Безопасност

Лазерите и лазерната технология, както и компютрите, са символи на научно-техническия прогрес. В момента те определят бъдещето на науката, енергетиката, индустриалните технологии, космическите изследвания – всъщност целия ни живот.

Най-новите експериментални методи във физиката, химията, биологията вече са немислими без използването на лазери. Лазерна обработка на материали, лазерен термоядрен синтез, лазерни системи за екологичен мониторинг на околната среда и накрая лазеринформационни технологии

са инструментът, с който човечеството се готви да промени напълно света около нас и себе си.

Известно е, че новите идеи и новите времена изискват нови хора, които могат да възприемат, прилагат и развиват тези идеи. Лазерите и „лазерните технологии са дело на младите във времето на младите. Институтът по лазерно инженерство и технологии (ILTT) ви кани да се присъедините към глобалната общност от учени и инженери, работещи в областтависоки технологии

, и намерете приложение на своите способности и желания да бъдете не само свидетели, но и участници в съвременната научно-техническа революция. Ние ви обещаваме такива възможности и нека се опитаме да ги реализираме заедно! Имаме нужда от вас, а ние от своя страна ще се опитаме да ви бъдем полезни.

С участието (и в някои случаи под ръководството) на възпитаници на Военмех бяха изпълнени много научни и технически проекти, които са гордост за нашата страна. Днес военните механици успешно работят в индустрията, науката, строителството, бизнеса, органите на вътрешните работи и митниците и дори в руското правителство.

Институтът по лазерна техника и технологии е основан през януари 1998 г. на базата на катедрата по лазерна техника на BSTU. Въпреки младостта си, ILTT има богат опит в обучението на специалисти в областта на лазерните системи; през 1999 г. е произведен 20-ти випуск инженери със специалност „Военна механика” със специалност „Лазерни системи”.

Като неразделна част от университета, ILTT продължава и развива най-добрите традиции на Military Mech: широко общо инженерно обучение, включително математика и физика, механика, газова динамика и пренос на топлина, инженерна графика, дизайн, технологии, както и хуманитарни науки.

В същото време, докато учат в ILTT, студентите изучават съвременни компютърни информационни технологии, компютърен дизайн, различни лазерни техники и технологии.

Студентите имат възможност да участват в международни научно-технически проекти, изпълнявани в ILTT съвместно с чуждестранни университети и изследователски центрове.

Академична система

През първите четири години всички студенти в ILTT учат по единен план. През четвъртата година всеки студент избира кой път да поеме по-нататък:

• След четвъртата година студентът се обучава още година и половина, защитава дипломен проект и получава диплома за специалист (инженер) по специалност 131200 „Лазерни системи” със специализация: „Мощни проточни газови лазери”, „Лазерни технологични комплекси” или „Информация и т.н.“ биомедицински лазерни технологии.
• В края на 4-та година студентът защитава своята квалификационна теза и получава бакалавърска степен по 551000 „Авиационно и ракетно инженерство“. На този етап бакалавърът може да завърши обучението си в университета. Желаещите да продължат обучението си записват (на конкурсен принцип) магистърска програма. Магистърското обучение продължава две години по магистърска програма 551022 „Лазерни системи на летателни апарати”. В края на втората година студентът защитава магистърска теза и получава магистърска степен.

Както специалистите, така и магистрите имат възможност да се запишат в аспирантура.

Катедра „Лазерна техника” осъществява обучение по специалността „Лазерни системи” със следните специализации:

• Мощни проточни газови лазери;
• Лазерни технологични комплекси;
• Информационни и биомедицински лазерни технологии.

Завършилите ILTT получават диплома от Балтийския държавен технически университет.

Екипът на ILTT – преподаватели, изследователи, инженери – е най-младият в университета. Младите хора, включително студенти, изпълняват отговорна работа с чуждестранни партньори, придобивайки безценен опит в международните дейности.

Изключителни представители на по-старото поколение също работят в ILTT, включително патриарха на Военмех, заслужил деец на науката и технологиите на Русия, професор Г.Г. Шелухин.

Студентите имат уникална възможност, като участват в живота на персонала на института, да придобият опит, полезен за работа след дипломирането.

Учебните лаборатории на ILTT са оборудвани с модерно оборудване.

Той включва няколко твърдотелни лазера, включително уникален лазер от неодимово стъкло с импулсна енергия 3 kJ, електроразрядни CO и CO3 лазери, аргонов лазер, серия полупроводникови лазери, газодинамичен лазер с мощност 15 kJ. kW и др.

В близко бъдеще ще бъде пуснат в експлоатация кислородно-йоден химически лазер. Докато учат в клона на института в NIIEFA, студентите се запознават с промишлени технологични лазерни системи.

ILTT поддържа връзки с водещи лазерни центрове в Санкт Петербург, Москва и други руски градове, както и с университети и изследователски центрове в много чужди страни. Студентите, които активно участват в международната дейност на института, имат възможност да пътуват в чужбина за стажове и практическа работа.

Обучението в ILTT се финансира от държавния бюджет. Студентите са осигурени със стипендия и общежитие. В същото време има и платена форма на обучение. Кандидатите, които са сключили договор, се приемат в ILTT без конкурс.

Източник: http://rbase.new-factoria.ru/voenmeh/lfac.shtml

Професия – лазерен заварчик

В нашата държава са добре развити различни производствени сектори. Всички металообработващи и машиностроителни предприятия не могат без заваръчни работи. Не толкова отдавна силните връзки между металните елементи бяха направени с помощта на дъгова заварка.

Благодарение на напредъка и въвеждането на нови технологии, процесът на производство на заварени съединения с помощта на най-новото лазерно оборудване днес се използва широко. Именно поради тази причина професията лазерен заварчик е много търсена на пазара на труда.

Днес всички сериозни машиностроителни предприятия и организации, занимаващи се с производство на метални изделия, имат в арсенала си оборудване за извършване на заваръчни работи с лазерно излагане.

Внедряване модерни технологииполучаването на силни връзки на метални части позволи няколко пъти да повиши нивото на производителност в предприятията и съответно да намали цената на металните изделия.

Лазерните системи, както всяко друго оборудване, изискват постоянна поддръжка от квалифицирани специалисти.

Тъй като всеки ден предприятията актуализират своите производствени бази и въвеждат нови технологии, включително лазерно заваряване, специалността заварчик на лазерни машини винаги ще бъде търсена.

Квалификация

Лазерните машини са много скъпо оборудване. Те са оборудвани програмно контролирани имат комплекс характеристики на дизайна. Лазерният заварчик трябва да е добре обучен и да има определени познания. Основните отговорности на тази специалност включват:

• Съставяне на програми за цифрово управление;
• Поддръжка на всички възли и възли в инсталациите;
• Настройка на всички измервателни датчици;
• Отчитане от инструменти;
• Отстраняване на неизправности и неизправности;
• Регулиране на блока за настройка на режима;
• Извършване на контурно изрязване на продукти;
• Гравиране на метални повърхности;
• Термична обработка на части;
• Лазерно зашиване на дупки;
• Управление на манипулатори за подаване на детайли.

Специалисти на SPO 150709.03 „Заварчик на лазерни машини“ в съответствие с длъжностни характеристикитрябва да знае:

• Как се проверява правилността и точността на монтажа?
• Методи и методи за настройка на електрониката;
• Език за управление на програмата;
• Система за работа с лазерна машина;
• Електрически схеми на всички блокове;
• Свойства на металите;
• Измервателни инструменти;
• Технология на обработка на материалите;
• Гранични параметри на грапавостта;
• Максимални допустими отклонения;
• Механика, оптика, автоматика и електротехника.

образование

Всеки, който иска да получи образование за лазерен заварчик, вече може лесно да намери подходящо учебно заведение, където да учи и овладее тази професия.

В страната ни има много специализирани колежи и техникуми, които подготвят такива специалисти.

Запишете се в тези образователни институцииМогат да кандидатстват всички със завършен 9 или 11 клас средно образование.

След като са завършили обучение по специалността „Заварчик на лазерни инсталации“, младите специалисти ще могат да намерят работа в предприятия в най-кратки срокове. Завършилите специализирани образователни институции са в състояние да:

• Конфигуриране на електронно оборудване;
• Работа с цифрово управление;
• Конфигурирайте оптичния модул;
• Коригирайте насочването на лазерния лъч;
• Четене на електрически схеми;
• Установяване на причините за проблемите;
• Извършете контурно рязане на инсталацията;
• Работете с манипулатори за подаване на детайли.

Програмата за обучение на лазерен заварчик в колежа включва практическо обучение и включва редица специализирани предмети:

• Технологии на заваръчното производство;
• Заваръчни материали;
• Работа с лазерни системи;
• Основи на шлосерските операции;
• Четене на чертежи;
• Принципи на рязане на метали;
• Металургични процеси;
• Основи на металургията;
• Охрана на труда;
• Предпазни мерки за безопасност;
• Основи на електротехниката;
• Оптично оборудване;
• Техническа механика.

заетост

След като са получили образование като лазерен заварчик, младите специалисти ще трябва само да решат с кого ще работят и да изберат подходящо предприятие. Днес всички големи фабрики и производствени компании с радост ще приемат такива специалисти в своя персонал.

Квалифицирани работници в тази специалност се занимават с обслужване на лазерни машини и манипулатори за подаване на детайли. Предвид голямата отговорност и високата цена на машините, на специалистите се налагат редица съществени изисквания и следните отговорности:

• Работа по лазерни инсталации;
• Отстраняване на неизправности в електрониката и механичното оборудване;
• Извършване на работа по контурно рязане на детайли с лазер;
• Установяване на причините за дефекти и тяхното отстраняване;
• Отчитане на измервателни уреди;
• Настройка на режима на работа;
• Настройка на оптичния блок на машината;
• Класификация на материала по клас и марка;
• Стриктно спазване на правилата за безопасност;
• Изготвяне на техническа документация;
• Проверка на точността и изправността на оборудването;
• Четене на чертежи и електрически диаграми.

Специалистите, обслужващи лазерни машини, трябва добре да познават:

• Устройство на манипулатори за подаване на детайли;
• Какви видове заваръчни материали съществуват;
• Как да проверим качеството на лазерна инсталация;
• Принципи на работа с измервателна техника и инструменти;
• Как правилно да се грижим за оптичния компонент на оборудването;
• Как да отстраним грешките при насочване на лазерния лъч;
• Свойства на металните сплави;
• Конструкцията и принципът на работа на CNC.

Няколко научни и научно-производствени организации се занимават с лазерни технологии в Армения. По този начин Институтът за физически изследвания на Националната академия на науките на Република Армения и Физическият факултет на Ереванския държавен университет се занимават с теория и изследвания, а сред научните и производствени предприятия трябва да подчертаем CJSC „Лазерна технология“ и ЗАО „ЛТ-Пиркал“.

АД "Лазерна технология" Компанията е основана преди около 40 години. От 2001 г. основната дейност на CJSC Laser Technology е разработването, производството и ремонта на оптико-електронни и лазерни системи по поръчка на Министерството на отбраната на Армения. 100% от акциите на компанията са собственост на държавата, която през 2004 г. прехвърли правомощията да ги управлява на Министерството на отбраната на РА. Неотбранителни продукти на Laser Technology CJSC можете да намерите на уебсайта на компанията: http://laser.am/

АД "ЛТ-Пиркал" Арменско-гръцката компания е основана през 1999г. Неговите основатели от арменска страна са Laser Technology CJSC (51% от акциите), а от гръцка страна Hellenic Defense Systems (49% от акциите). Компанията LT-PIRCAL е изцяло държавно предприятие, тъй като всяка от компаниите-учредители е подчинена на Министерството на отбраната на своята страна (няма частен капитал), но компанията е търговско предприятие. Първоначално, съгласно споразумение между ръководството на двете страни, компанията се занимава с особено сложни проекти за разработване и производство на лазерни и оптико-електронни системи за военните нужди на Армения и Гърция. От самото начало структурата на компанията дава възможност да се осигури пълен цикъл на работа - от научни изследвания и разработки до внедряване и организиране на пилотно и серийно производство. Въпреки това, след известно време, заедно с военните поръчки, компанията започва да произвежда лазери, лазерно оборудване и електроника, както и изкуствени кристали (сапфири с оптично качество) за различни сектори на икономиката. Днес продуктовата гама включва няколко десетки позиции, включително лазерни компоненти за медицински и индустриални лазери, стандартна оптика от различни видове стъкло и кристали, активни лазерни елементи, оптични влакна от кварц и сапфир, рефлектори, огледала и др. новият продукт е уредът за дистанционно изследване на атмосферата "ЛИДАР". Освен това компанията вече 8 години разработва оптико-електронни средства за наблюдение и разузнаване.

От 2001 г. LT-PIRCAL излага своите продукти на престижни международни военно-промишлени изложения и специализирани високотехнологични изложения. В момента около 70% от продуктите се продават и изнасят свободно. Бизнес партньори на компанията са 30 известни компании от 15 страни, включително САЩ, Канада, Япония, Южна Корея, Израел, Германия, Швеция, Испания и Великобритания.

Изследователската и производствена структура на компанията включва четири отдела: лазери, оптика, специални системи и растеж на кристали. Общият брой на служителите е 100 души, включително двама лауреати на Държавната награда на СССР, двама доктори на науките и 15 кандидати на науките. Некласифицираните продукти на LT-Pyrkal CJSC могат да бъдат намерени на уебсайта на компанията: http://lt-pyrkal.com/. Тук ще публикуваме снимки само на някои системи от отбранително значение:

Лазерен далекомер LH-01:

Трябва да се отбележи, че по неофициална информация още в годините на войната за независимост на Арцах в Армения е разработен и произведен прототип на боен лазер. Лазерът е тестван многократно, включително и на бойното поле, но след войната по политически причини работата е замразена.

През последните десетилетия лазерите се наложиха твърдо във всички сфери на живота. По време на бакалавърското си обучение студентите получават основни знания, въз основа на които в бъдеще се осъществява по-задълбочена специализация. Сред дисциплините голям дял се дава на физиката, по-специално на оптиката. Студентите също изучават материалознание, компютърна графика, механика. В резултат на това завършилите имат знанията да поддържат и проектират лазерно оборудване или негови компоненти. Това изисква способност за изграждане и четене на чертежи, провеждане на експериментални тестове на ново оборудване и, ако е необходимо, коригиране на дизайна. Трябва да се има предвид, че резултатът от изследването се влияе не само от свойствата на устройството, но и от материала, върху който се извършва въздействието. Всичко това поставя високи изисквания към мисловните способности на специалистите: те трябва да имат развито логическо мислене и способност за анализ.

Изпращането на вашата добра работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

Въведение

1. Лазери

2. Класификации на лазерите и техните характеристики

3. Твърдотелен лазер

4. Газов лазер

5. Течен лазер

6. Полупроводников лазер

7. Химичен лазер

8. Ултравиолетов лазер

9. Лазер със свободни електрони

10. YAG лазер

11. Aproton течен лазер

12. Лазер на медни пари

Заключение

Литература

ВЪВЕДЕНИЕ

През последните години въвеждането на лазерни технологии във всички сектори на националната икономика се разшири значително. Лазерите вече се използват в космическите изследвания, машиностроенето, медицината, компютърните технологии, самолетостроенето и военните технологии. Появиха се публикации, в които се отбелязва, че лазерите са полезни и в селскостопанската индустрия. Използването на лазери в научните изследвания - физични, химични, биологични - непрекъснато се усъвършенства.

В резултат на надпреварата във въоръжаването лазерите се използват с ускорени темпове в различни видове военна техника - наземна, морска и въздушна.

Редица лазерни устройства - далекомери, висотомери, локатори, системи за самонасочване - постъпиха на въоръжение в армиите. Военните устройства използват лазер като източник на радиация.

През 1955-1957 г. се появяват произведения на Н.Г. Басова, Б.М. Вула, Ю.М. Попов и А.М. Прохоров в Русия, както и американските учени К. Таунс и А. Шавлов, които предоставиха научна обосновка за създаването на квантови генератори в оптичния диапазон. През декември 1960 г. Т. Майман успя да изгради първия успешно работещ лазер с рубинен прът като активно вещество.

През 1960 г. под ръководството на американския учен А. Джаван е създаден газов лазер. Той използва смес от хелий и неонови газове като активна среда.

През 1962 г. почти едновременно в Русия и САЩ е създаден лазер, в който като активно вещество е използван полупроводников елемент.

Заслугите на руските учени в развитието на квантовата електроника, както и приносът на американски учени, бяха удостоени с Нобелова награда. Получена е през 1964 г. от Н.Г. Басов, А.М. Прохоров и К. Таунс. От този момент нататък започва бързото развитие на лазерите и устройствата, базирани на тяхното използване.

Съветските учени и инженери направиха голям принос за решаването на такъв проблем като осигуряване на безопасността на кацането на самолети в трудни условия.

IN напоследъкДруга важна област на приложение на лазерите стана широко разпространена - лазерната технология, която се използва за рязане, заваряване, сплавяване, писане на метали и обработка на интегрални схеми.

Значителни ефекти са постигнати и при използването на лазери в медицината. Създаден е лазерният скалпел. Появи се лазерната очна микрохирургия.

Лазерите се използват в стоматологията, неврохирургията, сърдечната хирургия и диагностиката на заболявания. Ултравиолетовите лазери се използват за ранно откриване на ракови тумори.

Има известни успехи в използването на лазери в селскостопанската индустрия.

Хранително-вкусовата промишленост проучва възможностите за използване на лазери за подобряване на качеството на печива, ускоряване на производството на безалкохолни напитки с подобрени свойства и запазване на качеството на месото и месните продукти. Дори такава работа като предварителната обработка на режещите инструменти и лагерите в устройствата за хранително-вкусовата промишленост осигурява значително увеличаване на експлоатационния живот на тези устройства.

Огромни средства се отделят за създаването на мощни лазери, както и рентгенови и химически лазери.

1. ЛАЗЕРИ

На въпроса какво е лазер 1, академик Н.Г. Басов отговори така: „Лазерът е устройство, в което енергията, например топлинна, химическа, електрическа, се преобразува в енергията на електромагнитно поле - лазерен лъч. При това преобразуване част от енергията неизбежно се губи, но важното е, че получената лазерна енергия е с по-високо качество. Качеството на лазерната енергия се определя от високата й концентрация и възможността за предаване на значително разстояние. Лазерен лъч може да се фокусира в малко петно ​​с диаметър от порядъка на дължината на вълната на светлината и да се получи енергийна плътност, която вече надвишава енергийната плътност на ядрена експлозия днес. С помощта на лазерно лъчение вече е възможно да се постигнат най-високи стойности на температура, налягане и магнитна индукция. И накрая, лазерният лъч е най-обемният носител на информация и в тази си роля принципно ново средство за нейното предаване и обработка.

Индуцирана емисия.През 1917 г. Айнщайн предрича възможността за т.нар предизвикани(стимулирано) излъчване на светлина от атоми. Под индуцирана радиациясе отнася до излъчването на възбудени атоми под въздействието на падаща върху тях светлина. Забележителната особеност на това излъчване е, че Светлинната вълна, генерирана от стимулирано излъчване, не се различава от падащата върху атома вълна по честота, фаза или поляризация.

На езика на квантовата теория под стимулирано излъчване се разбира преминаването на атома от по-високо енергийно състояние в по-ниско, но не спонтанно, както при обикновеното лъчение, а под въздействието на външно въздействие.

Лазери.През 1940 г. съветският физик В.А. Производителят посочи възможността за използване на феномена на стимулираното излъчване за усилване на електромагнитните вълни. През 1954 г. съветските учени Н.Г. Басов и А.М. Прохоров и независимо от тях американският физик Чарлз Таунс използваха явлението стимулирано излъчване, за да създадат микровълнов генератор на радиовълни с дължина на вълната = 1,27 cm.

Свойства на лазерното лъчение.Лазерните източници на светлина имат редица значителни предимства в сравнение с други източници на светлина:

1. Лазерите са способни да създават лъчи светлина с много малък ъгъл на отклонение (около 10 -5 rad). На Луната такъв лъч, излъчен от Земята, създава петно ​​с диаметър 3 км.

2. Лазерната светлина е изключително монохроматична. За разлика от конвенционалните източници на светлина, чиито атоми излъчват светлина независимо един от друг, при лазерите атомите излъчват светлина съгласувано. Следователно фазата на вълната не претърпява неправилни промени.

3. Лазерите са най-мощните източници на светлина. В тесен диапазон на спектъра за кратко време (за период от време около 10 -13 s) някои видове лазери постигат мощност на излъчване от 10 17 W/cm 2, докато мощността на излъчване на Слънцето е само 710 3 W/cm 2 и общо целият спектър. За тесен интервал = 10 -6 cm (широчина на лазерната спектрална линия), Слънцето представлява само 0,2 W/cm 2 . Силата на електрическото поле в електромагнитната вълна, излъчвана от лазер, надвишава силата на полето вътре в атома.

Принципът на действие на лазерите.При нормални условия повечето атоми са в най-ниско енергийно състояние. Следователно при ниски температури веществата не светят.

Когато електромагнитна вълна преминава през материята, нейната енергия се абсорбира. Поради погълнатата енергия на вълната някои от атомите се възбуждат, т.е. преминават в по-високо енергийно състояние. В този случай енергията се отнема от светлинния лъч

равна на енергийната разлика между нива 2 и 1. На фигура 1, Аневъзбуден атом и електромагнитна вълна са представени схематично под формата на сегмент от синусоида. Електронът е на долното ниво. На фигура 1, bизобразява възбуден атом, който е погълнал енергия. Възбуден атом може да предаде енергията си на съседни атоми при сблъсък или да излъчи фотон във всяка посока.

2 2

1 1

а б

Фиг.1

Сега нека си представим, че по някакъв начин сме възбудили повечето от атомите на средата. Тогава, когато електромагнитна вълна с честота преминава през вещество

=

тази вълна няма да бъде отслабена, а напротив, ще се усили поради индуцираното излъчване. Под негово влияние атомите последователно преминават в по-нискоенергийни състояния, излъчвайки вълни, които съвпадат по честота и фаза с падащата вълна. На фигура 2, Аса показани възбуден атом и вълна, а на фигура 2, bсхематично е показано, че атомът е преминал в основно състояние и вълната се е засилила.

2 2

1 1

а б

ориз. 2

Тристепенна система.Съществуват различни методи за получаване на среда с възбудени състояния на атомите. В рубинен лазер за това се използва специална мощна лампа. Атомите се възбуждат чрез поглъщане на светлина.

Но две енергийни нива не са достатъчни, за да работи лазерът. Без значение колко мощна е светлината на лампата, броят на възбудените атоми няма да бъде по-голям от броя на невъзбудените. В крайна сметка светлината едновременно възбужда атомите и предизвиква индуцирани преходи от горното ниво към долното.

ориз. 3

Решението е намерено в използването на три енергийни нива (общият брой на нивата винаги е голям, но говорим за „работещи” нива). Фигура 3 показва три енергийни нива. Важно е, че при липса на външно влияние времето, през което атомната система е в различни енергийни състояния („живот“), не е едно и също. На ниво 3 системата живее за много кратко време, около 10 -8 s, след което спонтанно преминава в състояние 2, без да излъчва светлина. (В този случай енергията се прехвърля към кристалната решетка.) „Времето на живот“ в състояние 2 е 100 000 пъти по-дълго, т.е. около 10 -3 s. Преходът от състояние 2 към състояние 1 под въздействието на външна електромагнитна вълна е придружен от излъчване. Това се използва в лазерите. След проблясване на мощна лампа системата преминава в състояние 3 и след време от около 10 -8 s се озовава в състояние 2, в което живее относително дълго време. Това създава „пренаселеност“ на възбудено ниво 2 в сравнение с невъзбудено ниво 1.

Необходимите енергийни нива са налични в рубинени кристали. Рубинът е яркочервен кристал от алуминиев оксид Al 2 O 3 с примес на хромни атоми (около 0,05%). Нивата на хромните йони в кристала имат необходимите свойства.

Устройство с рубинен лазер.Пръчка с плоскопаралелни краища е направена от рубинен кристал. Газоразрядна лампа, оформена като спирала (фиг. 4), произвежда синьо-зелена светлина. Краткотраен импулс на ток от банка от кондензатори с капацитет от няколко хиляди микрофарада предизвиква ярка светкавица на лампата. След кратко време енергийно ниво 2 става „пренаселено“.

В резултат на спонтанни преходи 21 започват да се излъчват вълни от всички възможни посоки. Тези от тях, които вървят под ъгъл спрямо оста на кристала, излизат от него и не играят никаква роля в по-нататъшните процеси. Но вълна, движеща се по оста на кристала, се отразява многократно от краищата му. Той предизвиква стимулирано излъчване на възбудени хромни йони и бързо се засилва.

Единият от краищата на рубинения прът е огледален, а другият е полупрозрачен. През него идва мощен краткотраен (с продължителност около сто микросекунди) импулс от червена светлина, който има описаните по-горе феноменални свойства. Вълната е кохерентна, тъй като всички атоми излъчват по координиран начин, и много мощна, тъй като при индуцираното излъчване цялата съхранена енергия се освобождава за много кратко време.

ориз. 4

2. КЛАСИФИКАЦИЯ НА ЛАЗЕРИТЕ И ТЕХНИТЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Класификацията на лазерите, дадена по-долу, не претендира за пълна и пълна, което се обяснява със задачите, пред които е изправен авторът на резюмето - да даде само общи идеи за принципа на работа и приложение на лазерите.

Прието е да се прави разлика между два вида лазери: усилватели и генератори. Изход усилвателЛазерното лъчение се появява, когато на входа му (и той вече е във възбудено състояние) се получи малък сигнал с преходната честота. Именно този сигнал стимулира възбудените частици да отделят енергия. Получава се лавинообразно засилване. Така на входа има слабо излъчване, а на изхода - усилено.

СЪС генераторситуацията е различна. На входа му вече не се подава лъчение на преходната честота, а активното вещество се възбужда и освен това се превъзбужда. Освен това, ако активното вещество е в свръхвъзбудено състояние, тогава вероятността от спонтанен преход на една или повече частици от горното ниво към долното се увеличава значително. Това води до стимулирано излъчване.

Вторият подход за класифициране на лазерите е свързан с физическото състояние на активното вещество. От тази гледна точка лазерите са твърдо състояние(например рубин, стъкло или сапфир), газ(например хелий-неон, аргон и др.), течност, ако като активно вещество се използва полупроводников преход, тогава се нарича лазер полупроводник.

Третият подход за класификация е свързан с метода на възбуждане на активното вещество. Различават се следните лазери: с възбуждане от оптично лъчение, с възбуждане от поток от електрони, с възбуждане от слънчева енергия, с възбуждане от енергията на експлодиращи проводници, с възбуждане от химическа енергия, с възбуждане чрез ядрено лъчение ( последните вече привличат вниманието на чуждестранни военни специалисти). Лазерите се отличават и по естеството на излъчваната енергия и нейния спектрален състав. Ако енергията се излъчва импулсно, тогава говорим за импулсивенхлазери, ако са непрекъснати, тогава лазерът се нарича лазер с непрекъснато излъчване. Съществуват и лазери със смесен режим, като например полупроводникови лазери. Ако лазерното лъчение е концентрирано в тесен диапазон от дължини на вълните, тогава лазерът се нарича едноцветен, ако в широк диапазон, тогава говорят за широколентов достъплазер

Друг тип класификация се основава на концепцията за изходна мощност. Лазери с непрекъсната (средна) изходна мощност над 10 6 W се наричат ​​лазери с висока мощност. С изходна мощност от порядъка на 10 5 ... 10 3 W имаме лазери със средна мощност. Ако изходната мощност е по-малка от 10 -3 W, тогава те говорят за лазери с ниска мощност.

В зависимост от конструкцията на резонатора с отворено огледало, лазерите с постоянен качествен фактори Q-switched лазери - в такъв лазер едно от огледалата може да бъде поставено по-специално върху оста на електрически двигател, който върти това огледало. IN в този случайКоефициентът на качество на резонатора периодично се променя от нула до максималната стойност. Този лазер се нарича Q-модулиран лазер. Образно казано „девствена земя“. Но тя се простира само до милиметрова зона, която се овладява от радистите. Тази незастроена територия непрекъснато се свива и се надяваме, че нейното развитие ще бъде завършено в близко бъдеще. Делът на различните видове генератори не е еднакъв (фиг. 5). Газовите квантови генератори имат най-широк диапазон.

друг важна характеристикалазери е импулсна енергия. Измерва се в джаули и достига най-голяма стойност при твърдотелни генератори - около 10 3 J. Третата характеристика е мощността. Енергията за единица време дава мощност. Газогенераторите, които излъчват непрекъснато, имат мощност от 10 -3 до 10 2 W. Генераторите на мощност Milliwatt използват хелиево-неонова смес като активна среда. CO 2 генераторите са с мощност около 100 W. При полупроводниковите генератори говоренето за мощност има специално значение. Например, ако вземем 1 J излъчена енергия, концентрирана в интервал от една секунда, тогава мощността ще бъде 1 W. Но продължителността на излъчване на рубиновия генератор е 10 -4 s, следователно мощността е 10 000 W, т.е. 10 kW. Ако продължителността на импулса се намали до 10 -6 s с помощта на оптичен затвор, мощността е 10 6 W, т.е. мегават Това не е границата! Можете да увеличите енергията в импулса до 10 3 J и да намалите продължителността му до 10 -9 s, а след това мощността ще достигне 10 12 W. И това е много сила. Известно е, че когато интензитетът на лъча достигне 10 5 W/cm 2 върху метал, металът започва да се топи, при интензитет 10 7 W/cm 2 металът кипи, а при 10 9 W/cm 2 започва лазерно лъчение. силно йонизира изпаренията на веществото, превръщайки ги в плазма.

Друга важна характеристика на лазера е разминаванелазерен лъч. Газовите лазери имат най-тесен лъч. Това е стойност от няколко дъгови минути. Дивергенцията на лъча на твърдотелните лазери е около 1...3 ъглови градуса. Полупроводниковите лазери имат лобна апертура на излъчване: в едната равнина около един градус, в другата - около 10...15 ъглови градуса.

Следващата важна характеристика на лазера е диапазон на дължината на вълната, в който е концентрирана радиацията, т.е. едноцветен. Газовите лазери имат много висока монохроматичност, тя е 10 -10 , т.е. значително по-висока от тази на газоразрядните лампи, които преди са били използвани като честотни стандарти. Твърдотелните лазери и особено полупроводниковите лазери имат значителен честотен диапазон на излъчване, т.е. те не са силно монохроматични.

Много важна характеристика на лазерите е ефективност. За твърди тела той варира от 1 до 3,5%, за газове 1...15%, за полупроводници 40...60%. В същото време се предприемат всички възможни мерки за повишаване на ефективността на лазерите, тъй като ниската ефективност води до необходимостта от охлаждане на лазерите до температура 4...77 К, а това веднага усложнява конструкцията на оборудването.

3. ТВЪРДОТЕЛЕН ЛАЗЕР

Функционалната схема на такъв лазер е показана на фиг. 6. Състои се от пет блока: излъчваща глава, кондензаторен блок, токоизправителен блок, блок за запалване, контролен панел. Излъчващата глава преобразува електрическата енергия първо в светлина и след това в монохроматично лазерно лъчение. Кондензаторният блок осигурява съхранение на енергия, а токоизправителният блок служи за преобразуване на променлив ток в постоянен ток, който зарежда кондензаторите. Блокът за запалване произвежда много високо напрежение, което се използва за извършване на първоначалното разрушаване на газа във флаш лампите. Тъй като първият лазер е направен с помощта на рубинен прът като активно вещество, нека разгледаме неговата структура. Излъчващата глава на рубинения лазер се състоеше от рубинен държач, аксиална втулка, две помпени лампи и цилиндричен рефлектор. Рубинените държачи са сменяеми и са предназначени за рубинени пръти с различни размери и диаметри.

Рубинът, използван в устройството, е алуминиев оксид, в който някои от алуминиевите атоми са заменени с хромни атоми. Количеството хром определя цвета на рубина, така че бледорозовият рубин съдържа 0,05% хром, червеният - 0,5%. Този изкуствен рубин се произвежда по следния начин. В пещи при високи температури се отглеждат заготовки, наречени буле. Булите са оформени като прът. Крайните повърхности на пръта са обработени с висока точност и след това полирани. При обработката на крайните повърхности те се правят паралелно с точност около 9...19 дъгови секунди и се покриват със сребърен или диелектричен слой с висока отразяваща способност. Чистотата на повърхността отговаря на клас 12. Този прът се поставя между две флаш лампи, които от своя страна са разположени в цилиндричен рефлектор. Така се извършва разпределението светлинен потокот флаш лампи на рубинен прът. Вътрешната повърхност на рефлектора е покрита с магнезиев оксид, който има коефициент на отражение 0,9 - това осигурява повишаване на ефективността на излъчващата глава.

Излъчващо дистанционно

контролна глава

Токоизправителен блок

кондензаторен блок

ориз. 6. Функционална схема на оптичния генератор

4. ГАЗОВ ЛАЗЕР

За такива лазери като активно вещество се използва смес от газове или вещество в състояние на пара. Газовата среда улеснява получаването на непрекъснато стимулирано излъчване, тъй като е необходима по-малко енергия за прехвърляне на веществото във възбудено състояние. За първи път като активно вещество е използвана смес от хелий и неон. Атомът на хелий в процеса на газов разряд се възбужда от текущите електрони и преминава от основно ниво 1 към ниво 2. Когато атомите на хелия се сблъскат с атомите на неона, последните също се възбуждат и извършват преход към едно от четирите горни поднива (фиг. 7). Поради факта, че преразпределението на енергията по време на сблъсъка на две частици става с минимална промяна в общата вътрешна енергия, неоновите атоми се движат главно към ниво 2, а не към ниво 3 или 4. В резултат на това пренаселеността на горния По време на прехода на атомите възниква неонова радиация от ниво 2 към едно от поднива 3 и от ниво 3 към ниво 4. Тъй като ниво 2 се състои от четири, а ниво 3 десет поднива, теоретично има повече от тридесет възможни прехода. Въпреки това, само пет прехода произвеждат стимулирано излъчване, което е концентрирано при дължини на вълната: 1,118; 1,153; 1,160; 1,199; 1,207 µm.

ориз. 7. Диаграма на енергийните нивахелиево-неонова смес

5. ТЕЧЕН ЛАЗЕР

В тези лазери работната среда е течен диелектрик с примесни работни атоми. Оказа се, че чрез разтваряне на редкоземни елементи в определени течности. възможно е да се получи структура от енергийни нива, много подобна на структурата на нивата на примесните атоми в твърдите диелектрици. Следователно принципът на работа на течните лазери е същият като този на лазерите в твърдо състояние. Предимствата на течните лазери са очевидни: първо. няма нужда да варите висококачествено стъкло или да отглеждате бутилки за кристали. Второ, всеки обем може да се напълни с течност и това улеснява охлаждането на активното вещество чрез циркулация на самата течност в устройството.

Разработен е метод за получаване на течни активни вещества, съдържащи примеси на гадолиний, неодим и самарий. При експерименти за получаване на стимулирано излъчване, течно вещество беше поставено в резонатор със сферични огледала, подобни на тези, използвани в газовите лазери. Ако лазерът работеше в импулсен режим, тогава нямаше нужда от специално охлаждане на течната субстанция. Ако устройството работи в непрекъснат режим, тогава активното вещество е принудено да циркулира през охладителната и работната система.

Създаден и изследван е течен лазер с активно вещество, което излъчва в диапазона 0,5...0,58 микрона (зелената част на спектъра). Тази радиация прониква добре във водата до голяма дълбочина, така че такива генератори представляват интерес за създаване на подводни локатори.

6. ПОЛУПРОВОДНИКОВ ЛАЗЕР.

При създаването на полупроводников лазер приоритет принадлежи на съветските учени.

Принципът на работа на полупроводников лазер може да се обясни по следния начин. Според квантовата теория електроните в полупроводника могат да заемат две широки енергийни зони (фиг. 8). Долната е валентната зона, а горната е проводящата зона. В нормален чист полупроводник при ниска температура всички електрони са свързани и заемат енергийно ниво, разположено във валентната лента. Ако действате върху полупроводник токов ударили светлинни импулси, тогава някои от електроните ще се преместят в зоната на проводимост. В резултат на прехода във валентната зона ще има свободни пространства, които във физиката се наричат ​​„дупки“. Тези дупки действат като положителен заряд. Ще има преразпределение на електрони между нивата на валентната зона и зоната на проводимост и можем да говорим в известен смисъл за пренаселване на горната енергийна зона.

Проводимост E-fill

Електрони

Електронна забрана

Е-непълен

Валентна лента

Фиг.8. Диаграма на енергийните нива на полупроводников лазер

7. ХИМИЧЕСКИ ЛАЗЕР

Очаква се химическите лазери да имат практическа употреба в много близко бъдеще. Работят без електричество. За да направите това, потоци от химически реагенти трябва да се движат и да реагират. Инверсия на популацията на енергийните нива възниква, когато се възбужда от енергия, освободена при химическа реакция. За химически лазер е принципно възможно да работи без външен източник на електрическа енергия. Цялата необходима енергия може да бъде получена чрез химическа реакция.

8. UV ЛАЗЕР

На предишните страници разгледах лазери, излъчващи във видимия и инфрачервения диапазон на електромагнитния спектър. Важни са ултравиолетовите и рентгеновите области на честотния спектър. Първият обаче е усвоен изключително зле. Някои устройства са създадени с помощта на аргон, криптон и азот. Те излъчват в диапазона на дължината на вълната 0,29...0,33 микрона и имат много ниска мощност. Само скорошна работа показа, че могат да бъдат създадени лазери с висока мощност. За тази цел са подходящи така наречените ексимерни лазери, използващи аргон, криптон и ксенон.

9. ЛАЗЕР НА СВОБОДНИТЕ ЕЛЕКТРОНИ

Принципът на работа на такъв лазер се основава на преобразуването на енергията на спектрален лъч от релативистични електрони в магнитно поле в излъчване в оптичния диапазон на дължината на вълната. От фиг. 9 се вижда, че електронният ускорител е устройство, направено под формата на тороид, около който са разположени магнитни бобини. Магнитното поле, създадено от тези намотки, се управлява по определен закон, осигуряващ ускорението на електроните от един оборот в друг. Това позволява да се получат много високи скорости на електроните. Електроните, изхвърлени от тороида, влизат в устройство, наречено линеен ускорител. Образува се от магнити с редуващи се полюси. Това устройство прилича на резонатор. В него се генерира оптично лъчение, което се излъчва навън. Тъй като процесът на преобразуване на електронната енергия в оптично лъчение се извършва директно, такъв лазер има висока ефективност и може да работи в режим на повтарящи се импулси. Друго много важно предимство на лазера със свободни електрони се казва, че е способността да се настройва дължината на вълната на радиацията, което е особено важно за осигуряване на по-ефективно предаване на радиация в атмосферата. Първите експериментални настройки бяха твърде тромави. Редица последващи проби позволиха на чуждестранни експерти да изразят мнението, че в бъдеще лазерите на свободните електрони ще намерят приложение в оръжейни системи, поставени в космоса и самолети.

ориз. 9. Включена лазерна веригасвободни електрони

10. ИТРИЕВО-АЛУМИНИЕВ ГРАНАТ (YAG) ЛАЗЕР

Този лазер е широко разпространен поради ниския си праг на генерация и високата топлопроводимост на активния елемент, което прави възможно генерирането на генерация при висока честота на повторение на импулса и в непрекъснат режим.

Дължината на вълната на лазерното лъчение е 1.064 μm, максималната дължина на активния елемент е около 150 mm, енергията в единичен импулс е до 30 J, продължителността на импулса е около 10 ns, а максималната честота на повторение е 500, ефективността е около 1%.

Този лазер получи името си, защото в неорганичните разтворители с активни лазерни йони няма водород. Това е липсата на групи от атоми с високи вибрационни честоти, което прави възможно извършването на ефективно лазерно генериране на Nd 3+ в тях по четиристепенна схема с поглъщане на светлината на помпата от собствените ленти на поглъщане на неодим.

Тези лазери се основават на токсични и вискозни течности, които също са агресивни, което значително стеснява избора на възможни строителни материали (кварц, стъкло, тефлон) и налага внимателно запечатване на кюветите. Много трудна задача е проектирането на агрегати за изпомпване на работна течност.

Дължината на вълната на генерация е 1,056; 1.0525 µm. Лазерите могат да работят както в режим на свободно движение, така и в режим на единичен импулс и се характеризират с режим на само Q-превключване, което се проявява при ниски стойности на Q-фактора на кухината.

12. ЛАЗЕР НА МЕДНИ ПАРИ

Едно от постиженията на лазерната технология е производството на стимулирано лъчение от среда, образувана от медни пари. Тези пари са следствие от газов разряд в хелий с висока честота на повторение на импулса и значителна средна мощност, което осигурява висока температура в газоразрядната тръба - около 1600 °K. Радиацията е концентрирана на вълни от 0,51 и 0,58 микрона. В допълнение към високото усилване, такива лазери осигуряват ефективност до 1%. Средната мощност на лазера достига 50W.

Поради голямото усилване и кратката продължителност на инверсията на населеността, използването на нестабилни резонатори е ефективно за получаване на достатъчно ниска дивергенция на лъча.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

През последните няколко години в Русия и в чужбина са проведени обширни изследвания в областта на квантовата електроника, създадени са различни лазери, както и устройства, базирани на тяхното използване. Лазерите сега се използват в местоположението и комуникациите, в космоса и на земята, в медицината и строителството, в компютърните технологии и промишлеността и във военните технологии. Появи се ново научно направление – холографията, чието формиране и развитие също е немислимо без лазери.

Ограниченият обхват на тази курсова работа обаче не ни позволи да отбележим такъв важен научен аспект на квантовата електроника като лазерния термоядрен синтез, който се основава на идеята на Н. Г. Басов, изразена през 1962 г., за използването на лазер радиация за производство на термоядрена плазма. Стабилността на компресията на светлината е основен проблем при лазерния синтез.

Курсовата работа също не обхваща такива важни области като лазерно разделяне на изотопи, лазерно производство на чисти вещества, лазерна химия, лазерна спектроскопия. Но простото им изброяване вече предполага, че лазерите нахлуват в нашата реалност на широк фронт, понякога осигурявайки уникални резултати. Човекът има на разположение нов универсален и ефективен инструмент за ежедневна научна и промишлена дейност.

По-младото поколение трябва да знае колкото е възможно повече за това интересно устройство, което преработва света, и да е готово да го използва в образователни, научни и военни дейности.

Литература

1. Федоров Б.Ф. Лазери. Основи на устройството и приложението. - М.: ДОСААФ, 1988.

2. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Общ курс по физика: Оптика и атомна физика. - М.: Образование, 1981.

3. Мякишев Г.Я. Физика: Учебник. За 11 клас. - М.: Образование, 1993.

4. Савелиев И.В. Курс по обща физика: Квантова оптика. Атомна физика. Физика на твърдото тяло. Физика на атомното ядро ​​и елементарните частици. - М.: Наука, 1987.

5. Орлов В.А. Лазери във военна техника. - М.: Военно издателство, 1976 г.

Подобни документи

Историята на създаването на лазера. Принципът на работа на лазера. Някои уникални свойства на лазерното лъчение. Приложение на лазерите в различни технологични процеси. Използването на лазери в бижутерската промишленост и в компютърните технологии. Мощност на лазерните лъчи.

резюме, добавено на 17.12.2014 г


Принципът на действие на лазера. Класификация на съвременните лазери. Ефекти, под формата на които се реализира биологичният ефект на високоинтензивното лазерно лъчение в тъканите на тялото. Ефективни фактори на лазерното лъчение. Последици от действието на светлинния поток.

презентация, добавена на 19.05.2017 г


Изучаване на историята на откриването, предназначението и механизмите на работа на лазери - източници на кохерентно оптично лъчение, чийто принцип на действие се основава на използването на явлението стимулирано лъчение. Лазери в технологиите, авиацията, медицината и науката.

резюме, добавено на 20.12.2010 г


Принцип на действие и видове лазери. Основни свойства на лазерния лъч. Методи за увеличаване на мощността на лазерното лъчение. Изследване на характеристиките на оптичните квантови генератори и тяхното излъчване, намерили приложение в много индустрии.

курсова работа, добавена на 20.12.2010 г


Лазерът е квантов генератор, излъчващ в обхвата на видимото и инфрачервеното лъчение. Схема на лазерното устройство и принципа на неговото действие. Временни режими на работа на устройството, честота на захранване с енергия. Приложение на лазерите в различни отрасли на науката и техниката.

резюме, добавено на 28.02.2011 г


Основата на принципа на работа на лазерите. Класификация на лазерите и техните основни характеристики. Използване на лазер при маркиране на продукти. Метод на възбуждане на активното вещество. Дивергенция на лазерния лъч. Диапазон на дължината на вълната. Области на приложение на лазера.

творческа работа, добавена на 24.02.2015 г


Създаването на оптичен квантов генератор или лазер е голямо откритие във физиката. Принципът на действие на лазерите. Стимулирана и спонтанна емисия. Газов, полупроводников непрекъснат, газодинамичен, рубинен лазер. Области на приложение на лазерите.

презентация, добавена на 13.09.2016 г


Характеристики на полупроводникови материали и източници на лъчение. Свързване на източника към влакното. Конструкции на едномодови лазери, характеристики на DBR лазери. Изчисляване на параметрите на многомодов лазер с резонатор на Фабри-Перо. Светодиоди (LED).

резюме, добавено на 06/11/2011


Концепцията и предназначението на лазера, неговият принцип на действие и конструктивни елементи. Видове лазери и техните характеристики. Техниката и основните етапи на измерване на дължината на вълната на лазерното лъчение и процедурата за сравняване на спектрите на неговото индуцирано и спонтанно лъчение.

лабораторна работа, добавена на 26.10.2009 г


Феноменът на принудителното (индуцирано) лъчение като физическа основа на лазерната работа. Лазерна структура (източник на енергия, работна течност и огледална система). Характеристика допълнителни устройствав лазерна система за получаване на различни ефекти.