«Управления и экономики высоких технологий»
Скачать 120.55 Kb.
|
ОглавлениеЧто такое лазер? 3 Принцип работы и история изобретения 4 Классификация лазеров 4 Применение лазеров 5 Заключение 12 Источники 13 Что такое лазер? Ла́зер (англ. LASER — Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, «Усиление света с помощью вынужденного излучения») — устройство, использующее квантовомеханический эффект вынужденного (стимулированного) излучения для создания когерентного потока света. Луч лазера может быть непрерывным, с постоянной амплитудой, или импульсным, достигающим экстремально больших пиковых мощностей. Во многих конструкциях рабочий элемент лазера используется в качестве оптического усилителя для излучения от другого источника. Усиленный сигнал очень точно совпадает с исходным по длине волны, фазе и поляризации, что очень важно в устройствах оптической связи. Некоторые типы лазеров, например жидкостные лазеры на растворах красителей или полихроматические твердотельные лазеры, могут генерировать целый набор частот (мод оптического резонатора) в широком спектральном диапазоне; это свойство делает возможной генерацию сверхкоротких импульсов порядка нескольких фемтосекунд (10−15 с) с помощью синхронизации мод.  Рис.1 Принцип работы и история изобретения Первый работающий лазер был сделан Теодором Майманом в 1960 году в исследовательской лаборатории компании Хьюза (Hughes Aircraft), которая находилась в Малибу, штат Калифорния с привлечением групп Таунса из Колумбийского Университета и Шалоу из компании Bell laboratories. Майман использовал рубиновый стержень с импульсной накачкой, который давал красное излучение с длиной волны 694 нанометра. Примерно в то же время иранский физик Али Яван представил газовый лазер. Позднее за свою работу он получил премию имени Альберта Эйнштейна. Основная идея работы лазера заключается в инверсии электронной населённости путём «накачки» рабочего тела, подводя к нему энергию, например в виде световых или электрических импульсов. Рабочее тело помещается в оптический резонатор, при циркуляции волны в котором её энергия экспоненциально возрастает благодаря механизму вынужденного излучения. При этом энергия накачки должна превышать определённый порог, иначе потери в резонаторе будут превышать усиление и выходная мощность будет крайне мала. Классификация лазеров Газовые лазеры - Гелий-неоновые лазеры (HeNe) (543 нм, 632,8 нм, 1,15 нм, 3,39 нм) - Аргоновые лазеры (458 нм, 488 нм или 514,5 нм) - Лазеры на углекислом газе (9,6 мкм и 10,6 мкм) используются в промышленности для резки и сварки материалов, имеют мощность до 100 кВт - Лазеры на монооксиде углерода. Требуют дополнительного охлаждения, однако имеют большую мощность — до 500 кВт - Эксимерные газовые лазеры, дающие ультрафиолетовое излучение. Используются при производстве микросхем(фотолитография) и в установках коррекции зрения. F2 (157 нм), ArF (193 нм), KrCl (222 нм), KrF (248 нм), XeCl (308 нм), XeF (351 нм) Применение лазеров С самого момента разработки лазер называли устройством, которое само ищет решаемые задачи. Лазеры нашли применение в самых различных областях — от коррекции зрения до управления транспортными средствами, от космических полётов до термоядерного синтеза. Лазер стал одним из самых значимых изобретений XX века. Исключительно широкое использование лазеров в науке и промышленности объясняется их уникальными свойствами — когерентностью, монохроматичностью и возможностью достижения высочайшей плотности мощности излучения. Например, когерентность лазерного луча позволяет сфокусировать его в точку, практически совпадающую по размеру с дифракционным пределом, который для видимого спектра составляет всего несколько сотен нанометров. Это позволяет лазерным записывающим устройствам хранить гигабайты информации на оптических дисках, например, формата DVD. Хорошо сфокусированный луч позволяет достичь громадной плотности излучения, достаточной для резки, плавления и даже испарения самых тугоплавких материалов. К примеру, лазер на алюмо-иттриевом гранате с неодимовым легированием в режиме удвоения частоты работает на длине волны 532 нм (зелёный участок спектра) и при мощности всего 10 Ватт позволяет достичь энергий порядка нескольких мегаватт на квадратный сантиметр. В реальности, конечно, сфокусировать луч до пределов дифракции крайне сложно. Спектроскопия Современные источники лазерного излучения дают в руки экспериментаторов монохроматический свет с практически любой желаемой длиной волны. В зависимости от поставленной задачи это может быть как непрерывное излучение с чрезвычайно узким спектром, так и ультракороткие импульсы длительностью вплоть до сотен аттосекунд (1 ас = 10−18 секунды). Высокая энергия, запасенная в этих импульсах, может быть сфокусирована на исследуемый образец в пятно, сравнимое по размерам с длиной волны, что дает возможность исследовать различные нелинейные оптические эффекты. С помощью перестройки по частоте осуществляются спектроскопические исследоваения этих эффектов, а управление поляризацией лазерного излучения позволяет проводить когерентный контроль исследуемых процессов. Измерение расстояния до Луны Во время полётов на Луну пилотируемыми и беспилотными аппаратами, на её поверхность было доставлено несколько специальных уголковых отражателей. С Земли при помощи телескопа посылали специально сфокусированный лазерный луч и измеряли время, которое он затрачивает на путь до лунной поверхности и обратно. Основываясь на значении скорости света (которое, кстати, специально для этих исследований пришлось отдельно измерять с большой точностью), стало возможным рассчитать расстояние до Луны. Сегодня параметры орбиты Луны известны с точностью до нескольких сантиметров. Создание искусственных опорных звезд Применение методов адаптивной оптики в наземных телескопах позволяет существенно повысить качество изображения астрономических объектов путем измерения и компенсации оптических искажений атмосферы. Для этого, в сторону наблюдения направляется мощный луч лазера. Излучение лазера рассеивается в верхних слоях атмосферы, создавая видимый с поверхности земли опорный источник света — искусственную звезду. Свет от нее, прошедший на обратном пути к земле через слои атмосферы, содержит информацию об оптических искажениях, имеющих место в данный момент времени. Измеренные таким образом атмосферные искажения компенсируются специальным корректором. Например, деформируемым зеркалом. Фотохимия Некоторые типы лазеров могут производить сверхкороткие световые импульсы, измеряемые пико- и фемтосекундами (10−12 — 10−15 с). Такие импульсы можно применять для запуска и анализа химических реакций. Сверхкороткие импульсы могут использоваться для исследования химических реакций с высокой разрешающей способностью по времени, позволяя достоверно выделять короткоживущие соединения. Манипуляция поляризацией импульса позволяет селективно выбирать направление химической реакции из нескольких возможных (когерентный контроль). Такие методы находят своё применение в биохимии, где с их помощью исследуют образование и работу белков. Лазерное намагничивание Сверхкороткие лазерные импульсы используются для сверхбыстрого управления магнитным состоянием среды, что является в настоящее время предметом интенсивных исследований. Уже открыто множество оптико-магнитных явлений, таких, как сверхбыстрое размагничивание за 200 фемтосекунд (2*10−13 с), тепловое перемагничивание светом и нетепловое оптическое управление намагниченностью с помощью поляризации света. Лазерное охлаждение Первые опыты по лазерному охлаждению были проведены с ионами в ионных ловушках, ионы удерживались в пространстве ловушки с помощью электрического поля и/или магнитного поля. Эти ионы освещались лазерным пучком, и благодаря неупругому взаимодействию с фотонами теряли энергию после каждого соударения. Этот эффект используется для достижения сверхнизких температур. В дальнейшем, в процессе совершенствования лазеров, нашли и другие методы, такие как антистоксово охлаждение твёрдых тел — наиболее практичный метод лазерного охлаждения на сегодня. Этот метод основан на том, что возбуждается атом не с основного электронного состояния, а с колебательных уровней этого состояния (с чуть большей энергией чем энергия основного состояния) на колебательные уровни возбуждённого состояния (с энергией чуть меньше чем энергия этого возбуждённого состояния). Далее атом безызлучательным образом переходит на возбуждённый уровень (поглощая фононы) и испускает фотон при переходе с возбуждённого электронного уровня на основной (этот фотон обладает большей энергией чем фотон накачки). Атом поглощает фонон и цикл повторяется. Уже существуют системы, способные охлаждать кристалл от азотных до гелиевых температур. Этот метод охлаждения идеален для космических аппаратов, где нет возможности ставить традиционную систему охлаждения. Лазерная терапия – медицина будущего У спешное лечение лазерной терапией применяется практически при всех болезнях, заявили на научной конференции, посвященной применению лазеров в медицине. Достижения лазерного излучения трудно переоценить - более 100 методик лазерного лечения дали положительный результат, на данный момент опубликовано более 2500 работ с описанием позитивных эффектов лазерной терапии, из 370 исследований по применению лазеров в стоматологии в 90 % случаев наблюдается положительный результат. Лазерная хирургия Свойством лазерного луча сверлить и сваривать различные материалы заинтересовались не только инженеры, но и медики. Они решили использовать его в качестве скальпеля. По сравнению с обычным такой скальпель обладает целым рядом достоинств: во-первых, лазерный скальпель отличается постоянством режущих свойств, надежностью в работе; во-вторых, лазерный луч рассекает ткань на расстоянии, не оказывая на нее какого-либо механического давления; в-третьих, лазерный скальпель имеет абсолютную стерильность, поскольку с тканью взаимодействует только излучение, причем в области рассечения возникает высокая температура; в-четвертых, лазерный луч производит почти бескровный разрез, поскольку с рассечением тканей коагулируют края раны, как бы “заваривая” мелкие сосуды; в-пятых, лазерный луч позволяет хирургу хорошо видеть оперируемый участок, в то время как скальпель загораживает рабочее поле. Кроме того, рана от лазерного скальпеля (как показали клинические наблюдения) почти не болит и относительно скоро заживляется. Все это привело к тому. Что лазерный скальпель был применен на внутренних органах грудной и брюшной полостей. Им делают операции на желудке, делают кожно- пластические операции. Широко используют в офтальмологии при лечении глазных болезней. Исторически сложилось так, что окулисты первые обратили внимание на возможность использования лазера и внедрили его в клиническую практику. Практическое применение лазеров в хирургии началось в СССР в 1966 году в институте имени А. В. Вишневского. Лазерный скальпель был применен в операциях на внутренних органах грудной и брюшной полостей. В настоящее время лазерным лучом делают кожно-пластические операции, операции пищевода, желудка, кишечника, почек, печени, селезенки и других органов. Очень заманчиво проведение операций с использованием лазера на органах, содержащих большое количество кровеносных сосудов, например, на сердце, печени. Лазер в офтальмологииВ настоящее время интенсивно развивается новое направление в медицине - лазерная микрохирургия глаза. Исследования в этой области ведутся в Одесском Институте глазных болезней имени В. П. Филатова, в Московском НИИ микрохирургии глаза и во многих других “глазных центрах” стран содружества Первое применение лазеров в офтальмологии было связано с лечением отслоения сетчатки. Внутрь глаза через зрачок посылаются световые импульсы от рубинового лазера (энергия импульса 0,01 - 0,1 Дж, длительность порядка - 0,1 с.) Они свободно проникают сквозь прозрачное стекловидное тело и поглощаются сетчаткой. Фокусируя излучение на отслоившемся участке, последнюю “приваривают” к глазному дну за счет коагуляции. Операция проходит быстро и совершенно безболезненно. Вообще, из наиболее серьезных заболеваний глаза, приводящих к слепоте, выделяют пять. Это глаукома, катаракта, отслоение сетчатки, диабетическая ретинопатия и злокачественная опухоль. Сегодня все эти заболевания успешно лечатся при помощи лазеров, причем только для лечения опухолей разработано и используется три метода:
Лазеры в военном деле Применение лазеров в военном деле К настоящему времени сложились основные направления, по которым идет внедрение лазерной техники в военное дело. Этими направлениями являются: 1.Лазерная локация (наземная, бортовая, подводная). 2. Лазерная связь. 3. Лазерные навигационные системы. 4. Лазерное оружие. 5. Лазерные системы ПРО и ПКО, создаваемая в рамках стратегической оборонной инициативы – СОИ. Рис.2 Лазер, способный сбивать самолеты  Лазеры в быту
Заключение Лазеры решительно и притом широким фронтом вторгаются в нашу действительность. Они необычайно расширили наши возможности в самых различных областях - обработке металлов, медицине, измерении, контроле, физических, химических и биологических исследованиях. Уже сегодня лазерный луч овладел множеством полезных и интересных профессий. Во многих случаях использование лазерного луча позволяет получить уникальные результаты. Можно не сомневаться, что в будущем луч лазера подарит нам новые возможности, представляющиеся сегодня фантастическими. Мы уже начали привыкать, что “лазер все может”. Подчас это мешает трезво оценить реальные возможности лазерной техники на современном этапе ее развития. Неудивительно, что чрезмерные восторги по поводу возможностей лазера иногда сменяются некоторым охлаждением к нему. Все это, однако, не может замаскировать основной факт - с изобретением лазера человечество получило в свое распоряжение качественно новый, в высокой степени универсальный, очень эффективный инструмент для повседневной, производственной и научной деятельности. С годами этот инструмент будет все более совершенствоваться, а вместе с этим будет непрерывно расширяться и область применения лазеров. Источники http://susanna.ucoz.ru/index/0-9 - 2010 http://www.oncohelp.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=29&Itemid=36 - 2010 http://ria-stk.ru/mi/adetail.php?ID=42816 - 2010 http://www.lsystems.ru/ - 2011 http://audialist.shalala.ru/blog/view/13079/ - 2011 02.03.2011 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | А. И. Фоменко преступнления в сфере экономики и высоких технологий Учебно–методический комплекс по курсу «Преступления в сфере экономики и высоких технологий» подготовлены в соответствии с требованиями... |  | «Управления и экономики высоких технологий» Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Рабочая программа по дисциплине философия Для образовательной программы... Для образовательной программы по направлению 220701. 65 Менеджмент высоких технологий | | Комплект контрольно-оценочных средств по учебной дисциплине Гбоу спо «Московский областной колледж информационных технологий, экономики и управления» мо |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Век век высоких компьютерных технологий. Бурное развитие информационных технологий и внедрение их в нашей стране наложили отпечаток... | | Санкт-Петербургский колледж управления и экономики «Александровский... Включает 30 задания (А1-А30). К каждому заданию дается 4 ответа, один из которых правильный |
| Планы семинарских занятий по курсу макроэкономика ч. П. для студентов... Данное методическое пособие составлено в помощь студентам 1 курса факультета экономики и управления ргу нефти и газа им. И. М. Губкина,... | | Совершенствование процесса управления развитием малого бизнеса на... Диссертация выполнена на кафедре менеджмента и государственного и муниципального управления Таганрогского института управления и... |
| Международная научно-практическая конференция, посвящённая вопросам... Рязанского института экономики ноу впо санкт-Петербургского университета управления и экономики | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Как показывает практика, достижению высоких результатов способствует использование современных педагогических технологий. Выбор технологий... |
| Положение организация учебного процесса по рейтинговой системе пл 3 03-052 Положение является составной частью документации смк ростовского международного института экономики и управления (далее – Институт)... | | Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» Тюменской области «Тюменская государственная академия мировой экономики, управления и права» |
| Тема инновационного педагогического опыта «Защитные действия в волейболе... Сегодня спортивная отрасль испытывает острый дефицит передовых технологий в сфере управления, экономики, информатизации, пропаганды,... | | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение... Программа утверждена Решением Ученого Совета (Факультет инноваций и высоких технологий) |
| Библиографический указатель трудов преподавателей и сотрудников Санкт-Петербургской... Петербургской академии управления и экономики. 1990-2010 гг. (из фондов Библиотеки академии) / С. Петерб акад упр и экон.; сост.... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине гсэ. В этническая история россии Хацевич р. В., к ф н., доцент, декан факультета менеджмента Мурманского института экономики спб академии управления и экономики |
