Лазер: Розніца паміж версіямі
[дагледжаная версія] | [дагледжаная версія] |
Змесціва выдалена Змесціва дададзена
дрНяма тлумачэння праўкі |
др clean up, replaced: . → ., , → ,, а у → а ў, двума → дзвюма, міні| → thumb| (9), о у → о ў, Таун → таўн, Ў → У, Файл: → Выява: (9), Чарлз → Чарльз, using AWB |
||
Радок 1:
[[
[[
'''Лазер''' ({{lang-en|laser}}, [[акронім]] {{lang-en2|'''l'''ight '''a'''mplification by '''s'''timulated '''e'''mission of '''r'''adiation}} «узмацненне святла з дапамогай [[вымушанае выпраменьванне|вымушанага выпраменьвання]]»), або '''аптычны квантавы генератар''' — гэта прылада, які пераўтварае [[Энергія|энергію]] накачкі ([[Святло|светлавую]], [[Электрычнасць|электрычную]], [[Колькасць цеплыні|цеплавую]], [[Хімія|хімічную]] і інш.) у энергію [[кагерэнтнасць|кагерэнтнага]], [[монахраматычнае выпраменьванне|монахраматычнага]], [[палярызацыя хваль|палярызаванага]] і вузканакіраванага патоку выпраменьвання.
Работа лазера заснавана на [[Квантавая механіка|квантавамеханічнай]] з'яве [[вымушанае выпраменьванне|вымушанага (індуцыраванага) выпраменьвання]]. Выпраменьванне лазера можа быць бесперапынным, з пастаяннай [[Магутнасць|магутнасцю]], або [[імпульс]]ным і дасягаць гранічна вялікіх пікавых магутнасцей. У некаторых схемах рабочы элемент лазера выкарыстоўваецца ў якасці аптычнага ўзмацняльніка для выпраменьвання ад іншай крыніцы. Існуе вялікая колькасць відаў лазераў, якія выкарыстоўваюць у якасці рабочага асяроддзя ўсе [[Агрэгатныя станы|агрэгатныя станы рэчыва]]. Некаторыя тыпы лазераў, напрыклад, [[лазер на фарбавальніках|лазеры на растворах фарбавальнікаў]] або поліхраматычныя [[цвердацельны лазер|цвердацельныя лазеры]], могуць генераваць цэлы набор частот ([[нармальныя ваганні|мод]] аптычнага рэзанатара) у шырокім спектральным дыяпазоне. Габарыты лазераў адрозніваюцца ад мікраскапічных для шэрагу [[Лазерны дыёд|паўправадніковых лазераў]] да памераў футбольнага поля для некаторых лазераў на [[неадым]]авым шкле. Унікальныя ўласцівасці выпраменьвання лазераў дазволілі выкарыстоўваць іх у розных галінах [[Навука|навукі]] і [[Тэхніка|тэхнікі]], а таксама ў [[Побыт|побыце]], пачынаючы з чытання і запісу [[
== Асноўныя даты ==
Радок 69:
| issue=4736
| pages=493–494
|doi=10.1038/187493a0}}</ref>. У якасці актыўнага асяроддзя выкарыстоўваўся [[крышталь]] штучнага [[рубін]]у ([[аксід алюмінію]] Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> з невялікай прымешкай [[хром]]у Cr), а аб'ёмным рэзанатарам служыў [[рэзанатар Фабры-Пяро]], утвораны сярэбранымі люстранымі пакрыццямі, нанесенымі на тарцы крышталя. Гэты лазер працаваў у імпульсным рэжыме на даўжыні хвалі 694,3 нм<ref name="popmech" />. У снежні таго ж года быў створаны [[гелій]]-[[неон]]авы лазер, які выпраменьваў
* Фізіка лазераў і па сённяшні дзень інтэнсіўна развіваецца. З моманту вынаходства лазера амаль кожны год з'яўляліся ўсё новыя яго віды, прыстасаваныя для розных мэт<ref name="fundamentals" />. У [[1961]] г. быў створаны лазер на неадымавым шкле, а на працягу наступных пяці гадоў былі распрацаваны [[Лазерны дыёд|лазерныя дыёды]], лазеры на фарбавальніках, лазеры на [[Двухвокіс вугляроду|двухвокісе вугляроду]], хімічныя лазеры. У [[1963]] г. [[Жарэс Іванавіч Алфёраў|Ж. Алфёраў]] і [[Герберт Кромер|Г. Кромер]] ([[Нобелеўская прэмія па фізіцы]] [[2000]] г.) распрацавалі тэорыю [[паўправаднік]]овых гетэраструктур, на аснове якіх былі створаны многія лазеры<ref name="popmech" />.
== Прынцып дзеяння ==
Фізічнай асновай працы лазера служыць з'ява [[вымушанае выпраменьванне|вымушанага (індуцыраванага) выпраменьвання]]<ref>{{кніга
|аўтар = Сивухин Д. В.
Радок 83 ⟶ 82:
|старонак = 735
|старонкі = 704-706
}}</ref>. Сутнасць з'явы складаецца ў тым, што
| аўтар = А. Н. Ораевский
| загаловак = Лазер
Радок 105 ⟶ 104:
}}</ref>.
[[
[[Імавернасць]] таго, што выпадковы [[фатон]] выкліча індуцыраванае выпраменьванне ўзбуджанага атама, дакладна роўная імавернасці паглынання гэтага фатона [[атам]]ам, які знаходзіцца ў неўзбуджаным стане<ref>{{cite journal
Радок 135 ⟶ 134:
| lang = en
| deadlink = 404
}}</ref>. Нарэшце, прамень лазера мае строга вызначаную [[палярызацыя святла|палярызацыю]]. Для гэтага ў рэзанатар
|аўтар = Редкин Ю. Н.
|частка = Часть 5. Физика атома, твёрдого тела и атомного ядра
Радок 147 ⟶ 146:
== Будова лазера ==
[[
▲[[Файл:Laser.svg|275px|міні|справа|На схеме пазначаны: 1 — актыўнае асяроддзе; 2 — энергія накачкі лазера; 3 — непразрыстае люстэрка; 4 — напаўпразрыстае люстэрка; 5 — лазерны прамень.]]
Усе лазеры складаюцца з трох асноўных частак:
Радок 159 ⟶ 157:
=== Актыўнае асяроддзе ===
У цяперашні час у якасці рабочага асяроддзя лазера выкарыстоўваюцца розныя [[агрэгатныя станы]] рэчыва: [[Цвёрдае цела|цвёрдае]], [[Вадкасць|вадкае]], [[газ]]ападобнае, [[плазма]]<ref name="ruby_laser">Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Издание 2-е. — М.: Наука, 1985. — Т. IV. Оптика. — С. 714—721. — 735 с.</ref>. У звычайным стане лік атамаў, якія знаходзяцца на ўзбуджаных энергетычных узроўнях, вызначаецца [[размеркаванне Больцмана|размеркаваннем Больцмана]]<ref name="sivuhin_principles">Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Издание 2-е. — М.: Наука, 1985. — Т. IV. Оптика. — С. 703—714. — 735 с.</ref>:
Радок 195 ⟶ 192:
=== Сістэма накачкі ===
Для стварэння інверснай населенасці асяроддзя лазера выкарыстоўваюцца розныя механізмы. У цвердацельных лазерах яна ажыццяўляецца за кошт апраменьвання магутнымі [[газаразрадная лямпа|газаразраднымі лямпамі-ўспышкамі]], сфакусіраваным [[Сонца|сонечным]] выпраменьваннем (так званая аптычная накачка) і выпраменьваннем іншых лазераў (у прыватнасці, [[паўправаднік]]овых)<ref name="small_encyclopaedia" /><ref name="solid-state_laser">{{артыкул
| аўтар = И. А. Щербаков
Радок 206 ⟶ 202:
| год = 1988
| том = 5
}}</ref>. Пры гэтым магчыма праца толькі
| аўтар = А. В. Францессон
| загаловак = Накачка
Радок 216 ⟶ 212:
| год = 1988
| том = 3
}}</ref>. У газавых і вадкасных лазерах (гл. [[гелій-неонавы лазер]], [[лазер на фарбавальніках]]) выкарыстоўваецца накачка электрычным разрадам. Такія лазеры працуюць у бесперапынным рэжыме. Накачка хімічных лазераў адбываецца з дапамогай [[Хімічная рэакцыя|хімічных рэакцый]] у іх актыўным асяроддзі. Пры гэтым інверсія насельніцтва ўзнікае альбо непасрэдна ў прадуктах рэакцыі, альбо ў адмыслова
[[
Класічная трохузроўневая сістэма накачкі рабочага асяроддзя выкарыстоўваецца, напрыклад, у [[рубін]]авым лазеры. Рубін уяўляе сабой [[крышталь]] [[карунд]]у Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, [[легіраванне|легіраваны]] невялікай колькасцю [[іон]]аў хрому Cr<sup>3+</sup>, якія і з'яўляюцца крыніцай лазернага выпраменьвання. З-за ўплыву электрычнага поля крышталічнай рашоткі карунду знешні энергетычны ўзровень хрому E<sub>2</sub> расшчэплены (гл. [[эфект Штарка]]). Іменна гэта робіць магчымым выкарыстанне немонахраматычнага выпраменьвання ў якасці накачкі<ref name="small_encyclopaedia" />. Пры гэтым [[атам]] пераходзіць з асноўнага стану з [[энергія]]й ''E''<sub>0</sub> ва ўзбуджаны з энергіяй каля ''E''<sub>2</sub>. У гэтым стане атам можа знаходзіцца параўнальна нядоўга (парадку 10<sup>−8</sup> с), амаль адразу адбываецца пераход без выпраменьвання на ўзровень ''E''<sub>1</sub>, на якім атам можа знаходзіцца значна даўжэй (да 10<sup>−3</sup> с), гэта так званы метастабільны ўзровень. Узнікае магчымасць ажыццяўлення індуцыраванага выпраменьвання пад уздзеяннем іншых выпадковых [[фатон]]аў. Як толькі атамаў, якія знаходзяцца ў метастабільным стане становіцца больш, чым у асноўным, пачынаецца працэс генерацыі<ref name="physical_dictionary" /><ref>{{cite web
Радок 232 ⟶ 228:
Варта адзначыць, што стварыць інверсію населенасцей атамаў хрому Cr з дапамогай накачкі непасрэдна з узроўню ''E''<sub>0</sub> на ўзровень ''E''<sub>1</sub> нельга. Гэта звязана з тым, што калі паглынанне і вымушанае выпраменьванне адбываюцца паміж двума ўзроўнямі, то абодва гэтыя працэсы працякаюць з аднолькавай хуткасцю. Таму ў дадзеным выпадку накачка можа толькі зраўнаваць населенасці двух узроўняў, чаго недастаткова для ўзнікнення генерацыі<ref name="small_encyclopaedia" />.
У некаторых лазерах, напрыклад у [[неадым]]авым, ў яком генерацыя выпраменьвання адбываецца на іонах [[неадым]]у Nd<sup>3+</sup>, выкарыстоўваецца чатырохузроўневая схема накачкі. Тут паміж метастабільным ''E''<sub>2</sub> і асноўным узроўнем ''E''<sub>0</sub> маецца прамежкавы — рабочы ўзровень ''E''<sub>1</sub>. Вымушанае выпраменьванне адбываецца пры пераходзе атама паміж
=== Аптычны рэзанатар ===
[[
▲[[Файл:Oscillators spectrum.jpg|275px|міні|злева|У шырыню [[спектральная лінія|спектральнай лініі]], намаляванай на рысунку зялёным колерам, укладваецца тры уласныя частаты рэзанатара. У гэтым выпадку выпраменьванне, што генеруецца лазерам, будзе трохмодавым. Для фіялетавай лініі выпраменьванне будзе чыста монахраматычным.]]
Люстэркі лазера не толькі забяспечваюць існаванне станоўчай зваротнай сувязі, але і працуюць як рэзанатар, падтрымліваючы тыя моды, якія адпавядаюць [[Хваля стаячая|стаячым хвалям]] дадзенага рэзанатара<ref>{{кніга
Радок 286 ⟶ 281:
== Класіфікацыя лазераў ==
* [[Цвердацельны лазер|Цвердацельныя лазеры]] на [[Люмінесцэнцыя|люмінесцэнтных]] [[Цвёрдае цела|цвёрдых асяроддзях]] (дыэлектрычныя крышталі і шкла). У якасці актыватараў звычайна выкарыстоўваюцца [[іон]]ы [[Рэдказямельныя элементы|рэдказямельных элементаў]] або іоны групы [[жалеза]] Fe. Накачка, аптычная і ад [[лазерны дыёд|паўправадніковых лазераў]], ажыццяўляецца па трох- ці чатырохузроўневай схеме. Сучасныя цвердацельныя лазеры здольныя працаваць у імпульсным, бесперапынным і квазібесперапынным рэжымах<ref name="solid-state_laser" />.
* [[Паўправадніковы лазер|Паўправадніковыя лазеры]]. Фармальна таксама з'яўляюцца цвердацельнымі, але традыцыйна вылучаюцца ў асобную групу, бо маюць іншы механізм накачкі (інжэкцыя лішкавых носьбітаў зараду праз [[p-n пераход]] або гетэрапераход, электрычны прабой у моцным полі, бамбардзіроўка хуткімі электронамі), а квантавыя пераходы адбываюцца паміж дазволенымі энергетычнымі зонамі, а не паміж дыскрэтнымі ўзроўнямі энергіі. Паўправадніковыя лазеры — найбольш ужывальны ў побыце від лазераў<ref>{{артыкул
Радок 423 ⟶ 417:
* [[Валаконны лазер]] — лазер, рэзанатар якога пабудаваны на базе [[аптычнае валакно|аптычнага валакна]], усярэдзіне якога поўнасцю або часткова генеруецца выпраменьванне. Пры цалкам валаконнай рэалізацыі такой лазер называецца цэльнавалаконным, пры камбінаваным выкарыстанні валаконных і іншых элементаў у канструкцыі лазера ён называецца валаконна-дыскрэтным або гібрыдным.
* [[Вертыкальна-выпраменьваючыя лазеры]] (VCSEL) — «Павярхоўна-выпраменьваючы лазер з вертыкальным рэзанатарам» — разнавіднасць дыёднага паўправадніковага лазера, які выпраменьвае [[святло]] ў кірунку, перпендыкулярным паверхні крышталя, у адрозненне ад звычайных лазерных дыёдаў, выпраменьваючых
* Іншыя віды лазераў, развіццё прынцыпаў якіх на дадзены момант з'яўляецца прыярытэтнай задачай даследаванняў ([[рэнтгенаўскі лазер|рэнтгенаўскія лазеры]]<ref>{{артыкул
Радок 448 ⟶ 442:
== Выкарыстанне лазераў ==
[[
▲[[Файл:Classical spectacular laser effects.jpg|250px|міні|справа|Лазернае суправаджэнне музычных канцэртаў (лазернае шоу)]]
З моманту свайго вынаходства лазеры зарэкамендавалі сябе як «гатовыя рашэнні яшчэ невядомых праблем»<ref>{{кніга
Радок 460 ⟶ 453:
|старонкі = 107–112
|isbn = 0-226-28413-1
}} {{en icon}}</ref>. З-за ўнікальных уласцівасцей лазернага выпраменьвання, лазеры шырока прымяняюцца ў многіх галінах [[Навука|навукі]] і [[Тэхніка|тэхнікі]], а таксама ў [[Побыт|побыце]] (прайгравальнікі [[кампакт-дыск]]аў, [[лазерны прынтар|лазерныя прынтары]], счытвальнікі [[штрых-код]]аў, [[лазерная ўказка|лазерныя ўказкі]] і інш.) Лёгка дасягальная высокая шчыльнасць энергіі выпраменьвання дазваляе выконваць лакальную тэрмічную апрацоўку і звязаную з ёй механічную апрацоўку (рэзанне, зварку, пайку, гравіроўку). Дакладны кантроль зоны нагрэву дазваляе зварваць матэрыялы, якія немагчыма зварыць звычайнымі спосабамі (да прыкладу, [[Кераміка|кераміку]] і [[метал]]). Прамень лазера можна сфакусіраваць у кропку дыяметрам парадку [[мікрон]]а, што дазваляе выкарыстоўваць яго ў [[мікраэлектроніка|мікраэлектроніцы]] для прэцызійнай механічнай апрацоўкі матэрыялаў (рэзка паўправадніковых
| url = http://www.laser-reserv.ru/ltech/rezka_proshivka_ot/
| title = Лазерная резка и прошивка отверстий
Радок 478 ⟶ 471:
}}</ref> (у тым ліку аб'ёмная гравіроўка празрыстых матэрыялаў). Лазеры выкарыстоўваюцца для атрымання паверхневых пакрыццяў матэрыялаў (лазернае легіраванне, лазерная наплаўка, вакуумна-лазернае напыленне) з мэтай павышэння іх зносаўстойлівасці. Пры лазернай апрацоўцы матэрыялаў на іх не аказваецца механічнае ўздзеянне, зона нагрэву малая, таму ўзнікаюць толькі нязначныя тэрмічныя дэфармацыі. Акрамя таго, увесь тэхналагічны працэс можна цалкам аўтаматызаваць. Таму лазерная апрацоўка характарызуецца высокай дакладнасцю і прадукцыйнасцю.
[[
Лазеры прымяняюцца ў [[галаграфія|галаграфіі]] для стварэння саміх галаграм і атрымання галаграфічнага аб'ёмнага малюнка. Некаторыя лазеры, напрыклад лазеры на фарбавальніках, здольныя генераваць монахраматычнае святло практычна любой даўжыні хвалі, пры гэтым імпульсы выпраменьвання могуць дасягаць 10<sup>−16</sup> с, а значыць і вялікіх магутнасцей (так званыя гіганцкія імпульсы). Гэтыя ўласцівасці выкарыстоўваюцца ў [[Спектраскапія|спектраскапіі]], а таксама пры вывучэнні нелінейных аптычных эфектаў. З дапамогай лазера ўдалося вымераць адлегласць да [[Месяц, спадарожнік Зямлі|Месяца]] з дакладнасцю да некалькіх [[сантыметр]]аў. Лазерная лакацыя касмічных аб'ектаў удакладніла значэнні шэрагу фундаментальных астранамічных пастаянных і спрыяла ўдакладненню параметраў касмічнай навігацыі, пашырыла прадстаўленні аб будове [[Атмасфера|атмасферы]] і паверхні планет [[Сонечная сістэма|Сонечнай сістэмы]]<ref name="physical_dictionary" />. У астранамічных [[тэлескоп]]ах, забяспечаных адаптыўнай аптычнай сістэмай карэкцыі атмасферных скажэнняў, лазер выкарыстоўваюць для стварэння штучных апорных зорак у верхніх пластах атмасферы.
Радок 516 ⟶ 509:
}}</ref>.
[[
У [[Медыцына|медыцыне]] лазеры прымяняюцца як бяскроўныя скальпелі, выкарыстоўваюцца пры лячэнні афтальмалагічных захворванняў ([[катаракта]], [[адслаенне сятчаткі]], [[лазерная карэкцыя зроку]] і інш.). Шырокае прымяненне атрымалі таксама ў касметалогіі (лазерная эпіляцыя, лячэнне сасудзістых і пігментных дэфектаў скуры, лазерны пілінг, выдаленне [[Татуіроўка|татуіровак]] і пігментных плям)<ref>{{cite web
Радок 541 ⟶ 534:
== Спасылкі ==
{{Вікіслоўнік|Лазер}}
{{Вікісховішча|Лазер}}
Радок 564 ⟶ 556:
== Літаратура ==
* {{кніга
| аўтар = Тарасов Л. В.
Радок 639 ⟶ 630:
== Спасылкі ==
* [http://ufn.ru/ru/pacs/42.55.-f/ Список статей], опубликованных в УФН по теме «Лазеры» (PACS: 42.55.-f Lasers)
* [http://www.popmech.ru/article/381-kvantovyiy-svetoch/ Квантовый светоч: история одного из самых важных изобретений XX века — лазера]
|