Лазеры и их применение
Скачать 187.78 Kb.
|
| Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования «Нижегородский политехнический колледж» 603094г.Нижний Новгород, ул.Ф.Энгельса,3 ФИЗИКА РЕФЕРАТ Тема: Лазеры и их применение. Специальность: «140448 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)» ВЫПОЛНИЛ:студент I курса Группа ЭО-105 Григорьев Иван Аалександрович 2014г. Содержание 1.Введение 2. Лазеры. 2.1 Устройство лазера. 2.2 Виды лазеров и их применение.. 3. Современные разработки в области лазерной техники. 3.1 Самый мощный в мире лазер. 3.2 Испытания боевого лазера. 3.3 Борьба лазеров с космическим мусором. 3.4 Борьба лазеров с астероидами. 3.5 Рекордный выстрел самого большого лазера. 3.6 Самый мощный в мире лазер. 3.7 Охлаждение материалов с помощью лазеров.. 3.8 Самый маленький лазер в мире. 4. Заключение. 1.Введение. Одной из важнейших задач, решаемой американскими и европейскими учеными в 19 веке - это возможность передачи энергии на расстояние, не используя при этом проводов. Эта технология имела многостороннее назначение. Во-первых, беспроводная передача энергии позволила бы сэкономить на строительстве линий электропередач. Во-вторых, возникала возможность передачи энергии из базового источника на объекты транспортной инфраструктуры: корабли, самолеты, автомобили и т.д. В-третьих, генерацией и передачей огромного количества энергии в одну конкретную точку на территории врага, можно было бы вызвать сильнейший взрыв. Эта технология стала бы основой создания грандиозного оружия, которое бы изменило всю тактику ведения войны. 2. Лазеры 2.1 Устройство лазера. Лазер — квантовый генератор, источник когерентного монохроматического электромагнитного излучения оптического диапазона. Обычно состоит из трёх основных элементов: источник энергии (механизм «накачки» лазера), рабочее тело лазера, система зеркал («оптический резонатор»). Устройство лазера  Источник накачки подаёт энергию в систему. В его качестве могут выступать: электрический разрядник, импульсная лампа, дуговая лампа, другой лазер, химическая реакция, взрывчатое вещество. Тип используемого устройства накачки напрямую зависит от используемого рабочего тела, а также определяет способ подвода энергии к системе Рабочее тело является основным определяющим фактором рабочей длины волны, а также остальных свойств лазера. Существует большое количество различных рабочих тел, на основе которых можно построить лазер. Рабочее тело подвергается «накачке», чтобы получить эффект инверсии электронных населённостей, что вызывает вынужденное излучение фотонов и эффект оптического усиления. В лазерах используются следующие рабочие тела:
Оптический резонатор, простейшей формой которого являются два параллельных зеркала, находится вокруг рабочего тела лазера. Вынужденное излучение рабочего тела отражается зеркалами обратно и опять усиливается. Волна может отражаться многократно до момента выхода наружу. В более сложных лазерах применяются четыре и более зеркал, образующих резонатор. Качество изготовления и установки этих зеркал является определяющим для качества полученной лазерной системы. Как правило, в твердотельных лазерах зеркала формируются на полированных торцах активного элемента. В газовых лазерах и лазерах на красителях — на торцах колбы с рабочим телом. Для выхода излучения одно из зеркал делается полупрозрачным. Также в лазерной системе могут монтироваться дополнительные устройства для получения различных эффектов, такие как поворачивающиеся зеркала, модуляторы, фильтры и поглотители. Их применение позволяет менять параметры излучения лазера, например, длину волны, длительность импульсов и т. д.
2.2.1 Газовые лазеры (Аргоновый, криптоновый, ксеноновый, азотный, лазер на фтористом водороде, лазер на кислороде и иоде, углекислотный лазер) Применение: Интерферометрия, голография, спектроскопия, считывание штрих-кодов, демонстрация оптических эффектов. Лечение сетчатки глаза, литография, накачка других лазеров. Накачка лазеров на красителях, исследование загрязнения атмосферы, научные исследования, учебные лазеры. Лазерные вооружения. Лазерный термоядерный синтез. Обработка материалов (резка, сварка), хирургия. Обработка материалов (гравировка, сварка и т. д.), фотоакустическая спектроскопия. Ультрафиолетовая литография в полупроводниковой промышленности, лазерная хирургия, коррекция зрения. 2.2.2 Лазеры на красителях Применение: научные исследования, спектроскопия, косметическая хирургия, разделение изотопов. Рабочий диапазон определяется типом красителя. 2.2.3 Лазеры на пара́х металлов (гелий-кадмиевый, гелий-ртутный, гелий-селеновый лазер на парах металлов, лазер на парах меди, золота) Применение: Полиграфия, УФ детекторы валюты, научные исследования. Археология, научные исследования, учебные лазеры. Дерматология, скоростная фотография, накачка лазеров на красителях. 2.2.4 Твердотельные лазеры(Рубиновый, алюмо-иттриевый, лазер на фториде иттрия-лития с легированием неодимом, лазер на ванадате иттрия, лазер на неодимовом стекле, титан-сапфировый лазер, алюмо-иттриевые лазеры, лазер на александрите с легированием хромом) Применение: голография, удаление татуировок, , лазерные дальномеры, лазерные целеуказатели, лазерные радары, научные исследования, накачка других лазеров, спектроскопия, мультифотонная микроскопия,медицина, дерматология, косметология, хирургия , оптические усилители в волоконно-оптических линиях связи, обработка металлов (резка, сварка, гравировка), термораскалывание стекла. 2.2.5 Полупроводниковые лазеры Применение: телекоммуникации, голография, лазерные целеуказатели лазерные принтеры, накачка лазеров других типов. AlGaAs-лазеры (алюминий-арсенид-галлиевые), работающие в диапазоне 780 нм используются в проигрывателях компакт-дисков и являются самыми распространёнными в мире. 3. Современные разработки в области лазерной техники. Сегодня лазерные технологии прочно обосновались в нашей жизни. Наиболее серьезные помогают решать сложнейшие научные и экономические задачи. Несколько лет назад в ОКБ лазерной техники ИТПМ СО РАН заработал цех по лазерной резке. Здесь установлен уникальный аппарат, по своим техническим характеристикам и возможностям единственный в России. Его уникальность состоит в том, что он способен резать сталь до 50 мм. Раньше считалось, что такая толщина лазеру не под силу. За считанные секунды установка вырезает деталь сложной формы с высокой степенью точности. Кроме резки аппарат приспособлен для операций по упрочнению поверхностей режущих инструментов. После такого упрочнения эффективность этих инструментов вырастает в разы. Разработанный новосибирскими учеными автоматизированный комплекс для лазерной резки, сварки и обработки поверхности пока выпускается только на базе опытного завода института СО РАН скромными партиями — 2-3 установки в год. В лаборатории физики лазеров сверхкоротких импульсов ИЛФ СО РАН ученые задались более глобальной задачей — созданием сверхмощных лазеров для получения экстремальных световых полей, благодаря которым у ученых появится шанс смоделировать космическое пространство. Сегодня реальный шанс узнать, как образовалась Вселенная, есть благодаря опытам на Большом адронном коллайдере. Если сфокусировать в вакууме сверхмощное излучение и заставить его «вскипеть», из света появится материя. Из более «земных» приложений мощные фемтосекундные лазеры широко используют в лидарах — высокочувствительных лазерных локаторах, зондирующих атмосферу и любую нужную среду на расстояниях от сотен метров до сотен километров. Несомненно, наука о лазерной физике — не только самая молодая, но и одна из самых прогрессивных, с большим заделом на будущее. 3.1.Самый мощный в мире лазер. Самый мощный в мире лазер, зажигающий на Земле звезды Сб, 13/08/2011 - 14:23  Установка National Ignition Facility, на сооружение которой была затрачена сумма в 3.5 миллиарда долларов, является самым мощным лазером в мире на сегодняшний день. Такую рекордную мощность ей обеспечивают лучи 192 лазеров, которые фокусируются в одной точке пространства на мишени, изготовленной из замороженного термоядерного топлива. "Лазерная система NIF уже сейчас вырабатывает в 25 раз больше энергии, чем любая другая система на земном шаре" - рассказывает Эд Моусес (Ed Moses), директор NIF. Все 192 лазера, лучи которых направлены в одну точку, размещены в строении, высотой с 10-этажное здание, а сопутствующая инфраструктура, включающая в себя системы управления, контроля и силовые системы, располагается в здании, выстроенном вокруг реактора, которое занимает площадь, сопоставимую с площадью трех футбольных полей. Суммарная энергия лучей света лазеров NIF составляет порядка одного мегаджоуля, а длительность светового импульса равна 25 миллиардным частям секунды. Такого количества энергии, сконцентрированного в одной точке достаточно для того, что бы испарить мишень из термоядерного топлива, нагреть ее до температуры порядка ста миллионов градусов. При этом создается давление, сопоставимое с давлением в центре звезды. В таких условиях становится возможным инициирование реакции термоядерного синтеза, а выделившаяся от этого энергия во много раз превышает энергию, затраченную на "поджог" этой реакции. 3.2 Испытания боевого лазера. Американские военные провели испытания боевого лазера Пнд, 08/09/2014 - 01:14  Компания Boeing и американская армия провели полевые испытания лазерной боевой системы, предназначенной для поражения летательных аппаратов противника. Система носит название HEL MD (High Energy Laser Mobile Demonstrator) и использует излучатель мощностью 10 киловатт. При проведении стрельб был сбито более 150 воздушных целей, в том числе БПЛА и минометных снарядов. На эффективность работы оружия влиял ветер и туман. Представитель компании Boeing подчеркнул, что использование HEL MD значительно дешевле традиционных типов оружия, так как затраты в основном приходятся на топливо для грузовика, который доставляет систему к месту дислокации. В планах инженеров — создание более мощного энергетического оружия (50—60 киловатт, а затем 100 киловатт), способного поражать цели на больших дистанциях и за менее продолжительное время. 3.3 Борьба лазеров с космическим мусором Австралия будет бороться с космическим мусором при помощи лазера Пнд, 17/03/2014 - 13:50  Правительство Австралии разрабатывает оружие против облаков космического хлама, окружающего нашу планету, чтобы избежать катастроф, показанных в голливудском хите «Гравитация». Ученые работают над лазерной пушкой, которая будет отслеживать космический мусор и выталкивать его с орбиты, чтобы сжечь в атмосфере Земли, пишет NewScientist.com. Отдаленная Австралия зависима от спутниковой связи и телевидения более, чем другие регионы, поэтому правительство уделяет проблеме защиты спутников особенное внимание. Известно, что космический мусор очень опасен для летательных аппаратов – от спутников до космических станций и шаттлов. Когда частицы мусора сталкиваются друг с другом, они раскалываются на более мелкие обломки, которые двигаются с большей скоростью. Их намного сложнее уничтожить с Земли. Работу нового научного центра в Канберре государство оплатит 20 миллионами австралийских долларов. сотрудники центра будут отслеживать самые массивные объекты из мусорного кольца и изучать их орбиты. Впоследствии система лазеров, установленная на земле, будет выталкивать мусор с орбиты и заставлять его отдаться на волю земного притяжения. 3.4 Борьба лазеров с астероидами. Для борьбы с астероидами американские исследователи придумали гигантский космический лазер  Ср, 24/07/2013 - 21:38 Космическая система DE-STAR спроектирована испарять или отклонять от курса угрожающие Земле астероиды. И это не научная фантастика – эта технология может работать на практике. Система DE-STAR выглядит как раскрытая книга, с лазерами на одной половине, и фотоэлектрической панелью для получения энергии от Солнца на другой. Синхронизируя лазерные лучи, можно получить фазированный поток, который создаёт вполне впечатляющий 70-гигаваттный результирующий луч. Вот как это работает: Система управления, находящаяся на борту аппарата, принимает приказы, какую цель ей следует атаковать. Затем лазерный луч создаёт пятно около 30 метров в диаметре на астероиде, который находится на таком же расстоянии от спутника, на каком мы находимся от Солнца. Этот луч поднимает поверхностную температуру астероида до нескольких тысяч градусов Цельсия – этого достаточно, чтобы испарить любое известное вещество. Меньше чем за час, DE-STAR способна испарить астероид такого размера, который взорвался над Россией зимой этого года – если его приближение будет вовремя замечено. Плюс к этому, испаряясь, вещество астероида создаёт импульс в обратном направлении, сравнимый с ракетным ускорителем космического шаттла. Это означает, что с помощью более коротких лазерных импульсов астероид можно отклонить от курса, вместо того, чтобы его сжигать. DE-STAR также может питать энергией что-либо, находящееся на Земле или в космосе. С его помощью можно послать вырабатываемую им энергию в любую точку – но не через лазер, а через микроволновое излучение. Также его луч может использоваться, чтобы непосредственно двигать какое-либо космическое судно. Но вот главная сложность этой технологии: для полного испарения астероида, каждый разворот «книги» должен иметь длину в 10 километров. Нам никогда не приходилось строить конструкции такого размера в космосе, однако при достаточной концентрации общественных усилий, это возможно в течение ближайших 50 лет. А поскольку система является полностью модульной, то можно начать с гораздо меньших масштабов. Например, книжка размером метр на метр способна сварить ваш обед с расстояния в 1000 километров. 3.5 Рекордный выстрел самого большого лазера. Самый большой лазер в мире произвел рекордный выстрел Сб, 24/03/2012 - 17:59  National Ignition Facility (NIF), самый мощный лазер в мире, произвел рекордный по силе "выстрел". Запланированная мощность лазера составляет 1,8 мегаджоуля. Однако инженерам удалось объединить 192 пучка лазеров, которые, работая в унисон, обеспечивая мощность выстрела в 1,875 мегаджоулей. Мощность энергии "выстрела" в тысячу раз больше той, что потребляется в минуту всеми Штатами. Рекордный "выстрел" был сделан 15 марта 2012 года.. В результате этого эксперимента, лазер, расположенный в Ливерморской национальной лаборатории имеет теперь возможность создавать почти в 100 раз больше энергии, чем любой другой, имеющийся в настоящее время в эксплуатации. Новое достижение совпадает с третьей годовщиной запуска этого проекта, который произошел в марте 2009 года, когда прошла первая операция по достижению силы выстрела в 1 МДж. С тех пор ученые увеличивали силу энергии около 1 кДж каждый день в течение трех лет, что привело к такому достижению. 3.6 Самый мощный в мире лазер. В России построят самый мощный в мире лазер стоимостью $1,5 млрд  Рядом с технопарком «Саров» в России хотят построить самую мощную в мире лазерную установку двойного назначения. Об этом, как сообщает «РИА Новости», рассказал руководитель Российского федерального ядерного центра Ильдар Илькаев. Стоимость реализации проекта оценивается в 45 млрд рублей (около $1,5 млрд). Строить лазер будут около 10 лет, длина установки составит 360 метров, а высотой она будет с 10-этажный дом. «Руководство страны приняло решение о создании крупнейшей лазерной установки... Подобная лазерная установка есть у США, они ее уже построили. И французы заканчивают строительство. Мы делаем это позже, потому что она стоит очень дорого, но она будет лучшая в мире», — отметил Ильдар Илькаев. По его словам, мощность лазера составит 2,8 мегаджоуля, в то время как американский и французский образцы имеют мощность около 2 мегаджоулей. «С одной стороны, это оборонная составляющая, поскольку физика высоких плотностей энергии, физика плотной горячей плазмы наиболее продуктивно изучается на установках. Все это используется для разработки термоядерного оружия. С другой стороны — энергетическая составляющая. Сейчас многие физики в мире высказывают идеи, что лазерный термоядерный синтез может пригодиться для создания энергетики будущего», — рассказал ученый о задачах лазера. 3.7 Охлаждение материалов с помощью лазеров. Ученые научились охлаждать материалы при помощи лазера  Втр, 24/01/2012 - 22:18 В большинстве случаев лазер разогревает поверхности, однако не тогда, когда он работает в особенных условиях, говорят в Университете Нильса Бора в Копенгагене, где смогли при помощи лазера охладить полупроводниковую мембрану до минус 269 градусов. О своем достижении ученые сегодня сообщают в последнем номере научного журнала Nature Physics. По их словам, секрет "охлаждающего" лазера заключается в ряде квантовых феноменов, точнее того, как они проявляются в макромире. Известно, что сфокусированные лазерные лучи применялись для охлаждения атомов еще в 1980х годах, однако до сих пор этот эффект работал только на атомном уровне. Однако специалисты из Копенгагена решили спроецировать его и на макроуровне. "Возможность охлаждать материалы при помощи лазера означает совершенно новые возможности в такой области, как оптомеханика, описывающая взаимодействие оптического излучения и механического движения", - говорит Юджин Полцик, один из авторов эксперимента. Как оказалось, спроецировать феномен в макромасштабе не так уж сложно: если атом движется по направлению к лучу, то излучение способно снизить момент движения практически до нуля, снижая энергию и, как следствие, температуру. Однако здесь есть проблема: метод работает только если атом движется к лазеру, но не от него. В противном случае луч только еще больше разгоняет его и нагревает. Однако физики уже научились проводить "лазерное охлаждение" миллиметровых полупроводниковых мембран из арсенида галлия, широко применяемого в производстве микрочипов. Здесь мембраны, проводящие электрический ток, охлаждаются как на атомном, так и на макроуровне. В перспективе специалисты говорят о создании систем для охлаждения узлов в квантовых компьютерах, а также в электрических и механических датчиках, которые должны работать не выше определенной температуры. 3.8 Самый маленький лазер в мире. Самый маленький лазер в мире 22.03.2012 20:11  Немецкими физиками был разработан новый тип лазера, который выходит за ранее известные границы возможного. Безусловно, на сегодняшний день в мире науки он является самым маленьким лазером с электрической накачкой, и, в скором времени, он сможет произвести настоящую революцию в технологии производства чипов. От возникновения идеи его создания и до реального воплощения в реальность прошло более полутора лет. Все это время, Кристоф Вальтер, являющийся аспирантом группы квантовой оптоэлектроники в Университете «ETH Zurich», дни и ночи напролет проводил в лаборатории FIRST. Именно там этот гениальный молодой ученый смог создать идеальные условия, для установления нового рекорда в лазерной технике. Совместно с четырьмя коллегами по институту физик разработал и собрал самый маленький на сегодняшний день в мире лазер. Длина этого уникального прибора составляет всего 30 микрометров, что равняется 30-ти миллионных долей от метра, высота его составила - 8 микрон, а длина волны сверх маленького лазера равна - 200 мкм. Эти показатели делают лазер значительно меньшим, чем излучаемая им длина волны света. Фактически, лазер не может быть меньше, чем длина излучаемой им волны, поскольку световые волны в обычных лазерах заставляют множественно колебаться оптический резонатор, по аналогии со звуковыми волнами. Работая, таким образом, волны света в основном «путешествуют» между двумя зеркалами туда и обратно. И работает этакий принцип, только если только размер зеркала больше, чем сама длина волны лазера. Соответственно, нормальный лазер имеет ограниченные возможности с точки зрения своего размера. 4.Заключение Американцы всегда стремились защититься от действия вражеских ракет. Программа создания противоракетной обороны (ПРО) предполагает размещение лазеров на спутниках и самолетах Лазер монтируется на основной палубе самолета на двух титановых панелях. Лазерный луч проходит по специальной трубе к носовой турели. Луч фокусируется полутораметровым зеркалом, сектор обзора составляет 120°. Но российские специалисты не отстали от своих американских коллег. Работы по созданию боевых лазеров продолжаются практически во всех странах, Россия должна быть готова к принятию ответных мер. Следовательно, отечественные разработчики должны создавать не только лазерные системы атаки, но и устройства защиты от лазерных боевых систем противника. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Радиофизический факультет Дисциплины 02 «Полупроводниковые лазеры в оптической связи и измерительных системах» |  | Домашнее задание по химии ноябрь –декабрь 2013 г. Учитель Леонова Н. А Рефераты на выбор: «Соединения щелочных и щелочно-земельных металлов и их применение», «Соединения алюминия, их применение», «Соединения... |
| Реферат по дисциплине: Физика на тему: «лазеры» С помощью лазерного излучения уже удалось достичь самых высоких значений температуры, давления, индукции магнитного поля. Наконец,... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Обучение искусству маскировки, обход систем защиты любой сложности. Сложные испытания, лазеры, системы спасения, чудодейственные... |
| Ковариация и ее применение в финансовом деле В настоящей заметке вводится понятие ковариации между двумя переменными и его применение для управления портфелем активов. Эта задача... | | «Применение векторно-координатного способа при нахождении угла между плоскостями» Разработка системы уроков повторения, направленных на подготовку к егэ по математике по теме: «Применение различных методов нахождения... |
| Урок алгебры в 9 классе Тема. Комбинаторные задачи Образовательная. Формирование представления учащихся о комбинаторных задачах, применение способов решения комбинаторных задач перебором... | | Применение игровых технологий на урок Применение игровых технологий на уроках биологии как средство активизации познавательной деятельности учащихся |
| Применение в педиатрии димефосфон применение в педиатрии Омский институт водного транспорта (филиал) фбоу впо «Новосибирская государственная академия водного транспорта» | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель: развитие познавательной активности учащихся, применение знаний, полученных на уроках в игровой ситуации, применение теоретических... |
| План урока Тема урока: Контрольная работа по Microsoft Цель урока: контроль умений и навыков, их применение в стандартных условиях, творческое применение знаний, умений и навыков | | Применение ит в формировании современного лица Реферат на тему «применение ит в формировании современного «лица» белорусских печатных сми» 4 |
| ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ПОДГОТОВКЕ К Экзаменам ДОКЛАД “ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ПОДГОТОВКЕ К ЕГЭ ФИЗИКЕ” Подготовил учитель физики Кюкяйской СОШ | | Урок физики в 10 классе по теме: (слайд №1) Обучающие: закрепить знания, умения, навыки решения задач на применение законов Ньютона, когда на тело действуют две и более сил;... |
| Применение икт на уроках английского языка для повышения мотивации обучающихся Применение новых информационно-коммуникационных технологий в учебном процессе, позволяет направить интеллектуальный потенциал учащихся... | | Программа профессионального модуля пм. 07 «Применение информационных... ПМ. 07 "Применение информационных технологий в профессиональной деятельности" разработана на основе Федерального государственного... |
