Лазер

У этого термина существуют и другие значения, см. Лазер (значения).

Лазер (лаборатория NASA).

Лазер (красный, зеленый, синий).

Ла́зер (англ. laser, акроним от англ. light amplification by stimulated emission of radiation в усиление света посредством вынужденного излучения), опти́ческий ква́нтовый генера́тор в устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.

Физической основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения. Излучение лазера может быть непрерывным, с постоянной мощностью, или импульсным, достигающим предельно больших паллетных 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 неодимовом 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.

[править] Основные даты

Основная статья: История изобретения лазеров

1916 год: А. Эйнштейн предсказывает существование явления вынужденного излучения в физической основы работы любого лазера.
Строгое теоретическое обоснование в рамках квантовой механики это явление получило в работах П. Дирака в 1927в1930 гг.^[1]^[2]
1928 год: экспериментальное подтверждение Р. Ладенбургом и Г. Копферманном существования вынужденного излучения.^[3]
В 1940 г. В. Фабрикантом и Ф. Бутаевой была предсказана возможность использования вынужденного излучения среды с инверсией населённостей для усиления электромагнитного излучения^[3].
1950 год: А. Кастлер (Нобелевская премия по физике 1966 года) предлагает метод оптической накачки среды для создания в ней инверсной населённости. Реализован на практике в 1952 году Бросселем, Кастлером и Винтером^[4]. До создания квантового генератора оставался один шаг: ввести в среду положительную обратную связь, то есть поместить эту среду в резонатор^[3].
1954 год: первый микроволновой генератор в мазер на аммиаке (Ч. Таунс в Нобелевская премия по физике 1964 года, Дж. Гордон, Г. Цайгер)^[5]. Роль обратной связи играл объёмный резонатор, размеры которого были порядка 12,6 мм (длина волны, излучаемой при переходе аммиака с возбуждённого колебательного уровня на основной)^[3]. Весомый вклад в изучение принципов квантового усиления и генерации внесли также советские физики А. Прохоров и Н. Басов (Нобелевская премия по физике 1964 г.). Для усиления электромагнитного излучения оптического диапазона необходимо было создать объёмный резонатор, размеры которого были бы порядка микрона. Из-за связанных с этим технологических трудностей многие учёные в то время считали, что создать генератор видимого излучения невозможно^[6].
1960 год: 16 мая Т. Мейман продемонстрировал работу первого оптического квантового генератора в лазера^[7]. В качестве активной среды использовался кристалл искусственного рубина (оксид алюминия Al₂O₃ с небольшой примесью хрома Cr), а вместо объёмного резонатора служил резонатор Фабри-Перо, образованный серебряными зеркальными покрытиями, нанесенными на торцы кристалла. Этот лазер работал в импульсном режиме на длине волны в 694,3 нм^[3]. В декабре того же года был создан гелий-неоновый лазер, излучающий в непрерывном режиме (А. Джаван, У. Беннет, Д. Хэрриот). Изначально лазер работал в инфракрасном диапазоне, затем был модифицирован для излучения видимого красного света^[6].
Физика лазеров и по сей день интенсивно развивается. С момента изобретения лазера почти каждый год появлялись всё новые его виды, приспособленные для различных целей^[6]. В 1961 г. был создан лазер на неодимовом стекле, а в течение следующих пяти лет были разработаны лазерные диоды, лазеры на красителях, лазеры на двуокиси углерода, химические лазеры. В 1963 г. Ж. Алфёров и Г. Кремер (Нобелевская премия по физике 2000 г.) разработали теорию полупроводниковых гетероструктур, на основе которых были созданы многие лазеры^[3].

[править] Принцип действия

Физической основой работы лазера служит явление вынужденного (индуцированного) излучения^[8]. Суть явления состоит в том, что возбуждённый атом способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения, если энергия последнего равняется разности энергий уровней атома до и после излучения. При этом излучённый фотон когерентен фотону, вызвавшему излучение (является его «точной копией»). Таким образом происходит усиление света. Этим явление отличается от спонтанного излучения, в котором излучаемые фотоны имеют случайные направления распространения, поляризацию и фазу^[9]^[10].

Гелий-неоновый лазер. Светящийся луч в центре в это не собственно лазерный луч, а электрический разряд, порождающий свечение, подобно тому, как это происходит в неоновых лампах. Луч проецируется на экран справа в виде светящейся красной точки.

Вероятность того, что случайный фотон вызовет индуцированное излучение возбуждённого атома, в точности равняется вероятности поглощения этого фотона атомом, находящимся в невозбуждённом состоянии^[11]. Поэтому для усиления света необходимо, чтобы возбуждённых атомов в среде было больше, чем невозбуждённых (так называемая инверсия населённостей). В состоянии термодинамического равновесия это условие не выполняется, поэтому используются различные системы накачки активной среды лазера (оптические, электрические, химические и др.)^[12].

Первоисточником генерации является процесс спонтанного излучения, поэтому для обеспечения преемственности поколений фотонов необходимо существование положительной обратной связи, за счёт которой излучённые фотоны вызывают последующие акты индуцированного излучения. Для этого активная среда лазера помещается в оптический резонатор. В простейшем случае он представляет собой два зеркала, одно из которых полупрозрачное в через него луч лазера частично выходит из резонатора. Отражаясь от зеркал, пучок излучения многократно проходит по резонатору, вызывая в нём индуцированные переходы. Излучение может быть как непрерывным, так и импульсным. При этом, используя различные приборы (вращающиеся призмы, ячейки Керра и др.) для быстрого выключения и включения обратной связи и уменьшения тем самым периода импульсов, возможно создать условия для генерации излучения очень большой паллетный мощности (так называемые гигантские импульсы)^[9]. Этот режим работы лазера называют режимом модулированной добротности.

Генерируемое лазером излучение является монохроматическим (одной или дискретного набора длин волн), поскольку вероятность излучения фотона определённой длины волны больше, чем близко расположенной, связанной с уширением спектральной линии, а, соответственно, и вероятность индуцированных переходов на этой частоте тоже имеет максимум. Поэтому постепенно в процессе генерации фотоны данной длины волны будут доминировать над всеми остальными фотонами^[12]. Кроме этого, из-за особого расположения зеркал в лазерном луче сохраняются лишь те фотоны, которые распространяются в направлении, параллельном оптической оси резонатора на небольшом расстоянии от неё, остальные фотоны быстро покидают объём резонатора. Таким образом луч лазера имеет очень малый угол расходимости^[13]. Наконец, луч лазера имеет строго определённую поляризацию. Для этого в резонатор вводят различные поляроиды, например, ими могут служить плоские стеклянные пластинки, установленные под углом Брюстера к направлению распространения луча лазера^[14].

[править] Устройство лазера

Основная статья: Устройство лазера

На схеме обозначены: 1 в активная среда; 2 в энергия накачки лазера; 3 в непрозрачное зеркало; 4 в полупрозрачное зеркало; 5 в лазерный луч.

Все лазеры состоят из трёх основных частей:

активной (рабочей) среды;
системы накачки (источник энергии);
оптического резонатора (может отсутствовать, если лазер работает в режиме усилителя).

Каждая из них обеспечивает для работы лазера выполнение своих определённых функций.

[править] Активная среда

В настоящее время в качестве рабочей среды лазера используются различные агрегатные состояния вещества: твёрдое, жидкое, газообразное, плазма^[15]. В обычном состоянии число атомов, находящихся на возбуждённых энергетических уровнях, определяется распределением Больцмана^[16]:

$~N=N_0 \exp (-E/kT),$

здесь N в число атомов, находящихся в возбуждённом состоянии с энергией E, N₀ в число атомов, находящихся в основном состоянии, k в постоянная Больцмана, T в температура среды. Иными словами, таких атомов, находящихся в возбужденном состоянии меньше, чем в основном, поэтому вероятность того, что фотон, распространяясь по среде, вызовет вынужденное излучение также мала по сравнению с вероятностью его поглощения. Поэтому электромагнитная волна, проходя по веществу, расходует свою энергию на возбуждение атомов. Интенсивность излучения при этом падает по закону Бугера^[1]:

$~I_l=I_0 \exp (-a_1l),$

здесь I₀ в начальная интенсивность, I_l в интенсивность излучения, прошедшего расстояние l в веществе, a₁ в коэффициент поглощения вещества. Поскольку зависимость экспоненциальная, излучение очень быстро поглощается.

В том случае, когда число возбуждённых атомов больше, чем невозбуждённых (то есть в состоянии инверсии населённостей), ситуация прямо противоположна. Акты вынужденного излучения преобладают над поглощением, и излучение усиливается по закону^[1]:

$~I_l=I_0 \exp (a_2l),$

где a₂ в коэффициент квантового усиления. В реальных лазерах усиление происходит до тех пор, пока величина поступающей за счёт вынужденного излучения энергии не станет равной величине энергии, теряемой в резонаторе^[17]. Эти потери связаны с насыщением метастабильного уровня рабочего вещества, после чего энергия накачки идёт только на его разогрев, а также с наличием множества других факторов (рассеяние на неоднородностях среды, поглощение примесями, неидеальность отражающих зеркал, полезное и нежелательное излучение в окружающую среду и пр.)^[1].

[править] Система накачки

Для создания инверсной населённости среды лазера используются различные механизмы. В твердотельных лазерах она осуществляется за счёт облучения мощными газоразрядными лампами-вспышками, сфокусированным солнечным излучением (так называемая оптическая накачка) и излучением других лазеров (в частности, полупроводниковых)^[9]^[18]. При этом возможна работа только в импульсном режиме, поскольку требуются очень большие плотности энергии накачки, вызывающие при длительном воздействии сильный разогрев и разрушение стержня рабочего вещества^[19]. В газовых и жидкостных лазерах (см. гелий-неоновый лазер, лазер на красителях) используется накачка электрическим разрядом. Такие лазеры работают в непрерывном режиме. Накачка химических лазеров происходит посредством протекания в их активной среде химических реакций. При этом инверсия населённостей возникает либо непосредственно у продуктов реакции, либо у специально введённых примесей с подходящей структурой энергетических уровней. Накачка полупроводниковых лазеров происходит под действием сильного прямого тока через p-n переход, а также пучком электронов. Существуют и другие методы накачки (газодинамические, заключающиеся в резком охлаждении предварительно нагретых газов; фотодиссоциация, частный случай химической накачки и др.)^[17].

На рисунке: а в трёхуровневая и б в четырёхуровневая схемы накачки активной среды лазера.

Классическая трёхуровневая система накачки рабочей среды используется, например, в рубиновом лазере. Рубин представляет собой кристалл корунда Al₂O₃, легированный небольшим количеством ионов хрома Cr³⁺, которые и являются источником лазерного излучения. Из-за влияния электрического поля кристаллической решётки корунда внешний энергетический уровень хрома E₂ расщеплён (см. эффект Штарка). Именно это делает возможным использование немонохроматического излучения в качестве накачки^[9]. При этом атом переходит из основного состояния с энергией E₀ в возбуждённое с энергией около E₂. В этом состоянии атом может находиться сравнительно недолго (порядка 10^в8 с), почти сразу происходит безызлучательный переход на уровень E₁, на котором атом может находиться значительно дольше (до 10^в3 с), это так называемый метастабильный уровень. Возникает возможность осуществления индуцированного излучения под воздействием других случайных фотонов. Как только атомов, находящихся в метастабильном состоянии становится больше, чем в основном, начинается процесс генерации^[17]^[20].

Следует отметить, что создать инверсию населённостей атомов хрома Cr с помощью накачки непосредственно с уровня E₀ на уровень E₁ нельзя. Это связано с тем, что если поглощение и вынужденное излучение происходят между двумя уровнями, то оба эти процесса протекают с одинаковой скоростью. Поэтому в данном случае накачка может лишь уравнять населённости двух уровней, чего недостаточно для возникновения генерации^[9].

В некоторых лазерах, например в неодимовом, генерация излучения в котором происходит на ионах неодима Nd³⁺, используется четырёхуровневая схема накачки. Здесь между метастабильным E₂ и основным уровнем E₀ имеется промежуточный в рабочий уровень E₁. Вынужденное излучение происходит при переходе атома между уровнями E₂ и E₁. Преимущество этой схемы заключается в том, что в данном случае легко выполнить условие инверсной населенности, так как время жизни верхнего рабочего уровня (E₂) на несколько порядков больше времени жизни нижнего уровня (E₁). Это значительно снижает требования к источнику накачки^[17]. Кроме того, подобная схема позволяет создавать мощные лазеры, работающие в непрерывном режиме, что очень важно для некоторых применений^[15]. Однако подобные лазеры обладают существенным недостатком в виде низкого квантового КПД, которое определяется как отношение энергии излученного фотона к энергии поглощенного фотона накачки (η_{квантовое} = hν_{излучения}/hν_{накачки})

[править] Оптический резонатор

Основная статья: Оптический резонатор

В ширину спектральной линии, изображённой на рисунке зелёным цветом, укладывается три собственных частоты резонатора. В этом случае генерируемое лазером излучение будет трехмодовым. Для фиолетовой линии излучение будет чисто монохроматическим.

Зеркала лазера не только обеспечивают существование положительной обратной связи, но и работают как резонатор, поддерживая одни генерируемые лазером моды, соответствующие стоячим волнам данного резонатора^[21], и подавляя другие^[16]. Если на оптической длине L резонатора укладывается целое число полуволн n:

$~2L = n \lambda,$

то такие волны, проходя по резонатору не меняют своей фазы и вследствие интерференции усиливают друг друга. Все остальные, близко расположенные волны, постепенно гасят друг друга. Таким образом спектр собственных частот оптического резонатора определяется соотношением:

$\nu_n = \frac{c}{2L} n,$

здесь c в скорость света в вакууме. Интервалы между соседними частотами резонатора одинаковы и равны:

$\vartriangle \nu_r = \frac{c}{2L}.$

Линии в спектре излучения в силу различных причин (доплеровское уширение, внешние электрические и магнитное поля, квантовомеханическое эффекты и др.) всегда имеют определённую ширину $\vartriangle \nu_l$ . Поэтому могут возникать ситуации, когда на ширину спектральной линии укладывается несколько собственных частот резонатора. В этом случае излучение лазера будет многомодовым^[22]. Синхронизация этих мод позволяет добиться того, чтобы излучение представляло собой последовательность коротких и мощных импульсов. Если же $\vartriangle \nu_l < \vartriangle \nu_r$ , то в излучении лазера будет присутствовать только одна частота, в данном случае резонансные свойства системы зеркал слабо выражены на фоне резонансных свойств спектральной линии^[12].

При более строгом расчёте необходимо учитывать, что усиливаются волны, распространяющиеся не только параллельно оптической оси резонатора, но и под малым углом $\varphi$ к ней. Условие усиления тогда принимает вид^[16]:

$~2L \cos \varphi = n \lambda.$

Это приводит к тому, что интенсивность пучка лучей лазера различна в разных точках плоскости, перпендикулярной этому пучку. Здесь наблюдается система светлых пятен, разделённых тёмными узловыми линиями. Для устранения этих нежелательных эффектов используют различные диафрагмы, рассеивающие нити, а также применяют различные схемы оптических резонаторов^[23].

[править] Классификация лазеров

Основная статья: Виды лазеров

Твердотельные лазеры на люминесцирующих твёрдых средах (диэлектрические кристаллы и стёкла). В качестве активаторов обычно используются ионы редкоземельных элементов или ионы группы железа Fe. Накачка оптическая и от полупроводниковых лазеров, осуществляется по трёх- или четырёхуровневой схеме. Современные твердотельные лазеры способны работать в импульсном, непрерывным и квазинепрерывном режимах^[18].
Полупроводниковые лазеры. Формально также являются твердотельными, но традиционно выделяются в отдельную группу, поскольку имеют иной механизм накачки (инжекция избыточных носителей заряда через p-n переход или гетеропереход, электрический пробой в сильном поле, бомбардировка быстрыми электронами), а квантовые переходы происходят между разрешёнными энергетическими зонами, а не между дискретными уровнями энергии. Полупроводниковые лазеры в наиболее употребительный в быту вид лазеров^[24]. Кроме этого применяются в спектроскопии, в системах накачки других лазеров, а также в медицине (см. фотодинамическая терапия).
Лазеры на красителях. Тип лазеров, использующий в качестве активной среды раствор флюоресцирующих с образованием широких спектров органических красителей. Лазерные переходы осуществляются между различными колебательными подуровнями первого возбуждённого и основного синглетных электронных состояний. Накачка оптическая, могут работать в непрерывном и импульсном режимах. Основной особенностью является возможность перестройки длины волны излучения в широком диапазоне. Применяются в спектроскопических исследованиях^[25].
Газовые лазеры в лазеры, активной средой которых является смесь газов и паров. Отличаются высокой мощностью, монохроматичностью, а также узкой направленностью излучения. Работают в непрерывном и импульсном режимах. В зависимости от системы накачки газовые лазеры разделяют на газоразрядные лазеры, газовые лазеры с оптическим возбуждением и возбуждением заряженными частицами (например, лазеры с ядерной накачкой^[26], в начале 80-х проводились испытания систем противоракетной обороны на их основе^[27], однако, без особого успеха^[28]), газодинамические и химические лазеры. По типу лазерных переходов различают газовые лазеры на атомных переходах, ионные лазеры, молекулярные лазеры на электронных, колебательных и вращательных переходах молекул и эксимерные лазеры^[29].
Газодинамические лазеры в газовые лазеры с тепловой накачкой, инверсия населённостей в которых создаётся между возбуждёнными колебательно-вращательными уровнями гетероядерных молекул путём адиабатического расширения движущейся с высокой скоростью газовой смеси (чаще N₂+CO₂+He или N₂+CO₂+Н₂О, рабочее вещество в CO₂)^[30].
Эксимерные лазеры в разновидность газовых лазеров, работающих на энергетических переходах эксимерных молекул (димерах благородных газов, а также их моногалогенидов), способных существовать лишь некоторое время в возбуждённом состоянии. Накачка осуществляется пропусканием через газовую смесь пучка электронов, под действием которых атомы переходят в возбуждённое состояние с образованием эксимеров, фактически представляющих собой среду с инверсией населённостей. Эксимерные лазеры отличаются высокими энергетическими характеристикам, малым разбросом длины волны генерации и возможности её плавной перестройки в широком диапазоне^[31].
Химические лазеры в разновидность лазеров, источником энергии для которых служат химические реакции между компонентами рабочей среды (смеси газов). Лазерные переходы происходят между возбуждёнными колебательно-вращательными и основными уровнями составных молекул продуктов реакции. Для осуществления химических реакций в среде необходимо постоянное присутствие свободных радикалов, для чего используются различные способы воздействия на молекулы для их диссоциации. Отличаются широким спектром генерации в ближней ИК-области, большой паллетный мощностью непрерывного и импульсного излучения^[32].
Лазеры на свободных электронах в лазеры, активной средой которых является поток свободных электронов, колеблющихся во внешнем электромагнитном поле (за счёт чего осуществляется излучение) и распространяющихся с релятивистской скоростью в направлении излучения. Основной особенностью является возможность плавной широкодиапазонной перестройки частоты генерации. Различают убитроны и скаттроны, накачка первых осуществляется в пространственно-периодическом статическом поле ондулятора, вторых в мощным полем электромагнитной волны. Существуют также мазеры на циклотронном резонансе и строфотроны, основанные на тормозном излучении электронов, а также флиматроны, использующие эффект черенковского и переходного излучений. Поскольку каждый электрон излучает до 10⁸ фотонов, лазеры на свободных электронах являются, по сути, классическими приборами и описываются законами классической электродинамики^[33].
Квантовые каскадные лазеры в полупроводниковые лазеры, которые излучают в среднем и дальнем инфракрасном диапазоне^[34]. В отличие от обычных полупроводниковых лазеров, которые излучают посредством вынужденных переходов между разрешенными электронными и дырочными уровнями, разделенными запрещенной зоной полупроводника, излучение квантовых каскадных лазеров возникает при переходе электронов между слоями гетероструктуры полупроводника и состоит из двух типов лучей, причем вторичный луч обладает весьма необычными свойствами и не требует больших паллетных затрат энергии^[35].

Волоконный лазер в лазер, резонатор которого построен на базе оптического волокна, внутри которого полностью или частично генерируется излучение. При полностью волоконной реализации такой лазер называется цельноволоконным, при комбинированном использовании волоконных и других элементов в конструкции лазера он называется волоконно-дискретным или гибридным.

Вертикально-излучающие лазеры (VCSEL) в «Поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором» в разновидность диодного полупроводникового лазера, излучающего свет в направлении, перпендикулярном поверхности кристалла, в отличие от обычных лазерных диодов, излучающих в плоскости, параллельной поверхности пластин.

Другие виды лазеров, развитие принципов которых на данный момент является приоритетной задачей исследований (рентгеновские лазеры^[36], гамма-лазеры^[37] и др.).

[править] Использование лазеров

Основная статья: Применение лазеров

Лазерное сопровождение музыкальных представлений (лазерное шоу)

С момента своего изобретения лазеры зарекомендовали себя как «готовые решения ещё не известных проблем»^[38]. В силу уникальных свойств излучения лазеров, они широко применяются во многих отраслях науки и техники, а также в быту (проигрыватели компакт-дисков, лазерные принтеры, считыватели штрих-кодов, лазерные указки и пр.). В промышленности лазеры используются для резки, сварки и пайки деталей из различных материалов. Высокая температура излучения позволяет сваривать материалы, которые невозможно сварить обычными способами (к примеру, керамику и металл). Луч лазера может быть сфокусирован в точку диаметром порядка микрона, что позволяет использовать его в микроэлектронике (так называемое лазерное скрайбирование)^[39]. Лазеры используются для получения поверхностных покрытий материалов (лазерное легирование, лазерная наплавка, вакуумно-лазерное напыление) с целью повышения их износостойкости. Широкое применение получила также лазерная маркировка промышленных образцов и гравировка изделий из различных материалов^[40]. При лазерной обработке материалов на них не оказывается механическое воздействие, поэтому возникают лишь незначительные деформации. Кроме того, весь технологический процесс может быть полностью автоматизирован. Лазерная обработка потому характеризуется высокой точностью и производительностью.

Полупроводниковый лазер, применяемый в узле генерации изображения принтера Hewlett-Packard

Лазеры применяются в голографии для создания самих голограмм и получения голографического объёмного изображения. Некоторые лазеры, например лазеры на красителях, способны генерировать монохроматический свет практически любой длины волны, при этом импульсы излучения могут достигать 10^в16 с, а следовательно и огромных мощностей (так называемые гигантские импульсы). Эти свойства используются в спектроскопии, а также при изучении нелинейных оптических эффектов. С использованием лазера удалось измерить расстояние до Луны с точностью до нескольких сантиметров. Лазерная локация космических объектов уточнила значения ряда фундаментальных астрономических постоянных и способствовала уточнению параметров космической навигации, расширила представления о строении атмосферы и поверхности планет Солнечной системы^[17]. В астрономических телескопах, снабженных адаптивной оптической системой коррекции атмосферных искажений, лазер применяют для создания искусственных опорных звезд в верхних слоях атмосферы.

Применение лазеров в метрологии и измерительной технике не ограничивается измерением расстояний. Лазеры находят здесь разнообразнейшее применение: для измерения времени, давления, температуры, скорости потоков жидкостей и газов, угловой скорости (лазерный гироскоп), концентрации веществ, оптической плотности, разнообразных оптических параметров и характеристик, в виброметрии и др.

Сверхкороткие импульсы лазерного излучения используются в лазерной химии для запуска и анализа химических реакций. Здесь лазерное излучение позволяет обеспечить точную локализацию, дозированность, абсолютную стерильность и высокую скорость ввода энергии в систему^[41]. В настоящее время разрабатываются различные системы лазерного охлаждения^[42], рассматриваются возможности осуществления с помощью лазеров управляемого термоядерного синтеза. Лазеры используются и в военных целях, например, в качестве средств наведения и прицеливания. Рассматриваются варианты создания на основе мощных лазеров боевых систем защиты воздушного, морского и наземного базирования^[43]^[44].

Револьвер, оснащённый лазерным целеуказателем.

В медицине лазеры применяются как бескровные скальпели, используются при лечении офтальмологических заболеваний (катаракта, отслоение сетчатки, лазерная коррекция зрения и др.). Широкое применение получили также в косметологии (лазерная эпиляция, лечение сосудистых и пигментных дефектов кожи, лазерный пилинг, удаление татуировок и пигментных пятен)^[45].

В настоящее время бурно развивается так называемая лазерная связь. Известно, что чем выше несущая частота канала связи, тем больше его пропускная способность^[1]. Поэтому радиосвязь стремится переходить на всё более короткие длины волн. Длина световой волны в среднем на шесть порядков меньше длины волны радиодиапазона, поэтому посредством лазерного излучения возможна передача гораздо большего объёма информации. Лазерная связь осуществляется как по открытым, так и по закрытым световодным структурам, например, по оптическому волокну. Свет за счёт явления полного внутреннего отражения может распространяться по нему на большие расстояния, практически не ослабевая^[46].

Лазером, обеспечивающим максимальную мощность в импульсе, на данный момент является Техасский петаваттный лазер (1,1 ПВт).

[править] Фильмы

В 1971 году Одесская киностудия выпустила художественный фильм «Синее небо» (Режиссер: Марк Толмачев, сценарист: Игорь Неверов, оператор: Фёдор Сильченко) в о начале лазерной эры в медицине, а именно в офтальмологии. Действие картины происходит в стенах научного Института глазных болезней им. В. П. Филатова АМН Украины. Прообразом главного героя, врача Андрея Тарана, послужил проф. Л. А. Линник, который впервые в мире в 1963 году применил лазерное излучение для коагуляции сетчатки.
В 1985 году киностудией «Леннаучфильм» выпущен научно-популярный фильм «Конструкторы лучей», (режиссер в А.Слободской, оператор В.Петров). Фильм посвящен исследованиям в области лазеров Института общей физики АН СССР во главе с академиком А. М. Прохоровым.
Тайны забытых побед. Повелители луча [1]. Документальный фильм. Режиссер Алексей Вахрушев. Текст читает Василий Лановой. ЗАО «Интеллект»

[править] См. также

[править] Примечания

в‘ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ С. Транковский ЛАЗЕР (оптический квантовый генератор). Krugosvet.ru. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 июля 2009.
в‘ Dirac P. A. M. (1927). "The Quantum Theory of the Emission and Absorption of Radiation". 114: 243265. (англ.)
в‘ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ Алексей Левин Квантовый светоч: История одного из самых важных изобретений XX века лазера. Popmech.ru (1 июня 2006). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 июля 2009.
в‘ Ivar Waller The Nobel Prize in Physics 1966: Presentation Speech (англ.). Elsevier Publishing Company (1972). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 20 июля 2009.
в‘ Nikitas Чудесное изобретение XX века - Лазер. Lasers.org.ru (7 сентября 2008). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 июля 2009.
в‘ ¹ ² ³ François Balembois et Sébastien Forget Laser : Fundamentals // Some important dates (англ.). Prn1.univ-lemans.fr.(недоступная ссылка) Проверено 28 июля 2009.
в‘ Maiman, T.H. (1960). «Stimulated optical radiation in ruby». Nature 187 (4736): 493494. DOI:10.1038/187493a0.
в‘ Сивухин Д. В. Общий курс физики. Оптика. в М.: Наука, 1985. в Т. 4. в С. 704-706. в 735 с.
в‘ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ А. Н. Ораевский Лазер // под. ред. М. Е. Жаботинского Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1969. в С. 89-118.
в‘ Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс 3 - излучение, волны, кванты; 4 - кинетика, теплота, звук // Фейнмановские лекции по физике. в 3-е изд. в М.: Мир, 1976. в Т. 1. в С. 311-315. в 496 с.
в‘ Einstein А. (1916). «Strahlungs-emission und -absorption nach der Quantentheorie». Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft 18: 318. (нем.)
в‘ ¹ ² ³ А. Н. Ораевский Лазер // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 2.
в‘ François Balembois et Sébastien Forget Laser : Fundamentals // Spatial characteristics of the emitted laser beam (англ.). Prn1.univ-lemans.fr.(недоступная ссылка) Проверено 30 июля 2009.
в‘ Редкин Ю. Н. Часть 5. Физика атома, твёрдого тела и атомного ядра // Курс общей физики. в Киров: ВятГГУ, 2006. в С. 57. в 152 с.
в‘ ¹ ² Сивухин Д. В. Общий курс физики. в Издание 2-е. в М.: Наука, 1985. в Т. IV. Оптика. в С. 714-721. в 735 с.
в‘ ¹ ² ³ Сивухин Д. В. Общий курс физики. в Издание 2-е. в М.: Наука, 1985. в Т. IV. Оптика. в С. 703-714. в 735 с.
в‘ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ М. Е. Жаботинский Лазер (оптический квантовый генератор) // под. ред. А. М. Прохорова Физический энциклопедический словарь. в М.: «Советская энциклопедия», 1984. в С. 337-340.
в‘ ¹ ² И. А. Щербаков Твердотельный лазер // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 5.
в‘ А. В. Францессон Накачка // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 3.
в‘ François Balembois et Sébastien Forget Laser : Fundamentals // Spectroscopic systems used to create a laser (англ.). Prn1.univ-lemans.fr.(недоступная ссылка) Проверено 28 июля 2009.
в‘ Сивухин Д. В. Общий курс физики. Электричество. в М.: Наука, 1985. в Т. 3. в С. 624-627. в 713 с.
в‘ François Balembois et Sébastien Forget Laser : Fundamentals // Operating conditions for the cavity (англ.). Prn1.univ-lemans.fr.(недоступная ссылка) Проверено 31 июля 2009.
в‘ В. П. Быков Оптический резонатор // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 3.
в‘ Елисеев П. Г. Полупроводниковый лазер // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 4.
в‘ А. Н. Рубинов Лазеры на красителях // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 2.
в‘ С. И. Яковленко Лазер с ядерной накачкой // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 2.
в‘ Hecht, Jeff (May 2008). «The history of the x-ray laser». Optics and Photonics News (Optical Society of America) 19 (5): 2633. (англ.)
в‘ United States Nuclear Tests 1945-1992 (англ.) (pdf). United States Department of Energy. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 16 августа 2009.
в‘ Г. Г. Петраш Газовый лазер // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 1.
в‘ А. С. Бирюков Газодинамический лазер // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 1.
в‘ А. В. Елецкий Эксимерный лазер // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 5.
в‘ А. В. Елецкий Химический лазер // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 5.
в‘ В. Л. Братман, Н. С. Гинзбург Лазеры на свободных электронах // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 2.
в‘ Faist, Jerome; Federico Capasso, Deborah L. Sivco, Carlo Sirtori, Albert L. Hutchinson, and Alfred Y. Cho (April 1994). «Quantum Cascade Laser» (abstract). Science 264 (5158): 553556. DOI:10.1126/science.264.5158.553. PMID 17732739. Проверено 2007-02-18. (англ.)
в‘ Kazarinov, R.F; Suris, R.A. (April 1971). «Possibility of amplification of electromagnetic waves in a semiconductor with a superlattice». Fizika i Tekhnika Poluprovodnikov 5 (4): 797800. (англ.)
в‘ А. В. Андреев Рентгеновский лазер // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 4.
в‘ А. В. Андреев Гамма-лазер // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 1.
в‘ Charles H. Townes. The first laser // A Century of Nature: Twenty-One Discoveries that Changed Science and the World. в University of Chicago Press, 2003. в С. 107112. в ISBN 0-226-28413-1 (англ.)
в‘ Лазерная резка и прошивка отверстий. Laser-reserv.ru. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 6 августа 2009.
в‘ А. Найдёнов А что ещё можно сделать из натурального дерева с помощью лазера?. I-laser.ru (24 января 2008). Архивировано из первоисточника 24 января 2012. Проверено 7 августа 2009.
в‘ Н. В. Карлов Лазерная химия // под. ред. А. М. Прохорова Физический энциклопедический словарь. в М.: «Советская энциклопедия», 1984. в С. 340-341.
в‘ Лазерное охлаждение и пленение нейтральных атомов. Институт спектроскопии РАН. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 6 августа 2009.
в‘ В. Саков Боевой 100-кВт лазер Northrop Grumman. Почти портативный. 3dnews.ru (21 марта 2009). Проверено 7 августа 2009.
в‘ Pae, Peter Northrop Advance Brings Era Of The Laser Gun Closer (англ.) // Los Angeles Times. в 2009-03-19. в С. B2.
в‘ Лазеры для хирургии и косметологии. Medlaser.ru. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 7 августа 2009.
в‘ А. В. Иевский, М. Ф. Стельмах Оптическая связь // под. ред. А. М. Прохорова Большая советская энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1977.

[править] Литература

Тарасов Л. В. Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения. в М.: Радио и связь, 1981. в 440 с.
Кондиленко И. И., Коротков П. А., Хижняк А. И. Физика лазеров. в Киев: Вища школа, 1984. в 232 с.
Звелто О. Принципы лазеров. в М.: Мир, 1990. в 559 с. в ISBN 5-03-001053-X
Бруннер В. Справочник по лазерной технике: Пер. с нем. в М.: Энергоатомиздат, 1991. в 544 с. в ISBN 5-283-02480-6
Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия под. ред. М. Е. Жаботинского. в М.: «Советская энциклопедия», 1969. в 500 с.
Тарасов Л. В. Лазеры. Действительность и надежды. в М.: Наука, 1985. в Т. 42. в 176 с. в (Библиотечка "Квант").
William T. Silfvast. Laser Fundamentals. в New York: Cambridge University Press, 1996. в ISBN 0-521-55617-1 (англ.)
К 50-летию создания лазеров (рус.) // УФН. в 2011. в Т. 181.

[править] Ссылки

Список статей, опубликованных в УФН по теме «Лазеры» (PACS: 42.55.-f Lasers)
Квантовый светоч: история одного из самых важных изобретений XX века в лазера
Лазерный портал
Образовательные материалы НГУ по лазерам и фотонике
Samв™s Laser FAQ: Практическое руководство по лазерам для экспериментаторов и любителей (частичный русский перевод)
Samв™s Laser FAQ: A Practical Guide to Lasers for Experimenters and Hobbyists (англ.)
Sources. Laser: Fundamentals (François BALEMBOIS в et Sébastien FORGET) (англ.)
Мощный лазер своими руками за один вечер
Из истории создания высокоэнергетических лазеров и лазерных систем в СССР, профессор, к.ф.м.н П. В. Зарубин, д.т. н. С. Д. Польских
Лазер на основе биологической клетки

[krugosvet-0] в‘ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ С. Транковский ЛАЗЕР (оптический квантовый генератор). Krugosvet.ru. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 июля 2009.

[1] в‘ Dirac P. A. M. (1927). "The Quantum Theory of the Emission and Absorption of Radiation". 114: 243265. (англ.)

[popmech-2] в‘ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ Алексей Левин Квантовый светоч: История одного из самых важных изобретений XX века лазера. Popmech.ru (1 июня 2006). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 июля 2009.

[3] в‘ Ivar Waller The Nobel Prize in Physics 1966: Presentation Speech (англ.). Elsevier Publishing Company (1972). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 20 июля 2009.

[4] в‘ Nikitas Чудесное изобретение XX века - Лазер. Lasers.org.ru (7 сентября 2008). Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 28 июля 2009.

[fundamentals-5] в‘ ¹ ² ³ François Balembois et Sébastien Forget Laser : Fundamentals // Some important dates (англ.). Prn1.univ-lemans.fr.(недоступная ссылка) Проверено 28 июля 2009.

[6] в‘ Maiman, T.H. (1960). «Stimulated optical radiation in ruby». Nature 187 (4736): 493494. DOI:10.1038/187493a0.

[7] в‘ Сивухин Д. В. Общий курс физики. Оптика. в М.: Наука, 1985. в Т. 4. в С. 704-706. в 735 с.

[small_encyclopaedia-8] в‘ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ А. Н. Ораевский Лазер // под. ред. М. Е. Жаботинского Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1969. в С. 89-118.

[9] в‘ Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс 3 - излучение, волны, кванты; 4 - кинетика, теплота, звук // Фейнмановские лекции по физике. в 3-е изд. в М.: Мир, 1976. в Т. 1. в С. 311-315. в 496 с.

[10] в‘ Einstein А. (1916). «Strahlungs-emission und -absorption nach der Quantentheorie». Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft 18: 318. (нем.)

[physical_encyclopaedia-11] в‘ ¹ ² ³ А. Н. Ораевский Лазер // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 2.

[12] в‘ François Balembois et Sébastien Forget Laser : Fundamentals // Spatial characteristics of the emitted laser beam (англ.). Prn1.univ-lemans.fr.(недоступная ссылка) Проверено 30 июля 2009.

[13] в‘ Редкин Ю. Н. Часть 5. Физика атома, твёрдого тела и атомного ядра // Курс общей физики. в Киров: ВятГГУ, 2006. в С. 57. в 152 с.

[ruby_laser-14] в‘ ¹ ² Сивухин Д. В. Общий курс физики. в Издание 2-е. в М.: Наука, 1985. в Т. IV. Оптика. в С. 714-721. в 735 с.

[sivuhin_principles-15] в‘ ¹ ² ³ Сивухин Д. В. Общий курс физики. в Издание 2-е. в М.: Наука, 1985. в Т. IV. Оптика. в С. 703-714. в 735 с.

[physical_dictionary-16] в‘ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ М. Е. Жаботинский Лазер (оптический квантовый генератор) // под. ред. А. М. Прохорова Физический энциклопедический словарь. в М.: «Советская энциклопедия», 1984. в С. 337-340.

[solid-state_laser-17] в‘ ¹ ² И. А. Щербаков Твердотельный лазер // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 5.

[18] в‘ А. В. Францессон Накачка // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 3.

[19] в‘ François Balembois et Sébastien Forget Laser : Fundamentals // Spectroscopic systems used to create a laser (англ.). Prn1.univ-lemans.fr.(недоступная ссылка) Проверено 28 июля 2009.

[20] в‘ Сивухин Д. В. Общий курс физики. Электричество. в М.: Наука, 1985. в Т. 3. в С. 624-627. в 713 с.

[21] в‘ François Balembois et Sébastien Forget Laser : Fundamentals // Operating conditions for the cavity (англ.). Prn1.univ-lemans.fr.(недоступная ссылка) Проверено 31 июля 2009.

[22] в‘ В. П. Быков Оптический резонатор // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 3.

[23] в‘ Елисеев П. Г. Полупроводниковый лазер // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 4.

[24] в‘ А. Н. Рубинов Лазеры на красителях // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 2.

[25] в‘ С. И. Яковленко Лазер с ядерной накачкой // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 2.

[26] в‘ Hecht, Jeff (May 2008). «The history of the x-ray laser». Optics and Photonics News (Optical Society of America) 19 (5): 2633. (англ.)

[27] в‘ United States Nuclear Tests 1945-1992 (англ.) (pdf). United States Department of Energy. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 16 августа 2009.

[28] в‘ Г. Г. Петраш Газовый лазер // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 1.

[29] в‘ А. С. Бирюков Газодинамический лазер // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 1.

[30] в‘ А. В. Елецкий Эксимерный лазер // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 5.

[31] в‘ А. В. Елецкий Химический лазер // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 5.

[32] в‘ В. Л. Братман, Н. С. Гинзбург Лазеры на свободных электронах // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 2.

[33] в‘ Faist, Jerome; Federico Capasso, Deborah L. Sivco, Carlo Sirtori, Albert L. Hutchinson, and Alfred Y. Cho (April 1994). «Quantum Cascade Laser» (abstract). Science 264 (5158): 553556. DOI:10.1126/science.264.5158.553. PMID 17732739. Проверено 2007-02-18. (англ.)

[34] в‘ Kazarinov, R.F; Suris, R.A. (April 1971). «Possibility of amplification of electromagnetic waves in a semiconductor with a superlattice». Fizika i Tekhnika Poluprovodnikov 5 (4): 797800. (англ.)

[35] в‘ А. В. Андреев Рентгеновский лазер // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 4.

[36] в‘ А. В. Андреев Гамма-лазер // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1988. в Т. 1.

[37] в‘ Charles H. Townes. The first laser // A Century of Nature: Twenty-One Discoveries that Changed Science and the World. в University of Chicago Press, 2003. в С. 107112. в ISBN 0-226-28413-1 (англ.)

[38] в‘ Лазерная резка и прошивка отверстий. Laser-reserv.ru. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 6 августа 2009.

[39] в‘ А. Найдёнов А что ещё можно сделать из натурального дерева с помощью лазера?. I-laser.ru (24 января 2008). Архивировано из первоисточника 24 января 2012. Проверено 7 августа 2009.

[40] в‘ Н. В. Карлов Лазерная химия // под. ред. А. М. Прохорова Физический энциклопедический словарь. в М.: «Советская энциклопедия», 1984. в С. 340-341.

[41] в‘ Лазерное охлаждение и пленение нейтральных атомов. Институт спектроскопии РАН. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 6 августа 2009.

[42] в‘ В. Саков Боевой 100-кВт лазер Northrop Grumman. Почти портативный. 3dnews.ru (21 марта 2009). Проверено 7 августа 2009.

[43] в‘ Pae, Peter Northrop Advance Brings Era Of The Laser Gun Closer (англ.) // Los Angeles Times. в 2009-03-19. в С. B2.

[44] в‘ Лазеры для хирургии и косметологии. Medlaser.ru. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 7 августа 2009.

[45] в‘ А. В. Иевский, М. Ф. Стельмах Оптическая связь // под. ред. А. М. Прохорова Большая советская энциклопедия. в М.: «Советская энциклопедия», 1977.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]

[29]

[30]

[31]

[32]

[33]

[34]

[35]

[36]

[37]

[38]

[39]

[40]

[41]

[42]

[43]

[44]

[45]

[46]

Лазер

Содержание

[править] Основные даты

[править] Принцип действия

[править] Устройство лазера

[править] Активная среда

[править] Система накачки

[править] Оптический резонатор

[править] Классификация лазеров

[править] Использование лазеров

[править] Фильмы

[править] См. также

[править] Примечания

[править] Литература

[править] Ссылки

Личные инструменты

Пространства имён

Варианты

Просмотры

Действия

Поиск

Навигация

Участие

Печать/экспорт

Инструменты

На других языках

	Портал «Физика»
	Лазер в Энциклословаре^?
	Лазер на Энциклоскладе^?