Embedded Files
Мазер, лазер - історія винаходу. Фізичні основи лазерної технології та принципи роботи лазерів
Мазер – (англ. Mazer microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation – посилення микрохвиль за допомогою вимушеного випромінювання) це квантовий генератор, що випромінює когерентні електромагнітні хвилі сантиметрового діапазону (микрохвилі).
Лазер – (англ. Lazer акронім від Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) джерело когерентного, монохроматичного й вузькоспрямованого електромагнітного випромінювання оптичного діапазону, яке характеризується великою густиною енергії.
Головні відмінності лазера та мазера в довжині хвилі. Лазер охоплює діапазон від інфрачервоного випромінювання до рентгенівського, також вони відрізняються впливом на матеріал.
Перші відкриття, які подарували людству лазер, були зроблені ще на початку ХХ ст. У 1900 році німецький фізик Макс Планк розробив теорію квантів, яка стала основою квантової механіки. Він припустив, що світло випромінюється й поглинається не безперервно, а порціями - квантами. Ця ідея була підкріплена в 1905 році Альбертом Ейнштейном.
Макс Планк
Альберт Ейнштейн
Винахід лазера - одне з найбільш значущих відкриттів 20 століття. У 1917 році Альберт Ейнштейн, написавши роботу про нове явище в фізиці - вимушене випромінювання, заклав основи квантово-механічного принципу дії лазера і передбачив великі перспективи щодо його застосування.
Перший мазер був створений у 1954 році Чарльзом Таунсом та його студентами. Мазер був здатний генерувати когерентні микрохвильові хвилі, але не міг випромінювати світло у видимому інфрачервоному діапазоні, як це робив лазер.
У 1954 році академіки з СРСР, Микола Басов і Олександр Прохоров, розповіли про можливе створення мікрохвильового лазера, який працює на основі аміаку.
Найперший лазер був створений у 1960 році американським фізиком Теодором Маймоном у дослідницькій лабораторії. Він використовував рубіновий кристал як активне середовище й лампу-спалах для накачування енергією. Рубіновий лазер генерував імпульси червоного світла, що було першим успішним випромінюванням лазерного світла.
У 1964 році Миколі Басову, Олександру Прохорову та Чарльзу Таунсу було присуджено Нобелівську премію з фізики за фундаментальні дослідження в галузі квантової електроніки, що ПРИЗВЕЛИ до створення лазерів та мазерів.
Микола Басов і Олександр Прохоров
Чарльз Таунс
Нові можливості для науки та техніки відкрило створення рубінового лазера. Унікальні властивості лазера швидко привернули увагу інженерів та науковців.
Лазер тепер використовують у медицині, телекомунікації, космічних дослідженнях, сфері транспорту, спорті, індустрії розваг та навіть у військовій розвідці.
Фізичні основи лазерної технології.
Лазер має три основні компоненти:
активне середовище,
джерело накачування,
резонатор.
Активне середовище - речовина, яка створює лазерне випромінювання. Це може бути газ, рідина або твердий матеріал, що містить атоми, які здатні до вимушеного випромінювання.
Активне середовище визначає властивості лазера, довжину хвилі випромінювання.
Джерело накачування забезпечує енергію. Це може бути лампа, електричний струм, хімічна реакція. Джерело накачування має відповідати спектру поглинання рубіна.
Оптичний резонатор - система з двох дзеркал, розташованих по обидва боки активного середовища. Дзеркала відбивають світло, що проходить через активне середовище. Одне з дзеркал є частково прозорим, через нього виходить лазерний пучок.
Ключевою характеристикою лазера є його когерентність.
Як працює лазер?
Вимушене випромінювання: у збуджених атомах під впливом фотонів починається випромінювання нових фотонів.
Резонанс у резонаторі: світло багаторазово відбивається між дзеркалами, проходячи через активне середовище й підсилюючись. Після численних відбиттів виникає потужний, вузький та когерентний пучок світла.
Накачування: джерело енергії підвищує рівень енергії атомів, створючи інверсію населення.
Коли атом поглинає фотон певної енергії, він може перейти на вищий енергетичний рівень.Такий атом стає збудженим і може повернутися до початкового рівня, випромінюючи фотон з такою ж енергією.
Вимушене випромінювання - основа лазерної технології.
Випромінювання може бути спонтанним, коли фотон випускається випадково, а може бути й вимушеним, коли інший фотон стимулює атом до випромінювання додаткового фотона, який має ту ж енергію і напрямок, що й перший.
Як створюється лазерний промінь?
Є 3 стадії.
ВИКЛЮЧЕННЯ ЛАЗЕРА. Електрони всіх атомів займають основний енергетичний рівень.
МОМЕНТ ПІСЛЯ ВКЛЮЧЕННЯ. Електрони під дією енергії з розрядної трубки переміщуються на більш високі енергетичні орбіти.
УТВОРЕННЯ ПРОМЕНЮ. Електрони починають покидати високі енергетичні орбіти та спускаються до основного рівня. Вони починають випромінювати світло та спонукати до цього решту електронів.
Чим більше нових електронів повернеться до низьких орбіт, тим потужніше світло лазера.
Кірічек Юлія, 10Бл
Page updated
Google Sites
Report abuse