Лазер это вынужденное (усиление света) излучением или преобразование какой либо энергии ( световой, электрической, тепловой и т.д.) в узконаправленный поток излучения (другие виды поляризованная, монохроматическая, когерентная).
Физикой работы таких лазеров служат явление вынужденного излучения (индуцированного), лазеры бывают непрерывного и импульсного действия. Размеры его колеблется от миниатюрных до размером среднего корабля.
Применение очень широко, от военной промышленности, до использования в персональных ПК, очень широко применяется в медицине и развлекательных программах и т.д.
Что такое лазер
Возбужденное состояние, т. е. переход на более высокий энергетический уровень атомов и особенно молекул, может быть также связано с усилением других видов молекулярного движения, в основном — колебательного движения ядер около среднего положения и вращательного движения молекулы в целом.
Возбуждение происходит в результате тех же воздействий, что и переход электронов на орбиты большего радиуса.
Согласно квантовой теории внутренняя энергия частиц, связанная с этими видами движения, также дискретна и имеет свои дозволенные энергетические уровни.
При этом возбужденный атом или молекула также через некоторый промежуток времени возвращается в основное состояние и излучает фотон с частотой v, соответствующий разности энергетических уровней:
hv = E2 — E1
В соответствии со значительным количеством энергетических уровней излучение молекул дает много-линейчатые, полосатые спектры.
Люминесцентное излучение, например, имеет преимущественно широкополосные молекулярные спектры.
Это связано с тем, что при возбуждении люминесценции большое значение имеют не только переходы электронов, но и квантовые переходы атомов и молекул в целом, связанные с энергетическими уровнями различных видов молекулярного движения.
Оптический квантовый генератор
Как показывает явление фосфоресценции, частицы некоторых веществ могут находиться в возбужденном состоянии некоторое время, прежде чем произойдет спонтанное излучение.
В этих условиях излучение можно вызвать при помощи какого-либо внешнего воздействия на возбужденные частицы. Такое излучение называется индуцированным и отличается высокой монохроматичностью, когерентностью и строгой параллельностью пучка лучей.
Индуцированное излучение используется в приборе, который называется оптическим квантовым генератором, или лазером (впервые лазер был построен советскими физиками Н. Г, Басовым и А. М. Прохоровым).
Наиболее распространенным является лазер, работающий на искусственном кристалле рубина (окись алюминия), который содержит примесь легко возбуждающихся ионов хрома.
Кристалл К (рис. 2) имеет удлиненную цилиндрическую форму со строго параллельными отшлифованными и посеребренными торцами, которые образуют зеркальный резонатор. Передний торец полупрозрачен.
Если с помощью вспышки света от мощной импульсной лампы Л возбудить ионы хрома, то спонтанное излучение хотя бы одного из них вызовет излучение соседних, которое многократно отражаясь от торцевых граней кристалла, будет действовать на все большее и большее число ионов хрома и вызывать (индуцировать) их излучение.
Количество фотонов лавинообразно нарастает и через полупрозрачный торец кристалла излучается кратковременный (тысячные доли секунды) яркий — во много раз более яркий, чем прямой солнечный свет — импульс в форме монохроматического (длина волны 694,3 ммк), когерентного параллельного пучка излучения.
Имеются лазеры, работающие на специальных стеклах, которые дают излучение других длин волн. Имеются также газовые лазеры, излучающие в непрерывном режиме.
Применение лазера в медицине
Путем оптической фокусировки такого пучка можно получить исключительно высокую концентрацию световой энергии на ничтожно малом участке вещества.
В связи с этим в биологии и медицине сфокусированное излучение лазера используется для избирательного разрушения микроскопических элементов структуры тканей с исследовательской или лечебной целью.
Оно применяется, например, для хирургических вмешательств на сетчатой оболочке глаза. Для этого сконструирован специальный аппарат, называемый офтальмокоагулятором.
Александритовый лазер
Это устройство для генерации лазерного луча с помощью минерала александрит.
Генерация лазерных световых лучей с помощью александрита имеет длину волны ~ 755 нм. Эта волна является короткой, при этом, у нее большой поглощающий коэффициент, благодаря чему, материал нагревается очень быстро.
При работе александритового лазера, образуется тепло, так как частота излучения может составлять 5 Гц, для этого данное устройство снабжают охладительным устройством.
Применяется в косметологии как средство для удаления волос с тела.
Диодный лазер
Это устройство построенный на базе диода, он работает за счет инверсии в области p-n перехода при инжекции носителей заряда.
Лазерные диоды бывают: лазеры с распределённой обратной связью, гетероструктурные лазеры с раздельным удержанием, диод с квантовыми ямами, лазеры на двойной гетероструктуре.
Принцип работы такого диода заключается в выделении энергии в виде фотона которая образуется определенной длины волны и фотона (импульса).
Устройство его заключается в изготовлении тонкого кристалла прямоугольной формы, излучение дающее диодом ограничено небольшим пространством.
Случайный фотон спонтанного излучения, испущенный перпендикулярно этим плоскостям, пройдёт через весь оптический волновод и несколько раз отразится от торцов, прежде чем выйдет наружу.
Проходя вдоль резонатора, он будет вызывать вынужденную рекомбинацию, создавая новые и новые фотоны с теми же параметрами, и излучение будет усиливаться (механизм вынужденного излучения).
Как только усиление превысит потери, начнётся лазерная генерация.
Применение диодного лазера
Применяется в печатающих устройствах, химической промышленности, а также накачки других лазеров.
Благодаря широкому диапазону длин волн (792-1030 нм) диодные лазеры применяются в качестве оборудования для эпиляции, в косметологии для терапии сосудистых патологий.
Образуемая энергия диодного лазера может быть поглощена как меланином, так и гемоглобином.
Помимо этого, лазерный луч оказывает бактерицидное и стимулирующее репарацию воздействие, что дает возможность лазеру успешно проявлять себя в терапии угревой болезни, в направлении омоложения кожи, устранения незначительной пигментации.
Диодный лазер широко применим в стоматологии для стерилизации корневых каналов, в процедуре отбеливания эмали зубов. За счет коагулятивного свойства луча он применяется в хирургических вмешательств.
Неодимовый лазер
Это твердотельный лазер, в качестве активной среды используется алюмо-иттриевый гранат («YAG», Y3Al5O12), легированный ионами химического элемента неодима (Nd).
Неодимовые лазеры могут работать как беспрерывном так и в импульсном режиме, причем в импульсный режим работы, отличается от генерации лазерного излучения.
Принцип его работы заключается в испускании фотонов который выбивает другой фотон с такими свойствами как и первый.
С помощью зеркал добивается обратная связь, в результате чего добеливаться генерация. Причем если выход излучения ниже 10% то генерации не будет.
Статья на тему лазер