitované vibrační hladiny na hlavní) [4] . Pro zesílení elektromagnetického záření optického rozsahu bylo nutné vytvořit dutinový rezonátor, jehož rozměry by byly v řádu mikronů . Kvůli technologickým obtížím s tím spojeným se mnoho vědců v té době domnívalo, že není možné vytvořit generátor viditelného záření [6] .
• 1960 : 16. května T. Meiman předvedl činnost prvního optického kvantového generátoru – laseru [7] . Jako aktivní médium byl použit umělý rubínový krystal ( oxid hlinitý Al 2 O 3 s malou příměsí chromu Cr) a místo dutinového rezonátoru byl použit Fabry-Perotův rezonátor tvořený stříbrnými zrcadlovými povlaky nanesenými na konce krystalu. Tento laser pracoval v pulzním režimu na vlnové délce 694,3 nm [4] . V prosinci téhož roku vznikl helium-neonový laser , který vyzařuje v kontinuálním režimu ( A. Javan , W. Bennett , D. Harriot). Zpočátku laser pracoval v infračervené oblasti , poté byl upraven tak, aby emitoval viditelné červené světlo o vlnové délce 632,8 nm [6] .
• Fyzika laserů se stále intenzivně rozvíjí. Od vynálezu laseru se téměř každý rok objevují jeho nové typy, přizpůsobené pro různé účely [6] . V roce 1961 byl vytvořen neodymový skleněný  laser a během následujících pěti let byly vyvinuty laserové diody , barvivové lasery, oxidy uhličité a chemické lasery . V roce 1963  J. Alferov (1930-2019) a G. Kremer a Jack Colby ( Nobelova cena za fyziku 2000  ) vyvinuli teorii polovodičových heterostruktur , na jejímž základě bylo vytvořeno mnoho laserů.

Akademik Akademie věd SSSR Ž. Alferov s Herbertem Kremerem a D. Kolbym získali 10. prosince 2000 ve Stockholmu Nobelovu cenu za fyziku polovodičů za zdokonalení moderní IT technologie, vytvoření optického kabelu a princip cd 💿-čtení disků v systémových diskových mechanikách.PC blok. V roce 1963 byl IR laser patentován sovětskými kvantovými fyziky N. Basovem a A. Prochorovem spolu s americkým fyzikem Ch. Townsem (Columbia University). V roce 1964 obdrželi Nobelovu cenu za fyziku za kvantovou elektroniku.

Jak to funguje

Fyzikálním základem činnosti laseru je fenomén stimulovaného (indukovaného) záření [8] . Podstatou jevu je, že excitovaný atom (nebo jiný kvantový systém ) je schopen emitovat foton pod vlivem jiného fotonu bez jeho absorpce, pokud je energie druhého fotonu rovna energetickému rozdílu mezi hladinami atomu. před a po ozáření. V tomto případě je emitovaný foton koherentní s fotonem, který záření způsobil (je to jeho „přesná kopie“). Takto se zesiluje světlo . Tento jev se liší od spontánní emise , ve které mají emitované fotony náhodné směry šíření, polarizace a fáze [9] [10] .

Pravděpodobnost , že náhodný foton způsobí indukovanou emisi excitovaného atomu, je přesně rovna pravděpodobnosti absorpce tohoto fotonu atomem v neexcitovaném stavu [11] . Pro zesílení světla je tedy nutné, aby v prostředí bylo více excitovaných atomů než neexcitovaných (tzv. populační inverze ). Ve stavu termodynamické rovnováhy tato podmínka splněna není, proto se používají různé systémy čerpání aktivního média laseru ( optické , elektrické , chemické atd.) [12] .

Primárním zdrojem generování je proces spontánní emise, proto je pro zajištění kontinuity generací fotonů nezbytná existence pozitivní zpětné vazby , díky níž emitované fotony způsobují následné akty stimulované emise. K tomu je aktivní médium laseru umístěno v optickém rezonátoru . V nejjednodušším případě se skládá ze dvou protilehlých zrcadel , z nichž jedno je průsvitné - přes něj laserový paprsek částečně vychází z rezonátoru. Paprsek záření, který se odráží od zrcadel, opakovaně prochází rezonátorem a způsobuje v něm indukované přechody. Záření může být kontinuální nebo pulzní. Zároveň je možné pomocí různých zařízení (rotační hranoly , Kerrovy články atd.) k rychlému vypnutí a zapnutí zpětné vazby a tím zkrácení periody pulzu vytvořit podmínky pro generování záření o velmi vysokém výkonu (tzv. nazývané obří pulsy ) [9] . Tento režim laserového provozu se nazývá Q -spínaný režim .

Záření generované laserem je monochromatické (jedné nebo diskrétní sady vlnových délek ), protože pravděpodobnost emitování fotonu určité vlnové délky je větší než pravděpodobnost emitování blízko umístěné spektrální čáry spojené s rozšířením, a proto je pravděpodobnost indukovaných přechodů na této frekvenci má také maximum. Proto postupně v procesu generování budou fotony dané vlnové délky dominovat nad všemi ostatními fotony [12] . Navíc díky speciálnímu uspořádání zrcadel jsou v laserovém paprsku uloženy pouze ty fotony, které se šíří ve směru rovnoběžném s optickou osou rezonátoru v malé vzdálenosti od ní, zbytek fotonů rychle opustí rezonátor hlasitost. Laserový paprsek má tedy velmi malý úhel divergence [13] . Nakonec má laserový paprsek přesně definovanou polarizaci . K tomu se do rezonátoru zavádějí různé polarizátory , například to mohou být ploché skleněné desky instalované v Brewsterově úhlu ke směru šíření laserového paprsku [14] .

Laserové zařízení

Všechny lasery se skládají ze tří hlavních částí:

• aktivní (pracovní) prostředí;
• čerpací systémy (zdroj energie);
• optický rezonátor (může chybět, pokud laser pracuje v režimu zesilovače).

Každý z nich zajišťuje provoz laseru k plnění jeho specifických funkcí.

Aktivní prostředí

V současné době se jako pracovní laserové médium používají různá agregovaná skupenství hmoty : pevné , kapalné , plynné , plazmové [15] . V normálním stavu je počet atomů v excitovaných energetických hladinách určen Boltzmannovým rozdělením [16] :

kde N  je počet atomů v excitovaném stavu s energií E , N 0  je počet atomů v základním stavu (energie je nula), k  je Boltzmannova konstanta , T  je teplota prostředí. Jinými slovy, takových atomů je v excitovaném stavu méně než v základním stavu, takže pravděpodobnost, že foton šířící se prostředím způsobí stimulovanou emisi, je také malá ve srovnání s pravděpodobností jeho absorpce. Proto elektromagnetická vlna , procházející látkou, vynakládá svou energii na excitaci atomů. V tomto případě intenzita záření klesá podle Bouguerova zákona [2] :

kde I 0  je počáteční intenzita, I l  je intenzita záření, které prošlo v látce vzdálenost l , a 1  je index absorpce látky. Vzhledem k tomu, že závislost je exponenciální , záření je absorbováno velmi rychle.

V případě, kdy je počet excitovaných atomů větší než počet nevybuzených (tedy ve stavu populační inverze), je situace přesně opačná. Akty stimulované emise převažují nad absorpcí a emise je zesílena podle zákona [2] :

kde a 2  je kvantový zisk. Ve skutečných laserech dochází k zesílení, dokud se množství energie přicházející v důsledku stimulované emise nerovná množství energie ztracené v rezonátoru [17] . Tyto ztráty jsou spojeny s nasycením metastabilní hladiny pracovní látky, po kterém je energie čerpadla využívána pouze k jejímu ohřevu, a také s přítomností mnoha dalších faktorů (rozptyl středními nehomogenitami, absorpce nečistotami , nedokonalost odrazná zrcadla, užitečné a nežádoucí záření do okolí apod.) [2] .

Čerpací systém

K vytvoření inverzní populace laserového média se používají různé mechanismy. U pevnolátkových laserů se provádí ozařováním výkonnými plynovými výbojkami , fokusovaným slunečním zářením (tzv. optické čerpání) a zářením jiných laserů (zejména polovodičových) [9] [18] . V tomto případě je možné pracovat pouze v pulzním nebo opakovaně pulzním režimu, protože jsou vyžadovány velmi vysoké hustoty čerpací energie , které způsobují silné zahřívání a destrukci tyče pracovní látky při dlouhodobé expozici [19] . Plynové a kapalné lasery (viz helium-neonový laser , barvivový laser ) využívají čerpání elektrického výboje . Tyto lasery pracují nepřetržitě. K čerpání chemických laserů dochází prostřednictvím toku chemických reakcí v jejich aktivním prostředí . V tomto případě dochází k inverzi populace buď přímo v reakčních produktech, nebo ve speciálně zavedených nečistotách s vhodnou strukturou energetických hladin. Polovodičové lasery jsou čerpány silným stejnosměrným proudem přes pn přechod a také elektronovým paprskem . Existují i ​​jiné způsoby čerpání (plynodynamické, spočívající v prudkém ochlazení předehřátých plynů ; fotodisociace , speciální případ chemického čerpání atd.) [17] .

Klasický tříúrovňový systém čerpání pracovního média se používá například v rubínovém laseru. Rubín je krystal korundu Al 2 O 3 dopovaný malým množstvím iontů Cr 3+ chrómu , které jsou zdrojem laserového záření. Vlivem elektrického pole krystalové mřížky korundu dochází k rozštěpení vnější energetické hladiny chrómu E 2 (viz Starkův jev ). Právě to umožňuje využít nemonochromatické záření jako pumpu [9] . V tomto případě atom přechází ze základního stavu s energií E 0 do excitovaného stavu s energií kolem E 2 . Atom může setrvat v tomto stavu relativně krátkou dobu (řádově 10 −8 s ), téměř okamžitě nastává nezářivý přechod na hladinu E 1 , při kterém může atom setrvat mnohem déle (až 10 −3 s ), jedná se o tzv. metastabilní úroveň . Existuje možnost realizace indukované emise pod vlivem jiných náhodných fotonů. Jakmile je v metastabilním stavu více atomů než v hlavním, začíná proces generování [17] [20] .

Je nemožné vytvořit populační inverzi atomů Cr čerpáním přímo z hladiny E 0 na hladinu E 1 . To je způsobeno skutečností, že pokud dojde k absorpci a stimulované emisi mezi dvěma úrovněmi, pak oba tyto procesy probíhají stejnou rychlostí. Proto v tomto případě může čerpání pouze vyrovnat populace dvou úrovní, což nestačí k tomu, aby došlo ke generaci [9] .

V některých laserech, například v neodymových laserech, ve kterých je záření generováno na neodymových iontech Nd 3+ , se používá čtyřúrovňové schéma čerpání. Zde mezi metastabilní E2 a hlavní úrovní Eo existuje střední pracovní úroveň E1 . Stimulovaná emise nastane , když atom přejde mezi úrovněmi E2 a E1 . Výhodou tohoto schématu je, že v tomto případě je snadné splnit podmínku inverzní populace, protože životnost horní pracovní úrovně ( E 2 ) je o několik řádů delší než životnost spodní úrovně ( E 1 ). Tím se výrazně snižují nároky na zdroj čerpadla [17] . Navíc takové schéma umožňuje vytvářet vysoce výkonné lasery s kontinuální vlnou, což je pro některé aplikace velmi důležité [15] . Takové lasery však mají značnou nevýhodu v podobě nízké kvantové účinnosti, která je definována jako poměr energie emitovaného fotonu k energii absorbovaného fotonu pumpy (η kvantum = hν záření / hν pumpa )

Optický rezonátor

Laserová zrcadla zajišťují nejen existenci kladné zpětné vazby, ale fungují i ​​jako rezonátor, podporující některé laserem generované módy odpovídající stojatým vlnám daného rezonátoru [21] a jiné potlačující [16] . Pokud se na optickou délku L rezonátoru vejde celé číslo půlvln n :

pak takové vlny, procházející rezonátorem, nemění svou fázi a vlivem interference se vzájemně zesilují. Všechny ostatní vlny s těsně rozmístěnými frekvencemi se postupně vzájemně ruší. Spektrum vlastních frekvencí optického rezonátoru je tedy určeno vztahem:

kde c  je rychlost světla ve vakuu . Intervaly mezi sousedními rezonátorovými frekvencemi jsou stejné a stejné

Čáry ve spektru záření mají z různých důvodů ( Dopplerovo rozšíření , vnější elektrická a magnetická pole, kvantově mechanické efekty atd.) vždy konečnou šířku, a proto mohou nastat situace, kdy šířka spektrální čáry (termín „ zesilovací pásmo“ se používá v laserové technologii) se hodí pro několik vlastních frekvencí rezonátoru. V tomto případě bude laserové záření multimódové [22] . Synchronizace těchto režimů umožňuje zajistit, aby záření bylo sledem krátkých a silných pulzů. Pokud je však v laserovém záření přítomna pouze jedna frekvence, jsou v tomto případě rezonanční vlastnosti soustavy zrcadel slabě vyjádřeny na pozadí rezonančních vlastností spektrální čáry [12] .

Při důslednějším výpočtu je nutné počítat s tím, že vlny šířící se nejen rovnoběžně s optickou osou rezonátoru, ale i pod malým úhlem k ní, jsou zesíleny. Podmínka zesílení pak nabývá tvaru [16] :

To vede k tomu, že intenzita paprsku laserového paprsku je v různých bodech roviny kolmé k tomuto paprsku různá. Existuje systém světlých skvrn oddělených tmavými uzlovými liniemi. K eliminaci těchto nežádoucích jevů se používají různé diafragmy rozptylující vlákna a také různá schémata optických rezonátorů [23] .

Klasifikace laserů

• Pevnolátkové lasery na luminiscenčních pevných médiích ( dielektrické krystaly a skla). Jako aktivátory se obvykle používají ionty prvků vzácných zemin nebo ionty skupiny železa Fe . Čerpání je optické a z polovodičových laserů , prováděné podle tří- nebo čtyřúrovňového schématu. Moderní pevnolátkové lasery jsou schopny pracovat v pulzních, cw a kvazi-cw režimech [18] .
• Polovodičové lasery . Formálně jsou také pevné, ale tradičně se rozlišují do samostatné skupiny, protože mají jiný čerpací mechanismus (injekce přebytečných nosičů náboje přes pn přechod nebo heteropřechod , elektrický průraz v silném poli, bombardování rychlými elektrony ) a kvantové přechody nastávají mezi povolenými energetickými pásmy , a ne mezi jednotlivými energetickými hladinami . Polovodičové lasery jsou nejběžněji používaným typem laserů v každodenním životě [24] . Kromě toho se používají ve spektroskopii , v čerpacích systémech pro jiné lasery a také v medicíně (viz fotodynamická terapie ).
  • Vertikálně emitující lasery (VCSEL) - "Vertical Cavity Surface Emitting Laser" je typ diodového polovodičového laseru, který emituje světlo ve směru kolmém k povrchu krystalu, na rozdíl od konvenčních laserových diod, které vyzařují v rovině rovnoběžné s povrchem krystalu. oplatky.
• Barevné lasery . Typ laseru, který využívá fluorescenční roztok jako aktivní médium k vytvoření širokospektrých organických barviv . Mezi různými vibračními podúrovněmi prvního excitovaného a základního singletového elektronického stavu dochází k laserovým přechodům. Optické čerpání, může pracovat v kontinuálním a pulzním režimu. Hlavní vlastností je možnost vyladit vlnovou délku záření v širokém rozsahu. Používají se ve spektroskopických studiích [25] .
• Plynové lasery  jsou lasery, jejichž aktivním prostředím je směs plynů a par . Vyznačují se vysokým výkonem, monochromatičností a úzkou směrovostí záření. Pracují v kontinuálním a pulzním režimu. Podle čerpacího systému se plynové lasery dělí na plynové výbojové lasery, plynové lasery s optickou excitací a buzením nabitými částicemi (například lasery s jaderným čerpadlem [26] , na počátku 80. let byly na nich založené systémy protiraketové obrany testovány [27] , avšak bez většího úspěchu [28] ), plynové dynamické a chemické lasery. Podle typu laserových přechodů se rozlišují plynové lasery na bázi atomových přechodů, iontové lasery, molekulární lasery na bázi elektronických, vibračních a rotačních přechodů molekul a excimerové lasery [29] .
  • Plynové dynamické lasery  jsou plynové lasery s tepelným čerpáním, u kterých vzniká populační inverze mezi excitovanými vibračně-rotačními hladinami heteronukleárních molekul adiabatickou expanzí směsi plynů pohybující se vysokou rychlostí (obvykle N 2 + CO 2 + He nebo N 2 + CO 2 + H 2 O, pracovní látkou je CO 2 , viz Laser oxidu uhličitého ) [30] .
  • Excimerové lasery  jsou typem plynových laserů, které pracují na energetických přechodech molekul excimeru ( dimerů vzácných plynů , stejně jako jejich monohalogenidů ), které mohou existovat pouze po určitou dobu v excitovaném stavu. Čerpání probíhá tak, že směsí plynů prochází elektronový paprsek, za jehož působení přecházejí atomy do excitovaného stavu za vzniku excimerů, které jsou vlastně prostředím s inverzí populace . Excimerové lasery se vyznačují vysokou energetickou charakteristikou, malým rozptylem generační vlnové délky a možností jejího plynulého ladění v širokém rozsahu [31] .
  • Chemické lasery  jsou druhem laserů, jejichž zdrojem energie jsou chemické reakce mezi složkami pracovního prostředí (směs plynů). Mezi excitovanými vibračně-rotačními a základními úrovněmi molekul sloučenin reakčních produktů dochází k laserovým přechodům. Pro realizaci chemických reakcí v prostředí je nezbytná stálá přítomnost volných radikálů , k čemuž se používají různé metody ovlivnění molekul k jejich disociaci. Vyznačují se širokým generačním spektrem v blízké infračervené oblasti , vysokým výkonem spojitého a pulzního záření [32] .
• Volné elektronové  lasery jsou lasery, jejichž aktivním prostředím je proud volných elektronů kmitající ve vnějším elektromagnetickém poli (díky kterému dochází k vyzařování) a šířící se relativistickou rychlostí ve směru záření. Hlavní vlastností je možnost plynulého širokorozsahového ladění generační frekvence. Existují ubitrony a scattrony , čerpání prvního se provádí v prostorově periodickém statickém poli zvlnění , druhého - silným polem elektromagnetické vlny. Existují také cyklotronové rezonanční lasery a strofotrony , založené na elektronovém brzdném záření, a také flymatrony , využívající efektu Čerenkova a přechodového záření . Protože každý elektron emituje až 10 8 fotonů, jsou lasery s volnými elektrony ve skutečnosti klasickými zařízeními a jsou popsány zákony klasické elektrodynamiky [33] .
• Kvantové kaskádové lasery  jsou polovodičové lasery, které vyzařují ve střední a vzdálené infračervené oblasti [34] . Na rozdíl od konvenčních polovodičových laserů, které vyzařují nucenými přechody mezi povolenými úrovněmi elektronů a děr oddělenými mezerou v polovodičovém pásmu , záření kvantových kaskádových laserů nastává, když elektrony procházejí mezi vrstvami polovodičové heterostruktury a sestávají ze dvou typů paprsků, a sekundárního paprsku. má velmi neobvyklé vlastnosti a nevyžaduje velké množství energie [35] .

• Vláknový laser  - laser, jehož rezonátor je postaven na bázi optického vlákna , uvnitř kterého je zcela nebo částečně generováno záření. Při zcela vláknové implementaci se takový laser nazývá celovláknový laser, při kombinovaném použití vlákna a dalších prvků v konstrukci laseru se nazývá vláknově diskrétní nebo hybridní.
• Další typy laserů, jejichž vývoj principů je v současnosti prioritou výzkumu ( rentgenové lasery [36] , gama lasery [37] aj.).

Použití laserů

Od svého vynálezu se lasery ukázaly jako „běžná řešení dosud neznámých problémů“ [38] . Díky unikátním vlastnostem laserového záření nacházejí široké uplatnění v mnoha oborech vědy a techniky i v běžném životě ( CD přehrávače , laserové tiskárny , čtečky čárových kódů , laserová ukazovátka atd.). Snadno dosažitelná vysoká hustota energie záření umožňuje lokalizované tepelné zpracování a související obrábění ( řezání , svařování , pájení , gravírování ). Přesné řízení horké zóny umožňuje svařovat materiály, které nelze svařovat běžnými metodami (např . keramika a kov ). Laserový paprsek lze zaostřit do bodu o průměru řádově mikronu , což umožňuje jeho využití v mikroelektronice pro přesné obrábění materiálů (řezání polovodičových krystalů, vrtání extrémně tenkých otvorů do desek plošných spojů ) [39] . Široké uplatnění našlo také laserové značení a umělecké gravírování výrobků z různých materiálů [40] (včetně trojrozměrného gravírování průhledných materiálů) . Lasery se používají k získání povrchových povlaků materiálů (laserové legování , laserové plátování , vakuové nanášení laserem ) za účelem zvýšení jejich odolnosti proti opotřebení . Při laserovém zpracování materiálů nejsou mechanicky ovlivňovány, zóna ohřevu je malá, takže dochází pouze k mírným tepelným deformacím . Celý technologický proces lze navíc plně automatizovat. Laserové zpracování se proto vyznačuje vysokou přesností a produktivitou.

Lasery se v holografii používají k vytvoření samotných hologramů a získání holografického objemového obrazu. Některé lasery, jako jsou barvivové lasery , jsou schopny generovat monochromatické světlo téměř jakékoli vlnové délky, přičemž pulsy záření mohou dosahovat 10 −16 s a následně i obrovské síly (tzv. obří pulsy ). Tyto vlastnosti se využívají ve spektroskopii a také při studiu nelineárních optických efektů . Pomocí laseru bylo možné změřit vzdálenost k Měsíci s přesností několika centimetrů. Laserové měření kosmických objektů zpřesnilo hodnoty řady základních astronomických konstant a přispělo ke zpřesnění parametrů vesmírné navigace , rozšířilo pochopení struktury atmosféry a povrchu planet sluneční soustavy [17 ] . V astronomických dalekohledech vybavených adaptivním optickým systémem pro korekci atmosférických zkreslení se k vytváření umělých referenčních hvězd v horních vrstvách atmosféry používá laser.

Využití laserů v metrologii a měřicí technice se neomezuje pouze na měření vzdáleností. Lasery zde nacházejí široké uplatnění: pro měření času, tlaku, teploty, průtoků kapalin a plynů, úhlové rychlosti ( laserový gyroskop ), koncentrace látek, optické hustoty, různých optických parametrů a charakteristik, ve vibrometrii atd.

Ultrakrátké laserové pulsy se používají v laserové chemii k řízení a analýze chemických reakcí . Zde laserové záření umožňuje zajistit přesnou lokalizaci, dávkování, absolutní sterilitu a vysokou rychlost vstupu energie do systému [41] . V současné době se vyvíjejí různé systémy chlazení laserů [42] a zvažují se možnosti realizace řízené termonukleární fúze pomocí laserů . Lasery se také používají pro vojenské účely, jako jsou naváděcí a zaměřovací pomůcky . Uvažují se varianty vytvoření na bázi výkonných laserů bojových systémů ochrany vzdušné, námořní a pozemní [43] [44] .

V lékařství se lasery používají jako nekrvavé skalpely a používají se při léčbě očních onemocnění ( šedý zákal , odchlípení sítnice , laserová korekce zraku atd.). Široké uplatnění nacházejí také v kosmetologii (laserová epilace , léčba cévních a pigmentových kožních defektů, laserový peeling , odstraňování tetování a stařeckých skvrn ) [45] .

Pro studium interakce laserového záření s hmotou a získání řízené termonukleární fúze se budují velké laserové komplexy , jejichž výkon může přesáhnout 1 PW .

Laserová komunikace

V současné době se rychle rozvíjí tzv. laserová komunikace . Je známo, že čím vyšší je nosná frekvence komunikačního kanálu , tím větší je jeho šířka pásma [2] . Proto má rádiová komunikace tendenci přecházet na stále kratší vlnové délky. Vlnová délka světelné vlny je v průměru o šest řádů menší než vlnová délka rádiového dosahu , proto lze pomocí laserového záření přenášet mnohem větší množství informací . Laserová komunikace probíhá jak přes otevřené, tak uzavřené světlovodné struktury, například přes optické vlákno . Světlo díky jevu totálního vnitřního odrazu se po něm může šířit na velké vzdálenosti prakticky bez zeslabení [46] .

Laserová bezpečnost

Jakýkoli, dokonce i nízkovýkonový laser, představuje nebezpečí pro lidský zrak. Laser se často používá v každodenním životě, na koncertech, hudebních akcích. Bylo zaznamenáno mnoho případů popálenin sítnice [ 47 ] , které vedly k dočasné nebo úplné slepotě.

Filmy

• V roce 1971 uvedlo Oděské filmové studio celovečerní film "Modrá obloha" (režie: Mark Tolmachev, scénár: Igor Neverov, kameraman: Fedor Silchenko) - o začátku laserové éry v medicíně, konkrétně v oftalmologii . Děj obrazu se odehrává ve zdech vědeckého Ústavu očních chorob. V. P. Filatova z Akademie lékařských věd Ukrajiny . Předobrazem hlavní postavy, lékaře Andrey Tarana, byl prof. L. A. Linnik , který v roce 1963 poprvé na světě použil laserové záření ke koagulaci sítnice.
• V roce 1985 uvedlo filmové studio " Lennauchfilm " populárně vědecký film "Ray Constructors" (režie - A. Slobodskoy, kameraman V. Petrov ). Film je věnován výzkumu v oblasti laserů v Ústavu obecné fyziky Akademie věd SSSR v čele s akademikem A. M. Prochorovem .
• Tajemství zapomenutých vítězství. Páni paprsků [1] . Dokumentární. Režie Alexej Vachrušev. Text čte Vasilij Lanovoy. CJSC "Intelekt"

Poznámky

1. ↑ Elyashevich M.A. Einsteinovy ​​koeficienty // Fyzická encyklopedie  : [v 5 svazcích] / Ch. vyd. A. M. Prochorov . - M . : Velká ruská encyklopedie , 1999. - V. 5: Stroboskopické přístroje - Jas. - S. 497. - 692 s. — 20 000 výtisků.  — ISBN 5-85270-101-7 .
2. ↑ 1 2 3 4 5 S. Trankovský. LASER (optický kvantový generátor) . Krugosvet.ru. Získáno 28. července 2009. Archivováno z originálu dne 24. srpna 2011. (neurčitý)
3. ↑ Dirac PAM (1927). Kvantová teorie emise a absorpce záření . Proceedings of the Royal Society A . 114 . str. 243-265. (Angličtina)
4. ↑ 1 2 3 4 5 Alexey Levin. Kvantový maják: Příběh jednoho z nejdůležitějších vynálezů 20. století, laseru . Popmech.ru (1. června 2006). Získáno 28. července 2009. Archivováno z originálu dne 24. srpna 2011. (neurčitý)
5. ↑ Ivar Waller. Nobelova cena za fyziku 1966 : Prezentační řeč  . Elsevier Publishing Company (1972). Datum přístupu: 20. července 2009. Archivováno z originálu 24. srpna 2011.
6. ↑ 1 2 3 François Balembois a Sebastien Zapomeňte. Laser : Základy // Některá důležitá data  . Inženýři Optics4. Získáno 11. prosince 2013. Archivováno z originálu 16. prosince 2013.
7. ↑ Maiman, TH Stimulované optické záření v rubínu   // Příroda . - 1960. - Sv. 187 , č.p. 4736 . - str. 493-494 . - doi : 10.1038/187493a0 .
8. ↑ Sivukhin D.V. Obecný kurz fyziky. Optika. - M .: Nauka , 1985. - T. 4. - S. 704-706. — 735 str.
9. ↑ 1 2 3 4 5 Oraevsky A. N. Laser // Ed. ME Zhabotinsky Quantum elektronika. Malá encyklopedie. - M .: "Sovětská encyklopedie" , 1969. - S. 89-118 .
10. ↑ R. Feynman , R. Layton, M. Sands. 3 - záření, vlny, kvanta; 4 - kinetika, teplo, zvuk // Feynman Lectures on Physics . - 3. vyd. - M .: Mir, 1976. - T. 1. - S. 311-315. — 496 s.
11. ↑ Einstein A. Strahlungs-emission und -absorption nach der Quantentheorie  (německy)  // Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. - 1916. - Bd. 18 . — S. 318 .
12. ↑ 1 2 3 Oraevsky A. N. Laser // Fyzikální encyklopedie  : [v 5 svazcích] / Kap. vyd. A. M. Prochorov . - M. : Soviet Encyclopedia , 1990. - T. 2: Faktor kvality - Magnetooptika. - S. 546-552. - 704 s. — 100 000 výtisků.  — ISBN 5-85270-061-4 .
13. ↑ François Balembois a Sebastien Zapomeňte. Laser : Základy // Prostorové charakteristiky emitovaného laserového paprsku  (anglicky)  (odkaz není k dispozici) . Prn1.univ-lemans.fr. Získáno 30. července 2009. Archivováno z originálu dne 6. června 2008.
14. ↑ Redkin Yu. N. Část 5. Fyzika atomu, pevného tělesa a atomového jádra // Kurz obecné fyziky. - Kirov: VjatGGU, 2006. - S. 57. - 152 s.
15. ↑ 1 2 Sivukhin D.V. Obecný kurz fyziky. — Vydání 2. - M .: Science , 1985. - T. IV. Optika. - S. 714-721. — 735 str.
16. ↑ 1 2 3 Sivukhin D.V. Obecný kurz fyziky. — Vydání 2. - M .: Science , 1985. - T. IV. Optika. - S. 703-714. — 735 str.
17. ↑ 1 2 3 4 5 Zhabotinsky M.E. Laser (optický kvantový generátor) // Fyzikální encyklopedický slovník / Kap. vyd. A. M. Prochorov . - M .: Sovětská encyklopedie, 1983. - S. 337-340. — 928 s. — 100 000 výtisků.
18. ↑ 1 2 Shcherbakov I. A. Solid-state laser // Fyzikální encyklopedie  : [v 5 svazcích] / Ch. vyd. A. M. Prochorov . - M . : Velká ruská encyklopedie , 1999. - V. 5: Stroboskopické přístroje - Jas. - S. 49-50. — 692 s. — 20 000 výtisků.  — ISBN 5-85270-101-7 .
19. ↑ Francesson A.V. Pumping // Fyzická encyklopedie  : [v 5 svazcích] / Ch. vyd. A. M. Prochorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3: Magnetoplasmic - Poyntingova věta. - S. 239-241. — 672 s. - 48 000 výtisků.  — ISBN 5-85270-019-3 .
20. ↑ François Balembois a Sebastien Zapomeňte. Laser : Základy // Spektroskopické systémy používané k vytvoření laseru  (anglicky)  (odkaz není k dispozici) . Prn1.univ-lemans.fr. Získáno 28. července 2009. Archivováno z originálu dne 6. června 2008.
21. ↑ Sivukhin D.V. Obecný kurz fyziky. Elektřina. - M .: Science , 1985. - T. 3. - S. 624-627. - 713 str.
22. ↑ François Balembois a Sebastien Zapomeňte. Laser : Základy // Provozní podmínky pro dutinu  (anglicky)  (odkaz není k dispozici) . Prn1.univ-lemans.fr. Získáno 31. července 2009. Archivováno z originálu dne 6. června 2008.
23. ↑ Bykov V.P. Optický rezonátor // Fyzická encyklopedie  : [v 5 svazcích] / Kap. vyd. A. M. Prochorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3: Magnetoplasmic - Poyntingova věta. - S. 454-457. — 672 s. - 48 000 výtisků.  — ISBN 5-85270-019-3 .
24. ↑ Eliseev P. G. Polovodičový laser // Fyzikální encyklopedie  : [v 5 svazcích] / Kap. vyd. A. M. Prochorov . - M . : Velká ruská encyklopedie , 1994. - V. 4: Poynting - Robertson - Streamers. - S. 51-55. - 704 s. - 40 000 výtisků.  - ISBN 5-85270-087-8 .
25. ↑ Rubinov A.N. Dye lasers // Fyzikální encyklopedie  : [v 5 svazcích] / Kap. vyd. A. M. Prochorov . - M. : Soviet Encyclopedia , 1990. - T. 2: Faktor kvality - Magnetooptika. - S. 564. - 704 s. — 100 000 výtisků.  — ISBN 5-85270-061-4 .
26. ↑ Yakovlenko S.I. Nukleární pumpovaný laser // Fyzikální encyklopedie  : [v 5 svazcích] / Kap. vyd. A. M. Prochorov . - M. : Soviet Encyclopedia , 1990. - T. 2: Faktor kvality - Magnetooptika. - S. 552. - 704 s. — 100 000 výtisků.  — ISBN 5-85270-061-4 .
27. ↑ Hecht, Jeffe. Historie rentgenového laseru  (neopr.)  // Novinky z optiky a fotoniky. - Optical Society of America, 2008. - Květen ( vol. 19 , č. 5 ). - S. 26-33 .  (Angličtina)
28. ↑ United States Nuclear Tests 1945-1992  (eng.) (pdf)  (odkaz není dostupný) . Ministerstvo energetiky Spojených států amerických. Získáno 16. srpna 2009. Archivováno z originálu dne 24. srpna 2011.
29. ↑ Petrash G. G. Plynový laser // Fyzikální encyklopedie  : [v 5 svazcích] / Ch. vyd. A. M. Prochorov . - M . : Soviet Encyclopedia , 1988. - T. 1: Aharonov - Bohmův efekt - Dlouhé čáry. - S. 381. - 707 s. — 100 000 výtisků.
30. ↑ Biryukov A.S. Gas-dynamic laser // Physical Encyclopedia  : [v 5 svazcích] / Ch. vyd. A. M. Prochorov . - M . : Soviet Encyclopedia , 1988. - T. 1: Aharonov - Bohmův efekt - Dlouhé čáry. - S. 381-382. — 707 s. — 100 000 výtisků.
31. ↑ A. V. Yeletsky. Excimerový laser // Fyzikální encyklopedie  : [v 5 svazcích] / Kap. vyd. A. M. Prochorov . - M . : Velká ruská encyklopedie , 1999. - V. 5: Stroboskopické přístroje - Jas. - S. 500-501. — 692 s. — 20 000 výtisků.  — ISBN 5-85270-101-7 .
32. ↑ Yeletsky A.V. Chemický laser // Fyzikální encyklopedie  : [v 5 svazcích] / Ch. vyd. A. M. Prochorov . - M . : Velká ruská encyklopedie , 1999. - V. 5: Stroboskopické přístroje - Jas. - S. 411-412. — 692 s. — 20 000 výtisků.  — ISBN 5-85270-101-7 .
33. ↑ Bratman V. L., Ginzburg N. S. Volné elektronové lasery // Fyzikální encyklopedie  : [v 5 svazcích] / Ch. vyd. A. M. Prochorov . - M. : Soviet Encyclopedia , 1990. - T. 2: Faktor kvality - Magnetooptika. - S. 564-566. - 704 s. — 100 000 výtisků.  — ISBN 5-85270-061-4 .
34. ↑ Faist J. a kol. Kvantový kaskádový laser  (anglicky)  // Věda. - 1994. - Duben ( roč. 264 , č. 5158 ). - S. 553-556 . - doi : 10.1126/science.264.5158.553 . — PMID 17732739 .  (Angličtina)
35. ↑ Kazarinov RF, Suris RA Možnost zesílení elektromagnetických vln v polovodiči se supermřížkou  (anglicky)  // Fizika i Tekhnika Poluprovodnikov : journal. - 1971. - Duben ( ročník 5 , č. 4 ). - S. 797-800 .  (Angličtina)
36. ↑ Andreev A. V. Rentgenový laser // Fyzikální encyklopedie  : [v 5 svazcích] / Ch. vyd. A. M. Prochorov . - M . : Velká ruská encyklopedie , 1994. - V. 4: Poynting - Robertson - Streamers. - S. 365-366. - 704 s. - 40 000 výtisků.  - ISBN 5-85270-087-8 .
37. ↑ Andreev A.V. Gamma laser // Fyzická encyklopedie  : [v 5 svazcích] / Kap. vyd. A. M. Prochorov . - M . : Soviet Encyclopedia , 1988. - T. 1: Aharonov - Bohmův efekt - Dlouhé čáry. - S. 411-412. — 707 s. — 100 000 výtisků.
38. ↑ Townes CH První laser // Století přírody: 21 objevů, které změnily vědu a svět . - University of Chicago Press, 2003. - S. 107-112. - ISBN 0-226-28413-1 .  (Angličtina)
39. ↑ Řezání laserem a děrování . Laser-reserv.ru. Získáno 6. srpna 2009. Archivováno z originálu dne 24. srpna 2011. (neurčitý)
40. ↑ Naydenov A. A co dalšího lze vyrobit z přírodního dřeva pomocí laseru? (nedostupný odkaz) . I-laser.ru (24. ledna 2008). Získáno 7. srpna 2009. Archivováno z originálu dne 24. ledna 2012. (neurčitý) 
41. ↑ Karlov N. V. Laserová chemie // Fyzikální encyklopedie  : [v 5 svazcích] / Ch. vyd. A. M. Prochorov . - M. : Soviet Encyclopedia , 1990. - T. 2: Faktor kvality - Magnetooptika. - S. 340-341. - 704 s. — 100 000 výtisků.  — ISBN 5-85270-061-4 .
42. ↑ Chlazení a zachycování neutrálních atomů laserem (nedostupný odkaz) . Ústav spektroskopie RAS. Získáno 6. srpna 2009. Archivováno z originálu dne 3. prosince 2011. (neurčitý) 
43. ↑ Sakov V. Combat 100-kW laser Northrop Grumman. Téměř přenosný . 3dnews.ru (21. března 2009). Získáno 7. srpna 2009. Archivováno z originálu dne 7. července 2009. (neurčitý)
44. ↑ Pae, Peter. Northrop Advance přibližuje éru laserové zbraně  // Los Angeles Times  . — 2009-03-19. — P.B2 .
45. ↑ Lasery pro chirurgii a kosmetologii . Medlaser.ru. Získáno 7. srpna 2009. Archivováno z originálu dne 24. srpna 2011. (neurčitý)
46. ↑ Ievsky A. V., Stelmakh M. F. [bse.sci-lib.com/article084692.html Optická komunikace] // Ed. A. M. Prokhorova Velká sovětská encyklopedie . — M .: Sovětská encyklopedie , 1977.
47. ↑ Oslnivá show: Publikum na koncertě ztratilo zrak . Získáno 19. září 2014. Archivováno z originálu 29. září 2015. (neurčitý)

Literatura

• Tarasov LV Fyzika procesů v generátorech koherentního optického záření . - M . : Rozhlas a komunikace, 1981. - 440 s. Archivováno 17. října 2007 na Wayback Machine
• Kondilenko I. I., Korotkov P. A., Khizhnyak A. I. Fyzika laserů . - Kyjev: Vishcha school, 1984. - 232 s.  (nedostupný odkaz)
• Zvelto O. Principy laserů . — M .: Mir, 1990. — 559 s. — ISBN 5-03-001053-X .
• Brunner V. Příručka laserové technologie: Per. s ním. — M. : Energoatomizdat, 1991. — 544 s. — ISBN 5-283-02480-6 .
• Kvantová elektronika. Malá encyklopedie. / Ed. M. E. Žabotinský. - M. : "Sovětská encyklopedie" , 1969. - 500 s.
• Tarasov L. V. Lasery. Realita a naděje . - M . : Science , 1985. - T. 42. - 176 s. — (Knihovna "Quantum"). Archivováno 25. února 2010 na Wayback Machine
• Wagner SD Optické kvantové generátory: Učebnice pro speciální kurz. - Petrozavodsk, 1991.
• William T. Silfvast. Základy laseru. - New York: Cambridge University Press, 1996. - ISBN 0-521-55617-1 .  (Angličtina)
• K 50. výročí vzniku laserů  // UFN . - 2011. - T. 181 . (Ruština)
• Koebner G. Průmyslová aplikace laserů. - M., Mashinostroenie , 1988. - ISBN 5-217-00266-2 . – Náklad 19700 výtisků. — 280 s.

Další čtení

• Maitland, A., Dunn, M. Úvod do laserové fyziky. - M., Mir , 1978. - 408 s.

Odkazy

• Seznam článků publikovaných v UFN na téma "Lasery" ( PACS : 42.55.-f Lasery)
• Kvantové světlo: příběh jednoho z nejdůležitějších vynálezů 20. století, laseru
• laserový portál
• Vzdělávací materiály NSU o laserech a fotonice
• Sam's Laser FAQ: Praktický průvodce lasery pro experimentátory a fandy (částečný ruský překlad)
• Sam's Laser FAQ: Praktický průvodce lasery pro experimentátory a  fandy
• prameny. Laser: Základy (François BALEMBOIS - et Sébastien FORGET  )
• Výkonný laser pro kutily za jeden večer
• Z historie vzniku vysokoenergetických laserů a laserových systémů v SSSR  (nepřístupný odkaz) , profesor, Ph.D. P. V. Zarubin, doktor technických věd S. D. Polskikh
• Laser na bázi biologických buněk

Tematické stránky	Obří bomba
Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Skvělý norský Velký Rus okolo světa Britannica (online) Universalis Universalis Universalis Moderní Ukrajina
V bibliografických katalozích BNE : XX524415 BNF : 119428293 GND : 4034610-9 J9U : 987007555606405171 LCCN : sh85074788 NDL : 00569431 NKC : ph122185