Интереcно о науке

Лазер – это устройство, которое создает или усиливает волны видимого света, либо других форм электромагнитной энергии: ультрафиолетовые лучи, инфракрасное излучение и т.п. Также существует другое похожее устройство, мазер, которое используется для генерации и усиления микроволн.

Лазер может производить луч когерентного, узконаправленного излучения с высокой интенсивностью. Когерентность – это особое свойство волн, которое означает, что все они имеют одинаковый период, а их максимумы и минимумы совпадают, то есть они находятся в фазе. Обычный свет от Солнца или от лампочки не обладает этим свойством. Поэтому лучи рассеиваются на большой площади в разных направлениях. Свет от лазера гораздо более интенсивен и распространяется в одном направлении.

Большинство типов лазеров могут производить свет только одного типа волн, но существуют модификации и с возможностью коррекции длинны волны в широком диапазоне. Также лазеры можно классифицировать на постоянные с непрерывным потоком волн и импульсные, которые выпускают пучки света порциями.

Принцип работы лазера основан на особых свойствах используемого в нем материала. Атомы, которые составляют любую материю, могут поглощать и испускать энергию, когда их электроны переходит с внешней орбиты на внутреннюю или наоборот. Одной из возможных форм выделяемой энергии могут служить фотоны света. Обычно под воздействием внешних факторов фотоны выделяются хаотично и не когерентно. Например, в лампе накаливания под действием электрического также излучаются фотоны. Однако происходит это беспорядочно и не направленно. Задача лазера как раз и заключается в упорядочивании процесса выделения фотонов. Рассмотрим различные типы лазеров.

Твердотельные лазеры. Одним из самых распространенных твердотельных лазеров является рубиновый лазер. В его центре заложен прямоугольный кристалл рубина, который состоит из окиси алюминия со следами хрома. Один из торцов кристалла покрыт слоем серебра, так что свет через него проникать не может. Другой торец покрыт полупрозрачным слоем. Сбоку кристалла падает свет от обычной лампочки накаливания или светодиода. Попадающие на атомы хрома фотоны возбуждают их и переводят электроны на верхние уровни. Через некоторое время возбужденные атомы приходят в обычное состояние, испуская фотоны света. Фотоны отражаются между противоположными зеркалами приходя в фазу, то есть период волны луча становится одинаковым, а максимумы и минимумы. Часть фотонов проникают через полупрозрачный торец кристалла. Таким образом, на выходе образуется узконаправленное когерентное излучение.

Газовый лазер. Работает по принципу аналогичному твердотельному лазеру. Стеклянная трубка содержит один или несколько газов. Наиболее часто используется смесь неона и гелия. Сама трубка покрывается с торцов тонким серебряным слоем, так что один из концов прозрачен, а другой полупрозрачен. Под воздействием внешнего электричества атомы гелия возбуждаются. После их столкновения с атомами неона, последние испускают фотоны, которые и составляют лазерный луч на полупрозрачном конце трубки.

Жидкостные лазеры. Обладают устройством и принципом действия, полностью совпадающим с газовыми лазерами. Внутри трубки находится какая-либо флуоресцентная жидкость, цвет которой определяет цвет луча лазеры. Главное их преимущество заключается в возможности излучать очень короткие импульсы света, что может быть использовано в волоконно оптических системах связи.

Лазеры используются в практической деятельности человека уже давно. Благодаря их уникальным свойствам они нашли огромное применение. Например, лучи используются в инженерных работах для выравнивания и измерения деталей и элементов сооружений. Причем измерениям поддаются как микроскопические расстояния, например зазор между деталями двигателя, до астрономических масштабов, например расстояние между Землей и Луной.

Благодаря режущим свойствам лазеров при очень высокой интенсивности излучения, они используются как точные дистанционные ножи. Одним из применений является вырезка деталей из листов металла или текстиля. При этом скорость и точность резки трудно превзойти. Еще более уникальной областью использования лазеров является медицина. Обычные режущие инструменты, например, скальпель, вообще не применимы в некоторых ситуациях. Уже давно освоены операции на сетчатке глаза, мозге и сердце где высокая точность лазеров позволяет действительно творить чудеса. Реабилитация пациента после лазерной операции обычно протекает в разы быстрее.

В телекоммуникационной отрасли лазеры сделали настоящую революцию. Они используются в качестве источников очень коротких световых импульсов, в последовательности и длине которых кодируется передаваемая информация. В качестве среды передачи используется прозрачное оптическое волокно. Пропускная способность волоконно-оптических систем связи на несколько порядков превышает аналогичный показатель медных линий и систем радиосвязи. Большинство современных магистральных линий связи используют именно эту технологию.

  Также лазеры применяются в качестве средства наведения ракет в системах вооружения. Также существуют эксперименты по выводу из строя уже запущенных ракет на расстоянии.