История создания лазера

· 1916 год: А. Эйнштейн предсказывает существование явления вынужденного излучения — физической основы работы любого лазера.

· Строгое теоретическое обоснование в рамках квантовой механики это явление получило в работах П. Дирака в 1927—1930 гг.

· 1928 год: экспериментальное подтверждение Р. Ладенбургом и Г. Копферманном существования вынужденного излучения.

· В 1940 г. В. Фабрикантом и Ф. Бутаевой была предсказана возможность использования вынужденного излучения среды с инверсией населённостей для усиления электромагнитного излучения.

· 1950 год: А. Кастлер (Нобелевская премия по физике 1966 года) предлагает метод оптической накачки среды для создания в ней инверсной населённости. Реализован на практике в 1952 году Бросселем, Кастлером и Винтером. До создания квантового генератора оставался один шаг: ввести в среду положительную обратную связь, то есть поместить эту среду в резонатор.

· 1954 год: первый микроволновой генератор — мазер на аммиаке (Ч. Таунс, Басов Н.Г. и Прохоров А.М. — Нобелевская премия по физике 1964 года). Роль обратной связи играл объёмный резонатор, размеры которого были порядка 12,6 мм (длина волны, излучаемой при переходе аммиака с возбуждённого колебательного уровня на основной). Для усиления электромагнитного излучения оптического диапазона необходимо было создать объёмный резонатор, размеры которого были бы порядка микрона.

· 1960 год: 16 мая Т. Мейман продемонстрировал работу первого оптического квантового генератора — лазера. В качестве активной среды использовался кристалл искусственного рубина, а вместо объёмного резонатора служил резонатор Фабри-Перо, образованный серебряными зеркальными покрытиями, нанесенными на торцы кристалла. В декабре того же года был создан гелий-неоновый лазер, излучающий в непрерывном режиме (А. Джаван, У. Беннет, Д. Хэрриот).

· С момента изобретения лазера почти каждый год появлялись всё новые его виды. В 1961 г. был создан лазер на неодимовом стекле, а в течение следующих пяти лет были разработаны лазерные диоды, лазеры на красителях, лазеры на двуокиси углерода. В 1963 г. Ж. Алфёров и Г. Кремер (Нобелевская премия по физике 2000 г.) разработали теорию полупроводниковых гетероструктур, на основе которых были созданы многие лазеры.

Общие выводы

Первое, на чём основана работа лазеров, - это дискретность энергетических уровней электронов в атоме (или в кристаллической решётке). Лазерное излучение возникает при переходе электрона с одного уровня, куда он попал в результате накачки, на другой, при этом избыток энергии выделяется в виде фотона.
Второе - это эффект вынужденного излучения. То есть этот переход происходит не сам по себе, а вызывается фотоном соответствующей энергии. При этом образовавшийся фотон будет иметь точно такую же фазу, что и стимулирующий (это объясняет когерентность лазерного излучения). И третье - положительная обратная связь. Активная область лазера представляет собой оптический резонатор, противоположные стороны которого строго параллельны и находятся на определённом расстоянии друг от друга (кратном длине волны). За счёт этого и за счёт отражения фотонов от стенок резонатора (одна из них зеркальная, вторая - полупрозрачная, чтобы выводить лазерное излучение наружу) каждый фотон многократно проходит через активную область лазера и тем самым вызывает появление новых фотонов (то есть происходит усиление).

Заключение

Итак, надеюсь, Вы получили достаточное представление о световых волнах, фотонах, фермионах и бозонах, оптической когерентности, процессах испускания и поглощения света, оптическом резонаторе, его характеристиках, и, вообще, о самих принципах работы лазера.

Чтобы подвести черту, представляю некоторые основные свойства лазерного излучения.Лазер - это источник света со свойствами, резко отличающимися от всех других источников (ламп накаливания, люминесцентных ламп, пламени, естественных светил и так далее). Он распространяется на большие расстояния и имеет строго прямолинейное направление. Луч движется очень узким пучком с малой степенью расходимости (он достигает луны с фокусировкой в сотни метров). Лазерный луч обладает большой теплотой и может пробивать отверстие в любом материале. Световая интенсивность луча больше, чем интенсивность самых сильных источников света.

С самого момента разработки лазер называли устройством, которое само ищет решаемые задачи. Лазеры нашли применение в самых различных областях — от коррекции зрения до управления транспортными средствами, от космических полётов до термоядерного синтеза. Лазер стал одним из самых значимых изобретений XX века. Таким образом, можно сделать вывод: изобретение лазера – важнейшее событии в истории науки.

Список литературы и источников

1. Л. В. Тарасов «Четырнадцать лекций о лазерах», изд. «ЛИБРОКОМ», 2011.

2. http://ru.wikipedia.org/wiki - Википедия, статьи «Лазер», «Оптический резонатор». Последнее изменение этой страницы: 12 марта 2013.

3. http://otvet.mail.ru/question/ (форум) 2008

4. http://www.bisonmedical.ru – сайт «Bison. Medical equipment Manufacturer», статья «Лазерная терапия», подстатья «Принципы устройства и работы лазера», 2010

5. http://rfe.by/ - сайт радиофизики и компьютерных технологий Белорусского государственного университета: «Лабораторная работа № 1. Изучение принципов генерации и свойств лазерного излучения». Март 2013.

Дата добавления: 2015-05-09