Твердотельные лазеры

Первым реализованным в 1960г. лазером на кристалле рубина в качестве активной среды был твердотельный лазер. Этот лазер в частности пригоден для получения высокой и очень высокой импульсных мощностей и находит разнообразные практические применения.

Твердотельный лазер содержит в качестве активной среды кристаллы или стёкла, которые активируются ионами металлов или ионами редкоземельных элементов. Такой лазер состоит из 5 блоков: излучающей головки, блока конденсаторов, выпрямительного блока, блока поджига, пульта управления. Излучающая головка преобразует электрическую энергию сначала в световую, а затем и в монохроматическое лазерное излучение. Блок конденсаторов обеспечивает накопление энергии, а выпрямительный блок служит для преобразования переменного тока в постоянный, которым заряжаются конденсаторы. Блок поджига вырабатывает очень высокое напряжение, которым осуществляется первоначальный пробой газа в лампах-вспышках. Возбуждение происходит исключительно с помощью оптической накачки при использовании подходящих источников света в специальном устройстве.

Рассмотрим устройство такого лазера на примере рубинового лазера.

Лазер на рубине – это лазер, в котором активным элементом служит кристалл розового рубина. Здесь основа – окись алюминия (Al₂O₃), а активные центра – ионы хрома (Cr³⁺).Из кристалла рубина изготовляется стержень с плоскопараллельными торцами. Газоразрядная лампа, имеющая форму спирали, дает сине-зеленый свет. Кратковременный импульс тока от батареи конденсаторов емкостью в несколько тысяч микрофарад вызывает яркую вспышку лампы. Спустя малое время внешний энергетический уровень становится «перенаселенным». В результате самопроизвольных переходов начинают излучаться волны всевозможных направлений. Те из них, которые идут под углом к оси кристалла, выходят из него и не играют в дальнейших процессах никакой роли. Но волна, идущая вдоль оси кристалла, многократно отражается от его торцов. Она вызывает индуцированное излучение возбужденных ионов хрома и быстро усиливается. Один из торцов рубинового стержня делают зеркальным, а другой полупрозрачным. Через него выходит мощный кратковременный (длительностью около сотни микросекунд) импульс красного света. Волна является когерентной, так как все атомы излучают согласованно, и очень мощной, так как при индуцированном излучении вся запасенная энергия выделяется за очень малое время.

В настоящее время твердотельные лазеры применяются в: лазерной технологии (сварка, резка и др.), технология электронных приборов, медицина, лазерная химия и лазерное разделение изотопов.

Твердотельные лазеры надежны, удобны и сравнительно просты в эксплуатации. При небольших габаритах они могут генерировать очень высокие импульсные мощности (вплоть до 10 Вт и более), очень короткие световые импульсы (до 10 с и менее), а также работать в непрерывном режиме с выходной мощностью от единиц мВт до сотен Вт, Их накачка осуществляется оптическим путем.

Заключение

Лазеры сравнительно недавно появились в нашей жизни, но их уникальные свойства излучения позволили использовать их в различных отраслях науки и техники, а также в быту, начиная с чтения и записи компакт-дисков и заканчивая исследованиями в области управляемого термоядерного синтеза. Проведенный социологами опрос был опубликован на канале SNN, лазер там занимает 6 место из 25 величайших изобретений. В современном мире с развитием науки и техники лазеры занимают всё большую популярность.

На основе проделанной работы можно сделать вывод, что в природе условий для лазера, быть не может. Но создавая искусственные условия, можно получить оптический квантовый генератор и свет проходя по веществу будет усиливаться.

Основные выводы:

· наиболее узкий луч имеют газовые лазеры, т. е. луч, обладающий меньшей расходимостью.

· самая высокая монохроматичность у газовых лазеров, она составляет 10^-10

· КПД: твердотельные лазеры – 1 – 35%, газовые – 1 – 15%, полупроводниковые – 40 – 60%, жидкостные – 3 – 5.

· энергия импульса твердотельных лазеров может достигать 10¹² Вт

В данном реферате автор систематизирует знания о лазере, знакомит читателя с основными принципами его действия, области применения лазера.

Список используемой литературы

1. Сергей Транковский «Книга о лазерах», Москва: Детская литература, 1988. – 111с

2. А. И. Астайкин, М. К. Смирнов «Основы оптоэлектроники» - Саров: РФЯЦ – ВНИИЭФ, 2001. – 260с.

3. А. Н. Леденев Физика. /Основы квантовой физики т.5 – Москва, Физматлит 2005г.

4. И. В. Савельев Курс общей физики. В 5 кн. Кн.5. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твёрдого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц: Учеб. пособие для втузов/ И. В. Савельев. – М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2003. – 368с.: ил.

5. Тарасов Л. В. Знакомьтесь – лазеры! – М.: Радио и связь,1988. – 192с.: ил. – (научно-популярная библиотека школьника).

6. Фёдоров Б. Ф. Лазеры. Основы устройства и применение. – М.: ДОСААФ, 1988 – 190с., ил.

7. ГОСТ 15093-90 Лазеры и устройства управления лазерным излучением. Термины и определения

8. Справочник по лазерам/ Под ред. А. М. Прохорова. В 2х томах. Т. I/ - М.:Сов. радио, 1978. – 504 с.

9. Справочник по лазерной технике: Пер. с нем. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 544 с.: ил.

10. Википедия. Свободная энциклопедия. http://ru.wikipedia.org/wiki/Лазеры_на_красителях

11. Физмат. Физика.

http://phizmat.org.ua/2009-04-21-19-42-29/244-2010-05-22-17-40-55

12. Энциклопедия физики и техники

http://www.femto.com.ua/articles/part_2/4625.html

[1] В. А. Ерошенко «Основы физики лазеров»

[2] А. И. Астайкин, М. К. Смирнов «Основы оптоэлектроники»

[3] Мазер – любой прибор радиодиапазона, в котором используется стимулированное излучение атомов и молекул. (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation – усилитель радиоволн в результате стимулированного излучения)

[4] Квант – порция энергии, которую поглощает или излучает атом при единичном взаимодействии.

[5] В настоящее время известно свыше 40 пригодных для лазеров различных полупроводниковых материалов.