Естествознание. 11 класс

Урок 19. Свойства лазерного излучения. Использование лазеров

Лазеры

Свойства лазерного излучения. Использование лазеров

Необходимо запомнить

ВАЖНО!

Процесс излучения обусловлен переходом электрона с более высокого энергетического уровня на более низкий. Излучение кванта света в таком процессе происходит самопроизвольно и называется спонтанным излучением. Лазер усиливает свет за счёт вынужденного излучения.

Конструкции лазеров очень разнообразны. Лазеры различаются: способом накачки; рабочей активной средой; конструкцией резонатора; режимом работы. Эти различия определяются многообразием требований к характеристикам лазера в связи с его практическими применениями.

Благодаря своим особым свойствам (монохроматичность, высокая интенсивность, направленность, когерентность) по сравнению с другими источниками света лазеры широко применяются во многих областях деятельности человека.

Узкий нерасходящийся луч применяется при строительстве туннелей, метрополитенов, когда необходимо провести прямую линию на большое расстояние. Также это свойство лазеров применимо для создания оружия с оптическим прицелом. Точная фокусировка лазерного луча позволяет использовать его для записи информации на оптические диски.

Высокая интенсивность излучения используется в медицине, в частности в микрохирургии. Это же свойство применяется и других устройствах для разрезания различных материалов, проделывания отверстий. Использование лазеров привело к открытию совершенно новых областей исследования. Особенно ярким примером новой области исследования является нелинейная оптика.

С появлением лазеров спектроскопия не только расширила свои прежние возможности, но и получила совершенно новые идеи. Осуществление термоядерного синтеза и использование его в мирных целях позволит человечеству получить неограниченный источник энергии. Предполагают, что лазеры позволят создать высокую температуру для дейтериево-тритиевой плазмы и удержания этой плазмы.

Лазеры, обладая высокой монохроматичностью применяются в голографии.

Полупроводниковые лазеры применяются для передачи информации в быту и системе космической связи

Всё большее применение лазеры находят в искусстве. С их помощью создаются феерические быстроизменяющиеся живописные картины на сцене.

Необычное применение лазерного излучения

Особенности лазерного излучения

Лазерное излучение по своим свойствам значительно отличается от излучения обычных источников света. Отметим его характерные особенности.

1. Когерентность. Излучение является высококогерентным, что обусловлено свойствами вынужденного излучения. При этом имеет место не только временная, но и пространственная когерентность: разность фаз в двух точках плоскости, перпендикулярной направлению распространения, сохраняется постоянной.

2. Коллимированность. Лазерное излучение является коллимированным, т.е. все лучи в пучке почти параллельны друг другу. На большом расстоянии лазерный пучок лишь незначительно увеличивается в диаметре. Так как угол расходимости мал, то интенсивность лазерного пучка слабо убывает с расстоянием. Это позволяет передавать сигналы на огромные расстояния при малом ослаблении их интенсивности.

3. Монохроматичность. Лазерное излучение является в высокой степени монохроматическим, т.е. содержит волны практически одинаковой частоты (ширина спектральной линии составляет $ \Delta \lambda \approx 0,01$ нм).

До появления лазеров излучение с некоторой степенью монохроматичности удавалось получить с помощью приборов - монохроматоров, выделяющих из сплошного спектра узкие спектральные интервалы (узкие полосы длин волн), однако мощность света в таких полосах мала.

4. Высокая мощность. С помощью лазера можно обеспечить очень высокую мощность монохроматического излучения - до $ 10^5 $ Вт в непрерывном режиме. Мощность импульсных лазеров на несколько порядков выше. Так, неодимовый лазер генерирует импульс с энергией $Е = 75$ Дж, длительность которого $t = 3х10^{-12}$ с. Мощность в импульсе равна $Р = Е/t = 2,5х10^{13}$ Вт (для сравнения: мощность ГЭС составляет $Р \sim 10^9$ Вт).

5. Высокая интенсивность. В импульсных лазерах интенсивность лазерного излучения очень высока и может достигать $I = 10^{14}-10^{16}$ Вт/см$^2$ (ср. интенсивность солнечного света вблизи земной поверхности $I = 0,1$ Вт/см$^2$).

6. Высокая яркость. У лазеров, работающих в видимом диапазоне, яркость лазерного излучения (сила света с единицы поверхности) очень велика. Даже самые слабые лазеры имеют яркость $10^{15}$ кд/м$^2$ (для сравнения: яркость Солнца $L \sim 10^9$ кд/м$^2$).

7. Давление. При падении лазерного луча на поверхность тела создается давление ($Д$). При полном поглощении лазерного излучения, падающего перпендикулярно поверхности, создается давление $Д = I/c$, где $I$ -интенсивность излучения, с - скорость света в вакууме. При полном отражении величина давления в два раза больше. Для интенсивности $I = 10^{14}$ Вт/см$^2$ = $10^{18}$ Вт/м$^2$; $Д = 3,3х10^9$ Па = 33 000 атм.

8. Поляризованность. Лазерное излучение полностью поляризовано.

Предметы

По алфавиту По предметным областям

Классы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
angle-skew-bottom mix-copy next-copy-2 no-copy step-1 step-2 step-3 step-4 step-5 step-6 step-6