ЛАЗЕР

(оптический квантовый генератор), устройство, генерирующее когерентные эл.-магн. волны за счёт вынужденного испускания или вынужденного рассеяния света активной средой, находящейся в оптич. резонаторе. Слово «Л.» — аббревиатура слов англ. выражения «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation» — усиление света вынужденным излучением. Существующие Л. охватывают широкий диапазон длин волн l — от УФ до субмиллиметрового. Первым был рубиновый Л., созданный Т. Мейманом (США) в 1960. Когерентность и направленность — осн. хар-ки излучения Л., вынужденное излучение и обратная связь — гл. процессы, приводящие к генерации. Существуют также Л.-усилители, в к-рых усиление приходящих извне эл.-магн. волн осуществляется при отсутствии обратной связи. В нек-рых лазерных системах вслед за Л.-генератором следует один или неск. Л.-усилителей.

До создания Л. когерентные эл.-магн. волны существовали практически лишь в радиодиапазоне, где они возбуждались генераторами радиоволн. В оптич. диапазоне имелись лишь некогерентные источники, излучение к-рых представляет суперпозицию волн, испускаемых множеством независимых микроскопич. излучателей. В этом случае фаза результирующей волны изменяется хаотически, излучение занимает значит.диапазон l и обычно не имеет определённого направления в пр-ве.

С квант. точки зрения излучение нелазерных источников света складывается из фотонов, испускаемых независимо отд. ч-цами, причём их испускание происходит спонтанно, в произвольных направлениях, в случайные моменты времени, а длина волны, возникающей при сложении множества актов испускания, не имеет точно определённого значения и лежит в пределах, зависящих от разброса индивидуальных св-в излучающих микросистем (см. СПОНТАННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, ИСТОЧНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ). Действие Л. основано на вынужденном испускании фотонов под действием внешнего электромагнитного поля (см. КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА).

НЕКОТОРЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРОВ РАЗНЫХ ТИПОВ

Вероятность вынужденного испускания для системы, находящейся в возбуждённом состоянии ?2, пропорц. спектр. плотности излучения r(w) действующей волны и равна вероятности поглощения для системы, находящейся в ниж. состоянии ?1. При термодинамич. равновесии в ансамбле, состоящем из большого кол-ва ч-ц, каждая из к-рых может находиться только, напр., в двух энергетич. состояниях ?1 и ?2, числа ч-ц N1 и N2, находящихся в этих состояниях, определяются распределением Больцмана, причём N2 < N1. Поэтому в обычных (равновесных) условиях вещество поглощает эл.-магнитные волны, хотя для единичного акта вероятность вынужденного испускания фотона равна вероятности его поглощения, полная вероятность поглощения, пропорц. числу N1 ч-ц на ниж. уровне, больше вероятности вынужденного испускания, пропорц. числу N2 ч-ц на верх. уровне. Поглощение может уступить место усилению эл.-магн. волны при её распространении сквозь в-во, если N2 > N1. Такое состояние в-ва наз. инверсным (обращённым), или состоянием с инверсией населённостей, и не является равновесным.

Если через среду с инверсией населённости проходит эл.-магн. волна с частотой w=(?2-?1) ћ, то по мере её распространения в среде интенсивность волны будет возрастать за счёт актов вынужденного испускания, число к-рых N2r превосходит число актов поглощения N1r. Увеличение интенсивности волны (усиление) обусловлено тем, что фотоны, испускаемые в актах вынужденного излучения, неотличимы от фотонов, образующих эту волну (рис. 1). Усиление эл.-магн. волны за счёт вынужденного испускания приводит к экспоненциальному закону роста её интенсивности I по мере увеличения длины пути z, пройденного волной в в-ве: I = I0exp(az), где I0 — интенсивность входящей волны, a = (N2-N1) — коэфф. квант. усиления, В реальном в-ве наряду с усилением неизбежны потери, связанные с нерезонансным поглощением, рассеянием и т. п. Если ввести для описания суммарных потерь коэфф. потерь b, то I=I0exp((a-b)z).

В-во, приведённое к.-л. образом в инверсное состояние, неизбежно возвратится в равновесное состояние — релаксирует (см. РЕЛАКСАЦИЯ). При этом избыточная энергия выделяется в виде фотонов (излучательные переходы) или переходит в тепловую энергию (б е з ы з л у ч а т е л ь н ы е п е р е х о д ы). Спонтанное испускание фотонов в процессе релаксации явл. сущностью люминесценции. Свет люминесценции, распространяясь в инвертированной среде (при bсверхлюминесценция).

Рис. 1. Усиление световой волны в активной среде.

Мощность W сверхлюминесценции зависит от размеров l среды вдоль направления наблюдения. Сверхлюминесценция отличается от обычной люминесценции большей яркостью, более узким спектром и частичной когерентностью. Для превращения сверхлюмииесценции в генерацию когерентных волн необходимо наличие обратной связи, в результате к-рой эл.-магн. волна, испущенная ч-цами инвертированной среды, многократно вызывает в этой среде новые акты вынужденного испускания точно таких же волн. I! оптич. диапазоне обратную связь осуществляют применением той или той комбинации отражателей, напр. зеркал.

Л. содержит три осн. компонента: активную среду (активный элемент), в к-рой создают инверсию населённостей; устройство для создания инверсии в активной среде (система накачки); устройство для обеспечения положит. обратной связи (оптич. резонатор). Простейший оптич. резонатор (резонатор Фабри — Перо) состоит из двух плоских зеркал, расположенных параллельно. В оптич. резонаторе может существовать множество собств. стоячих волн, отличающихся тем, что для каждой из них между зеркалами укладывается целое число полуволн (см. ОПТИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР).

Процесс генерации. После того как в активном элементе, расположенном внутри резонатора, достигнуто состояние инверсии, в нём возникают многочисл. акты люминесценции. Фотоны вызывают в активной среде сверхлюминесценцию. Те фотоны, к-рые были первоначально испущены перпендикулярно оси резонатора, порождают лишь короткие дуги сверхлюминесценции в этих направлениях. Фотоны, спонтанно испущенные вдоль осп резонатора, многократно отражаются от его зеркал, вновь и вновь проходя через активный элемент и вызывая в нём акты вынужденного испускания (рис. 2). Генерация начинается в том случае, когда увеличение энергии волны за счёт усиления превосходит потери энергии за каждый проход резонатора.

Рис. 2. Активная среда в оптич. резонаторе.

Условия начала генерации (порог генерации) определяются равенством

a0-b0=0,

Где — пороговое значение коэфф. усиления активного элемента, b0 — коэфф. полных потерь эл.-магн. энергии за один проход.

I! начале возникновения генерации . в нём одновременно и независимо усиливается множество волн, порождённых отд. фотонами, испущенными спонтанно вдоль оси резонатора. Фазы этих волн независимы между собой, но когерентность каждой из них и их интенсивность постоянно увеличиваются за счёт процессов вынужденного испускания. В ходе взаимной конкуренции этих волн решающую роль приобретает соотношение между l и размерами резонатора. Во время первого пролёта усиливаются все фотоны, испущенные в результате спонтанных процессов. Однако после отражения от зеркал в преимуществ. положении оказываются лишь те фотоны, для к-рых выполняются условия возникновения стоячих волн. Их длины волн соответствуют нормальным колебаниям резонатора — модам, интенсивность к-рых быстро увеличивается. В наиболее благоприятных условиях оказываются те из мод резонатора, для к-рых l совпадает с вершиной спектр. линии активной среды или расположена вблизи её вершины. Интенсивность таких волн возрастает (вероятность вынужденного испускания пропорц. интенсивности вынуждающей волны) лавинообразно, подавляя усиление волн, удалённых от вершины спектр. линии. В результате возникает когерентное излучение, направленное вдоль оси резонатора и содержащее лишь небольшое кол-во мод резонатора (рис. 3).

Рис. 3. Спектр. линия активной среды (линия усиления) и моды оптич. резонатора.

Для достижения наивысшей когерентности излучения стремятся к одномодовому режиму генерации, при к-ром в пределах спектр. линии активной среды оказывается лишь одна из мод резонатора. Для этого в резонатор обычно вводят дополнит. селектирующий элемент (призму оптическую, дифракционную решётку, второй резонатор и т. п.), выделяющий одну из мод резонатора и подавляющий остальные. В длинноволновой части ИК диапазона одномодовую генерацию можно получить уменьшением длины резонатора.

Накачка. В зависимости от способа осуществления инверсии населённости можно получить непрерывную и импульсную генерацию. При непрерывной генерации инверсия в активной среде поддерживается длит. время за счёт внеш. источника энергии. Для осуществления импульсной генерации инверсия возбуждается импульсами. При непрерывной генерации лавинообразный рост интенсивности вынужденного излучения ограничивается нелинейными процессами в активном в-ве и мощностью источника накачки. В результате этих ограничений в активном в-ве возникает т. н. насыщение — кол-во актов вынужденного испускания становится равным кол-ву актов поглощения, т. к. число ч-ц на верх. и ниж. энергетич. уровнях выравнивается и рост интенсивности волны прекращается.

Потери энергии в Л. складываются из внутр. потерь (напр., из-за поглощения и рассеяния света в активной среде, зеркалах и др. элементах Л.) и за счёт вывода части генерируемой энергии сквозь зеркала резонатора, одно из к-рых для этого должно быть полупрозрачным (или иметь излучающее отверстие).

Способы достижения и поддержания инверсии в активной среде Л. зависят от её структуры. В тв. телах и жидкостях используется гл. обр. оптич. накачка — освещение активного элемента спец. лампами сфокусированным солнечным излучением или излучением др. Л. (табл.). В этом случае необходимо, чтобы в процессе оптич. накачки участвовало по крайней мере три энергетич. уровня рабочих ч-ц (обычно ионов или молекул). Если роль верх. уровня играет широкая полоса поглощения, это позволяет использовать значит. часть спектра нелазерного источника накачки.

Рис. 4. Возбуждение генерации: а — в трёхуровневой системе; б — в четырёхуровневой системе.

Ниже должен располагаться узкий (метастабильный) уровень (рис. 4, а), время жизни к-рого (ср. время до спонтанного испускания фотона ч-цей, попавшей на этот уровень) велико.

Такая ситуация обеспечивает возможность накопления большого числа ч-ц на метастабильном уровне. Для достижения порога генерации необходимо, чтобы плотность ч-ц на метастабильном уровне превышала их плотность на основном (нижнем) уровне, с к-рого для этого требуется возбудить более 50% ч-ц. Наиболее распространённой трёхуровневой средой для Л. явл. рубин (корунд Аl2O3 с примесью ионов Cr'3+ , (см. ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ЛАЗЕРЫ)).

Значительно легче достигается порог генерации в активных средах, работающих по четырёхуровневой схеме (рис. 4, б). Между метастабильным и осн. уровнями имеется промежуточный — «нижний рабочий уровень», к-рый должен быть расположен настолько выше основного, чтобы в условиях термодинамич. равновесия он был заселён достаточно слабо. При этом порог генерации достигается, когда населённость метастабильного уровня превосходит населённость ниж. рабочего уровня. Т. о., на осн. уровне может оставаться более 50% ч-ц, что существенно снижает требования к источнику накачки. Наиболее эффективным четырёхуровневым ионом явл. трёхвалентный ион неодима Nd3+ , введённый в состав спец. сортов стекла или кристаллов.

Мощные газовые Л. также обычно работают по четырёхуровневой схеме. Для возбуждения газовых лазеров оптич. накачка применяется редко, т. к. для газов существуют более эффективные методы: электрич. разряд, газодинамич. истечение (газодинамический лазер), хим. реакции (химический лазер) и др., обеспечивающие высокие мощности до сотни кВт. Возбуждение полупроводниковых лазеров производят непосредственно пост. током (инжекционные лазеры), пучком эл-нов, оптич. накачкой и др. (табл.).

Режимы генерации. Импульсный режим работы Л. обусловлен обычно импульсным режимом возбуждения, но может быть связан и с условиями генерации. Если не приняты спец. меры, то в режиме импульсного возбуждения возникает т. н. р е ж и м с в о б о д н о й г е н е р а ц и и, при к-ром процесс генерации развивается, как указано выше, а после прекращения импульса возбуждения генерация прекращается. В зависимости от мощности и длительности импульса возбуждения начало генерации запаздывает относительно начала импульса возбуждения, и генерация может пойти на убыль, не достигнув стационарного состояния.

Особый практич. интерес представляет режим т. н. гигантских импульсов, для получения к-рых используется метод м о д у л я ц и и д о б р о т н о с т и р е з о н а т о р а Л. Напр., перед импульсом возбуждения Л. закрывают одно из зеркал резонатора спец. оптическим затвором, нарушая положит. обратную связь. В этих условиях генерация невозможна и включение импульса возбуждения приводит к монотонному нарастанию инверсии в активной среде Л. Величина энергии возбуждения, запасаемая в ед. объёма активной среды, пропорц. плотности активных ч-ц и ограничивается только процессом сверхлюминесценции. Открыв затвор в конце импульса возбуждения, т. е. включая механизм обратной связи, создают условия быстрого развития генерации, к-рая реализуется в виде короткого мощного (гигантского) импульса. Длительность таких импульсов и их энергия зависят от скорости включения затвора и св-в активной среды. Обычные значения: длительность 20—50 нс, энергия — от долей до сотен Дж.

Для получения сверхкоротких мощных лазерных импульсов применяются затворы в виде кювет, наполненных р-ром спец. красителей, быстро (и обратимо) просветляющихся (выцветающих) под влиянием излучения активной среды. Такой затвор, помещённый в резонатор Л., нарушает обратную связь. Импульс возбуждения вызывает накопление энергии в активной среде и возникновение сверхлюминесценции. Интенсивность хаотич. импульсов сверхлюминесценции быстро возрастает. Когда один из них окажется достаточно мощным, чтобы вызвать просветление затвора, возникает лавинообразное развитие генерации. При этом фазы генерации всех мод резонатора оказываются взаимно связанными так, что все генерируемые волны складываются, образуя сверхкороткий импульс, длительность к-рого может составлять всего единицы и даже доли нс. Энергия, забираемая таким импульсом из активной среды, обычно составляет лишь малую долю запасённой в среде энергии, поэтому первый импульс, отразившись от зеркал резонатора, многократно пробегает между ними, образуя последовательность сверхкоротких импульсов, следующих один за другим через время, определяемое размерами резонатора (временем двойного пробега светового импульса между зеркалами). Применяя дополнит. устройства, удаётся выделить один из сверхкоротких импульсов.

Применения лазеров многообразны. Способность Л. концентрировать световую энергию в пространстве, во времени и в спектр. интервале может быть использована двояко: 1) нерезонансное вз-ствие мощных световых потоков с в-вом в непрерывном и импульсном режимах (лазерная технология, лазерный термоядерный синтез и др.); 2) селективное воздействие на атомы, ионы, молекулы и мол. комплексы, вызывающие процессы фотодиссоциации, фотоионизации, фотохим. реакции (см. ЛАЗЕРНАЯ ХИМИЯ, ЛАЗЕРНОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ ИЗОТОПОВ). Для лазерного способа ввода энергии в в-во характерны точная локализация, дозированность и стерильность. Технологич. процессы (сварка, резка и плавление металлов) осуществляются гл. обр. газовыми Л., обладающими высокой ср. мощностью. В металлургии Л. позволяет получить сверхчистые металлы, выплавляемые в вакууме или в контролируемой газовой среде. Для точечной сварки используются и твердотельные Л. Сверхкороткие импульсы применяются для изучения быстропротекающих процессов, сверхскоростной фотографии н т. п. Сверхстабильные Л. явл. основой оптич. стандартов частоты, лазерных сейсмографов, гравиметров и др. точных физ. приборов. Л. с перестраиваемой частотой (напр., Лазеры на красителях) произвели революцию в спектроскопии, существенно повысили разрешающую способность и чувствительность метода вплоть до наблюдения спектров отд. атомов (см. ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ, НЕЛИНЕЙНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ).

Л. применяются в медицине как бескровные скальпели, при лечении глазных и кожных заболеваний и др. Лазерные локаторы позволяют контролировать распределение загрязнений в атмосфере на разл. высотах, определять скорость возд. течений, темп-ру и состав атмосферы. Лазерная локация планет уточнила значение астрономич. постоянной и способствовала уточнению систем косм. навигации, расширила знания об атмосферах и строении поверхности планет, позволила измерить скорость вращения Венеры и Меркурия. Лазерная локация существенно уточнила хар-ки движения Луны и планеты Венера по сравнению с астрономич. данными (см. ОПТИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ).

С появлением Л. связано рождение таких новых разделов физики, как нелинейная оптика и голография. Проблему управляемого термоядерного синтеза пытаются решить путём использования Л. для нагрева плазмы.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1983.

ЛАЗЕР

(оптический квантовый генератор, аббревиатура слов англ. фразы: Light Ampflication by Stimulated Emission of Radiation, что означает "усиление света вынужденным излучением") - устройство, преобразующее разл. виды энергии (электрич., световую, хим., тепловую и т. д.) в энергию когерентного эл.-магн. излучения оптич. диапазона. Устройство Л. зависит от его назначения, режима работы, диапазона генерируемых длин волн ЛАЗЕР фото №7 , уровня генерируемой мощности или энергии. Оно во многом определяется также тем, какой вид энергии преобразуется Л. в когерентное излучение. Тем не менее любой Л., работающий как генератор когерентного излучения, должен состоять из трёх элементов: устройства, поставляющего энергию для переработки её в когерентное излучение; активной среды, к-рая "вбирает" в себя эту энергию и переизлучает её в виде когерентного излучения; устройства, осуществляющего обратную связь. Обратная связь не обязательна, если Л. работает как усилитель когерентного излучения (см. ниже).

В основе работы Л. лежит процесс вынужденного испускания фотонов возбуждёнными квантовыми системами - атомами, молекулами, жидкостями и твёрдыми телами (см. Квантовая электроника).

В простейшей форме энергетич. схема Л. выглядит след. образом: выбирается атом (молекула, ион), среди энергетич. состояний к-рого есть 2 энергетич. уровня, между к-рыми возможен излучат. переход. Атом, находящийся в энергетич. состоянии ЛАЗЕР фото №8 , может уменьшить свою энергию и перейти в состояние ЛАЗЕР фото №9 , а избыток энергии ЛАЗЕР фото №10 испустить в виде фотона, энергия к-рого ЛАЗЕР фото №11 и частота ЛАЗЕР фото №12 связаны с изменением энергетич. состояния атома соотношением ЛАЗЕР фото №13

ЛАЗЕР фото №14 (рис. 1). Приближённый знак равенства указывает на то, что в реальной системе атомов, молекул, находящихся в газообразном, жидком или твёрдом состояниях, энергетич. уровни не строго дискретны, а занимают нек-рый интервал значений ЛАЗЕР фото №15 и ЛАЗЕР фото №16 , и испускаемый фотон может иметь любую частоту в пределах этого интервала. Чем уже интервалы ЛАЗЕР фото №17 , ЛАЗЕР фото №18 , тем точнее фиксирована энергия испускаемого фотона.

Спонтанные и вынужденные переходы. Возбуждённый атом из состояния ЛАЗЕР фото №19 может перейти в состояние ЛАЗЕР фото №20 с испусканием фотона как самопроизвольно (спонтанное испускание), так и под действием эл.-магн. излучения (индуцированное, или вынужденное, испускание).

При спонтанном испускании частота фотона может быть произвольной в пределах контура спектральной линии (рис. 2). Произвольно также его направление распространения и фаза. Ширина контура ЛАЗЕР фото №21 определяется шириной энергетич. уровней

Значение ординаты S ( ЛАЗЕР фото №23 , ЛАЗЕР фото №24 ) - относит. вероятность испускания фотона частоты ЛАЗЕР фото №25 . Она максимальна при ЛАЗЕР фото №26

ЛАЗЕР фото №27

При вынужденном испускании испущенные фотоны полностью тождественны фотонам, воздействующим на систему атомов. Напр., если воздействующая эл.-магн. волна монохроматична, то индуцированно испускаемая волна будет тоже монохроматической, имеющей ту же частоту и те же направления распространения и поляризации. Вероятность индуцированного испускания пропорц. интенсивности воздействующей волны и зависит от её частоты. Вероятность индуцированного испускания максимальна, если частота ЛАЗЕР фото №28 воздействующей волны совпадает с ЛАЗЕР фото №29 . При отклонении ЛАЗЕР фото №30 от ЛАЗЕР фото №31 вероятность индуцированного испускания убывает по закону, описываемому ф-цией S ( ЛАЗЕР фото №32 , ЛАЗЕР фото №33 ).

ЛАЗЕР фото №34

Рис. 2. Спектральная линия спонтанного излучения.

Если атом находится в состоянии ЛАЗЕР фото №35 , то под действием внеш. эл.-магн. волны может происходить резонансное поглощение фотонов, сопровождающееся переходом ЛАЗЕР фото №36 . При индуцированном испускании энергия воздействующей волны увеличивается, а при резонансном поглощении уменьшается. Вероятность резонансного поглощения в точности равна вероятности индуцированного испускания. Поэтому будет ли преобладать в реальной системе атомов процесс вынужденного испускания или процесс резонансного поглощения, зависит от населённости энергетич. уровней N₁. и N₂. Преобладание вынужденного испускания над поглощением возможно лишь при выполнении условия

где q₁> q₂ - статистич. веса состояний. В условиях термодинамич. равновесия N₂g₂-N₁/g₁ ЛАЗЕР фото №38 0 и преобладает поглощение. Условие (2), наз. инверсией населённостей, может быть достигнуто лишь в неравновесной системе путём подвода к ней энергии. Процесс создания инверсной населённости наз. накачкой, а подводимая энергия - энергией накачки.

Особенности вынужденного испускания позволяют генерировать когерентное излучение. Первоисточником является процесс спонтанного испускания, причём наиб. число фотонов будет испущено на резонансной частоте ЛАЗЕР фото №39 , далее вступает в действие индуцированный процесс. Т. к. число спонтанно испущенных фотонов больше на частоте ЛАЗЕР фото №40 и вероятность индуцированных переходов на этой частоте тоже имеет максимум, то постепенно фотоны на частоте ЛАЗЕР фото №41 будут доминировать над всеми остальными фотонами. Но для того, чтобы этот процесс развивался, необходима преемственность между поколениями фотонов, т. е. необходима обратная связь.

Обратная связь в Л. осуществляется при помощи оптич. резонатора. В простейшей форме он образован двумя зеркалами, между к-рыми помещается рабочее вещество. Излучаемая волна отражается от зеркал и вновь возвращается в активное вещество, вызывая индуцированные переходы. Одно из зеркал делается полупрозрачным для выхода части излучения (рис. 3). Др. геометрия расположения зеркал показана на рис. 4. Обратная связь осуществляется возвратом волны в активное вещество после последовательного отражения её от системы зеркал (наим. число зеркал 3). Волна в кольцевой системе может распространяться в любом из двух возможных направлений. Возможна как генерация двух встречных волн, так и выделение волны определ. направления путём использования невзаимного элемента (напр., ячейки Фарадея). В системе из двух зеркал всегда генерируются 2 встречные волны.

ЛАЗЕР фото №42

Рис. 3. Схематическое изображение лазера: З ₁ - "глухое" зеркало; 3₂ - полупрозрачное зеркало; А - активная среда; ^* ЛАЗЕР фото №43 - условное изображение выходящего из лазера генерируемого излучения.

Ещё одной разновидностью обратной связи является т. н. распределённая обратная связь. Она возникает в активной среде, оптическая плотность к-рой периодически меняется в пространстве (рис. 5). Отражение возникает при переходе волны от одного участка к другому, отличающимся оптич. плотностью вещества. Коэф. отражения при каждом переходе невелик, но т. к. таких переходов много, общий коэф. отражения оказывается значительным.

Рис. 4. Схема кольцевого лазера.

Рис. 5. Лазер с распределённой обратной связью.

Погонный коэффициент усиления. Т. к. в активное вещество возвращается не вся излучённая энергия, отвод энергии из Л. должен компенсироваться усилением в активном веществе. Поэтому для достижения генерации усиление должно превышать нек-рое пороговое значение. Если отражённая от зеркала З ₂ волна имеет интенсивность I₀, то по мере распространения в активном веществе её интенсивность будет нарастать по закону ЛАЗЕР фото №46 , где z - пройденное волной расстояние в активном веществе, а ЛАЗЕР фото №47 наз. погонным коэф. усиления. У зеркала З ₁ интенсивность волны достигает значения ЛАЗЕР фото №48 . Пройдя путь L в обратном направлении, интенсивность увеличивается до значения ЛАЗЕР фото №49 . Отразившись от зеркала З ₂ с коэф. отражения r, она окажется равной ЛАЗЕР фото №50 Только при ЛАЗЕР фото №51 возможно постепенное нарастание эл.-магн. волны. Отсюда

Коэф. ЛАЗЕР фото №53 усиления ЛАЗЕР фото №54 пропорц. числу активных частиц

Коэф. ЛАЗЕР фото №56 -сечение вынужденного перехода - является характеристикой активной среды. Сечение ЛАЗЕР фото №57 пропорц. вероятности индуцированного перехода. Следовательно, его зависимость от частоты ЛАЗЕР фото №58 определяется ф-цией S( ЛАЗЕР фото №59 .).

Условие самовозбуждения. Из (4) следует, что для возникновения генерации необходимо выполнение более сильного условия, чем (2):

Неравенство (5) является условием самовозбуждения Л. Если зеркало З ₁ не является идеально отражающим, то в ф-лу (5) вместо 1n(1/r) следует подставить ln (l/r₁r₂) (индекс коэф. отражения соответствует индексу зеркала). Если ввести коэф. возбуждения ЛАЗЕР фото №61 = ЛАЗЕР фото №62 , то условие возбуждения принимает вид ЛАЗЕР фото №63 -1>0.

После включения накачки, удовлетворяющей условию (5), генерируемая мощность начинает нарастать, но не беспредельно. Эл.-магн. поле в резонаторе может достичь такого значения, когда скорость индуцированных переходов ЛАЗЕР фото №64 будет превосходить скорость заселения уровня ЛАЗЕР фото №65 за счёт накачки. При этом ЛАЗЕР фото №66 и коэф. усиления с ростом интенсивности поля в резонаторе начинают уменьшаться (насыщаться). Для мн. активных сред зависимость ЛАЗЕР фото №67 от интенсивности I можно описать ф-лой

Здесь ЛАЗЕР фото №69 - число активных частиц в отсутствие генерации, ЛАЗЕР фото №70 - сечение вынужденного перехода на резонансной частоте ЛАЗЕР фото №71 . Величина I_н (насыщающая интенсивность) является характеристикой вещества. Если I слабо зависит от z, то условие

ЛАЗЕР фото №72

определяет интенсивность генерируемого излучения в резонаторе на частоте ЛАЗЕР фото №73

Насыщение коэф. усиления играет важную роль не только для установления стационарной интенсивности генерации. Оно важно и для формирования моно-хроматич. (когерентной) волны. Излучение на резонансной частоте доминирует в процессе развития генерации, излучение на др. частотах тоже развивается, хотя и в меньшей степени. По достижении же коэф. усиления стационарного значения, определяемого условием (7), излучение на др. частотах начинает затухать. Т. к. для резонансной частоты ЛАЗЕР фото №74 имеет макс. значение, то для любой др. частоты ЛАЗЕР фото №75

ЛАЗЕР фото №76

Отсюда следует, что Л. в конечном счёте должен генерировать строго монохроматич. излучение.

Роль флуктуаций. В приведённых рассуждениях не учитывались флуктуационные процессы - квантовые флуктуации эл.-магн. поля и дипольного момента атома, а также флуктуации мощности накачки, вибрации длины резонатора и т. д. Флуктуации ограничивают степень монохроматичности генерируемого излучения. Тем не менее монохроматичность лазерного излучения весьма высока. Предельная монохроматичность, обусловленная квантовыми флуктуациями, даётся соотношением

ЛАЗЕР фото №77

где ЛАЗЕР фото №78 - ширина спектра; Р- мощность излучения, генерируемого Л.; N₁, N₂ - числа частиц на верх. и ниж. уровнях в режиме генерации; ЛАЗЕР фото №79 - полоса пропускания резонатора (см. ниже).

Оптический резонатор. До сих пор зеркалам отводилась лишь роль отражателей, возвращающих часть излучения обратно в активную среду. Однако система зеркал обладает резонансными свойствами и поле в ней может возбуждаться только на определ. резонансных (собственных) частотах ЛАЗЕР фото №80 или вблизи них в малом интервале ЛАЗЕР фото №81 , наз. полосой пропускания резонатора (подробнее см. в ст. Оптический резонатор). Если ЛАЗЕР фото №82 , то всё вышесказанное справедливо, т. к. резонансные свойства резонатора слабо выражены на фоне резонансных свойств спектральной линии. При этом частота генерируемого излучения ЛАЗЕР фото №83 будет близка к частоте перехода ЛАЗЕР фото №84

Если же ЛАЗЕР фото №85 , то резонатор существенно влияет на частоту генерируемого излучения. Активное вещество обладает дисперсией показателя преломления. Поэтому фазовая скорость распространения волны ЛАЗЕР фото №86 между зеркалами зависит от её частоты (длины волны). Для стационарной генерации необходимо, чтобы при распространении (проходе) волны от одного зеркала до другого и обратно "набег" фазы составлял целое число (n) периодов: ЛАЗЕР фото №87 . С др. стороны, из-за интерференции многократно отражённых волн между зеркалами должны устанавливаться колебания, при к-рых между зеркалами укладывается целое число ( р )полуволн: ЛАЗЕР фото №88 . В реальном резонаторе требуемая точность выполнения этого условия порядка ЛАЗЕР фото №89 . Устанавливающаяся частота генерации ЛАЗЕР фото №90 должна быть такой, чтобы были выполнены оба соотношения. Теория даёт для w_г соотношение

ЛАЗЕР фото №91

Из (9) следует, что если ширина спектральной линии ЛАЗЕР фото №92 велика по сравнению с ЛАЗЕР фото №93 , то ЛАЗЕР фото №94

ЛАЗЕР фото №95

Рис. 6. Зависимость мощности генерации Р от разности ЛАЗЕР фото №96

ЛАЗЕР фото №97

Рис. 7. Зависимость для двухзеркального ЛАЗЕР фото №98 лазера в случае, когда уширение спектральной линии обусловлено эффектом Доплера.

Наиб. благоприятные условия для генерации возникают, когда резонансная частота спектральной линии ЛАЗЕР фото №99 и собств. частота резонатора ЛАЗЕР фото №100 совпадают. В этом случае при заданной мощности накачки Л. излучает наиб. мощность. По мере отклонения ЛАЗЕР фото №101 от ЛАЗЕР фото №102 генерируемая мощность Р будет уменьшаться и при достаточно большой расстройке ( ЛАЗЕР фото №103 ) генерация может совсем исчезнуть (рис. 6).

Однако такая простая зависимость Р от ЛАЗЕР фото №104 справедлива не всегда. Характер её определяется режимом работы Л. и механизмом уширения спектральной линии активного вещества. Для кольцевого Л., работающего на одной волне, бегущей в определ. направлении, зависимость Р от ЛАЗЕР фото №105 - ЛАЗЕР фото №106 всегда соответствует рис. 6. Для двухзеркального Л., если решающий вклад в ширину спектральной линии вносит эффект Доплера, Р ( ЛАЗЕР фото №107 - ЛАЗЕР фото №108 )имеет минимум при ЛАЗЕР фото №109 , наз. провалом Лэмба (рис. 7). Частотная ширина провала определяется тем вкладом в ширину линии, к-рый вносят межатомные соударения и спонтанное излучение. Этот "провал" используется для стабилизации частоты Л. (см. Оптические стандарты частоты).

Режим работы лазеров. Накачка Л. может осуществляться как непрерывно, так и импульсно. При длительном (непрерывном) режиме вводимая в активную среду мощность накачки ограничена перегревом активной среды и связанными с ним явлениями. В режиме одиночных импульсов возможно введение в активную среду значительно большей энергии, чем за то же время в непрерывном режиме. Это обусловливает большую мощность одиночного импульса. Но и при непрерывной накачке возможны различные режимы работы Л., существенно зависящие от соотношения двух характерных времён: времени затухания эл.-магн. поля в резонаторе ЛАЗЕР фото №110 и времени ЛАЗЕР фото №111 установления стационарного распределения частиц по рабочим энср-гетич. уровням под действием накачки, но в отсутствие эл.-магн. поля. Последнее зависит от времени жизни частиц на уровнях и от интенсивности накачки.

Если , то Л. наряду с режимом непрерывной генерации ЛАЗЕР фото №112 может генерировать периодич. последовательность импульсов (рис. 8). Временной интервал между импульсами расстояние между ними возрастает, так что ср. мощность остаётся постоянной, если не меняется мощность накачки.

длительность импульса

Здесь Р_макс - пиковая мощность импульса, Р_ст - ср. мощность генерации. По мере увеличения отношения Р_макс/ Р_ст длительность импульсов сокращается, а

Рис. 8. Импульсный режим работы лазера; Р - мощность генерируемого излучения.

Рис. 9. Генерация гигантских импульсов.

"Раскачать" такие импульсы в Л. удаётся путём неглубокой модуляции коэф. отражения зеркал или мощности накачки. Глубина модуляции пропорц. ЛАЗЕР фото №117 и в ряде практически важных случаев порядка 10^-2- 10^-3. Возможна даже "раскачка" пульсаций Л. за счёт флуктуации мощности накачки и параметров, без внеш. принудительной модуляции. В Л. со сравнительно малым временем релаксации населённости уровней ( ЛАЗЕР фото №118 < ЛАЗЕР фото №119 ) режимы глубоких пульсаций мощности не наблюдаются. Неглубокая модуляция параметров в таких Л. приводит и к неглубокой модуляции выходной мощности.

Л., "предрасположенными" к режимам пульсаций, являются рубиновый, неодимовый, YAG-лазер (см. Твердотельный лазер), газовый йодный лазер, СО ₂ -лазер (см. Газоразрядные лазеры), полупроводниковые лазеры. Модуляция параметров в них может приводить к возникновению и хаотич. пульсаций мощности, к-рым в фазовом пространстве соответствует сложный набор траекторий, наз. странным аттрактором.

Гигантские импульсы. В Л. на основе веществ, имеющих сравнительно большое время релаксации ЛАЗЕР фото №120 возбуждённых частиц, можно осуществить генерацию короткого одиночного импульса достаточно большой энергии и большой мощности. Л. в режиме стационарной генерации не может излучать мощность, превышающую мощность накачки. Но если выбрать вещество с достаточно большим временем релаксации ЛАЗЕР фото №121 и выключить обратную связь, то, располагая источником накачки сравнительно небольшой мощности, можно на верх. рабочем уровне накопить большое число N₂ возбуждённых частиц. Если после окончания процесса накопления быстро включить обратную связь, то за счёт большого числа возбуждённых частиц развивается мощный импульс лазерного излучения (рис. 9). При мгновенном включении обратной связи (t=0) имеется нек-рое время разгорания импульса ЛАЗЕР фото №122 , за к-рым следует быстрое нарастание его за время ЛАЗЕР фото №123 , а затем более медленный спад ( ЛАЗЕР фото №124 ). По порядку величины

Здесь V - объём активного вещества. Если накачку производить в течение времени ЛАЗЕР фото №127 , то выигрыш в средней за импульс мощности ЛАЗЕР фото №128 , а на переднем фронте этот выигрыш ещё больше. Напр., для Л. на основе стекла, активированного Nd, ЛАЗЕР фото №129 10^-9 с, ЛАЗЕР фото №130 10^-8 с, ЛАЗЕР фото №131 10⁴. Т. о., при мощности накачки в десятки кВт импульсная мощность генерируемого излучения может достигать сотен МВт (гигантские импульсы).

Для быстрого включения обратной связи используются оптические затворы, к-рые помещаются между активной средой и зеркалом резонатора (рис. 10) и в закрытом состоянии не пропускают излучение к зеркалу.

Рис. 10. Схема лазера с оптическим затвором.

Многомодовая и одномодовая генерации. Оптич. резонатор имеет набор собств. типов колебаний (мод) - продольных и поперечных. Собств. частоты продольных мод отделены друг от друга интервалом ЛАЗЕР фото №133 = с/2L_ОП, где L_oп - оптическая длина резонатора (с учётом показателя преломления активного вещества). Поперечные моды группируются около продольных, являясь своеобразными их сателлитами. В оптич. диапазоне обычно ширина спектральной линии спонтанного излучения активного вещества ЛАЗЕР фото №134 , так что в пределы спектральной линии попадает большое кол-во мод резонатора. В процессе развития генерации все генерируемые частоты должны были бы быть подавлены, кроме одной, ближайшей к резонансной частоте спектральной линии (см. выше). Однако это справедливо только в том случае, когда спектральная линия однородно уширена (см. Ширина спектральной линии )и если все моды в пространстве полностью перекрываются. В действительности каждая мода имеет своё пространств. распределение поля в резонаторе и полного перекрытия мод не происходит. Конкуренция между ними ослаблена, что приводит к многомодовой генерации. Неоднородно уширенная спектральная линия означает набор частиц с разл. частотой перехода. Для генерации определ. моды используется энергия лишь тех частиц, частоты к-рых достаточно близки к собств. частоте моды. Энергия удалённых по частоте частиц оказывается неиспользованной и может служить источником излучения, соответствующего моде с др. собств. частотой, и т. д.

Оказывается, что режим периодич. пульсации Л. может также стать причиной многомодовой генерации. Подавление более слабой моды более сильной происходит при достаточно большой интенсивности излучения, когда существенно начинает сказываться насыщение коэф. усиления. При импульсном режиме работы в промежутке между импульсами поле в резонаторе слабое, и в это время могут начать развиваться любые моды, для к-рых выполнено условие самовозбуждения (5). Затем они прекратят свой рост, будучи подавленными наиболее мощным импульсом, но в промежутке между импульсами начнут развиваться снова. В конечном счёте выходящее из Л. излучение будет состоять из набора относительно мощных импульсов излучения определ. моды (а значит, и частоты) и набора импульсов меньшей мощности, соответствующих др. модам (и др. частотам). Генерация лазерного излучения высокой монохроматичности требует спец. мер для подавления многомодовой генерации.

Ультракороткие импульсы. Многомодовая генерация может оказаться полезной для генерации мощных импульсов излучения очень короткой длительности. Известно, что совокупность N синусоидальных колебаний со строго фиксированной фазой, набор частот к-рых представляет собой арифметич. прогрессию, образует последовательность импульсов (рис. 11).

Временной интервал между импульсами ЛАЗЕР фото №135 , где ЛАЗЕР фото №136 - разность между двумя соседними частотами; длительность импульса ЛАЗЕР фото №137 . Продольные моды резонатора как раз представляют собой колебания, собств. частоты к-рых эквидистантны и отделены друг от друга интервалом ЛАЗЕР фото №138 . В реальных системах этот интервал ЛАЗЕР фото №139 10⁸-10⁹ Гц. При N ЛАЗЕР фото №140 10³ можно получить импульсы длительностью t_и ЛАЗЕР фото №141 10^-11-10^-12 с (ультракороткие импульсы). Число генерируемых мод N определяется шириной спектральной линии ЛАЗЕР фото №142 и межмодовым частотным интервалом ЛАЗЕР фото №143 , так что принципиально достижимая длительность импульсов

ЛАЗЕР фото №144 (13)

Поэтому для генерации ультракоротких импульсов применяются активные среды с большой шириной линии (стекло, активированное Nd, иттрий-алюминиевый гранат, красители, полупроводники).

В нормальном режиме генерации каждая мода представляет практически независимый генератор, фаза излучения к-рого по отношению к фазам волн, соответствующих др. модам, произвольна. В этом случае импульсная структура излучения (рис. 11) не возникает. Для генерации ультракоротких импульсов необходимо согласовать фазы отд. мод. Этого можно достичь, модулируя, напр., накачку Л. с частотой /, равной межмодовому интервалу: ЛАЗЕР фото №145 , или применяя Л. с насыщающимся фильтром. При надлежащем подборе фильтра и его положения в резонаторе можно получить гигантский импульс, состоящий из последовательности ультракоротких импульсов. С помощью оптич. затворов можно выделить одиночный ультракороткий импульс. Выделенный одиночный импульс может быть подвергнут дальнейшей компрессии во времени спец. методами. В результате удаётся получить импульсы фемтосекундной длительности. Один из таких методов - формирование в онтич. волокне солитона (см. Солитонный лазер).

Лазеры-усилители. Для решения ряда практич. задач требуется оптич. излучение большой мощности (энергии). Часто оказывается более удобным получить с помощью Л.-генератора сравнительно слабое излучение с заданными характеристиками, а затем усилить его с помощью Л.-усилителя.

Если требуется сохранить первоначальные свойства усиливаемой волны, то необходимо усиление в линейном режиме. В этом случае интенсивность I усиливаемого излучения должна быть заметно меньше насыщающей интенсивности I_н, так что ЛАЗЕР фото №146 не зависит от интенсивности.

ЛАЗЕР фото №147

В линейном режиме усиления для увеличения интенсивности волны используется малая доля энергии, запасённой в активной среде. Проблема линейного усиления обычно возникает при передаче и приёме сигнала, несущего информацию. В этом случае решающим фактором являются шумовые свойства усилителя, характеризующие его шумовой температурой Т _ш. Принципиально неустранимым источником шумов являются квантовые флуктуации. Обусловленная ими шумовая темп-pa, отнесённая к входу усилителя, даётся ф-лой

Усиление излучения большой мощности. При получении когерентного излучения большой мощности (энергии) нет проблемы сохранения нач. информации в усиливаемой волне, но возникает проблема макс. использования энергии, запасённой в активной среде усилителя. Это требует подачи на вход усилителя насыщающего излучения, при к-ром в энергию усиливаемой волны переходит существенная доля энергии, запасённой в усилителе. Количественная мера, определяющая насыщение, различна в зависимости от того, представляет ли собой усиливаемое излучение волновой цуг большой длительности или оно подаётся на вход усилителя в виде короткого импульса. Если длительность цуга больше времени релаксации населённости уровней ЛАЗЕР фото №149 , то для насыщения необходимо, чтобы интенсивность волны удовлетворяла соотношению

При I ЛАЗЕР фото №151 I_н распространение усиливаемой волны в активной среде сопровождается линейным по z (а не экспоненциальным) ростом её интенсивности:

где I₀ - интенсивность на входе усилителя, ЛАЗЕР фото №153 - удельная мощность накачки. В этом случае усиливаемая волна забирает из усилителя максимально возможную мощность ЛАЗЕР фото №154

В случае короткого импульса ЛАЗЕР фото №155 условие насыщения не определяется интенсивностью импульса. Является ли импульс насыщающим или нет, зависит от величины энергии W, переносимой импульсом излучения через единицу поверхности за время его длительности. Условие насыщения имеет вид

При W ЛАЗЕР фото №157 W_H прирост энергии происходит линейно с пройденным расстоянием z:

(W₀- нач. энергия). Импульс при этом забирает с единицы длины активной среды половину энергии, запасённой в активной среде ЛАЗЕР фото №159

Линейный рост интенсивности или энергии будет происходить лишь в том случае, если в среде отсутствуют линейные потери излучения, пропорц. интенсивности (потоку энергии) излучения и не насыщающиеся с ростом интенсивности (энергии) излучения. Это могут быть потери из-за рассеяния, вызванного неоднородностью активной среды, или из-за поглощения к.-л. примесью, или вследствие поглощения частицами самой активной среды за счёт переходов между нерабочими энергетич. уровнями, если значения насыщающей интенсивности I_н или W_H для этих уровней или для примеси заметно превышают их значения для рабочего перехода.

При наличии потерь в активной среде усиление будет происходить лишь в том случае, если

где ЛАЗЕР фото №161 - коэф. линейных потерь. В практически важном случае ЛАЗЕР фото №162 зависимость интенсивности (потока энергии) усиливаемой волны от длины усилителя даётся соотношениями

к-рые переходят в соотношения (16) и (18), если ЛАЗЕР фото №164 При очень больших длинах усилителя интенсивность (поток энергии) усиливаемой волны достигает предельных значений:

Из (20) следует, что / или W становятся близкими к предельным, если ЛАЗЕР фото №166 . Это соотношение определяет предельную длину усилителя, т. к. применение усилителей заметно большей длины приводит к неэффективному использованию запасённой в них энергии. Для получения большой общей мощности или энергии необходимо расширение апертуры усилителя и усиливаемого луча.

Расходимость лазерного луча. Для переноса энергии лазерным лучом на большие расстояния необходим луч малой расходимости. Расходимость определяется генерируемой модой резонатора и оптич. однородностью активной среды. Наим. углом расходимости обладает осн. продольная мода резонатора. Конкретное значение угла расходимости идеальной осн. моды не имеет принципиального значения: с помощью оптич. системы (линзы, зеркала) она может быть преобразована так, что её угол расходимости будет иметь минимально возможное значение, определяемое дифракцией на выходной апертуре оптич. системы. Наличие высших поперечных мод в лазерном пучке не позволяет достичь минимального, дифракционного, угла расходимости. Одним из наиб. эфф. способов устранения поперечных мод является применение в лазере т. н. неустойчивого резонатора, к-рый особенно эффективен в сочетании с активными средами, имеющими большой коэф. усиления.

Оптич. неоднородности в активной среде влияют на структуру волнового фронта волны и могут увеличить расходимость лазерного луча. Существенного уменьшения (или даже устранения) расходимости лазерного луча, обусловленной неоднородностью активной среды, можно достичь, используя метод обращения волнового фронта.

Теория лазера как системы, генерирующей эл.-магн. излучение, основывается на ур-ниях Максвелла. Активное вещество в ур-ниях Максвелла представлено токами намагниченности или поляризации, возбуждающими эл.-магн. поле. Как правило, при взаимодействии вещества с эл.-магн. полем доминирует определ. тип взаимодействия - электрический или магнитный. Поэтому вместо полной системы ур-ний Максвелла для описания Л. чаще всего используется волновое ур-ние для электрич. или магн. компоненты поля. Для электрич. компоненты Е (электрич. взаимодействие встречается чаще) волновое ур-ние имеет вид

ЛАЗЕР фото №167

Здесь ЛАЗЕР фото №168 - ток поляризации ЛАЗЕР фото №169 активного вещества; величина ЛАЗЕР фото №170 описывает т. н. ненасыщающиеся потерн в активном веществе и элементах конструкции Л. Величина ЛАЗЕР фото №171 связана с коэф. поглощения ЛАЗЕР фото №172 соотношением ЛАЗЕР фото №173

Ур-ние (22) не является замкнутым, если неизвестны ур-ния, описывающие состояние вещества (материальные ур-ния). Написать систему материальных ур-ний в общем случае трудно, т. к. каждое вещество достаточно индивидуально. Однако в случае резонансного взаимодействия излучения с веществом последнее можно описывать как квантовую систему, обладающую лишь двумя энергетич. состояниями. Реальная сложность спектра каждого конкретного вещества для мн. задач несущественна, т. к. 2 энергетич. состояния, находящиеся в резонансе с эл.-магн. полем, взаимодействуют с ним сильнее, чем все остальные энергетич. состояния. При описании активной среды как двухуровневой квантовой системы теряются нек-рые частности, связанные с конкретным веществом, но приобретается универсальность описания активных сред.

В приближении двух уровней поляризация активного вещества ЛАЗЕР фото №174 и число активных частиц ЛАЗЕР фото №175 подчиняются след. системе ур-ний:

ЛАЗЕР фото №176

Здесь ЛАЗЕР фото №177 - электрич. дипольный момент элементарного квантового объекта активной среды: атома, молекулы в газовых средах или твёрдых растворах, экситона или др. элементарного возбуждения в твёрдом теле и т. д.; ЛАЗЕР фото №178 - характерное время релаксации поляризации, оно связано с шириной спектральной линии, соответствующей резонансному с полем переходу: ЛАЗЕР фото №179 ; ЛАЗЕР фото №180 - время релаксации числа активных частиц, оно определяется конечным временем жизни частиц на верх. уровне, обусловленном спонтанным испусканием и релаксационными процессами, происходящими в активной среде. Оно может зависеть также и от скорости накачки Q, обеспечивающей инверсию населённости. Т. к. ЛАЗЕР фото №181 N имеет размерность концентрации (см ^-3), то ЛАЗЕР фото №182 имеет размерность [Вт/см ^3* с], если энергия фотона выражена в Дж.

Система ур-ний (22-23) является замкнутой и при надлежащих граничных условиях, накладываемых на поле, может описывать как развитие генерации и различные установившиеся режимы работы в Л .-генераторах, так и распространение эл.-магн. волн в Л.-усилителях. В этой системе ур-ний не учтены лишь флуктуации разл. величин, к-рые обычно считаются малыми. Однако в ряде случаев их учёт принципиален, напр. при расчёте предельной монохроматичности излучения Л. Для решения флуктуационных задач в правой части yp-нии (22-23) вводятся т. н. флуктуационные "силы", характер к-рых зависит от конкретного случайного процесса, влияние к-рого необходимо учесть.

Рис. 12. Структура неоднородноуширенных линий.

Структура спектральной линии часто оказывается более сложной, если каждый элементарный квантовый объект, напр. атом, имеет свою собств. резонансную частоту, несколько отличную от частот др. атомов. Один из наиб. характерных примеров - движущиеся атомы или молекулы в газе, частота к-рых, измеряемая в неподвижной системе координат, зависит от скорости их движения из-за эффекта Доплера и релятивистского изменения масштаба времени. Др. пример - уширение из-за неоднородности среды, окружающей излучающие атомы. Структура такого типа линий (неоднородно уширенных) представлена на рис. 12. В этом случае частота w₂₁ является перем. параметром. Расстояние между резонансными частотами отд. частиц обычно много меньше индивидуальной ширины линии уровня каждой частицы: ЛАЗЕР фото №184 . Поэтому ЛАЗЕР фото №185 можно считать непрерывной переменной, а система ур-ний (22-23) легко обобщается на случай неоднородного уширения:

Здесь величины ЛАЗЕР фото №187 , умноженные на ф-цию ЛАЗЕР фото №188 , следует рассматривать как спектральные плотности поляризации и числа активных частиц. То же самое можно сказать и о накачке ЛАЗЕР фото №189 ; ЛАЗЕР фото №190 - ф-ция распределения по частотам ЛАЗЕР фото №191 , чаще всего - нормальное распределение относительно переменной ЛАЗЕР фото №192 ( ЛАЗЕР фото №193 - максимум распределения). Система (24) переходит в систему (22-23), если ЛАЗЕР фото №194 ( ЛАЗЕР фото №195 , ЛАЗЕР фото №196 )= ЛАЗЕР фото №197 ( ЛАЗЕР фото №198 - ЛАЗЕР фото №199 ). На основе последовательного анализа ур-ний (22-23) и (24) можно обосновать все закономерности работы Л., описанные в предыдущих разделах.

Классификация лазеров и их применения. Л. можно классифицировать по особенностям активной среды (твердотельные лазеры, газовые лазеры, лазеры на красителях) и по способу накачки (лазеры с оптич. накачкой, газоразрядные лазеры, хим. лазеры) и т. д. Но любая из таких классификаций не выглядит убедительной, т. к. в рамки одного и того же класса Л. попадают системы, совершенно не похожие по др. признакам. По совокупности признаков (среда, способ накачки, генерируемая мощность и др.) удобно выделить след. виды Л.

1) Твердотельные лазеры на люминесцирующих средах (Л. на стёклах, активированных Nd, YAG-лазеры, рубиновые лазеры); накачка оптическая. Применение: лазерная спектроскопия, нелинейная оптика, лазерная технология (сварка, закалка, упрочнение поверхности). Лазерные стёкла применяются в мощных установках для лазерного термоядерного синтеза (ЛТС).

2) Электроразрядные Л. низкого давления на благородных газах: Не-Ne, He-Xe и др. Маломощные системы, излучение высокой монохроматичности и направленности. Применение: спектроскопия, стандарты частоты и длины, настройка оптич. систем, маркшейдерские работы.

3) Полупроводниковые лазеры: нaкачка инжекцией через гетеропереход (см. Гетеролаар), а также электронным пучком. Гетеролазеры миниатюрны, имеют большой кпд, могут работать в импульсном и непрерывном режимах. Применение: спектроскопия, оптич. стандарты частоты, оптич. линии связи, звуко- и видиосистемы. Л. с электронной накачкой перспективны для проекционного лазерного телевидения, оптич. обработки информации.

4) N₂ -С0₂- и СО-лазеры высокого давления; способ возбуждения - поперечный разряд с предионизацисй и несамостоятельный (электроионизационный) разряд. Практически достижимая мощность> 10 кВт. Возможен импульсный режим работы. Применение: спектроскопия, лазерная химия, медицина, технология.

5) Ионный аргоновый Л.- лазер непрерывного действия, генерирующий зелёный луч; накачка - электрич. разряд. Достижимая мощность неск. десятков Вт. Применение: спектроскопия, нелинейная оптика, медицина.

6) Эксимерные лазеры. Рабочая среда - газовая смесь благородных газов с F₂, C1₂, фторидами. Возбуждение сильноточным электронным пучком или поперечным разрядом. Импульсный режим работы. УФ-диапазон длин волн. Применение: спектроскопия, химия; рассматриваются проекты мощных систем для лазерного термоядерного синтеза.

7) Лазеры на красителях. Рабочая среда - жидкость (разрабатываются и газовые системы). Оптич. накачка (применяются как излучения др. типов Л., так и газоразрядных ламп). Осн. достоинство - большой диапазон плавной перестройки частоты генерируемого излучения.

8) Химические лазеры. Среда - смесь газов. Осн. источник энергии - хим. реакция между компонентами рабочей смеси. Возможны варианты Л. импульсного и непрерывного действия. Широкий спектр генерации в ближней ИК-области спектра; большие мощности непрерывного излучения и большие энергии в импульсе. Применение: спектроскопия, лазерная химия, системы контроля состава атмосферы. Рассматриваются проекты систем для ЛТС.

9) Газодинамические лазеры с тепловой накачкой. Осн. рабочая смесь: N₂+CO₂+He или N₂+C0₂+Н ₂ О. Излучающая молекула - СО ₂. Получена генерация на молекулах СО, CS, N₂0.

10) Лазеры на свободных электронах - система, с к-рой связываются перспективы дальнейшего развития Л. Однако систем, работающих в видимом диапазоне и имеющих практич. значение, пока нет.

11) Гамма-лазеры и лазеры рентг. диапазона широко обсуждаются в литературе. Есть первые успешные эксперименты по осуществлению рентгеновских лазеров.

12) Параметрич. лазеры основаны на нелинейном явлении распада одного фотона на 2 других, суммарная энергия к-рых равна энергии исходного фотона. В качестве накачки используется лазерное излучение. Осн. преимущество - возможность перестройки частоты генерируемого излучения. Применяются в спектроскопии (см. Параметрический генератор света).

13) Л. на основе вынужденного комбинационного рассеяния; накачка лазерным излучением. Применяются для получения когерентного излучения разл. частот и для суммирования излучения неск. Л. с целью увеличения яркости когерентного излучения (подробнее см. Комбинационный лазер).

Лит.: Справочник по лазерам, пер. с англ., под ред. А. М. Прохорова, т. 1-2, М., 1978; 3велто О., Принципы лазеров, пер. с англ., 2 изд., М., 1984; О' Шиа Д., Коллен Р., Роде У., Лазерная техника, пер. с англ., М., 1980; Тарасов Л. В., Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения, М., 1981.

А. Н. Ораевский.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.

Синонимы:

луч, нанолазер, хемолазер

Смотреть больше слов в «Физической энциклопедии»

ЛАЗЕР С ЯДЕРНОЙ НАКАЧКОЙ →← ЛАДДЕТРОН

Синонимы слова "ЛАЗЕР":

Смотреть что такое ЛАЗЕР в других словарях:

ЛАЗЕР

источник электромагнитного излучения видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов, основанный на вынужденном излучении (См. Вынужденн... смотреть

ЛАЗЕР

ЛАЗЕР [зэ], -а, м. (спец.). 1. Оптический квантовый генератор,устройство для получения мощных узконаправленных пучков света. Импульсный л.Л. непрерывного действия. 2. Пучок света, луч, получаемый при помощи такогогенератора. Лечение лазером. Сварка лазером. \ прил. лазерный, -ая, -ое. Л,луч. Лазерная хирургия.... смотреть

ЛАЗЕР

лазер м. 1) Прибор для получения мощных узконаправленных пучков света. 2) Луч, пучок света, получаемый при помощи такого генератора.

ЛАЗЕР

лазер м. физ.laser

ЛАЗЕР

лазер сущ., кол-во синонимов: 3 • луч (11) • нанолазер (1) • хемолазер (1) Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин.2013. . Синонимы: луч, нанолазер, хемолазер... смотреть

ЛАЗЕР

(LASER, аббревиатура слов англ, фразы Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - усиление света в результате вынужденного излучения), устройство, преобразующее разл. виды энергии (электрич., световую, хим., тепловую и др.) в энергию когерентного электромагн. излучения. В основе работы Л. лежит процесс вынужденного испускания электромагн. излучения (фотонов) атомами и др. квантовыми системами, находящимися в возбужденных состояниях. Так, атом, находящийся в состоянии 2 с энергией W2, может перейти в состояние 1 с меньшей энергией Wl, испустив при этом фотон с частотой v21=(<w>2 ЧW></w>1)/h, где h-постоянная Планка (рис. 1). Излучат. переход может произойти как самопроизвольно (спонтанное испускание), так и под действием внеш. электромагн. излучения (вынужденное, или индуцированное, испускание). При спонтанном испускании частота v фотона может отличаться от v21 в нек-рых пределах Dv л, т. к. в реальной квантовой системе энергетич. уровни не строго дискретны, а занимают нек-рые <img src="https://words-storage.s3.eu-central-1.amazonaws.com/production/article_images/5a3aa3a52685b21ade9b292f/fb28bef7-e811-4fb7-9928-7d909f52b191" alt="ЛАЗЕР фото №1" align="absmiddle" class="responsive-img img-responsive" title="ЛАЗЕР фото №1"> Рис. 1. Энергетич. уровни квантовой системы, используемой в качестве активной среды лазера. DW2 и DW1 - ширины энергетич. состояний <w>2</w> и W1,обычно определяемые по полуспаду плотности состояний. Показаны переходы, соответствующие поглощению и испусканию фотона hv. интервалы энергии DW2 и DW1. Контур спектральной линии спонтанного излучения описывается плавной кривой S(v, v21) (pис. 2); направление распространения излучения и фаза произвольны. <img src="https://words-storage.s3.eu-central-1.amazonaws.com/production/article_images/5a3aa3a52685b21ade9b292f/760c7fbd-bb46-44d1-bab7-8f1ac5c39256" alt="ЛАЗЕР фото №2" align="absmiddle" class="responsive-img img-responsive" title="ЛАЗЕР фото №2"> Рис. 2. Спектральная линия активной среды лазера. S(v, v21) -относит. число спонтанно испущенных фотонов на частоте v'; v21 - резонансная частота, Dv л - полуширина спектральной линии. При вынужденном испускании фотоны неотличимы от внеш. фотонов, воздействующих на систему. В частности, если воздействующее излучение монохроматично (частота v') и имеет определенное направление распространения, индуцир. излучение имеет ту же частоту v' и то же направление распространения. Вероятность вынужденного испускания зависит от частоты v' воздействующего излучения: она пропорциональна фактору S(v', v21) и имеет значение тем большее, чем ближе v' к резонансной частоте v21. Важным является то обстоятельство, что вероятность вынужденного испускания пропорциональна интенсивности воздействующей волны (плотности фотонов). При обратном переходе 1:2 происходит поглощение фотона атомом на той же частоте v12, вероятность к-рого также пропорциональна плотности фотонов воздействующей волны и фактору S(v, v12). Поэтому преобладание вынужденного испускания над поглощением возможно лишь при выполнении условия: N2/g2>N1/g1, где N2 и N1 - населенности состояний 2 и 1 соотв. (числа атомов в единице объема в-ва, находящихся на энергетич. уровнях 2 и 1), g2 и g1 - статистич. веса этих состояний. При термодинамич. равновесии всегда N2/g2<n>l/gl, поэтому условие N2/g2-N1/gl>0, наз. инверсией населенности, м. б. обеспечено лишь в термодинамически неравновесной системе. Этого достигают накачкой - подводом к системе энергии и созданием термодинамически неравновесного распределения частиц по энергетич. уровням системы. В-во, в к-ром создана инверсия населенности, наз. активной средой (активным в-вом). В Л. отдельные акты вынужденного испускания превращ. в генерацию когерентного электромагн. излучения благодаря положит. обратной связи, при к-рой один испущенный фотон многократно вызывает новые акты вынужденного испускания точно таких же фотонов. Первоисточником волны являются спонтанно испущенные фотоны, из к-рых наиб. число имеют резонансную частоту v21; под их воздействием начинается индуцир. испускание на той же частоте. Постепенно фотоны с частотой v2l станут доминировать над всеми остальными, т. е. система начнет излучать монохроматич. электромагн. волну. Описанная обратная связь в Л. осуществляется с помощью резонатора. Простейший резонатор для излучения в оптич. диапазоне представляет собой два зеркала, между к-рыми помещается активная среда. Одно из зеркал делается частично прозрачным для выхода части излучения, используемого потребителем. Остальное излучение отражается от зеркала и вновь возвращается в активную среду, вызывая новые индуцир. переходы. В результате происходит увеличение интенсивности волны - усиление. Для того чтобы усиление в активной среде скомпенсировало отвод из резонатора части излученной энергии, значение инверсной разности населенностей DN=N2/g2-N1/gl должно превышать определенное пороговое значение DN П, к-рое зависит от длины L активной среды между зеркалами, коэф. отражения r частично прозрачного зеркала и сечения а резонансного квантового перехода согласно соотношению: DN П=(l/sL)lnl/r (1) Как правило, в пределы Dv П спектральной линии активного в-ва может попадать неск. резонансных частот (резонансных мод) резонатора (рис. 3), главные из к-рых <img src="https://words-storage.s3.eu-central-1.amazonaws.com/production/article_images/5a3aa3a52685b21ade9b292f/4a60d227-359a-461c-822b-e6664ea8100a" alt="ЛАЗЕР фото №3" align="absmiddle" class="responsive-img img-responsive" title="ЛАЗЕР фото №3"> Рис. 3. Спектральная линия активной среды лазера и моды (резонансные частоты) оптич. резонатора. отделены друг от друга частотным интервалом Dv=c/2L, где с - скорость света в активной среде. Поэтому Л. генерирует не одну частоту v0~v21, а набор частот vj=v0+jc/2L (j - целое число), к-рые определяют спектр лазерного излучения. С отстройкой частоты излучения от резонансного значения уменьшается вероятность индуцир. перехода и возрастает пороговая инверсная населенность. <img src="https://words-storage.s3.eu-central-1.amazonaws.com/production/article_images/5a3aa3a52685b21ade9b292f/6a4934a4-aa08-490c-9b90-9d113cb24976" alt="ЛАЗЕР фото №4" align="absmiddle" class="responsive-img img-responsive" title="ЛАЗЕР фото №4"> Рис. 4. Простейшая схема лазера: 1 - активная среда; 2 - непрозрачное зеркало; 3 - частично прозрачное зеркало, через которое осуществляется вывод генерируемого излучения; 4 - система накачки (здесь - газоразрядные лампы). Т. обр., Л., работающий как генератор когерентного излучения, должен состоять из трех компонентов (рис. 4): системы накачки - устройства, поставляющего энергию в Л. для переработки ее в когерентную волну; активной среды, к-рая вбирает в себя энергию накачки и переизлучает ее в виде когерентного излучения, и резонатора, осуществляющего обратную связь. Л. может работать и как усилитель когерентного излучения. В этом случае обратная связь не обязательна, волна просто распространяется по активной среде, увеличивая свою мощность (энергию). Размножение фотонов в резонаторе Л. и выход части из них через полупрозрачное зеркало можно рассматривать как разветвленную цепную р-цию рождения фотонов при индуцир. переходах и их адсорбцию на пов-сти зеркала Z с коэффициентом (1Чr) при каждом столкновении: <img src="https://words-storage.s3.eu-central-1.amazonaws.com/production/article_images/5a3aa3a52685b21ade9b292f/7753547b-ff72-44d9-9854-3a2f39f7e1c4" alt="ЛАЗЕР фото №5" align="absmiddle" class="responsive-img img-responsive" title="ЛАЗЕР фото №5"> где А * и А - возбужденные частицы в состояниях, между к-рыми происходит квантовый переход, n-число частиц в единице объема резонатора. Если процесс накачки представить как превращ. А в А * вследствие передачи энергии при столкновении с нек-рыми условными частицами Q: <img src="https://words-storage.s3.eu-central-1.amazonaws.com/production/article_images/5a3aa3a52685b21ade9b292f/6e6a775a-664f-4a42-afed-5acf1ad6c909" alt="ЛАЗЕР фото №6" align="absmiddle" class="responsive-img img-responsive" title="ЛАЗЕР фото №6"> а релаксацию энергии возбуждения - как гибель возбужденных частиц А * при столкновении с условными частицами М: <img src="https://words-storage.s3.eu-central-1.amazonaws.com/production/article_images/5a3aa3a52685b21ade9b292f/0b2091fd-7c3a-4fa8-a3e1-82f6b96e1308" alt="ЛАЗЕР фото №7" align="absmiddle" class="responsive-img img-responsive" title="ЛАЗЕР фото №7"> то работу Л. можно описывать кинетич. ур-ниями как изменение за время t в резонаторе числа фотонов dn/dt и изменение за время t концентраций частиц d[А *]/dt и d[А]/dt: dn/dt+kZn=Bn([А *]/g*-[А]/g); d[А *]/dt+k М[М][А *]-Bn([А *]/g*-[А]/g)=kQ[Q][A]; (6) d[А]/dt-k М[М][А *]+Bn(A*]/g*-[А]/g)=-kQ[Q][A], где g и g* - статистич. веса соответствующих состояний; B, kZ, kQ и kM - константы скорости процессов (2), (3), (4) и (5) соответственно. Их значения легко связать с сечением s, параметрами резонатора L и r, св-вами активного в-ва, способом накачки; тогда ур-ния (6) выражают осн. энергетич. соотношения при генерации Л. когерентного излучения. Они позволяют применять для расчетов методы, разработанные для нелинейных хим. процессов (см. Неравновесная химическая кинетика). Накачка Л. Создание в активном в-ве инверсии населенности производится разными способами. Чаще всего используют воздействие на в-во электромагн. излучения (оптич. накачка), электрич. разряда, пучка электронов с энергией от неск. десятков эВ до МэВ (электронный удар), высокотемпературный нагрев в-ва с послед. быстрым охлаждением (тепловая накачка), экзотермич. хим. р-ции в в-ве, инжекцию носителей заряда в область р-n- перехода в полупроводнике под действием электрич. поля. Рассмотрим нек-рые способы накачки. Оптич. накачку осуществляют чаще всего с помощью газоразрядных ламп в импульсном или непрерывном режимах работы. Поскольку их излучение имеет широкий спектр, в качестве активной среды необходимо применять материалы с широкими полосами поглощения. Однако с ростом ширины спектральной линии уменьшается сечение а и потому трудно достичь пороговых значений DN П, согласно (1). Задачу решают для разл. активных сред по-разному. Рассмотрим, напр., схему накачки рубинового Л., в к-ром для создания инверсной населенности используют энергетич. уровни иона Сr3+, внедренного в решетку корунда a-Аl2 О 3 (рис. 5). В результате поглощения излучения hv31 широкополосной газоразрядной лампы ионы Cr3+ переводятся из основного состояния 1 в возбужденное состояние 3, представляющее собой довольно широкую полосу энергетич. уровней. Затем сравнительно быстро происходит передача части энергии возбуждения решетке кристалла и безызлучат. переход Сr3+ в состояние 2, из к-рого самопроизвольный переход в основное состояние 1 <img src="https://words-storage.s3.eu-central-1.amazonaws.com/production/article_images/5a3aa3a52685b21ade9b292f/d01b02c0-b9f2-42bd-9225-e3bf209fb7e5" alt="ЛАЗЕР фото №8" align="absmiddle" class="responsive-img img-responsive" title="ЛАЗЕР фото №8"> Рис. 5. Принципиальная схема энергетич. уровней рубина. Стрелками вверх указано поглощение энергии накачки hv31, стрелками вниз - безызлучат. переходы. Двойная линия - лазерный переход на частоте v2l. происходит сравнительно медленно (время жизни возбужденного состояния t21~10-3 с). Инверсия населенности возникнет, если в состоянии 2 окажется более половины всех ионов Сr3+ . При концентрации N2 ионов Сr3+ в кристалле порядка 1019 см -3 это достигается, если энергия, поглощаемая за 1 с в 1 см 3 рубина (уд. мощность накачки), составляет Р уд=hv3lN2t-121]103 Вт/см 3. Сечение s перехода 2:1 в рубине таково, что для генерации когерентного излучения на длине волны 0,69 мкм достаточно выполнения условия: (N2/g2-N1/g1)~1017 см -3 при длине кристалла ~10 см и коэффициенте r ~90%. На практике применяют кристаллы рубина, представляющие собой цилиндрич. стержни длиной 10-30 см и диаметром ~ 1 см. Аналогична схема накачки для Л. на основе стекол и иттрий-алюминиевого граната, активированных Nd, и нек-рых др. твердотельных Л., в к-рых для создания инверсной населенности используют энергетич. уровни примесных ионов. Оптич. накачку применяют также в Л. на красителях (жидкие активные среды) и ряде др. Др. схема оптич. накачки основана на том, что при поглощении широкополосного спектра излучения происходит фотолиз молекул с появлением радикалов и возбужденных атомов, последние и образуют активную среду Л. Напр., при фотолизе молекулы C3F7I под действием УФ излучения с длиной волны 200-250 нм возникает возбужденный атом I в состоянии 3 Р 1/2 C3F7I+hv уф:С 3 Р 7+I(3P1/2) При переходе атома I в состояние 3 Р 3/2 излучается фотон с длиной волны 1,315 мкм: I(3P1/2)+nhv:(n+l)hv+I(3 Р 3/2) Электронный удар применяют в осн. для накачки газовых Л. Накачка основана на возбуждении атома при его соударении с электроном, обладающим достаточно большой кинетич. энергией. Напр., в He-Ne-Л. происходят след. процессы (рис. 6): He(11S)+е:Не 3+е, He(11S)+е:Не ++2e, где l1S - осн. состояние атома Не, а Не * - одно из его возбужденных состояний. Релаксация энергии возбуждения и рекомбинация ионов с электронами протекают в этой системе таким образом, что возбужденные атомы Не B скапливаются на метастабильных уровнях 21S и 23S. Инверсная населенность получается при передаче энергии возбуждения от Не к Ne, уровни к-рого 3S и 2S близки по энергии к 21S и 23S уровням Не: He(21S)+Ne(lS):Не(11S)+Ne(3S) He(23S)+Ne(lS):He(l1S)+Ne(2S) Переходы 3S:3P, 3S:2P или 2S:2P в Ne используются для генерации когерентного излучения на длинах волн 3,39, 0,63 или 1,15 мкм соответственно. <img src="https://words-storage.s3.eu-central-1.amazonaws.com/production/article_images/5a3aa3a52685b21ade9b292f/d33ff481-f9a3-45cb-a8ba-0db233a66083" alt="ЛАЗЕР фото №9" align="absmiddle" class="responsive-img img-responsive" title="ЛАЗЕР фото №9"> Рис. 6. Схема электронных уровней Не и Ne, используемых для нахачкя. Не - Ne - лазера электронным ударом в газовом разряде. Электронный удар применяют также для накачки СО 2 -и СО-лазеров, Л. на парах металлов, эксимерных (точнее, эксиплексных), а также нек-рых полупроводниковых Л. Тепловая накачка Л. происходит при быстром охлаждении сильно нагретых газовых смесей. При надлежащем подборе компонентов смеси удается найти такие системы энергетич. уровней частиц, в к-рых нижележащие уровни "охлаждаются" (опустошаются) быстрее, чем вышележащие. Это приводит к образованию инверсной населенности. Практически наиб. удобный способ охлаждения - сверхзвуковое истечение газов через сопло; наиб. удачные активные среды-смеси N2-CO2-He и N2-CO2-H2O. Л. с тепловой накачкой на этих активных средах наз. тепловыми газодинамич. Л. О химической накачке см. Лазеры химические. Инжекция носителей тока через p-n-переход - осн. способ накачки полупроводниковых Л. Активная среда представляет собой кристалл-полупроводник, состоящий из областей р-и n-типа (рис. 7). Между этими областями возникает контактная разность потенциалов, уравновешивающая потоки носителей из одной части в другую; <img src="https://words-storage.s3.eu-central-1.amazonaws.com/production/article_images/5a3aa3a52685b21ade9b292f/7ad78a82-944d-474c-b15a-2b483f7ae873" alt="ЛАЗЕР фото №10" align="absmiddle" class="responsive-img img-responsive" title="ЛАЗЕР фото №10"> Рис. 7. Инжекционный полупроводниковый лазер. Область потенциального барьера (p-n-перехода) заштрихована. (+) и (-) - контакты для приложения напряжения. Лазерное излучение hvнаправлено перпендикулярно плоскости рисунка (волнистая линия со стрелкой). электрич. ток через контакт равен нулю. Если к образцу приложить электрич. напряжение, равное по величине контактной разности потенциалов, возникнут потоки носителей навстречу друг другу и их рекомбинация с испусканием фотонов. Зеркалами оптич. резонатора в таком Л. служат хорошо отполированные плоскопараллельные грани самого кристалла. наиб. совершенные инжекционные Л. представляют собой более сложную структуру (гетероструктуру). Важная особенность инжекционных Л. -их миниатюрность; длина активной зоны обычно неск. мм, рабочая часть p-n-перехода имеет размеры в направлении протекания тока ~1 мкм, поперечный размер - обычно 1 мм. Типы Л. и их применение. Л. можно классифицировать по типу активной среды (твердотельные, в т. ч. полупроводниковые Л., газовые, Л. на жидких красителях и т. п.), по способу накачки или по др. признакам, однако ни одна из таких классификаций не является однозначной. По совокупности нек-рых признаков (тип среды, способ накачки, режим работы, мощность генерируемого излучения и др.) удобно выделить след. Л.: 1. Твердотельные Л. на стеклах и иттрий-алюминиевом гранате (ИАГ-Л.), активированных Nd (длина волны генерируемого излучения l=1,06 мкм), рубиновые Л. (l=0,69 мкм). Используют оптич. накачку с помощью газоразрядных ламп; возможна работа Л. в импульсном и импульсно-периодич. режимах (стекла и рубин; для ИАГ-Л. возможен и непрерывный режим работы). Энергия, генерируемая в режиме одиночных импульсов длительностью до 10-3 с, может достигать 103 Дж за импульс с одного стержня стекла, активированного Nd. Уникальные установки на этом материале могут генерировать до 100 кДж за импульс длительностью 10-9 с. Мощность ИАГ-Л. в непрерывном режиме может достигать сотен Вт. 2. Электроразрядные Л. низкого давления на смесях благородных газов (He-Ne, Не-Хе и др.). Маломощные системы, генерирующие излучение высокой монохроматичности и направленности. наиб. применение получил He-Ne-Л. (l=0,628 и 3,39 мкм). 3. Полу проводниковые Л. Накачка инжекцией носителей тока через р-n-переход или гетеропереход, а также облучением пов-сти полупроводника электронным пучком. Возможна и оптич. накачка, хотя широкого распространения полупроводниковые Л. с оптич. накачкой не получили. Инжекционные Л. миниатюрны, имеют большой кпд, могут работать в импульсном и непрерывном режимах. На основе твердых р-ров, напр. системы Ga|In|Ar|Sb, можно получить излучение в дальнем, среднем и ближнем ИК диапазонах (длина волны от 0,6 до 6 мкм). Л. с электронной накачкой генерируют излучение в ближнем ИК и во всем видимом диапазонах. 4. N2-CO2 и N2 -СО-Л. (l=9-11 мкм для СО 2 и 5-6 мкм для СО). Накачка электрич. разрядом, практически достижимая мощность излучения в непрерывном режиме - более десятка кВт; возможны также импульсный и импульсно-периодич. режимы работы. 5. Ионный аргоновый Л. непрерывного действия (l=488 и 514 мкм). Накачка электрич. разрядом, мощностью до неск. десятков Вт. 6. Л. на парах металлов (Сu, Cd, Se, Sn и др.) в смеси с Не. Накачка электрич. разрядом. наиб. перспективен медный Л. (l=510нм); режимы работы - импульсно-периодич. и непрерывный; мощность излучения - дeсятки Вт. 7. Эксимерные Л. на смеси благородных газов с фтором, хлором, фторидами. Накачка сильноточным электронным пучком или поперечным электрич. разрядом. Генерирует излучение в УФ диапазоне, режим работы импульсный. 8. Фотодиссоциационные Л. наиб. распространение получил йодный Л. (l=1,315 мкм), работающий в режиме мощных одиночных импульсов. 9. Л. на жидких красителях; накачка оптическая с помощью газоразрядных ламп или Л. др. типов. Главное преимущество перед др. типами Л. - возможность плавной перестройки частоты в широком диапазоне. 10. Хим. Л. со смесью газов в качестве активной среды. Генерируется излучение широкого спектра в ближнем ИК диапазоне. Осн. преимущество - возможность получения непрерывного излучения больших мощностей (сотни кВт) и энергий в импульсе (десятки кДж). 11. Газодинами ч. Л. с тепловой накачкой. Осн. рабочая смесь - N2-CO2 -Не или N2 - СО 2 - Н 2 О; излучающая молекула - колебательно возбужденный СО 2; возможно получение мощностей излучения порядка сотен кВт. Разработаны Л. с излучающими молекулами СО, CS2, N2O. 12. Л. на своб. электронах. Перспективная система, широко обсуждаемая в литературе; практически используемых систем в оптич. диапазоне пока нет. 13. Л. рентгеновского диапазона. Пока разработаны только лаб. варианты с генерированием излучения l~20 нм. 14. Гамма-лазеры на ядерных переходах пока не осуществлены. Применение Л. чрезвычайно широко и определяется св-вами генерируемого излучения. Так, большая частота (в сравнении с радиодиапазоном) и высокая монохроматичность излучения обеспечивают возможность передачи на большие расстояния по световодам больших объемов информации. Предполагается, что лазерно-волоконная связь станет в ближайшем будущем доминирующей. Используют в осн. полупроводниковые Л. На высокой когерентности лазерного излучения основано применение Л. для получения объемных изображений (голография). Большие мощности излучения в непрерывном и импульснопериодич. режимах и возможность фокусировки лазерного луча в пятно требуемого размера обусловливают использование Л. для резки и сварки материалов, обработки и закалки пов-сти. Используют в осн. твердотельные Л. на люминесцирующих средах, газовые Л. высокого давления (N2-CO2 и N2-CO), газодинамич. Л. с тепловой накачкой. Быстро расширяется применение Л. в медицине, гл. обр. в офтальмологии (для приварки сетчатки глаза и при др. операциях), в хирургии - в качестве скальпеля, что особенно эффективно при операциях на кровенасыщенных органах; для стерилизации ран; для эндоскопии внутр. органов и остановки внутр. кровотечений. Используют в осн. Л. рубиновые, аргоновые, на парах меди, иттрий-алюминиевом гранате, N2-CO2. В метрологии Л. используют для создания единого оптич. стандарта длины - времени. В частности, с помощью спец. образом стабилизированного по частоте He-Ne-Л. удалось на два порядка улучшить точность измерения длины по сравнению с криптоновым эталоном. Применяют Л. для управления хим. и биол. процессами (см. Лазерная химия), для зондирования атмосферы, в вычислит, технике для записи и считывания информации, в быту - в звукои видеовоспроизводящих устройствах высокого качества. Революционизирующее влияние оказало применение Л. в разл. областях науки. На принципиально новую основу поставлена спектроскопия (см. Лазерная спектроскопия), появились новые области науки и техники-нелинейная оптика, оптоэлектроника, интегральная оптика. Разрабатываются способы изотопов разделения с использованием Л. на красителях, N2 -СО 2 -Л. и ряда других, системы для проведения экспериментов по лазерному термоядерному синтезу (ЛТС). Лит.: Квантовая электроника, М., 1969 (сер. Маленькая энциклопедия); Справочник по лазерам, иод ред. А. М. Прохорова, пер. с англ., М., 1978; О'Шиа Д., Коллсн Р.. Роде У, Лазерная техника, пер. с англ., М., 1980. А. Н. Ораевский. Синонимы: <div class="tags_list"> луч, нанолазер, хемолазер </div> </n>... смотреть

ЛАЗЕР

м.laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)лазер включается в момент времени t = 0 — laser is turned on at t = 0возбуждать лазер ... смотреть

ЛАЗЕР

Слово «лазер» образовано из начальных букв длинной фразы на английском языке, означающей в дословном переводе: «усиление света с помощью вынужденного излучения». «Ученые давно обращали внимание на явление самопроизвольного испускания света атомами, — пишет в книге „Мир физики“ М.М. Колтун, — происходящее благодаря тому, что возбужденный каким-либо способом электрон вновь возвращается с верхних электронных оболочек атома на нижние. Недаром явление химической, биологической и световой люминесценции, вызванное такими переходами, издавна привлекало исследователей своей красотой и необычностью Но свет люминесценции слишком слаб и рассеян, Луны ему не достичь… Каждый атом при люминесценции испускает свой свет в разное время, не согласованное с атомами-соседями. В результате возникает хаотичное вспышечное излучение. У атомов нет своего дирижера! В 1917 году Альберт Эйнштейн в одной из статей теоретически показал, что согласовать вспышки излучения отдельных атомов между собой позволило бы внешнее электромагнитное излучение. Оно может заставить электроны разных атомов одновременно взлететь на одинаково высокие возбужденные уровни. Этому же излучению нетрудно сыграть роль и спускового крючка при „световом выстреле“: направленное на кристалл, оно может вызвать одновременное возвращение на исходные орбиты сразу нескольких десятков тысяч возбужденных электронов, что будет сопровождаться могучей ослепительно яркой вспышкой света, света практически одной длины волны, или, как говорят физики, монохроматического света. Работа Эйнштейна была почти забыта физиками: исследования по изучению строения атома занимали тогда всех значительно больше. В 1939 году молодой советский ученый, ныне профессор и действительный член Академии педагогических наук В.А. Фабрикант вернулся к введенному Эйнштейном в физику понятию вынужденного излучения. Исследования Валентина Александровича Фабриканта заложили прочный фундамент для создания лазера. Еще несколько лет интенсивных исследований в спокойной мирной обстановке, и лазер был бы создан». Но это произошло только в пятидесятые годы благодаря творческой работе советских ученых Прохорова, Басова и американца Чарльза Харда Таунса (1915). Александр Михайлович Прохоров (1916–2001) родился в Атортоне (Австралия) в семье рабочего революционера, бежавшего в 1911 году в Австралию из сибирской ссылки. После Великой Октябрьской социалистической революции семья Прохорова возвратилась на родину в 1923 году и через некоторое время поселилась в Ленинграде. В 1934 году здесь Александр окончил среднюю школу с золотой медалью. После школы Прохоров поступил на физический факультет Ленинградского государственного университета (ЛГУ), который оканчивает в 1939 году с отличием. Далее он поступает в аспирантуру Физического института имени П.Н. Лебедева АН СССР. Здесь молодой ученый занялся исследованием процессов распространения радиоволн вдоль земной поверхности. Им был предложен оригинальный способ изучения ионосферы с помощью радиоинтерференционного метода. С самого начала Отечественной войны Прохоров в рядах действующей армии. Воевал в пехоте, в разведке, отмечен боевыми наградами, был дважды ранен. Демобилизовавшись в 1944 году, после второго тяжелого ранения, он возвратился к прерванной войной научной работе в ФИАНе. Прохоров занялся актуальными в то время исследованиями по теории нелинейных колебаний, методам стабилизации частоты радиогенераторов. Эти работы и легли в основу его кандидатской диссертации. За создание теории стабилизации частоты лампового генератора в 1948 году ему была присуждена премия имени академика Л.И. Мандельштама. В 1948 году Александр Михайлович начинает исследование природы и характера электромагнитного излучения, испускаемого в циклических ускорителях заряженных частиц. В очень короткий срок ему удается провести большую серию успешных экспериментов по изучению когерентных свойств магнито-тормозного излучения релятивистских электронов, движущихся в однородном магнитном поле в синхротроне — синхротронного излучения. В результате проведенных исследований Прохоров доказал, что синхротронное излучение может быть использовано в качестве источника когерентного излучения в сантиметровом диапазоне длин волн, определил основные характеристики и уровень мощности источника, предложил метод определения размеров электронных сгустков. Эта классическая работа открыла целое направление исследований. Ее результаты были оформлены в виде докторской диссертации, успешно защищенной Александром Михайловичем в 1951 году. В 1950 году Прохоров начинает работы в совершенно новом направлении физики — радиоспектроскопии, постепенно отходя от работ в области физики ускорителей. В спектроскопии тогда осваивался новый диапазон длин волн — сантиметровых и миллиметровых. В этот диапазон попадали вращательные и некоторые колебательные спектры молекул. Это открывало совершенно новые возможности в исследовании фундаментальных вопросов строения молекул. Богатый экспериментальный и теоретический опыт Прохорова в области теорий колебаний, радиотехники и радиофизики как нельзя лучше подходил для освоения этой новой области. При поддержке академика Д.В. Скобельцына в минимально возможные сроки вместе с группой молодых сотрудников лаборатории колебаний Прохоров создал отечественную школу радиоспектроскопии, быстро завоевавшую передовые позиции в мировой науке. Одним из этих молодых сотрудников был выпускник Московского инженерно-физического института Николай Геннадьевич Басов. Басов родился 14 декабря 1922 года городе Усмани Воронежской губернии (ныне Липецкой обл.) в семье Геннадия Федоровича Басова, впоследствии профессора Воронежского университета. Окончание школы Басовым совпало с началом Великой Отечественной войны. В 1941 году Николая призвали в армию. Он был направлен в Куйбышевскую военно-медицинскую академию. Через год его перевели в Киевское военно-медицинское училище. После окончания училища в 1943 году Басова направили в батальон химической защиты. С начала 1945 года и до демобилизации, в конце того же года он находился в рядах действующей армии. В 1946 году Басов поступает в Московский механический институт. По окончании института в 1950 году он поступил в его аспирантуру на кафедру теоретической физики. С 1949 года Николай Геннадиевич работает в Физическом институте АН СССР. Его первая должность — инженер лаборатории колебаний, возглавляемой академиком М.А. Леонтовичем. Затем он становится младшим научным сотрудником той же лаборатории. В те годы группа молодых физиков под руководством Прохорова начала исследования на новом научном направлении — молекулярной спектроскопии. Тогда же началось плодотворное содружество Басова и Прохорова, приведшее к основополагающим работам в области квантовой электроники. В 1952 году Прохоров и Басов выступили с первыми результатами теоретического анализа эффектов усиления и генерации электромагнитного излучения квантовыми системами, в дальнейшем ими была исследована физика этих процессов. Разработав целый ряд радиоспектроскопов нового типа, лаборатория Прохорова начала получать очень богатую спектроскопическую информацию по определению структур, дипольных моментов и силовых постоянных молекул, моментов ядер и т. д. Анализируя предельную точность микроволновых молекулярных стандартов частоты, которая определяется в первую очередь шириной молекулярной линии поглощения, Прохоров и Басов предложили использовать эффект резкого сужения линии в молекулярных пучках. «Однако переход к молекулярным пучкам, — пишут И.Г.Бебих и В.С.Семенова, — решая проблему ширины линии, создавал новую трудность — резко снижалась интенсивность линии поглощения из-за низкой общей плотности молекул в пучке. Сигнал поглощения есть результат индуцированных переходов между двумя энергетическими состояниями молекул с поглощением кванта при переходе с нижнего уровня на верхний (индуцированное, вынужденное поглощение) и с испусканием кванта при переходе с верхнего уровня вниз (индуцированное, вынужденное излучение). Следовательно, он пропорционален разности заселенностей нижнего и верхнего энергетических уровней изучаемого квантового перехода молекул. Для двух уровней, отстоящих на энергетическом расстоянии, равном кванту СВЧ-излучения, эта разность населенностей составляет лишь малую часть от общей плотности частиц в силу термического заселения уровней в равновесном состоянии при обычных температурах согласно распределению Больцмана. Тогда-то и была предложена идея о том, что, изменяя искусственно населенности уровней в молекулярном пучке, т. е. создавая неравновесные условия (или как бы свою „температуру“, определяющую населенность этих уровней), можно существенно изменить интенсивность линии поглощения. Если резко снизить число молекул на верхнем рабочем уровне, отсортировывая из пучка такие частицы, например, с помощью неоднородного электрического поля, то интенсивность линии поглощения возрастает. В пучке как бы создана сверхнизкая температура. Если же таким способом убрать молекулы с нижнего рабочего уровня, то в системе будет наблюдаться усиление за счет индуцированного излучения. Если усиление превышает потери, то система самовозбуждается на частоте, которая определяется по-прежнему частотой данного квантового перехода молекулы. В молекулярном же пучке будет осуществлена инверсия населенностей, т. е. создана как бы отрицательная температура». Так возникла идея молекулярного генератора, изложенная в хорошо известном цикле классических совместных работ A.M. Прохорова и Н.Г. Басова 1952–1955 годов. Отсюда начала свое развитие квантовая электроника — одна из самых плодотворных и наиболее быстро развившихся областей современной науки и техники. По существу, главный, принципиальный шаг в создании квантовых генераторов состоял в том, чтобы приготовить неравновесную излучающую квантовую систему с инверсией населенностей (с отрицательной температурой) и поместить ее в колебательную систему с положительной обратной связью — объемный резонатор. Его могли и должны были сделать ученые, объединившие в себе опыт изучения квантовомеханических систем и радиофизическую культуру. Дальнейшее распространение этих принципов на оптический и другие диапазоны было неизбежно. Принципиальным было предложение Прохорова и Басова о новом методе получения инверсии населенностей в трехуровневых (и более сложных) системах с помощью насыщения одного из переходов под действием мощного вспомогательного излучения. Это так называемый «метод трех уровней», получивший позднее также название метода оптической накачки. Именно он позволил в 1958 году Фабри-Перо сформировать реальную научную основу для освоения других диапазонов. Этим успешно воспользовался в 1960 году Т. Мэйман при создании первого лазера на рубине. Еще в период работы над молекулярными генераторами Басов пришел к идее о возможности распространения принципов и методов квантовой радиофизики на оптический диапазон частот. Начиная с 1957 года он занимается поиском путей создания оптических квантовых генераторов — лазеров. В 1959 году Басовым совместно с Б.М. Вулом и Ю.М. Поповым подготовлена работа «Квантово-механические полупроводниковые генераторы и усилители электромагнитных колебаний». В ней предлагалось использовать для создания лазера инверсную заселенность в полупроводниках, получаемую в импульсном электрическом поле. Это предложение наряду с предложениями ученых США об использовании кристаллов рубина (Ч. Таунс, А. Шавдов) и газовых смесей (А. Джаван) ознаменовало начало планомерного освоения квантовой электроникой оптического диапазона частот. В 1964 году Басов, Прохоров и Таунс (США) стали лауреатами Нобелевской премии, которой они были удостоены за фундаментальные исследования в области квантовой электроники, приведшие к созданию мазеров и лазеров.... смотреть

ЛАЗЕР

laser– волоконный лазер– газовый лазер– газоразрядный лазер– двухерезонаторный лазер– двухмодовый лазер– двухпримесный лазер– двухуровневый лазер– двух... смотреть

ЛАЗЕР

ЛАЗЕРквантовый генератор, источник мощного оптического излучения (laser - аббревиатура выражения light amplification by stimulated emission of radiation - усиление света вынужденным излучением). Принцип действия лазера тот же, что и у ранее созданного мазера (см. КВАНТОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И УСИЛИТЕЛИ), поэтому его иногда называют оптическим мазером. В обоих этих устройствах излучение избыточной энергии возбужденных атомов вынуждается внешним воздействием.Лазер отличается от обычных источников света (например, лампы с вольфрамовой нитью) двумя важными свойствами излучения. Во-первых, оно когерентно, т.е. пики и провалы всех его волн появляются согласованно, и эта согласованность остается неизменной в течение достаточно длительного времени. Все обычные источники света эмиттируют некогерентное излучение, в котором нет согласованности между пиками и провалами различных волн. В некогерентном процессе световые волны излучаются независимо друг от друга, энергия излучаемого пучка рассеивается по пространству и быстро убывает по мере удаления от источника. При когерентном излучении волны испускаются не хаотично и могут усиливать друг друга. Лучи лазерного пучка почти параллельны между собой, поэтому он расходится незначительно даже на больших расстояниях от излучателя. Так, лазерный пучок диаметром 30 см направили на Луну, и он образовал на ее поверхности световое пятно диаметром всего 3 км (до Луны около 386 000 км; на таком расстоянии свет от обычного источника дал бы пятно диаметром 402 000 км). Вторая особенность лазерного излучения - монохроматичность, т.е. одноцветность; это значит, что от конкретного лазера исходят волны одной и той же длины. В свете почти всех существующих источников обычно присутствуют все длины волн видимого спектра и соответственно все цвета, поэтому такой свет нам кажется белым. Лишь немногие традиционные источники (например, лампы низкого давления, наполненные разреженными парами натрия) светят почти монохроматично, но их излучение некогерентно и малоинтенсивно.Применения. Особенности лазерного излучения и разнообразные способы его использования помогли сдвинуться с мертвой точки во многих разделах современного знания и способствовали развитию различных областей науки, техники и производства: физики (в основном оптики), фотографии, связи, дальнометрии, топографии, термоядерного синтеза, медицины, химии, порошковой металлургии и др. Лазеры продолжают внедряться почти во все отрасли народного хозяйства; непрерывно открываются новые возможности их применения.Принцип действия. Свет - особая форма движущейся материи. Он соткан из отдельных сгустков, именуемых квантами. Атомы любого вещества, излучая (или поглощая) свет, испускают (или захватывают) только цельные кванты; в таких процессах (если нет каких-то особых условий) атомы не взаимодействуют с долями квантов. Длина волны (стало быть, цвет) излучения определяется энергией его кванта. Атомы, одинаковые по своей природе, излучают или поглощают кванты лишь конкретной длины волны. Это наглядно проявляется в свечении газоразрядных ламп с однородным наполнением (например, неоном), которые используются в декоративной иллюминации и рекламе (см. также КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА). Когда атом излучает квант света, он расходует энергию; поглощая квант света, атом приобретает дополнительную энергию. Поскольку энергия переносится к атому и от него порционно, то и сам атом может пребывать лишь в одном из дискретных энергетических состояний - либо в основном (с минимальной энергией), либо в каком-то из возбужденных. Атом, находящийся в основном состоянии, при поглощении кванта света переходит в возбужденное состояние; при излучении кванта света все происходит наоборот. Чем больше квантов вблизи атомов, тем больше и тех атомов, которые совершают подобные переходы - с повышением или понижением энергии. (Свет своим присутствием вынуждает атомы участвовать в энергетических переходах, поэтому такие процессы называют вынужденными - вынужденное поглощение и вынужденное излучение.) При вынужденном поглощении число квантов уменьшается и интенсивность света убывает, а энергия атомов возрастает. Если некоторое множество атомов, попав в освещение, вынужденно излучает суммарно больше, чем вынужденно поглощает, то возникает лазерный эффект - усиление света вынужденным излучением (данного множества атомов). Лазерная генерация может возникнуть только в том множестве микрочастиц, где возбужденных атомов больше, чем невозбужденных. Следовательно, такое множество надо заранее подготовить, т.е. предварительно накачать в него дополнительную энергию, черпая ее от какого-либо внешнего источника; эта операция так и называется - накачка. Типы лазеров различаются в основном по видам накачки. Накачкой могут служить: электромагнитное излучение с длиной волны, отличающейся от лазерной; электрический ток; пучок релятивистских (чрезвычайно быстрых) электронов; электрический разряд; химическая реакция в пригодной для генерации среде. Рис. 1 и 2 поясняют действие рубинового лазера. Посеребренные торцы цилиндрического стержня из искусственного рубина служат зеркалами (рис. 1). Одно из них покрыто менее плотным слоем серебра, поэтому оно полупрозрачно и через него излучается лазерный свет. Рубин - кристалл, состоящий из окиси алюминия с примесями окиси хрома. Атомы алюминия и кислорода не играют определяющей роли в лазерной генерации; главные энергетические переходы реализуются в хроме. При возбуждении атомы хрома переходят из основного состояния на один из двух уровней возбуждения, обозначенных F1 и F2 (рис. 2). Они довольно широки, и атомы хрома возбуждаются многими длинами волн света накачки. Однако вследствие нестабильности они мгновенно покидают уровни F и переходят на более низкий уровень E; при этих переходах излучения не происходит, а высвобождаемая энергия передается кристаллической решетке окиси алюминия, где и рассеивается в форме тепловых потерь. Однако с уровня E атом хрома излучает вынужденно и переходит вследствие этого на основной уровень. Кванты, эмиттированные атомами хрома, многократно отражаются между посеребренными зеркалами рубинового стержня и по пути вынуждают многие возбужденные атомы испускать такие же кванты; процесс нарастает лавинообразно и заканчивается импульсом лазерного света. Полупрозрачное зеркало должно хорошо отражать лазерное излучение, чтобы обеспечить необходимую интенсивность его вынуждающей доли, но одновременно и побольше пропускать его на выход; обычно его коэффициент отражения - ок. 80%. При самопроизвольном излучении атом хрома пребывает на возбужденном уровне E не более 10?7 с, а при вынужденном - в 10 тысяч раз дольше (10?3 с). Поэтому у лазерного света достаточно времени, чтобы вызвать вынужденное излучение огромного числа возбужденных атомов активной среды.Типы лазеров. Лазерное излучение реализовано во многих активных средах - твердых телах, жидкостях и газах. См. также ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА.Твердотельные лазеры с оптической накачкой. Лазерный эффект в твердом теле осуществляется благодаря наличию в нем примеси (например, окиси хрома в случае рубина), концентрация которой - единицы процентов. Примеси неодима обеспечивают лазерную генерацию многих твердых структур, из которых чаще используются стекло и алюмоиттриевый гранат (АИГ). Такие лазеры излучают короткие импульсы очень высокой мощности, пиковое значение которой ограничено сверху лишь световым пробоем в активной среде, вызывающим ее повреждение (например, локальное плавление). Лазер на стекле с неодимом (диаметр стержня 10 см) при длительности импульса в одну миллиардную секунды может обеспечить пиковую мощность около триллиона ватт. У более длительных импульсов пиковая мощность меньше.Газовые лазеры. Многие газы и газовые смеси при возникновении в них электрического разряда начинают генерировать лазерное излучение. Их пучки характеризуются очень высокой степенью когерентности и малой расходимостью, близкой к теоретическому пределу; по этим параметрам они выгодно отличаются от пучков твердотельных лазеров. Для решения прикладных задач успешно применяются лазеры с газовой смесью в качестве активной среды (углекислого газа с азотом и гелием, гелия с неоном или криптона со фтором). Лазер первого типа излучает в инфракрасной области спектра; в непрерывном режиме генерации у него высокий КПД и большая выходная мощность. Его широко применяют при резании и сварке различных материалов. Гелий-неоновый лазер излучает видимый (красный) свет; его используют во многих исследовательских и образовательных программах. Лазер на криптоне со фтором - наиболее эффективный из генераторов излучения в ультрафиолетовой области спектра.Химические лазеры. В ходе некоторых химических реакций выделяется много энергии, и в конечных продуктах таких реакций оказывается достаточно возбужденных атомов, чтобы осуществить лазерную генерацию. Наиболее перспективным из лазеров этого типа представляется генератор на фтороводороде, образующемся при прямом взаимодействии атомарных компонентов. Из-за особенностей природы химических лазеров их непрерывная генерация затруднительна. Но этот недостаток восполняется достоинством их импульсных модификаций - они требуют малых энергетических затрат, а составляющие активной среды химических лазеров легко транспортируются на отдаленные объекты, где есть проблемы с сетевым питанием (например, космические летательные аппараты). Лазер на фтороводороде может излучать импульсы очень большой энергии (в несколько тысяч джоулей) при весьма скромном блоке питания.Полупроводниковые лазеры. Если через полупроводниковую структуру типа транзисторной пропускать электрический ток, то можно добиться лазерного эффекта. Габариты и выходная мощность полупроводниковых лазеров малы, но их КПД высок. Такие лазеры делают в основном на арсениде или алюмоарсениде галлия; применяют их главным образом в системах связи. См. также ТРАНЗИСТОР.Лазеры на красителях. Многие жидкие органические красители генерируют лазерное излучение при накачке ультрафиолетовым излучением, газоразрядными импульсными лампами и лазерами (обычно газовыми) непрерывного действия. У лазеров на красителях два важных достоинства: во-первых, они способны перестраиваться по длине волны и, во-вторых, могут излучать сверхкороткие импульсы - длительностью менее одной триллионной доли секунды. В связи с этим лазеры на красителях широко применяются в методах спектроскопии, в том числе в спектральном анализе с временным разрешением.... смотреть

ЛАЗЕР

В основе работы всех лазеров лежит один и тот же физический принцип: вынужденное испускание атомами вещества порций – квантов электромагнитного излучения. Этот принцип и определил название прибора. Слово «лазер» образовано из начальных букв английской фразы: Light Amplification by Stimulated of Radiation, т. e. «усиление света посредством вынужденного излучения». Другое его название – квантовый генератор оптического излучения. Благодаря работам Максвелла и Герца в конце XIX в. в науке утвердилась волновая теория электромагнитного излучения, в частности светового. Но в рамках этой теории нельзя было объяснить некоторых явлений, например фотоэффекта и экспериментально полученного частотного распределения энергии излучений абсолютно черного тела. В 1900 г. немецкий физик М. Планк предположил, что излучение испускается небольшими порциями, которые он назвал квантами. С помощью квантовой теории Н. Бор построил новую модель атома с устойчивыми орбитами. Пока электроны находятся на этих орбитах, излучаемая ими энергия равна нулю. Излучение происходит в том случае, если электрон перейдет на орбиту с более низким энергетическим уровнем. В 1905 г. А. Эйнштейн, исследую фотоэффект, распространил квантовую теорию Планка на световые лучи. Квант света получил название «фотон». Ученые давно обращали внимание на явление самопроизвольного испускания света атомами, происходящее потому, что возбужденный каким?либо способом электрон вновь возвращается с верхних электронных оболочек атома на нижние. Такими переходами вызваны явления химической, биологической и световой люминесценции. Но люминесцентный свет слишком слаб и рассеян, поскольку каждый атом при люминесценции испускает свой свет в разное время, не согласованное с атомами?соседями. В результате возникает хаотичное вспышечное излучение. В 1916 году А. Эйнштейн установил, что согласовать вспышки излучения отдельных атомов между собой позволило бы внешнее электромагнитное излучение, например свет. Оно может заставить электроны разных атомов одновременно взлететь на одинаково высокие возбужденные уровни. Это же излучение может произвести «световой выстрел»: направленное на кристалл, оно может вызвать одновременное возвращение на исходные орбиты сразу нескольких десятков тысяч возбужденных электронов. Это приведет к испусканию огромного количества квантов электромагнитной энергии. Направление и фаза колебаний квантов будет совпадать с направлением и фазой падающей волны. В результате энергия выходной волны будет многократно превосходить энергию волны, которая была на входе. Внешне это будет выглядеть как ослепительно яркая вспышка света практически одной длины волны или монохроматического света. В 1917 г. Эйнштейн описал это в своей статье, но она прошла незамеченной, поскольку в то время больше внимания уделяли исследованиям по изучению строения атома. В 1939 году советский физик В. А. Фабрикант вернулся к введенному Эйнштейном понятию вынужденного излучения и обосновал возможность получения интенсивности излученного света, превышающей интенсивность падающих лучей. Его исследования заложили прочный фундамент для создания лазера. В 1951 г. В. А. Фабрикант, Ф. Бутаев и М. Вудынская получили авторское свидетельство на «Способ усиления электромагнитных излучений (ультрафиолетовых, видимых, инфракрасных и радиоволн)». Особенностями лазерного излучения являются монохроматичность, параллельность и когерентность. Монохроматичность, или одноцветность, означает, что лазер испускает свет, имеющий одну длину волны. Это позволяет фокусировать его в одну точку сверхмалых размеров с большой удельной мощностью. Этого нельзя сделать, например, с солнечным светом, поскольку он состоит из лучей разного цвета, которые при попытке собрать их в точку аналогичных размеров будут фокусироваться на различном расстоянии от линзы. Лучше всего фокусируются параллельные лучи, имеющие малую расходимость светового потока. Как правило, такие лучи имеют малую энергию, но в лазере удалось преодолеть это противоречие. Высокая мощность лазерных лучей обусловлена еще и когерентностью. Это означает, что световые колебания в них находятся в строго одинаковой фазе. Примером простейшего лазера может служить оптический резонатор, состоящий из двух параллельных полупрозрачных зеркал, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. Между ними помещается активная среда, электроны которой находятся на одинаково высоких уровнях возбуждения. При дополнительном возбуждении фотоны, испускаемые активной средой, попадают на зеркало и при этом частично проходят через него, частично отражаются и летят в противоположном направлении. При этом волна, распространяющаяся вдоль оси интерферометра, попадает в наиболее благоприятные условия и усиливается. В том случае, если усиление превышает потери волны при отражении, волна будет усиливаться до тех пор, пока не достигнет некоторого предельного значения. После этого между зеркалами устанавливается стоячая волна и сквозь полупрозрачные стекла наружу выходит поток когерентного излучения. В 1940?е годы советские ученые А. М. Прохоров и Н. Г. Басов изучали поглощение радиоволн газами. Выяснилось, что любой газ поглощает волны определенной длины. Это натолкнуло на мысль использовать газы в роли генератора, в котором источниками излучения служили бы молекулы возбужденного газа. В качестве активной среды Прохоров и Басов выбрали аммиак NH3. Для того чтобы генератор начал работать, следовало отделить возбужденные молекулы от тех, которые пребывали в невозбужденном состоянии и поглощали фотоны. Для этого в сосуд, в котором был создан вакуум, впускался тонкий поток молекул. Они пролетали через конденсатор высокого напряжения, при этом молекулы, обладающие большой энергией, проходили через его поле, а молекулы с малой энергией уходили в сторону. Далее молекулы с высокой энергией попадали в оптический резонатор, в котором возникала генерация излучения со стабильной частотой, совпадающей с частотой излучения молекул аммиака. В 1954 г. Басов и Прохоров создали в СССР первый квантовый генератор. Почти одновременно такой прибор, названный мазером, был создан в США Ч. Таунсом, Дж. Гордоном, Г. Зейгером. Эти приборы генерировали не световые, а радиоволны длиной 1,27 см. В 1964 г. Басов, Прохоров и Таунс за фундаментальные исследования в области квантовой электроники, приведшие к созданию квантовых генераторов и усилителей, были удостоены Нобелевской премии по физике. Для создания лазера, генерирующего излучение в видимом диапазоне спектра, было необходимо: найти активное вещество, способное переходить в возбужденное состояние; создать источник возбуждения, способный сообщать активному веществу дополнительную энергию и переводить его в возбужденное состояние; найти источник энергии для подпитки источника возбуждения. Первым лазером, работавшим в оптическом диапазоне, стал аппарат, созданный в 1960 г. американцем Т. Мейманом. В качестве рабочего вещества в нем использовался монокристалл искусственного рубина. В качестве отражающих зеркал резонатора служили отполированные и посеребренные торцы этого кристалла. Источником накачки служили две газоразрядные лампы?вспышки. На их электроды поступал импульс высокого напряжения с основного и вспомогательного конденсаторов блока запуска. Это напряжение составляло примерно 40 000 вольт. Импульс вызывал кратковременную (примерно 10?3 с) и мощную вспышку ламп. Благодаря такой накачке кристалл рубина может дать в импульсе энергию до 1000 Дж и мощность до 106 Вт. Позже были созданы твердотельные лазеры в которых в качестве активного вещества применяются стекло с примесью неодима, флюорит кальция CaF2 с примесью диспрозия и др. Рубиновые лазеры и лазеры на стеклянной основе дают рекордные энергии и мощности. Их недостатком является трудность выращивания больших монокристаллов и варка больших образцов однородного и прозрачного стекла. Вскоре после рубинового лазера в 1960 г. американскими учеными А. Джаваном, У. Беннеттом, Д. Гарриотом был разработан первый газовый лазер. Он представлял собой газоразрядную трубку, заполненную смесью неона и гелия, заключенную в оптический резонатор. Он генерировал излучение в красной области спектра. Возбуждение достигалось за счет сильного электрического поля и газовых разрядов. Этот лазер имел низкий КПД (0,01 %). Его преимуществами были простота и надежность конструкции, высокая монохроматичность и направленность излучения. В 1964 г. был создан лазер, работавший на углекислом газе. Он обладал высокой мощностью (до 9 кВт) и КПД (15–20 %). В начале 1960?х годов появились полупроводниковые лазеры. В них в качестве рабочего вещества применяется полупроводниковый кристалл. В этих лазерах используются излучательные квантовые переходы не между изолированными уровнями атомов, молекул и ионов, а между разрешенными энергетическими зонами кристалла. Если на полупроводники воздействовать электрическим или световым импульсом, часть электронов покинет свои орбиты и образуются дырки с положительными зарядами. При одновременном возвращении электронов на первоначальные орбиты произойдет излучение фотонов. Особенностью такого лазера являются малые размеры. КПД полупроводникового лазера достигает 30–50 %. Практическое применение лазеров началось с их появлением. Благодаря им стали возможными исследования простейших бактерий. Возможность формировать импульсы света продолжительностью 10"11–10"12 с применяется в скоростной фотографии. На основе гелий?неонового лазера с высокой стабильностью частоты созданы стандарты длины и времени. Благодаря высокой эффективной температуре излучения и возможности концентрировать энергию в очень малом объеме появились уникальные возможности испарения и нагрева вещества. С помощью лазеров производится сварка, резка и сверление материалов. Она отличается высокой точностью и отсутствием механических напряжений. Большое значение приобрели лазерная хирургия и терапия. Рубиновые лазеры применялись для локации Луны, что позволило измерить расстояние до спутника Земли с точностью до нескольких миллиметров. Полупроводниковые лазеры применяются в оптической связи, оптоэлектронике, голографии.... смотреть

ЛАЗЕР

laser oscillator, optical maser* * *ла́зер м.laserв ла́зере возбужда́ются (напр. [m2]продо́льные) ти́пы колеба́ний — (e. g., longitudinal) modes osc... смотреть

ЛАЗЕР

ла́зер (оптический квантовый генератор), источник оптического когерентного излучения, отличающегося высокой направленностью и большой плотностью эне... смотреть

ЛАЗЕР

Ла́зер (оптический квантовый генератор), источник оптического когерентного излучения, отличающегося высокой направленностью и большой плотностью энергии. Работа лазера основана на способности возбуждённых атомов (молекул, ионов) под действием внешнего (вынуждающего) излучения испускать когерентные электромагнитные волны оптического диапазона. Вещество, содержащее возбуждённые атомы, называется активной средой. Вместе с оптическим резонатором (напр., двумя плоскими параллельными зеркалами) она образует активный элемент лазера, в котором непосредственно происходит вынужденное излучение и формируется лазерный луч. Обычно лазерное излучение выводится из резонатора через одно из зеркал, которое делают частично прозрачным. Энергия возбуждения подводится к активной среде через систему накачки. Посредством накачки активная среда переводится из состояния теплового равновесия, когда она поглощает излучение, в активное состояние, когда она может усиливать и генерировать электромагнитное излучение. Лазеры могут излучать непрерывно в течение длительного времени, однократно в виде одиночной вспышки, в импульсном режиме с разными частотами повторения импульсов. По типу активной среды различают газовые, жидкостные и твердотельные (к которым относятся также полупроводниковые) лазеры. В газовых лазерах активной средой является газ или смесь газов, возбуждаемые газовым разрядом. В жидкостных лазерах активной средой служат растворы органических или неорганических соединений; накачка осуществляется лампами-вспышками или другим лазером. В твердотельных лазерах в качестве активной среды используются оптически прозрачные монокристаллы и стёкла, содержащие примеси ионов-активаторов; возбуждаются импульсными и дуговыми газоразрядными лампами, светодиодами, полупроводниковыми лазерами. В полупроводниковых лазерах активная среда создаётся в объёме электронно-дырочного перехода в полупроводнике при возбуждении током, текущим в прямом направлении. Принципиальные отличия лазерного излучения от излучений любых других источников света: когерентность и монохроматичность (одноцветность); высокие направленность и яркость; широчайший диапазон мощностей; возможность получения коротких импульсов длительностью, недостижимой при использовании иных технических средств. Возможность фокусировки лазерного излучения с помощью оптических систем позволяет получать световые потоки с плотностью до 1016 Вт/смІ и осуществлять бесконтактное локальное воздействие на материалы с размерами зоны облучения 1-10 мкм. Лазерный луч, сфокусированный на обрабатываемой поверхности, может плавить, резать, сверлить любые материалы. Указанные особенности лазерного излучения лежат в основе практического применения лазеров, на них базируются все лазерные технологии.... смотреть

ЛАЗЕР

(англ. laser - аббревиатура слов англ. выражения Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - усиление света вынужденным излучением) - ист... смотреть

ЛАЗЕР

ЛАЗЕР[англ. laser, сокр. < light amplification by stimulated emisson of radiation] - техн. прибор для получения сильно концентрированных световых пучко... смотреть

ЛАЗЕР

ЛАЗЕР (аббревиатура слов английской фразы: Light Amplification by Simulated Emission of Radiation - усиление света искусственным излучением), оптически... смотреть

ЛАЗЕР

ЛА́ЗЕР, а, ч.Прилад для генерування або підсилення і гострого спрямування пучків монохроматичного світла.Ледь чутні сигнали маяків астероїдної смуги св... смотреть

ЛАЗЕР

[laser) — источник электромагнитного излучения видимого, инфракрасного и ультрафиолетового, диапазонов, основанный на вынужденном излучении квантов света атомами и молекулами. «Лазер»-аббревиатура «Light Application by Stimulated Emission of Radiation»-«усиление света в результате вынужденного излучения». В России употребляется также термин «оптический квантовый генератор». Создание лазер (1960 г.) послужило основой развития нового направления в физике и технике, называемой квантовой электроникой. По виду активной излучающей среды лазеры подразделяют на: твердотельные импульсного (преимущественно на рубине и неодимовом стекле) и непрерывного действия (например, на флюорите кальция СаF2); газовые (например, на смеси Не и Ne и др.) газодинамические (на смеси СО и N2) и полупроводниковые (на полупроводниках GaAs, CdS, InAs, InSb и др.).Исключительно высокая плотность потока (до 101S — 10" Вт/см2) излучения лазера и возможность концентрировать энергию в световые пучки предельно малого диаметра (порядка длины волны излучения) за короткое время (длительность импульса < 1 мс) открыли уникальные возможности нагрева и испарения веществ. Мощные твердотельные и газовые лазеры начали широко применять в технологических процессах обработки и сварки металлических и неметаллических материалов. С их помощью режут металлические заготовки, в т. ч. трубы, сверлят отверстия, закаляют и сваривают разные материалы без возникновения в них механических напряжений, неизбежных при обычной обработке и с очень большой точностью. Обрабатывают материалы любой твердости: металлы и закалка и «залечивание» микродефектов оплавлением) быстроизнашивающихся металлических деталей, например, режущего инструмента, для создания электронно-дырочных переходов в производстве полупроводниковых приборов и др. ... смотреть

ЛАЗЕР

ла́зер сущ., м., употр. сравн. часто Морфология: (нет) чего? ла́зера, чему? ла́зеру, (вижу) что? ла́зер, чем? ла́зером, о чём? о ла́зере; мн. что? ла... смотреть

ЛАЗЕР

(англ. laser, аббревиатура слов фразы "light amplification by stimulated emission of radiation" - "усиление света с помощью вынужденного излучения"), о... смотреть

ЛАЗЕР

м. laser m ( см. тж оптический квантовый генератор) лазер непрерывного действия, лазер непрерывного излучения — laser ad onda persistente - аргоновый ... смотреть

ЛАЗЕР

(оптич. квантовый генератор) (аббревиатура слов англ. фразы: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - усиление света в результате выну... смотреть

ЛАЗЕР

ЛАЗЕР (оптический квантовый генератор) (аббревиатура слов английской фразы: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - усиление света в результате вынужденного излучения), источник оптического когерентного излучения, характеризующегося высокой направленностью и большой плотностью энергии. Существуют газовые лазеры, жидкостные и твердотельные (на диэлектрических кристаллах, стеклах, полупроводниках; см. Лазерные материалы). 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. ... смотреть

ЛАЗЕР

ЛАЗЕР (оптический квантовый генератор; аббревиатура от начальных букв английских слов Light Amplification by Stimulated Emission Radiation - усиление света в результате вынужденного излучения), источник оптического когерентного излучения, характеризующегося высокой степенью монохроматичности, направленностью и большой плотностью энергии. Один из основных приборов квантовой электроники. Первый лазер (на рубине) был создан в 1960 Т. Мейманом (США); первый газовый лазер (на смеси Не-Ne) - А. Джаваном (США). Главный элемент лазера - активная среда, для образования которой используют различные методы накачки. Разработаны лазеры на основе газовых, жидкостных и твердотельных активных сред (в том числе на диэлектрических кристаллах, стеклах, полупроводниках). Лазеры применяются в научных исследованиях (в физике, астрономии, химии, биологии и других областях), медицине (хирургии, офтальмологии и т.п.), а также в технике (лазерная технология, в том числе создание материалов полупроводниковой электроники, высокоточная обработка поверхностей сверхтвердых материалов и другие методы обработки). Лазеры позволили осуществить эффективную оптическую (в том числе космическую) связь и локацию. ... смотреть

ЛАЗЕР

ЛАЗЕР (оптический квантовый генератор) (аббревиатура слов английской фразы: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - усиление света в результате вынужденного излучения) - источник оптического когерентного излучения, характеризующегося высокой направленностью и большой плотностью энергии. Существуют газовые лазеры, жидкостные и твердотельные (на диэлектрических кристаллах, стеклах, полупроводниках; см. Лазерные материалы). 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. ... смотреть

ЛАЗЕР

(оптический квантовый генератор; аббревиатура от начальных букв английских слов Light Amplification by Stimulated Emission Radiation - усиление света в результате вынужденного излучения), источник оптического когерентного излучения, характеризующегося высокой степенью монохроматичности, направленностью и большой плотностью энергии. Один из основных приборов квантовой электроники. Первый лазер (на рубине) был создан в 1960 Т. Мейманом (США); первый газовый лазер (на смеси Не-Ne) - А. Джаваном (США). Главный элемент лазера - активная среда, для образования которой используют различные методы накачки. Разработаны лазеры на основе газовых, жидкостных и твердотельных активных сред (в том числе на диэлектрических кристаллах, стеклах, полупроводниках). Лазеры применяются в научных исследованиях (в физике, астрономии, химии, биологии и других областях), медицине (хирургии, офтальмологии и т.п.), а также в технике (лазерная технология, в том числе создание материалов полупроводниковой электроники, высокоточная обработка поверхностей сверхтвердых материалов и другие методы обработки). Лазеры позволили осуществить эффективную оптическую (в том числе космическую) связь и локацию.... смотреть

ЛАЗЕР

- (оптический квантовый генератор) (аббревиатура слов английскойфразы: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - усилениесвета в результате вынужденного излучения) - источник оптическогокогерентного излучения, характеризующегося высокой направленностью ибольшой плотностью энергии. Существуют газовые лазеры, жидкостные итвердотельные (на диэлектрических кристаллах, стеклах, полупроводниках;см. Лазерные материалы). В лазере происходит преобразование различныхвидов энергии в энергию лазерного излучения. Главный элемент лазера -активная среда, для образования которой используют: воздействие света,электрический разряд в газах, химические реакции, бомбардировкуэлектронным пучком и другие методы ""накачки"". Активная среда расположенамежду зеркалами, образующими оптический резонатор. Существуют лазерынепрерывного и импульсного действия Лазеры получили широкое применение внаучных исследованиях (в физике, химии, биологии и др.), в практическоймедицине (хирургия, офтальмология и др.), а также в технике (лазернаятехнология). Лазеры позволили осуществить оптическую связь и локацию, ониперспективны для осуществления управляемого термоядерного синтеза.... смотреть

ЛАЗЕР

"...64) лазер - совокупность компонентов, которая создает когерентное как в пространстве, так и во времени световое излучение, усиливаемое посредством ... смотреть

ЛАЗЕР

(оптический квантовый генератор), источник электромагнитных волн видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов, основанный на принципе вынужде... смотреть

ЛАЗЕР

(laser) (аббревиатура от Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) прибор, позволяющий получить очень тонкий пучок света с высокой концентрацией энергии в нем. В хирургической практике лазер применяется для проведения операций, затрагивающих небольшие участки ткани, с минимальным повреждением окружающих тканей. Например, лазер широко применяется для устранения закупорки коронарных артерий, вызванной их атеромой, а также для удаления некоторых видов родимых пятен с кожи (см. Невус). В хирургии глаза применяются различные виды лазеров, которые позволяют выполнять операции на роговице, капсуле хрусталика и сетчатке глаза (см. Лазер аргоновый. Лазер диодный, Лазер эксимерный, АИГ-лазер). Кроме того, лазеры используются в процессе лечения цервикальной интраэпителиальной нсоплазии, а специальный лазер (AHr:Nd-na3ep (Nd:YAG laser)) для удаления слоя эндометрия.... смотреть

ЛАЗЕР

Английское – laser.В русском языке слово появилось в середине XX в., в русских словарях впервые встречается в 1963 г.В современном русском языке значен... смотреть

ЛАЗЕР

(аббревиатура слов англ, фразы: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation — усиление света в результате вынужденного излучения) оптичес... смотреть

ЛАЗЕР

Лазер источник электромагнитных волн видимого, инфракрасного или ультрафиолетового диапазонов, основанный на принципе вынужденного (индуцированного) и... смотреть

ЛАЗЕР

laser - лазер.Прибор, генерирующий устойчивый по частоте и фазе узкий и высокоинтенсивный пучок света; используется в ряде генетических экспериментов -... смотреть

ЛАЗЕР

1) Орфографическая запись слова: лазер2) Ударение в слове: л`азер3) Деление слова на слоги (перенос слова): лазер4) Фонетическая транскрипция слова лаз... смотреть

ЛАЗЕР

(название образовано от аббревиатуры английской фразы: light amplification by stimulated emission of radiation — усиление света в результате вынужденного излучения) то же что оптический квантовый генератор, источник оптического когерентного излучения, характеризующегося высокой направленностью и большой плотностью энергии. Находит широчайшее применение в научной и бытовой сферах. Начала современного естествознания. Тезаурус. — Ростов-на-Дону.В.Н. Савченко, В.П. Смагин.2006. Синонимы: луч, нанолазер, хемолазер... смотреть

ЛАЗЕР

источник электромагнитного излучения, основанный на вынужденном излучении атомов и молекул. Выдающееся мировое открытие русских физиков Н.Г. Басова и A... смотреть

ЛАЗЕР

(за англ. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)генератор когерентного монохроматичного вузьконапрямленого світла з вел. (у порівнянн... смотреть

ЛАЗЕР

м. физ., тех. laser mсварка лазером — soudure f à laserлечение лазером — traitement m à laserСинонимы: луч, нанолазер, хемолазер

ЛАЗЕР

лазер, -ра- лазер в режиме биений- лазер в режиме модулированной добротности- лазер в режиме синхронизации- лазер газовый- лазер газоразрядный- лазер г... смотреть

ЛАЗЕР

м. физ., тех.láser m, rayos Lлазер накачки — láser excitador (de bombeo)бортовой лазер — láser de a bordoсчитывающий лазер — láser de lectura

ЛАЗЕР

м. физ., тех. laser {-ɛr} m сварка лазером — soudure f à laser лечение лазером — traitement m à laser

ЛАЗЕР

Laser — Лазер. Устройство, которое испускает концентрированный поток электромагнитного излучения. Световые лучи лазера используются в металлообработке при плавлении, резании или сварке металлов; в менее сконцентрированной форме они иногда используются для исследования металла. (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО "Профессионал", НПО "Мир и семья"; Санкт-Петербург, 2003 г.)... смотреть

ЛАЗЕР

(за англ. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) генератор когерентного монохроматичного вузьконапрямленого світла з вел. (у порівнянні з класичними джерелами) густиною потужності; застосовується, зокрема, у лазерних програвачах компакт-дисків, для обробки тугоплавких матеріалів, у телекомунікації, радіолокації, голографії, медицині (як хірургічний інструмент).... смотреть

ЛАЗЕР

Заимств. в 60-е годы XX в. из англ. яз., где laser образовано сложением сокращенных основ из сочетания Light Amplification by Stimulated Emission of Ra... смотреть

ЛАЗЕР

(англ. laser аббревиатура словосочетания Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation усиление света с помощью вынужденного излучения) оптический квантовый генератор, источник оптического когерентного излучения, характеризующегося высокой направленностью и большой плотностью энергии. вЛ. происходит преобразование различных видов энергии в энергию лазерного излучения.... смотреть

ЛАЗЕР

лазер [англ, laser сокр. light amplification by stimulated emission of radiation усиление света при помощи вынужденного излучения] - прибор для получения чрезвычайно интенсивных и узконаправленных пучков монохроматического светового излучения (см. квантовая алектроника); находит широкое применение в научных исследованиях, в технике, медицине и т. д. ... смотреть

ЛАЗЕР

корень - ЛАЗЕР; нулевое окончание;Основа слова: ЛАЗЕРВычисленный способ образования слова: Бессуфиксальный или другой∩ - ЛАЗЕР; ⏰Слово Лазер содержит с... смотреть

ЛАЗЕР

ЛАЗЕР [зэ], -а, м. (спец.). 1. Оптический квантовый генератор, устройство для получения мощных узконаправленных пучков света. Импульсный лазер Лазер непрерывного действия. 2. Пучок света, луч, получаемый при помощи такого генератора. Лечение лазером. Сварка лазером. || прилагательное лазерный, -ая, -ое. Л, луч. Лазерная хирургия.... смотреть

ЛАЗЕР

ЛАЗЕР – МАЗЕРЛазер, -а. Прилад для генерування (одержання) або підсилення й гострого спрямування пучків монохроматичного світла.Мазер, -а. Прилад для г... смотреть

ЛАЗЕР

лазер, л′азер зэ , -а, м. (спец.).1. Оптический квантовый генератор, устройство для получения мощных узконаправленных пучков света. Импульсный л. Л. не... смотреть

ЛАЗЕР

Ла́зер. Заимств. в 60-е годы XX в. из англ. яз., где laser образовано сложением сокращенных основ из сочетания Light Amplification by Stimulated Emissi... смотреть

ЛАЗЕР

-а, м. Оптический генератор — источник очень узкого и мощного пучка света, имеющего строго определенную длину волны.[англ. laser]Синонимы: луч, нанол... смотреть

ЛАЗЕР

«оптичний квантовий генератор» - амер. laser [1960] < англ. L(ight) A(mplification) by S(timulated) E(mission) of R(adiation) «посилення світла за допо... смотреть

ЛАЗЕР

источник электромагнитного излучения, основанный на вынужденном излучении атомов и молекул. Выдающееся мировое открытие русских физиков Н.Г. Басова и A.M. Прохорова. Первый молекулярный генератор был построен ими в 1955, положив начало плодотворному развитию квантовой электроники.... смотреть

ЛАЗЕР

-а, ч. 1) Генератор світлових хвиль, який створює вузький пучок монохроматичного електромагнітного випромінювання. 2) Промінь, отриманий за допомогою ... смотреть

ЛАЗЕР

техн. ла́зер - газовый лазер - жидкостный лазер - инжекционный лазер - перестраиваемый лазер - полупроводниковый лазер - рентгеновский лазер - рубиновый лазер - твердосплавный лазер - твердотельный лазер - химический лазер Синонимы: луч, нанолазер, хемолазер... смотреть