Введение.
Всё живое на Земле существует только благодаря лучистой энергии солнечного света. Если бы на нашей планете не было атмосферы, которая отражает и поглощает и лишь частично пропускает энергию Солнца, поверхность земного шара там, где солнечные лучи падают на неё отвесно, получала бы за минуту 8,37 Дж на 1 см 2. За одну секунду свет приносит на нашу планету энергию, которая выделилась бы при сгорании 40 млн. т каменного угля. Светом называют электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом, но часто физики называют светом и невидимые электромагнитные волны, длины которых лежат на интервале от 0,01 мкм до 340 мкм. Физические свойства электромагнитных волн близки к свойствам световых волн, хотя наш глаз и не чувствует их.
В своей работе я описал принцип работы, устройство, а также основные типы удивительных и мощных источников света – лазеров, у которых большие перспективы в будущем.
Глава 1
§1.1. Понятие лазера.
Слово ЛАЗЕР (оптический квантовый генератор) составлено из первых букв английского названия Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation — усиление света в результате вынужденного излучения. Лазер - устройство, генерирующее электромагнитное излучение в диапазоне длин волн от ультрафиолета (УФ, порядка 0,1 нм) до субмиллиметрового инфракрасного (ИК) за счет вынужденного испускания или рассеяния света активной средой, помещенной в оптический резонатор, источник оптического когерентного излучения, характеризующегося высокой направленностью и большой плотностью энергии. Первыми приборами этого типа были квантовые генераторы коротких радиоволн, получившие название мазеры (та же аббревиатура с заменой «light» на «mikrowave» — микроволны).
Существуют газовые лазеры, жидкостные и твердотельные (на диэлектрических кристаллах, стеклах, полупроводниках). В лазере происходит преобразование различных видов энергии в энергию лазерного излучения. Главный элемент лазера — активная среда, для образования которой используют: воздействие света, электрический разряд в газах, химические реакции, бомбардировку электронным пучком и другие методы «накачки». Активная среда расположена между зеркалами, образующими оптический резонатор. Существуют лазеры непрерывного и импульсного действия. Лазеры получили широкое применение в научных исследованиях (в физике, химии, биологии и др.), в практической медицине (хирургия, офтальмология и др.), а также в технике (лазерная технология). Лазеры позволили осуществить оптическую связь и локацию, они перспективны для осуществления управляемого термоядерного синтеза.
В 1960 году американский физик Теодор Мейман изобрел первый оптический квантовый генератор — лазер на кристалле рубина, впервые получив когерентное электромагнитное излучение в видимом диапазоне. В том же году американским физиком Али Джаваном был спроектирован и построен первый в мире гелий-неоновый лазер. Так началась история лазерной техники.
§1.2. Принцип работы лазера.
Согласно квантовой механике переменное электромагнитное поле (электромагнитная волна) квантовано: оно состоит из отдельных порций, называемых квантами, или фотонами. Плотность энергии электромагнитной волны ρ равна произведению энергии фотона hν на концентрацию n, т. е. на число фотонов в единице объёма. Согласно теории Н. Бора энергия электрона в атоме также квантована: она принимает лишь некоторые значения: E1, E2…En. Схематически каждое значение энергии изображается в виде энергетического уровня. При переходе электрона с верхнего энергетического уровня на нижний излучается фотон, энергия которого равна разности энергий данных уровней (E2 – E1 = hν, где h— постоянная Планка, ν — частота излученного фотона).
…
