Facebook

FB

Вхід на сайт

Архів новин

  • 2018 (43)
  • 2017 (40)
  • 2016 (10)
  • 2015 (31)
  • 2014 (9)
  • 2013 (7)
  • 2012 (11)
  • 2011 (62)
  • Підготовчі курси

    ДРУЖКІВСКИЙ ТЕХНІКУМ
    ДОНБАСЬКОЇ ДЕРЖАВНОЇ МАШИНОБУДІВНОЇ АКАДЕМІЇ
    РОЗПОЧИНАЄ ПРИЙОМ НА ПІДГОТОВЧІ КУРСИ
    в 201
    8-201навчальному році
    (математика, українська мова)

    для випускників 9-х  класів

    Заняття починаються по мірі комплектування груп.

    Висока якість підготовки слухачів дає можливість вступити в будь який ВНЗ України

    Чекаємо Вас за адресою: м. Дружківка, вул. Соборна 32, тел.+38 (095) 418-94-57, ауд. 210

     

    В последние годы внедрение лазерной техники во все отрасли народного хозяйства значительно расширилось. Уже сейчас лазеры используются в космических исследованиях, в машиностроении, в медицине, в вычислительной технике, в самолетостроении и военной технике. Непрерывно совершенствуется применение лазеров в научных исследованиях – физических, химических, биологических.

    Ряд образцов, лазерной техники – дальномеры, высотомеры, локаторы, системы самонаведения – поступили на вооружение в армиях США, Англии, Франции, Японии. В Украине также находят применение военные приборы, в основе которых в качестве источника излучения используется лазер.

    Само слово лазер составлено из первых букв английской фразы: “Light amplification by stimulated emission of radiation”, что означает: усиление света с помощью стимулированного излучения.

    В основу работы лазеров положено явление усиления электромагнитных колебаний при помощи вынужденного излучения атомов и молекул, которое было предсказано Альбертом Эйнштейном еще в 1916 году. Значительный вклад в дело развития лазеров внес советский физик Валентин Александрович Фабрикант. В 1939 году, анализируя в своей докторской диссертации спектр газового разряда, он указал на возможность усиления света посредством стимулированного излучения и сформулировал необходимые для этого условия. Продолжая работать над идеей о возможности создания усилителя света, он в 1951 году вместе с Ф. А. Бутаевой и М. М. Вудынским впервые получил экспериментальное подтверждение своих расчетов и опубликовал результаты.

    Лазеры должны служить мирным целям – это основа открытия лазера.

     

    Уже самое начало XX века бы­ло отмечено величайшими достижениями человечес­кого ума. 7 мая 1895 г. на заседании Русского физико-химического общества А. С. Попов продемонстриро­вал изобретенное им устройство связи без проводов, а год спустя аналогичное устройство предложил италь­янский техник и предприниматель Г. Маркони. Так родилось радио. В конце уходящего века был создан автомобиль с бензиновым двигателем, который при­шел на смену изобретенному еще в XVIII в. паровому автомобилю. К началу XX столетия уже действовали линии метро в Лондоне, Нью-Йорке, Будапеште, Вене. 17 декабря 1903 г. американские инженеры братья Орвилл и Уилбор Райт пролетели 260 м на созданном ими первом в мире аэроплане, а через 12 лет русский инженер И. И. Сикорский сконструировал и построил первый в мире многомоторный самолет, дав ему имя “Илья Муромец”.

    Не менее потрясающими оказались достижения в физике. Только за одно десятилетие на рубеже двух веков было, сделано пять открытий. В 1895 г. немецкий физик В. Рентген открыл новый вид излучения, на­званный позднее его именем; за это открытие он получил в 1901 г. Нобелевскую премию, став, таким образом, первым в истории нобелевским лауреатом. В 1896 г. французский физик Антуан Анри Беккерель открыл явление радиоактивности - Нобелевская пре­мия 1903 г. В 1897 г. английский физик Дж. Дж. Томсон открыл электрон и в следующем году измерил его заряд - Нобелевская премия 1906 г. 14 декабря 1900 г. на заседании Немецкого физического общества Макс Планк дал вывод формулы для испускательной спо­собности черного тела; этот вывод опирался на совер­шенно новые идеи, ставшие фундаментом квантовой теории - одной из основных физических теорий XX века. В 1905 г. молодой Альберт Эйнштейн - ему тогда было всего 26 лет - опубликовал специальную теорию относительности. Все эти открытия производили оше­ломляющее впечатление и многих повергали в за­мешательство - они никак не укладывались в рамки существовавшей физики, требовали пересмотра ее ос­новных представлений. Едва начавшись,20-й век возвестил о рождении новой физики, обозначил не­видимую грань, за которой осталась прежняя физика, получившая название “классическая”.

    И вот сегодня человек получил в своё распоряжение всемогущий луч лазера. На что употребит он это новое завоевание ума? Чем станет лазер: универсальным инструментом, надёжным помощником или, напротив, грозным космическим оружием, ещё одним разрушителем?

    Одним из самых известных достижений второй половины двадцатого века было открытие физических явлений, послуживших основой для создания удивительного прибора - оптического квантового генератора, или лазера.

    Лазер представляет собой источник монохроматического когерентного света с высокой направленностью светового луча. Само слово “лазер” составлено из первых букв английского словосочетания, означающего усиление света в результате вынужденного излучения”.

    Действительно, основной физический процесс, определяющий действие лазера, - это вынужденное испускание излучения. Оно происходит при взаимодействии фотона с возбужденным атомом при точном совпадении энергии фотона с энергией возбуждения атома (или молекулы)

    В результате этого взаимодействия атом переходит в невозбужденное состояние, а избыток энергии излучается в виде нового фотона с точно такой же энергией, направлением распространения и поляризацией, как и у первичного фотона. Таким образом, следствием данного процесса является наличие уже двух абсолютно идентичных фотонов. При дальнейшем взаимодействии этих фотонов с возбужденными атомами, аналогичными первому атому, может возникнуть “цепная реакция” размножения одинаковых фотонов, “летящих” абсолютно точно в одном направлении, что приведет к появлению узконаправленного светового луча. Для возникновения лавины идентичных фотонов необходима среда, в которой возбужденных атомов было бы больше, чем невозбужденных, поскольку при взаимодействии фотонов с невозбужденными атомами происходило бы поглощение фотонов. Такая среда называется средой с инверсной населенностью уровней энергии.

    Итак, кроме вынужденного испускания фотонов возбужденными атомами происходят также процесс самопроизвольного, спонтанного испускания фотонов при переходе возбужденными атомами в невозбужденное состояние и процесс поглощения фотонов при переходе атомов из невозбужденного состояния в возбужденное. Эти три процесса, сопровождающие переходы атомов в возбужденные состояния и обратно, были постулированы А. Эйнштейном в 1916 г.

    Если число возбужденных атомов велико и существует инверсная выделенность уровней (в верхнем, возбужденном состоянии атомов больше, чем в нижнем, невозбужденном), то первый же фотон, родившийся в результате спонтанного излучения, вызовет все нарастающую лавину появления идентичных фотонов. Произойдет усиление спонтанного излучения.

    На возможность усиления света в среде с инверсной населенностью за счет вынужденного испускания впервые указал в 1939 г. советский физик В. А. Фабрикант, предложивший создавать инверсную населенность в электрическом разряде в газе.

    При одновременном рождении (принципиально это возможно) большого числа спонтанно испущенных фотонов возникнет большое число лавин, каждая из которых будет распространяться в своем направлении, заданном первоначальным фотоном соответствующей лавины. В результате мы получим потоки квантов света, но не сможем получить ни направленного луча, ни высокой монохроматичности, так как каждая лавина инициировалась собственным первоначальным фотоном. Для того чтобы среду с инверсной населенностью можно было использовать для генерации лазерного луча, т. е. направленного луча с высокой монохроматичностью, необходимо “снимать” инверсную населенность с помощью первичных фотонов, уже обладающих одной и той же энергией, совпадающей с энергией данного перехода в атоме. В этом случае мы будем иметь лазерный усилитель света.

    Существует, однако, и другой вариант получения лазерного луча, связанный с использованием системы обратной связи. Спонтанно родившиеся фотоны, направление распространения которых не перпендикулярно плоскости зеркал, создадут лавины фотонов, выходящие за пределы среды. В то же время фотоны, направление распространения которых перпендикулярно плоскости зеркал, создадут лавины, многократно усиливающиеся в среде вследствие многократного отражения от зеркал. Если одно из зеркал будет обладать небольшим пропусканием, то через него будет выходить направленный поток фотонов перпендикулярно плоскости зеркал. При правильно подобранном пропускании зеркал, точной их настройке относительно друг друга и относительно продольной оси среды с инверсной населенностью обратная связь может оказаться настолько эффективной, что излучением “вбок” можно будет полностью пренебречь по сравнению с излучением, выходящим через зеркала. На практике это, действительно, удается сделать. Такую схему обратной связи называют оптическим резонатором, и именно этот тип резонатора используют в большинстве существующих лазеров.

    В 1955 г. одновременно и независимо Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым в СССР и Ч. Таунсом в США был предложен принцип создания первого в мире генератора квантов электромагнитного излучения на среде с инверсной населенностью, в котором вынужденное испускание в результате использования обратной связи приводило к генерации чрезвычайно монохроматического излучения.

    Спустя несколько лет, в 1960 г., американским физиком Т. Мейманом был запущен первый квантовый генератор оптического диапазона - лазер, в котором обратная связь осуществлялась с помощью описанного выше оптического резонатора, а инверсная населенность возбуждалась в кристаллах рубина, облучаемых излучением ксеноновой лампы-вспышки. Рубиновый кристалл представляет собой кристалл оксида алюминия АL2О3 с небольшой добавкой = 0,05% хрома. При добавлении атомов хрома прозрачные кристаллы рубина приобретают розовый цвет и поглощают излучение в двух полосах ближней ультрафиолетовой области спектра. Всего кристаллами рубина поглощается около 15% света лампы-вспышки. При поглощении света ионами хрома происходит переход ионов в возбужденное состояние в результате внутренних процессов возбужденные ионы хрома переходят в основное состояние не сразу, а через два возбужденных уровня. На этих уровнях происходит накопление ионов, и при достаточно мощной вспышке ксеноновой лампы возникает инверсная населенность между промежуточными уровнями и основным уровнем ионов хрома.

    Торцы рубинового стержня полируют, покрывают отражающими интерференционными пленками, выдерживая при этом строгую параллельность торцов, друг другу.

    При возникновении инверсии населенностей уровней ионов хрома в рубине происходит лавинное нарастание числа вынужденно испущеных фотонов, и обратной связи на оптическом резонаторе, образованном зеркалами на торцах рубинового стержня, обеспечивает формирование узконаправленного луча красного света. Длительность лазерного импульса=0. 0001 с, немного короче длительности вспышки ксеноновой лампы. Энергия импульса рубинового лазера около 1ДЖ.

    С помощью механической системы (вращающееся зеркало) или быстродействующего электрического затвора можно “включить “ обратную связь (настроить одно из зеркал) в момент достижения максимальной инверсии населенностей и, следовательно, максимального усиления активной среды. В этом случае мощность индуцированного излучения будет чрезвычайно велика и инверсия населенности “снимется” вынужденным излучением за очень короткое время.

    В этом режиме модулированной добротности резонатора излучается гигантский импульс лазерного излучения. Полная энергия этого импульса останется приблизительно на том же уровне, что и в режиме “свободной генерации”, но вследствие сокращения в сотни раз длительности импульса также в сотни раз возрастает мощность излучения, достигая значения =100000000Вт.

     

    Лазеры нашли широкое применение, и в частности используются в промышленности для различных видов обработки материалов: металлов, бетона, стекла, тканей, кожи и т. п.

    В этой связи лазерный луч как источник нагрева при термической обработке материалов имеет как общие особенности, свойственные всем другим высококонцентрированным источникам, так и свои специфические преимущества, среди которых можно выделить две большие группы.

    1. Высокая концентрация подводимой энергии и локальность. Это позволяет произвести обработку только локального участка материала без нагрева остального объема и нарушения его структуры и свойств, что приводит к минимальному короблению деталей. В результате достигаются экономические и технологические преимущества. Кроме того, высокая концентрация подводимой энергии позволяет провести нагрев и охлаждение обрабатываемого объема материала с большими скоростями при очень малом времени воздействия. В результате открывается возможность получения уникальной структуры и свойств обработанной поверхности.

    2. Высокая технологичность лазерного луча, что подразумевает возможность регулирования параметров обработки в очень широком интервале режимов, легкость автоматизации процесса, возможность обработки на воздухе, исключение механического воздействия на обрабатываемый материал, отсутствие вредных отходов, возможность транспортировки излучения и др.

    В результате удается реализовать такой широкий круг технологических процессов и методов обработки материалов (сварка, наплавка, маркировка, закалка, резка и др.), который недоступен другим видам инструмента.

    Благодаря созданию надежного и достаточно экономичного лазерного оборудования в 70-80-х гг. возникла новая промышленная технология - лазерная технология обработки материалов.

    Всемерное развитие лазерной техники и технологии является сейчас одним из приоритетных направлений ускорения научно-технического процесса, важным фактором интенсификации различных областей промышленности. До настоящего времени выполнен большой объем исследований по применению лазеров в обработке материалов, сформированы основные научные направления, получен большой материал по работе лазерной техники в промышленности.

    Физической основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения. Луч лазера может быть непрерывным, с постоянной амплитудой, или импульсным, достигающим экстремально больших пиковых мощностей. В некоторых схемах рабочий элемент лазера используется в качестве оптического усилителя для излучения от другого источника. Существует большое количество видов лазеров, использующих в качестве рабочей среды все агрегатные состояния вещества. Некоторые типы лазеров, например лазеры на растворах красителей или полихроматические твердотельные лазеры, могут генерировать целый набор частот (мод оптического резонатора) в широком спектральном диапазоне. Габариты лазеров разнятся от микроскопических для ряда полупроводниковых лазеров до размеров футбольного поля для некоторых лазеров на невидимом стекле. Уникальные свойства излучения лазеров позволили использовать их в различных отраслях науки и техники, а также в быту, начиная с чтения и записи компакт-дисков и заканчивая исследованиями в области управляемого термоядерного синтеза.

    Полный текст