История создания лазера

ФГБОУ ВПО

Уфимский государственный авиационный технический университет

Творческая работа по истории на тему

«История создания лазера»

Выполнил: Гильмияров Р.А. ЭАС 105

Проверил: Васильев И.М.

История создания лазера

Уже более полувека лазеры помогают человеку в физике, медицине, химии, самых разных производствах и даже в исследовании космоса. Их используют при маркировке товаров, при сложных операциях (например, при коррекции зрения, которая стала возможна только благодаря лазерам), в исследовании молекул и в измерении расстояний в космосе. И даже в массовой культуре и в быту! Посмотрите вокруг себя: календарь на стене, компакт-диск, бокал с красивой гравировкой - все это сделано с помощью лазера.

Лазерная указка, луч, разрезающий железо, и астрономический прибор, измеряющий расстояния до небесных тел - все они родственники, потому что работают с применением лазерной технологии.

Что такое лазерный луч? Это источник света с совершенно уникальными свойствами. Он практически не рассеивается, а может излучаться на дальние расстояния и возвращаться обратно. У лазера очень большая теплота, что позволяет ему резать материал, через который он проходит.

Первые шаги к этому великому изобретению XX века сделал легендарный ученый Альберт Эйнштейн. В 1917 году он провел исследования о вынужденном испускании света, которые позже легли в основу принципа работы лазеров.

Вторым ученым, сделавшим важный вклад в изобретение, стал наш соотечественник Валентин Фабрикант. Он открыл, что вынужденное испускание может усилить электромагнитное излучение про прохождении его через определенную среду.

Научное обоснование

Слово «Лазер» - это английская аббревиатура, то есть слово, составленное из первых букв словосочетания. «Light amplification by stimulated emission of radiation», что переводится как «свет, усиляемый вынужденным (или стимулированным) лучеиспусканием» - а сокращенно «laser». Но впервые принцип лазера был применен не на световых, а на микроволнах. Это открытие тоже принадлежит нашим соотечественникам - советским физикам Николаю Басову и Александру Прохорову. Доклад о своем «молекулярном генераторе» они сделали в 1954 году. Еще два года спустя были созданы и презентованы первые установки и получен направленный пучок молекулярных волн. Технически это был еще не лазер, а мазер («microwave amplification by stimulated emission of radiation», но принцип его работы был тем же самым.

В основе работы, как мазера, так и лазера лежит один и тот же принцип, сформулированный в 1951 г. Валентином Фабрикантом. Его появление встретили как техническую революцию, новую эпоху в науке. Вначале лазер отнесли к квантовой радиофизике, а позднее стали называть квантовой электроникой. Однако, несмотря на то, что принципы работы уже были сформулированы, путь к созданию лазера занял еще шесть лет. Эти годы были наполнены поиском резонаторов для оптического диапазона и некоторыми другими исследованиями. В разработку оптического лазера также внесли большой вклад учёные Басов и Прохоров.

С 1954 по 1960 год ученые проводили опыты с волнами света в разной среде и с применением различных резонаторов. Наконец, в 1960 году появилась обстоятельная научная работа Николая Басова, Олега Крохина и Юрия Попова, в которой были рассмотрены принципы работы квантовых генераторов (первых лазерных установок) и выражалась надежда на то, что вскоре они будут сконструированы. Параллельно такую же углубленную работу над теорией и практикой создания лазера вели американцы.

Первые лазеры

Итак, к 60-м годам были заложены все теоретические основы работы лазеров, и ученым оставалось только одно - сконструировать рабочие модели. Это удалось американцу Теодору Мейману в 1960 году. Первый из его рабочих прототипов работал на рубине и выглядел как рубиновый кубик с размером граней в 1 см. Две из его сторон были покрыты серебром (они и играли роль резонатора). Свет излучала лампа-вспышка огромной мощности. Через небольшое отверстие в одной из «серебряных» граней рубина выходил тонкий красный луч. Это и был первый в мире луч лазера.

Начало было положено, и дальше разработка лазеров пошла огромными шагами. В том же году была сконструирована первая газовая лазерная установка, а год спустя лазеры появляются в каждой оптической лаборатории. Они изучаются, совершенствуются и находят всё новое применение. Следующим шагом стало создание полупроводниковых лазеров (1962-1963 год). Это стало началом новой эры в оптике и применения лазеров во всех сферах науки.

Какими бывают лазеры?

Классификация лазеров и их характеристики

Лазеры различают по множеству признаков. Вот некоторые из классификаций:

) Состояние активного вещества (твердотельные, газовые или жидкостные);

) Принцип работы (усилители и генераторы);

) Способ возбуждения активного вещества;

) Степень мощности

) Расходимость лазерного луча

) Диапазон длины волн

и т.д.

Лазеры могут использовать разные активные вещества: как твердые (рубин, сапфир, стекло), так и жидкие, а также газообразные (аргон, гелий). Еще в качестве активного вещества может применяться полупроводниковый переход. В соответствии с этим лазеры называют твердотельными, жидкостными, газовыми и полупроводниковыми.

По принципу работы лазеры разделяют на генераторы и усилители. Лазер-усилитель работает по такой схеме: в то время, как сам он находится в возбужденном состоянии, на вход поступает небольшой сигнал. Это стимулирует отдачу энергии и формирует луч.

Если лазер относится к генераторам, то для его запуска стимулируют активное вещество. Когда возбуждение растет, в определенный момент происходит отдача энергии.

Возбуждение активного вещества может происходить разными способами: за счет оптического излучения, потоком электронов, ядерным излучением, химической или солнечной энергией. Процесс может происходить непрерывно (такие устройства называют «лазерами с непрерывным излучением) или с перерывами (импульсные лазеры)

По степени мощности на выходе различают лазеры высокой, средней и низкой мощности.

По диапазону длины волн, в котором ведется излучение, различают лазеры с разной степенью монохроматичности. Выше всего она у газовых лазеров. Твердотельные лазеры высокой монохроматичностью не отличаются, потому что имеют значительный диапазон частот.

Расходимость лазерного луча - параметр, от которого зависит область применения лазера. Легко понять, что это показатель того, насколько расширяется луч. Самый узкий луч имеют газовые лазеры, благодаря этому свойству они применяются в определении расстояний до цели.

Будущее лазеров

Несмотря на то, что лазер изобретен больше полувека назад, он все еще совершенствуется и продолжает находить новые применения. Сейчас ведутся разработки новых лазерных инструментов для медицины и изучается возможность применения лазерных лучей в реакции термоядерного синтеза. Термоядерный синтез - способ получения энергии, аналогичный тому, как она образуется Солнцем и другими звездами. Если будет разработана надежная технология бесперебойного термоядерного синтеза, человечество навсегда забудет о дефиците энергии. Лазеры призваны сыграть в этом открытии заметную роль.

Еще один интересный аспект - лазерное оружие. Его разработки ведутся уже много лет и даже существуют рабочие прототипы - например, ручные лазерные пистолеты ЛК, созданные в Советском Союзе для космической отрасли. Главной проблемой таких пистолетов до сих пор остается батарея: нельзя подобрать настолько мощный источник питания, чтобы лучевой пистолет был компактным и не слишком тяжелым. Сейчас к разработкам боевого оружия, способного поражать цель мощным лазерным лучом, ближе всего подошли американские ученые.

Велись и разработки мощных лазерных установок ПВО, чтобы сбивать лучами самолеты и беспилотники противника. Сейчас проект продолжается, но переориентирован: лазерные системы ПВО тестируются, чтобы препятствовать наблюдениям из космоса.

Есть травматическое лазерное оружие с лучами малой мощности, но большой яркости. Оно способно временно ослепить человека. В России, например, такие устройства называются «Поток» и официально приняты на вооружение МВД. Более мощные лазеры, которые могут нанести серьезную травму зрению, запрещены Международным правом.

Маломощные лазеры также используются в современном оружии для точности наведения. «Красная точка», по которой герой фильма понимает, что его взял на мушку снайпер - не что иное, как луч лазера.

Несмотря на такое множество применений в боевых условиях, лазер остается прежде всего мирным орудием и гораздо шире применяется в медицине, физике и других науках.

Литература

лазер луч волна диапазон

1. Применения лазеров. Под редакцией д-ра техн. Наук В.П. Тычинского, издательство Мир, Москва 1974.

. Применение лазеров в машиностроении и приборостроении. Авт.: Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Митрофанов А.С. Л. Машиностроение. Ленингр.отд-ние,1978.

. Лазеры и их применение. Тарасов Л.В. Учебное пособие для ПТУ. М.: Радио и связь, 1983.

. Лазеры: действительность и надежды. Тарасов Л.В. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985.

. Лазеры. Основы устройства и применения. Федоров Б.Ф. М.: ДОСААФ, 1988.

6. Лазеры. http://ru.wikipedia.org/wiki/%CB%E0%E7%E5%F0#cite_ref-1 <http://ru.wikipedia.org/wiki/%CB%E0%E7%E5%F0>

. Назначение и область применения лазеров.bibliofond.ru/view.aspx?id=41876 <http://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=41876>

Больше работ по теме: