Лазеры и голография. Фантастический мир оптики.

8

Анатолий

другие темы автора »

7 августа 2013 в 21:00 — 278187 просмотров — 8 комментариев

Оптика — метки: лазер, луч, голограмма, голографическое изображение, физика света, лазер в технике

Открываю новый цикл статей посвященных исследованиям в области лазерной техники и голографии.

Первый раз я познакомился с лазером на ВДНХ в павильоне "Физика" когда мне было лет 15.
А с голограмой в американском журнале "Америка" там на обложке красовалась небольшая голографическая фотография орла.
Он светился всеми цветами радуги, переливаясь и в этих переливах можно было увидеть объемное изображение.

Но давайте все по порядку.

Гологра́фия (др.-греч. ὅλος — полный + γραφή — пишу) — набор технологий для точной записи, воспроизведения и переформирования волновых полей.

Данный метод был предложен в 1947 году Дэннисом Габором, он же ввёл термин голограмма и получил «за изобретение и развитие голографического принципа» Нобелевскую премию по физике в 1971 году

Рассеянные объектом волны характеризуются амплитудой и фазой. Регистрация амплитуды волн не представляет затруднений; обычная фотографическая пленка регистрирует амплитуду, преобразуя ее значения в соответствующее почернение фотографической эмульсии. Фазовые соотношения становятся доступными для регистрации с помощью интерференции, преобразующей фазовые соотношения в соответствующие амплитудные. Интерференция возникает, когда в некоторой области пространства складываются несколько электромагнитных волн, частоты которых с очень высокой степенью точности совпадают. Когда записывают голограмму, в определённой области пространства складывают две волны: одна из них идёт непосредственно от источника (опорная волна), а другая отражается от объекта записи (объектная волна). В этой же области размещают фотопластинку (или иной регистрирующий материал), в результате на этой пластинке возникает сложная картина полос потемнения, которые соответствуют распределению электромагнитной энергии (картине интерференции) в этой области пространства. Если теперь эту пластинку осветить волной, близкой к опорной, то она преобразует эту волну в волну, близкую к объектной. Таким образом, мы будем видеть (с той или иной степенью точности) такой же свет, какой отражался бы от объекта записи.

Голограмма является записью интерференционной картины, поэтому важно, чтобы длины волн (частоты) объектного и опорного лучей с максимальной точностью совпадали друг с другом, и разность их фаз не менялась в течение всего времени записи (иначе на пластинке не запишется чёткой картины интерференции). Поэтому источники света должны испускать электромагнитное излучение с очень стабильной длиной волны в достаточном для записи временном диапазоне.

Крайне удобным источником света является лазер. До изобретения лазеров голография практически не развивалась (вместо лазера использовали очень узкие линии в спектре испускания газоразрядных ламп, что очень затрудняет эксперимент). На сегодняшний день голография предъявляет одни из самых жёстких требований к когерентности лазеров.

Чаще всего когерентность принято характеризовать длиной когерентности — той разности оптических путей двух волн, при которой контраст интерференционной картины уменьшается в два раза по сравнению с интерференционной картиной, которую дают волны, прошедшие от источника одинаковое расстояние. Для различных лазеров длина когерентности может составлять от долей миллиметра (мощные лазеры, предназначенные для сварки, резки и других применений, нетребовательных к этому параметру) до сотен и более метров (специальные, так называемые одночастотные лазеры).

+++

Картинка №371

Ла́зер (англ. laser, акроним от light amplification by stimulated emission of radiation «усиление света посредством вынужденного излучения»), или опти́ческий ква́нтовый генера́тор — это 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 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.

Естественно с перепиской из википедии не заканчивается тема.

Комментарии (8)

Всего: 8 комментариев

#1 | Анатолий »» | 08.08.2013 19:18

2

Заранее предупреждаю, что разговор не пойдет на уровне лазерных указок, или весьма дешевых голографических открыток, коими сейчас напичканы рынки сбыта.
Все эти эффекты - есть обывательский, побочный процесс.
Нет может в быту и очень удобно пользоваться лазерными указками или фонариками, или с удовольствием рассматривать объемные картинки, но разговор пойдет о другом.
Научное открытие лазера и луча - это целый новый пласт открытий и расширение горизонта.
К сожалению обывательский подход сильно загубил ПОНИМАНИЕ с чем же мы сталкиваемся и что это не игрушка для личного пользования.
Несомненно лазерные проигрыватели (к примеру) - это прекрасно, но впереди куда более серьезные изменение в технике человечества, которые могут последовать с разработками лазеров и голографических изображений.
Перспективы огромны! И мы может сейчас и не осознаем что находимся на ступеньках в совершенно другой мир, мир нами абсолютно неизведанных и как изобретение кремневых топоров, в свое время дало огромный скачек в развитие общества, так и здесь впереди необозримые горизонты.

#2 | Анатолий »» | 10.08.2013 00:01

1

Лазеры или оптические квантовые генераторы – это современные источники когерентного излучения, обладающие целым рядом уникальных свойств. Создание лазеров явилось одним из самых замечательных достижений физики второй половины XX века, которое привело к революционным изменениям во многих областях науки и техники. К настоящему времени создано большое количество лазеров с различными характеристиками – газовых, твердотельных, полупроводниковых, излучающих свет в различных оптических диапазонах. Лазеры могут работать в импульсном и непрерывном режимах. Мощность излучения лазеров может изменяться в пределах от долей милливатта до 1012–1013 Вт (в импульсном режиме). Лазеры находят широкое применение в военной технике, в технологии обработки материалов, в медицине, оптических системах навигации, связи и локации, в прецизионных интерференционных экспериментах, в химии, просто в быту и т. д. Хотя первый оптический квантовый генератор был построен сравнительно недавно (1960 г.), современную жизнь уже невозможно представить без лазеров.

Одним из важнейших свойств лазерного излучения является чрезвычайно высокая степень его монохроматичности, недостижимая в излучении нелазерных источников. Это и все другие уникальные свойства лазерного излучения возникают в результате согласованного, кооперативного испускания световых квантов многими атомами рабочего вещества.

Чтобы понять принцип работы лазера, нужно более внимательно изучить процессы поглощения и излучения атомами квантов света. Атом может находиться в различных энергетических состояниях с энергиями E1, E2 и т. д. В теории Бора эти состояния называются стабильными. На самом деле стабильным состоянием, в котором атом в отсутствие внешних возмущений может находиться бесконечно долго, является только состояние с наименьшей энергией. Это состояние называют основным. Все другие состояния нестабильны. Возбужденный атом может пребывать в этих состояниях лишь очень короткое время, порядка 10–8 с, после этого он самопроизвольно переходит в одно из низших состояний, испуская квант света, частоту которого можно определить из второго постулата Бора. Излучение, испускаемое при самопроизвольном переходе атома из одного состояния в другое, называют спонтанным. На некоторых энергетических уровнях атом может пребывать значительно большее время, порядка 10–3 с. Такие уровни называются метастабильными.

Переход атома в более высокое энергетическое состояние может происходить при резонансном поглощении фотона, энергия которого равна разности энергий атома в конечном и начальном состояниях.

Переходы между энергетическими уровнями атома не обязательно связаны с поглощением или испусканием фотонов. Атом может приобрести или отдать часть своей энергии и перейти в другое квантовое состояние в результате взаимодействия с другими атомами или столкновений с электронами. Такие переходы называются безизлучательными.

Теперь самое главное. В 1916 году А. Эйнштейн предсказал, что переход электрона в атоме с верхнего энергетического уровня на нижний может происходить под влиянием внешнего электромагнитного поля, частота которого равна собственной частоте перехода. Возникающее при этом излучение называют вынужденным или индуцированным. Вынужденное излучение обладает удивительным свойством. Оно резко отличается от спонтанного излучения. В результате взаимодействия возбужденного атома с фотоном атом испускает еще один фотон той же самой частоты, распространяющийся в том же направлении. На языке волновой теории это означает, что атом излучает электромагнитную волну, у которой частота, фаза, поляризация и направление распространения точно такие же, как и у первоначальной волны. В результате вынужденного испускания фотонов амплитуда волны, распространяющейся в среде, возрастает. С точки зрения квантовой теории, в результате взаимодействия возбужденного атома с фотоном, частота которого равна частоте перехода, появляются два совершенно одинаковых фотона-близнеца.

Именно индуцированное излучение является физической основой работы лазеров.

На рис. 6.4.1 схематически представлены возможные механизмы переходов между двумя энергетическими состояниями атома с поглощением или испусканием кванта света.

Картинка №372

Рисунок 6.4.1.
Условное изображение процессов (a) поглощения, (b) спонтанного испускания и (c) индуцированного испускания кванта

Рассмотрим слой прозрачного вещества, атомы которого могут находиться в состояниях с энергиями E1 и E2 > E1. Пусть в этом слое распространяется излучение резонансной частоты перехода ν = ΔE / h. Согласно распределению Больцмана, при термодинамическом равновесии большее количество атомов вещества будет находиться в нижнем энергетическом состоянии. Некоторая часть атомов будет находиться и в верхнем энергетическом состоянии, получая необходимую энергию при столкновениях с другими атомами. Обозначим населенности нижнего и верхнего уровней соответственно через n1 и n2 < n1. При распространении резонансного излучения в такой среде будут происходить все три процесса, изображенные на рис. 6.4.1. Эйнштейн показал, что процесс (a) поглощения фотона невозбужденным атомом и процесс (c) индуцированного испускания кванта возбужденным атомом имеют одинаковые вероятности. Так как n2 < n1 поглощение фотонов будет происходить чаще, чем индуцированное испускание. В результате прошедшее через слой вещества излучение будет ослабляться. Это напоминает появление темных фраунгоферовских линий в спектре солнечного излучения. Излучение, возникающее в результате спонтанных переходов, некогерентно, распространяется во всевозможных направлениях и не дает вклада в проходящую волну.

Чтобы проходящая через слой вещества волна усиливалась, нужно искусственно создать условия, при которых n2 > n1, т. е. создать инверсную населенность уровней. Такая среда является термодинамически неравновесной. Идея использования неравновесных сред для получения оптического усиления впервые была высказана В. А. Фабрикантом в 1940 году. В 1954 году русские физики Н. Г. Басов и А. М. Прохоров и независимо от них американский ученый Ч. Таунс использовали явление индуцированного испускания для создания микроволнового генератора радиоволн с длиной волны λ = 1,27 см. За разработку нового принципа усиления и генерации радиоволн в 1964 году все трое были удостоены Нобелевской премии.

Среда, в которой создана инверсная населенность уровней, называется активной. Она может служить резонансным усилителем светового сигнала. Для того, чтобы возникала генерация света, необходимо использовать обратную связь. Для этого активную среду нужно расположить между двумя высококачественными зеркалами, отражающими свет строго назад так, чтобы он многократно прошел через активную среду, вызывая лавинообразный процесс индуцированной эмиссии когерентных фотонов. При этом в среде должна поддерживаться инверсная населенность уровней. Этот процесс в лазерной физике принято называть накачкой.

Начало лавинообразному процессу в такой системе при определенных условиях может положить случайный спонтанный акт, при котором возникает излучение, направленное вдоль оси системы. Через некоторое время в такой системе возникает стационарный режим генерации. Это и есть лазер. Лазерное излучение выводится наружу через одно (или оба) из зеркал, обладающее частичной прозрачностью. На рис. 6.4.2 схематически представлено развитие лавинообразного процесса в лазере.

Картинка №373

Рисунок 6.4.2.
Развитие лавинообразного процесса генерации в лазере

Существуют различные способы получения среды с инверсной населенностью уровней. В рубиновом лазере используется оптическая накачка, атомы возбуждаются за счет поглощения света. Но для этого недостаточно только двух уровней. Каким бы мощным не был свет лампы–накачки, число возбужденных атомов не будет больше числа невозбужденных. В рубиновом лазере накачка производится через выше расположенный третий уровень

После вспышки мощной лампы, расположенной рядом с рубиновым стержнем, многие атомы хрома, входящего в виде примеси в кристалл рубина (около 0,05 %), переходят в состояние с энергией E3, а через промежуток τ ≈ 10 (–8 степени) с они переходят в состояние с энергией E2. Перенаселенность возбужденного уровня E2 по сравнению с невозбужденным уровнем E1 возникает из-за относительно большого времени жизни уровня E2.

Лазер на рубине работает в импульсном режиме на длине волны 694 мм (темно-вишневый свет), мощность излучения может достигать 106–109 Вт в импульсе. Исторически это был первый действующий лазер, построенный американским физиком Т. Майманом в 1960 г.

Одним из самых распространенных в настоящее время является газовый лазер на смеси гелия и неона. Общее давление в смеси составляет порядка 102 Па при соотношении компонент He и Ne примерно 10 : 1. Активным газом, на котором в непрерывном режиме возникает генерация на длине волны 632,8 нм (ярко-красный свет), является неон. Гелий – буферный газ, он участвует в механизме создания инверсной населенности одного из верхних уровней неона. Излучение He–Ne лазера обладает исключительной, непревзойденной монохроматичностью. Расчеты показывают, что спектральная ширина линии генерации He–Ne лазера составляет примерно

Но и реально достигнутая монохроматичность излучения He–Ne лазера делает этот прибор совершенно незаменимым при решении многих научных и технических задач. Первый гелий-неоновый лазер был создан в 1961 году. На рис. 6.4.4 представлена упрощенная схема уровней гелия и неона и механизм создания инверсной населенности лазерного перехода.

Картинка №375

Рисунок 6.4.4.
Механизм накачки He–Ne лазера. Прямыми стрелками изображены спонтанные переходы в атомах неона

Накачка лазерного перехода E4 → E3 в неоне осуществляется следующим образом. В высоковольтном электрическом разряде вследствие соударений с электронами значительная часть атомов гелия переходит в верхнее метастабильное состояния E2. Возбужденные атомы гелия неупруго сталкиваются с атомами неона, находящимися в основном состоянии, и передают им свою энергию. Уровень E4 неона расположен на 0,05 эВ выше метастабильного уровня E2 гелия. Недостаток энергии компенсируется за счет кинетической энергии соударяющихся атомов. На уровне E4 неона возникает инверсная населенность по отношению к уровню E3, который сильно обедняется за счет спонтанных переходов на ниже расположенные уровни. При достаточно высоком уровне накачки в смеси гелия и неона начинается лавинообразный процесс размножения идентичных когерентных фотонов. Если кювета со смесью газов помещена между высокоотражающими зеркалами, то возникает лазерная генерация. На рис. 6.4.5 изображена схема гелий-неонового лазера.

Картинка №376

Рисунок 6.4.5.
Схема гелий-неонового лазера: 1 – стеклянная кювета со смесью гелия и неона, в которой создается высоковольтный разряд; 2 – катод; 3 – анод; 4 – глухое сферическое зеркало с пропусканием менее 0,1 %; 5 – сферическое зеркало с пропусканием 1–2 %

Современные высокостабильные гелий-неоновые лазеры производятся в моноблочном исполнении. Для этого используется стеклообразное вещество – ситалл, обладающий практически нулевым температурным коэффициентом расширения. В куске ситалла в форме прямоугольного параллелепипеда просверливается канал, к торцам которого на оптическом контакте приклеиваются лазерные зеркала. Канал заполняется смесью гелия и неона. Катод и анод вводятся через дополнительные боковые каналы. Такая моноблочная конструкция обеспечивает высокую механическую и тепловую стабильность.

Картинка №377

Модель. Лазер, двухуровневая модель

Источник: http://www.physics.ru

#3 | Анатолий »» | 10.08.2013 20:09

0

Для более подробного и более глубокого ознакомление с физикой лазера предлагаю книгу

Айрапетян, Ушаков. Физика лазеров. 2012

Айрапетян, Ушаков. Физика лазеров. 2012

#4 | Анатолий »» | 10.08.2013 20:31

2

Так как там в кратце говорится о применении лазера в науке и технике, и в других областях,
то ознакомимся отдельно с этой главой:

7. ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРОВ

Обладая уникальными выходными параметрами, лазеры широко при-
меняются в самых различных областях науки и техники: физике и химии,
биологии и медицине, голографии, оптической обработке и записи ин-
формации, оптической связи, для осуществления термоядерного синтеза,
промышленной технологии, для измерения и контроля, в военных целях
и еще целом ряде областей.

7.1. Применение лазеров в науке и технике
7.1.1. Применение лазеров в физике и химии

Использование лазеров привело к открытию совершенно новых об-
ластей исследования, и в то же время способствовало развитию уже суще-
ствующих. Особенно ярким примером новой области исследования явля-
ется нелинейная оптика. Высокая интенсивность лазерного излучения по-
зволяет наблюдать явления, обусловленные нелинейным откликом среды:
генерация гармоник, вынужденное рассеяние и др. Генерация гармоник
состоит в том, что при падении лазерного излучения с частотой ω на не-
линейную среду, последняя будет излучать когерентное излучение с час-
тотой 2ω , 3ω и т. д.
Процесс вынужденного рассеяния характеризуется тем, что падаю-
щий лазерный пучок с частотой ω, взаимодействуя с имеющимся в среде
возбуждением с частотой w(q) (например, акустической волной), приводит
к возникновению когерентного излучения с частотой ω–ω(q) (стоксово
рассеяние). Разность энергий падающего фотона h(ω–ω(q)) передается то-
му же возбуждению. Особенно важными примерами вынужденного рас-
сеяния являются вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР) и выну-
жденное рассеяние Мандельштама – Брюллиена (здесь квантами возбуж-
дения вещества являются акустические звуковые волны). Оба процесса –
генерация гармоник и вынужденное рассеяние – имеют высокую эффек-
тивность преобразования (десятки процентов), поэтому они часто исполь-
зуются для получения когерентного излучения с частотой, отличной от
падающей.
С появлением лазеров спектроскопия не только расширила свои
прежние возможности, но и получила совершенно новые идеи. Использо-
вание одночастотных лазеров позволило проводить спектроскопические
измерения с разрешающей способностью, которая на много порядков пре-
вышает разрешение, достигаемое с помощью обычных спектроскопиче-
ских методов. Лазеры привели к развитию нового направления в спектро-
скопии – нелинейной спектроскопии, в которой разрешение спектральных
линий может стать намного выше предела, обусловленного эффектами,
связанными с доплеровскими уширением. Это открыло путь к новому и бо-
лее детальному изучению структуры вещества.
В химии лазеры применяются как в целях диагностики, так и для по-
лучения необратимых химических изменений (лазерная фотохимия). Ре-
зонансное комбинационное рассеяние и когерентное антистоксово комби-
национное рассеяние дают важную информацию о структуре и свойствах
многоатомных молекул (вращательных констант, постоянной ангармо-
ничности, значении частоты активных рамановских колебаний). Коге-
рентное антистоксово комбинационное рассеяние можно использовать для
измерения концентрации и температуры различных молекулярных соеди-
нений в некотором ограниченном объеме.
Наиболее интересным химическим применением лазера является фо-
тохимия. Вследствие высокой стоимости лазерных фотонов промышлен-
ное использование лазерной фотохимии будет оправдано лишь при очень
высокой стоимости конечного продукта. Таким случаем является разделе-
ние изотопов (в частности, урана и дейтерия). С помощью лазерного излу-
чения можно избирательно возбуждать и затем ионизировать только те
изотопы (235)U, которые необходимо выделить. Ионизированные изотопы
собирают вместе, прикладывая необходимое постоянное поле. При изби-
рательной диссоциации молекулярного соединения гексафторида U F(6)
его сначала избирательно переводят в колебательное возбужденное со-
стояние только одного изотопного состава (235)U F(6), а затем с помощью
последующей оптической накачки добиваются его диссоциации. Далеко
не все лазерные методы могут быть использованы для разделения изото-
пов в промышленном масштабе. Для этого лазерная техника должна быть
достаточно проста и экономична в изготовлении и эксплуатации и должна
обеспечивать среднюю выходную мощность от 1 кВт до 1 МВт.
Многообразно применение лазеров в научных исследованиях. Кроме
перечисленных можно отметить еще ряд применений: в диагностике плаз-
мы, индикации отдельных атомов и определении концентрации элемен-
тов, измерении времени жизни короткоживущих уровней, детектировании
гравитационных волн и многих других.

7.1.2. Лазерный управляемый термоядерный синтез

Осуществление термоядерного синтеза и использование его в мир-
ных целях позволит человечеству получить неограниченный источник
энергии. Для зажигания дейтериево-тритиевой плазмы с температурой
60 млн. град. необходимо, чтобы произведение плотности плазмы n и вре-
мени ее существования t равнялось

Предлагают, что лазе-
ры могут осуществить инерциальное удержание плазмы, поскольку лазер-
ное излучение может обеспечить быстрый разогрев плазмы. Однако, как
показали расчеты, для эффективного поджига термоядерной реакции тре-
буется не только быстрый

нагрев микросферы (из Д и Т) до очень
высокой температуры, но и сжатие образующейся в ней плазмы до плот-
ности, 104 раз больше, чем исходная плотность жидкости. Так как ско-
рость термоядерных реакций зависит не только от температуры, но и плот-
ности плазмы, то увеличение в 104 раз во столько же раз снижает требова-
ния к критической энергии лазерного импульса. Лазер, с помощью ко-
торого можно осуществить Д-Т плазмы, должен иметь длину волны
250–2 000 нм, энергию импульса в 106 Дж, длительность импульса 5·10–9 с
и, следовательно, пиковую мощность 200 ТВт. Он должен генерировать
с частотой повторения импульсов, равной нескольким герцам, и обеспе-
чивать среднюю мощность 10 МВт. Лазер также должен иметь КПД 1 %
и потребует для питания 1 ГВт электрической мощности. В США уже соз-
дан лазер мощностью 60 ТВт (60 кДж, 10–9 с). Лазерный импульс форми-
руется генератором малой мощности, который позволяет с достаточной
степенью точности управлять пространственными и временными пара-
метрами импульса. Затем этот импульс усиливается и расщепляется на
много пучков, каждый из которых усиливается. Усиленные пучки направ-
ляются по радиально-симметричным путям на мишень. В экспериментах
уже было зарегистрировано большое число нейтронов, что указывает на
возникновение термоядерной реакции. Наблюдалась также сжатие мише-
ни. Однако получаемые результаты еще весьма далеки от того, чтобы тер-
моядерная энергия была равна энергии, подводимой к лазеру. Существует
мнение, что сооружение термоядерного реактора, если это вообще осуще-
ствимо, не будет закончено в 20-м столетии.
Более близкой перспективной использования лазерного термоядерно-
го синтеза может быть не электростанция, а лазерный термоядерный кос-
мический двигатель, который может иметь характеристики, недоступные
двигателям на химическом топливе и плазменным двигателям на основе
ядерных реакторов деления.

7.2. Применение в голографии

Голография – это метод, который совершил революцию в науке и тех-
нике. Он позволяет создавать трехмерные изображения объекта исследо-
вания. Голография, открытая Д. Габором в 1948 г. как метод повышения
разрешения электронных микроскопов, нашла практическое применение
лишь после изобретения лазера.
Голография как способ записи и воспроизведения трехмерных изо-
бражений до сих пор имела значительный успех в качестве голографиче-
ского искусства, чем для научных исследований. Чтобы получить голо-
грамму на фотопластинке, необходимо иметь два набора монохроматиче-
ских световых волн, которые интерферируют в плоскости фотографиче-
ского слоя. Эти два пучка получают от одного лазера с помощью светоде-
лительной пластинки, при этом один пучок попадает непосредственно на
фотопластинку, а другой рассеянно отражается от объекта съемки. В ре-
зультате когерентности пучков на пластинке будет создана интерферен-
ционная картина-голограмма, при этом интерференционные полосы на го-
лограмме содержат полную информацию об объекте.
Для записи голограммы необходимо удовлетворить следующим трем
основным условиям: степень когерентности лазерного излучения должна
быть достаточной для того, чтобы на фотопластинке могла образоваться
интерференционная картина, относительное положение объекта, фотопла-
стинки и лазерного пучка не должно меняться во время экспозиции фото-
пластинки, фотопластинка должна иметь достаточную разрешающую спо-
собность для записи интерференционных полос ~ 2 000 лин/мм.
В научных приложениях в последние годы широко используется го-
лографический метод, который позволяет записывать и измерять напря-
жения и вибрации трехмерных объектов, распределение плотности частиц
в объеме плазмы. Этот метод называется голографической интерферомет-
рией, который получил свое название потому, что измерение смещения
производится при помощи интерференции двух волн, одна из которых
создается голограммой, снятой до начала исследуемого процесса. В слу-
чае статистической голографической интерферометрии с двойной экспо-
зицией на одну и ту же пластинку записываются две голограммы одного
и того же объекта, причем одна голограмма записывается до деформации
объекта, другая – после. При динамической голографической интерферен-
ции (усредненной во времени) записывается одна голограмма, но со вре-
менем экспозиции, которое больше периода колебаний. Таким образом, на
одну голограмму записывается непрерывная совокупность изображений,
соответствующих всем положениям вибрирующего объекта.

7.3. Применение в обработке и записи информации

Лазеры могут быть использованы для записи и считывания закодиро-
ванной информации оптической памяти ЭВМ. Интерес к такому виду па-
мяти обусловлен той высокой плотностью записи информации, которая
может быть достигнута с помощью лазера, поскольку лазерный пучок мож-
но сфокусировать в пятно размером порядка длины волны, что обеспечит
плотность записи порядка 107 бит/см2. Процесс записи состоит в том, что
в какой-либо нелинейной среде с помощью лазера изменяются коэффици-
ент пропускания или отражения данного материала. Разработаны оптиче-
ские элементы памяти, использующие метод голографии (голографиче-
ская память). Информацию, записанную на таких носителях, стереть не-
возможно. Хотя технологическая осуществимость оптической памяти уже
продемонстрирована, ее экономическая жизнеспособность является весь-
ма сомнительной.
Применением лазера, ориентированным на широкого потребителя,
является видеодиск, а также звуковой диск, которые пришли на замену
современным дискам. Запись оптических видео- и звукодисков осуществ-
ляется с помощью специального оборудования, а воспроизводится с по-
мощью лазера. Важнейшим преимуществом лазерных дисков является то,
что на них можно записать информацию с высокой плотностью и процесс
воспроизведения не требует механического контакта с диском, т. е. отсут-
ствует износ диска.

7.4. Применение в оптической связи

При переходе от микроволнового к оптическому диапазону увеличи-
вается ширина полосы кабеля в 104 раз, что позволяет резко увеличить ко-
личество информации, передаваемой по одному каналу. Чрезвычайно
низкое затухание энергии в современных оптических волноводах ~0,5 дБ/км
открывает большие возможности их исследования для дальнейшей связи.
Типичная волоконно-оптическая система связи состоит из лазерного ис-
точника света, устойчивого оптического согласования, направляющего
свет в волокно, и приемника (фотодиода), устанавливаемого на конце ли-
нии связи и также согласованного с оптическим волноводом. Вдоль линии
связи располагают ретрансляторы, причем расстояние между ними может
составлять 2–50 км. Ретранслятор состоит из приемника и излучателя. В ка-
честве источников света применяются полупроводниковые лазеры на
двойной гетероструктуре , ресурс их доведен до ~ 50 Мбит/с. Поскольку
в условиях плохой видимости свет быстро затухает, то в открытой (без
использования волноводов) связи лазеры применяют в системе космиче-
ской связи. В этом случае используется лазер на неодиме в гранате со
скоростью передачи информации до 109 бит/с.

7.5. Применение в биологии и медицине

В биологии и медицине лазеры получают все больше распростране-
ние. В биологии лазер используют главным образом для диагностических
целей: флуоресценция, вызванная действием сверхкоротких лазерных им-
пульсов в молекулах ДНК, резонансное комбинационное рассеяние для
изучения биомолекул, таких как гемоглобин или родопсин ( последний –
ответсвенен за механизм зрения), фотокорреляционная спектроскопия для
получения информации о структуре и степени агрегации различных био-
молекул, пикосекундные импульсно-фотолизные методы наблюдения ди-
намических свойств биомолекул в возбужденном состоянии. В биологии
лазеры используются также для создании необратимых изменений в дан-
ной биомолекуле.
В медицине лазеры применяются в хирургии и офтальмологии. Раз-
виваются также и некоторые диагностические методы с помощью лазера
(доплеровская анемометрия кровотока, лазерная флуоресцентная бронхо-
скопия для выявления легочных опухолей в их ранней стадии и др.). В хи-
рургии сфокусированный лазерный пучок (чаще СО2-лазер) используется
вместо обычного скальпеля. Инфракрасное излучение СО2-лазера сильно
поглощается молекулами воды в ткани, что приводит к интенсивному ис-
парению этих молекул с последующим рассечением ткани. Принципиаль-
ные преимущества лазерного скальпеля: 1) состоят в том, что разрез мо-
жет быть произведен с высокой точностью, особенно если пучок направ-
ляется микроскопом (лазерная микроскопия); 2) возможность проводить
операции на недоступных участках; 3) вследствие прожигающего дейст-
вия лазерного излучения на кровеносные сосуды резко уменьшается поте-
ря крови; 4) ограниченное прикосновение в соседние ткани.
В офтальмологии лазер применяется для лечения отслоения сетчатки
глаза, когда лазерный пучок приваривает сетчатку к задней сетке глаза.
При лечении глаукомы сфокусированный лазерный пучок пробивает в зад-
ней стенке глаза микроотверстие, что приводит к снятию повышенного
глазного давления. Использование лазеров в офтальмологии не просто
улучшает качество хирургических операций, а создает новые, не осущест-
вимые другим путем лечебные и диагностические возможности.
Лазеры находят широкое применение при лечении тяжелых ожогов,
когда на месте ожога образуется короста и традиционные методы стано-
вятся уже неэффективными. Облучая образующуюся после ожога коросту,
не срезая ее, как это часто делается и сейчас, излучением УФ-лазера мож-
но за несколько часов добиться почти 100 % заживления ожога, причем
без всяких рубцов. УФ-излучение, проникая под коросту, убивает образо-
вавшиеся микробы и стимулирует биологический рост ткани.
Волоконная оптика позволила освободить лазерный луч от тесной
привязки к определенному типу лазера и создала предпосылки для их ми-
ниатюризации.

7.6. Применение в промышленной технологии

Благодаря высокой интенсивности, достигаемой в фокальном пятне
лазерного пучка большой мощности, лазеры нашли многочисленные при-
менения в технологии и при обработке материалов: сварке, резке, сверле-
нии, поверхностной закалке и легировании. При воздействии лазерного
излучения на материалы облучаемый участок сначала нагревается, затем
плавится и испаряется. Дозируя тепловые нагрузки, можно обеспечить
практически любой тепловой режим нагреваемого участка, который в ре-
зультате и определяет вид технологической обработки.
Можно отметить следующие достоинства при использовании лазера
в технологии:
- нагрев, производимый лазером, является локальным, что не приво-
дит к деформации детали;
- возможность работы на недоступных для обычной технологии уча-
стков (внутри маленьких камер);
- высокая производительность;
- простота автоматизации процессов;
- возможность создания новых технологических процессов;
- отсутствие износа у лазерного инструмента.

7.6.1. Лазерная сварка

Для сварки требуется интенсивность луча 105–107 Вт/см2. Сварное со-
единение получается при нагревании и частичном расплавлении лазерным
пучком участков в месте контакта свариваемых деталей. Под действием
лазерного луча приток тепла к нагреваемому участку получается настоль-
ко большим, что механизм теплопроводности, конвекции не позволяет
полностью нейтрализовать (отвести) это тепло. Происходит быстрое ис-
парение металла, и давление его паров начинает уравновешивать давление
жидкого металла. Обнажается дно полностью, куда проникает излучение,
и процесс повторяется. Глубина проникновения зависит от мощности ла-
зера как p0,7. При использовании СО2-лазера мощностью 90 кВт толщина
швов, свариваемых в стык, достигает 38 мм, при этом скорость сварки
30 м/мин. Для каждого материала и для каждого типа лазера существует,
с точки зрения качества шва, оптимальная скорость сварки.
Особенности и преимущества лазерной сварки: практическое отсут-
ствие усадки материалов, деформации деталей, возможность глубокого
проплавления при высокой скорости сварки, высокие прочности и качест-
во шва, возможность проводить сварку на больших расстояниях источни-
ка от детали в труднодоступных местах, отсутствие посторонних веществ
в зоне сварки, возможность полной автоматизации, сварка материалов, не
поддающихся сварке другими методами.

7.6.2. Лазерная резка

При интенсивности 105–107 Вт/см2 материал плавится и испаряется.
На этом эффекте основан технологический процесс резки материалов. Ла-
зерная резка позволяет обеспечивать большое отношение глубины разреза
к его ширине. Для неметаллов это отношение достигает 100, для метал-
лов – 20. При этом обеспечивается хорошее качество кромок и высокая
скорость процесса. Так как время воздействия лазерного луча составляет
10–1–10–3 с, то тепловому воздействию подвергается чрезвычайно тонкий
слой кромки – 0,1 мм, поэтому закаленные материалы режутся без отжига
краев с сохранением твердости. Лазерная обработка дает возможность
точной резки по сложному профилю при полной автоматизации процесса.
Скорость лазерной резки титановых листов в 30, а для остальных – в 10 раз
больше механической.

7.6.3. Лазерное сверление

Импульсные лазеры используются в процессе сверления при интен-
сивностях излучения 107–108 Вт/см2 и времени воздействия 10–4 с анало-
гично резке – нагрев, расплавление и испарение с выбросом паров. Лазер-
ному сверлению поддаются практически все материалы. При лазерном
сверлении алмазов производительность увеличивается в 12–15 раз по
сравнению с электрофизическим и в 200 раз – по сравнению с механиче-
скими методами сверления. Технологический процесс лазерного сверле-
ния может осуществляться в двух режимах: пробой за один импульс
и сверление серией последовательных импульсов. Многоимпульсное
сверление позволяет улучшить качество отверстия и достичь большого
отношения глубины к диаметру ~50 для отверстий диаметром от 4 до 100
мкм. Лазерное сверление имеет преимущества перед механическим при
обработке крупногабаритных деталей сложной формы под разными угла-
ми
к поверхности, при сверлении глубоких отверстий малого диаметра в ма-
териалах с высокой твердостью.

7.6.4. Термообработка

Термообработка включает в себя такие процессы, как лазерная закал-
ка и лазерное остекловывание – создание поверхностного слоя со струк-
турой, отличной от структуры основного материала.
Лазерная закалка основана на сочетании процесса высокотемпера-
турного лазерного нагрева металлической детали с последующим быст-
рым охлаждением ее благодаря отводу тепла в основной объем металла.
Для лазерной закалки достаточно интенсивности лазерного излучения
10–3–10–4 Вт/см2 и времени воздействия 10–1–10–2 с. Толщина закаленного
слоя может достигать 2–3 мм. Лазер дает возможность закаливать выбо-
рочно любые участки поверхности, при этом локальная закалка исключает
всякую деформацию деталей после термообработки. Селективная закалка
инструмента увеличивает его долговечность в 2–5 раз по сравнению с дру-
гими способами закалки.
Поверхностное легирование резко улучшает эксплуатационные свой-
ства деталей, увеличивая твердость поверхностного слоя в несколько раз.
Лазерным лучом расплавляется тонкий слой металла, на который в виде
порошка наносится слой легирующей добавки, в который она диффунди-
рует. Последующее быстрое остывание обеспечивает однородный по
структуре слой основного материала.
Лазерное остекловывание – быстрый переплав тонкого поверхностно-
го слоя с последующим быстрым охлаждением – создает однородный тон-
кий аморфный слой, который обладает повышенной твердостью, а также
стойкостью к истиранию. Технологический процесс осуществляется бы-
стрым сканированием лазерного луча с интенсивностью 105–107 Вт/см2
вдоль обрабатываемой поверхности. Время воздействия 10–7–10–4 с.

7.7. Применение для измерения и контроля

Высокая направленность излучения лазера позволяет использовать их
в качестве идеального инструмента для прямой эталонной линии при ус-
тановке и выравнивании деталей в самолетостроении, гражданском строи-
тельстве. Для этих целей применяют обычно Не-Ne-лазер низкой мощно-
сти ~1 мВт. Достигаемая на практике точность установки 5 мкм на рас-
стоянии 5 м, до 25 мкм на расстоянии около 15 м.
Лазеры широко используют для измерения расстояний с помощью
интерферометрических методов. В качестве источника света применяется
стабилизированный по частоте Не-Ne-лазер. Этот метод позволяет изме-
рять расстояния с относительной погрешностью л/2.
Телеметрический метод с амплитудной модуляцией применяется для
измерения больших расстояний. В этом случае лазерный пучок модулиру-
ется по амплитуде и расстояние определяется по разности фаз между ис-
пущенным и отраженным пучком. Относительная погрешность здесь так-
же составляет 10–6(1 мм на 1 км расстояния). Расстояние от Земли до Лу-
ны измерено с точностью до 20 см.
Высокая степень монохроматичности позволяет использовать лазеры
для измерения скорости как жидкостей, так и твердых тел с помощью до-
плеровской спектроскопии. Текущая жидкость или движущееся тело ос-
вещается лазером, а рассеянное излучение, частота которого сдвигается
вследствие эффекта Доплера, регистрируется с помощью детектора бие-
ния между рассеянным и исходным световыми пучками. При этом сдвиг
частоты всегда пропорционален скорости. Преимущество данного метода
состоит в том, что он является бесконтактным и не вносит никаких иска-
жений в измерения и исследование высокой монохроматичности лазера,
обладает высокой точностью измерения скоростей в широком диапазоне.
Угловые скорости измеряются с помощью лазерного гироскопа, в ко-
тором используется лазер с кольцевым резонатором. Генерация в таком
лазере развивается на двух бегущих волнах как по часовой стрелке, так и
против нее. При вращении кольцевого резонатора за время, за которое
свет проходит полный круг, зеркала резонатора поворачиваются на очень
малый, но конечный угол. Для волны, распространяющейся в направлении
вращения резонатора, длина резонатора окажется немного большей, чем
для волны, распространяющейся в противоположном направлении. Сле-
довательно, частоты этих двух волн будут слегка различаться, причем
разностная частота – пропорционально угловой скорости резонатора. Вы-
зывая биения между этими двумя волнами, можно измерить угловую ско-
рость с точностью 3·10–3 град/ч.
Другая область, в которой нашли применение такие свойства лазеров,
как направленность и монохроматичность, – это измерение концентрации
различных загрязнений в атмосфере. Лазерный способ позволяет быстро
и автоматически получить необходимые данные. Существующую систему
назвали лидар. При взаимодействии лазерного излучения с атмосферными
загрязнениями происходит упругое рассеяние, комбинационное рассея-
ние, флуоресценция и поглощение. Каждое из этих явлений используется
для обнаружения и измерения концентрации большого числа различных
атмосферных загрязнений (SO2, NO2 NO и др.). Для этих целей применя-
ются как рубиновый, так и неодимовый лазер с удвоителем частоты, лазе-
ры на красителях.

7.8. Применение в военных целях

Среди различных применений наибольшая доля приходится на воен-
ную промышленность:
1) лазерное оружие;
2) лазерные дальномеры;
3) лазерные целеуказатели.
Лазерное оружие. В настоящее время интенсивно разрабатываются
лазеры, способные служить оружием направляемой энергии, мощность
которых будет составлять порядка нескольких мегаватт. Оптическая сис-
тема наведения направляет лазерный пучок на цель (ракету, самолет,
спутник) и вызывает необратимые повреждения в ее системе ориентации
или повреждение ее корпуса. Наземные лазерные установки являются ме-
нее перспективными вследствие возникновения в атмосфере факта тепло-
вой расфокусировки, который возникает при прохождении мощного ла-
зерного пучка через атмосферу. При распространении лазерного излуче-
ния через атмосферу последняя нагревается и при этом образуется наве-
денная отрицательная линза, которая расфокусирует лазерный пучок. Эту
проблему можно обойти, помещая лазер на спутник или высоко летящий
самолет. Для поражения ракеты на расстоянии до 10 000 км необходимо
использовать лазеры с непрерывной мощностью 5–10 МВт, в течение не-
скольких секунд с фокусирующим адаптированым зеркалом 5–10 м, с точ-
ностью наведения 10–6 град. Наиболее перспективными являются химиче-
ские НF-лазеры (л = 2,8 мкм). Уже сейчас проведены испытания НF-лазера
с мощностью 2,2 МВт и создано фокусирующее зеркало диаметром 4 м.
Затраты на создание космической боевой станции с таким лазером на бор-
ту составят ~2,5 млрд. долларов. 24 такие станции с лазерами мощностью
5 МВт и зеркалами диаметром 4 м обеспечат поражение всех баллистиче-
ских и прочих ракет в любой точке земного шара. В последние годы ве-
дется интенсивная разработка мощных коротковолновых лазеров для во-
енных целей: эксимерных, рентгеновских, на свободных электронах.
Широкое распространение в войсках получили лазерные дальномеры
и целеуказатели. Лазерный дальномер действует по тому же принципу,
что и обычный радиолокатор. Короткий ( ~10 нс) лазерный импульс посы-
лается на цель и отраженный обратно импульс регистрируется фотодетек-
тором. При этом рассеяние до цели определяется по времени, которое по-
надобилось лазерному импульсу, чтобы дойти от источника до цели и об-
ратно. По сравнению с обычным радиолокатором, лазерный дальномер
имеет более высокую точность, гораздо меньший вес, значительно мень-
шую стоимость, проще по конструкции. Кроме того, он позволяет, что
очень важно, измерять расстояние даже до низколетящей над поверхно-
стью Земли или моря цели, основным недостатком лазерного дальномера
является сильное затухание излучения в условиях плохой видимости. В на-
стоящее время разработано много типов дальномеров, действующих на
расстоянии до 15 км, которые помещаются в кармане и весят около 500 г.
Принцип работы лазерного целеуказателя довольно прост. Цель ос-
вещается лазером, а бомба или ракета имеет светочувствительный детек-
тор на длине волны лазера. При этом достигается высокая (~1 м) точность
попадания.

#5 | Анатолий »» | 11.08.2013 17:09

2

Лазеры и лазерные технологии привлекли огромное внимание не только исследователей. Всего за несколько лет были разработаны новые модели световых генераторов, дающих лазерные лучи сотен различных длин волн - от ультрафиолетовой до инфракрасной области спектра.
В качестве рабочего тела лазеров использовались самые различные материалы: окиси металлов, фториды, вольфраматы, полупроводниковые кристаллы, всевозможные газы и жидкости. При этом у каждой конструкции были свои достоинства и недостатки.

В 1964 году появился и первый химический лазер, который изготовил американский физик Дж. Каспер. В таком лазере источником энергии является химическая реакция (в данном конкретном случае это была фотодиссоциация CF3I). Преимущество химического лазера состоит в том, что он работает на энергии, которая вырабатывается в самом устройстве, и поэтому не нуждается во внешнем источнике энергии.

Первые органические лазеры - генераторы, дающие когерентное излучение с помощью органических красителей, - были изобретены в 1966 году, авторы этого открытия Д. Лэнкард и П. Сорокин. Сложное устройство органических молекул делает возможными самые разнообразные переходы электронов во время химических реакций, следовательно, самые различные длины когерентных волн. С помощью одного и того же органического лазера, в отличие от других моделей, можно при желании "настроиться" на любую нужную волну.

#6 | Анатолий »» | 11.08.2013 17:15

2

Физики создали графеновый лазер

Международной группе исследователей из Великобритании, Греции и Японии удалось найти новое применение графену. На основе этого материала удалось создать инфракрасный импульсный лазер, причем, по мнению ученых, подобные лазеры могут генерировать и обычные световые импульсы. Подробности изложены в журнале Optics Express, а кратко об этой работе рассказывает Nature News.

В своей статье исследователи пишут о том, что они использовали квантовые свойства графена. Этот материал отличается отсутствием запрещенной зоны, то есть его электроны могут находится в состоянии с любым уровнем энергии, в отличие от изоляторов или полупроводников, у которых есть некоторое минимальное расстояние между основным и следующим за ним по энергии состоянием. Благодаря отсутствию запрещенной зоны графен может поглощать даже кванты с не очень большой энергией и за счет этого временно блокировать излучение инфракрасного лазера.

При воздействии на графен инфракрасным излучением материал в определенный момент (в экспериментах физиков это происходило меньше, чем через наносекунду) резко меняет свои оптические свойства и становится прозрачным. Как сообщают ученые, реализация подобного эффекта непосредственно внутри лазера на иттербиевом стекле позволяет управлять его работой: лазер излучает только тогда, когда размещенная внутри его резонатора графеновая пленка становится достаточно прозрачной. После того, как графен выпускает световой импульс наружу, он снова начинает поглощать излучение и все повторяется заново, с частотой около 1,6 гигагерц (1,6 миллиардов раз в секунду).

Расчеты показывают, что аналогичная схема может успешно применяться для генерации импульсов с любой другой длиной волны как в ближнем инфракрасном, так и в видимом диапазоне. Иными словами, на основе графена теоретически можно сделать импульсные лазеры самых разных цветов, причем материал при этом не потребуется подвергать дополнительной обработке. Еще одним преимуществом графена авторы новой работы считают термостойкость материала: многие другие вещества, обладающие подобными свойствами, быстро выгорают при интенсивном облучении.

Источник: http://maxpark.com

#7 | Анатолий »» | 13.08.2013 17:04

1

Использование лазеров в военной сфере

К сожалению все научные открытия (в любой области, будь то химия, физика, оптика,биология, медицина и прочее) используют в военной области. И лазер не исключение из этой общей тенденции.

В современном мире практически невозможно представить себе отрасль промышленности, где хотя бы частично не использовалась лазерная техника. И военная промышленность не является исключением. На сегодняшний день существует ряд направлений, по которым следует внедрение лазерного оборудования в военную отрасль: бортовая, наземная и подземная локация, связь, навигационные системы, орудие, системы противоракетной обороны.

Самое большое финансирование и государственную поддержку получает это внедрение в США, Великобритании, Франции, Швейцарии и Германии.

Лазерная локация - это часть оптической электроники, которая занимается обнаружением различных объектов при помощи излучаемых лазерами электромагнитных волн. Объектами обнаружения, как правило, становятся танки, ракеты, корабли, сооружения промышленного и вооруженного назначения, а также спутники. В основе ее лежит несколько основных особенности: подобные волны способны отражаться от объектов, и также имеют большую способность обнаружения. Они также могут распространяться по прямой, то есть лазерный луч способен пеленговать цель. Лазерный луч распространяется с одинаковой скоростью, что позволяет определить дальность до цели.

Наземные лазерные локаторы стали первыми из всего лазерного оборудования, которое внедрялось в военной промышленности. Первые испытания их проводились еще в 1961 году во Вьетнаме. Это был XM-23, который позже был принят на вооружение американскими войсками. Рассчитан данный локатор на внедрение в сухопутных войсках.

Шведский лазерный дальномер предназначен для внедрения в бортовую корабельную и береговую артиллерию. Он отличается особой прочностью, что дает возможность использовать данный дальномер в сложных условиях.

Не мене удачным является и образец норвежского лазерного дальномера LP-4, который способен работать на дальности от 200 метров до 3 километров.

Существует также большое количество портативных дальномеров для пехотных и артиллерийских войск. Особой популярностью среди них пользуется дальномер в виде бинокля, электронные блоки которого сделаны на интегральных схемах. Таким образом, общий вес его вместе с аккумуляторной батареей составляет около 2 килограммов.

Большой интерес для американского военного ведомства представляет дальномер для танков. В США даже был разработан лазер AN/VVS-1 для танка М60А. Основная особенность его заключается в том, что его можно ввести в систему управления огнем боевой машины, и таким образом измерение дальности может производиться не только наводчиком орудия, но и командиром танка.

Также ведутся активные разработки наземных лазерных установок, которые предназначены для слежения за ракетами на начальной стадии полета, а также за спутниками и самолетами. Большое значение уделяется локаторам, включенным в систему ПРО. Так, лазерный локатор «ОПДАР» создан с целью слежения за ракетами, находящимися в активной части полета. На данном локаторе установлен газовый лазер, который работает непрерывно. Локатор может работать на дальности от 30 метров до 30 километров. Как правило, он расположен на расстоянии 1 километра от ракеты. Использование данного локатора в связи с возможностью проведения точных замеров особенностей движения ракет позволяет рассчитать точное место ее падения.

Специально по заказу НАСА был разработан лазер для слежения за спутниками и работал совместно с радиолокаторами, которые выдавали неточные координаты. Их потом использовали для первичного наведения лазера, который и выдавал точные данные. Для того, чтобы установить степень отклонения орбиты спутника от заданной, был разработан "Эксплорер-22".

Часто стали использоваться лазерные локаторы и в авиации Соединенных Штатов и стран НАТО. С их помощью производится более точное измерение высоты и дальности. Обычно такие лазеры имеют небольшие размеры, поэтому встраиваются в систему управления огнем. С их помощью выполняется также ряд других задач: наведение и указание цели. Такие лазеры обычно используются в самолетах, вертолетах и беспилотных летательных аппаратах. Они могут быть активными и полуактивными. Лазерные системы используют в таких видах боеприпасов, как ракеты «земля-воздух», бомбы и морские торпеды.
Понятно, что за право обладания подобными разработками введется активная борьба среди развитых государств. Несколько лет назад в Америке были обнародованы сведения о том, что одна из американских компаний под названием Rocky Mountain Instrument занимается продажей военных секретов зарубежным странам, в частности России, Турции, Китаю и Южной Корее. Эта компания в 2005-2007 годах занималась экспортом оптики, призм, а также технической военной информации без соответствующего разрешения Госдепартамента Соединенных Штатов Америки.

Расследование проводилось специальной комиссией, которая была создана при Минобороны Америки и занималась делами о шпионаже и терроризме. В случае признания вины компания вынуждена будет выплатить в качестве штрафа 1 миллион долларов. Целью его было определение возможных последствий подобной деятельности и выяснение возможных способов использования полученной информации этими государствами.

Еще одно неприятное событие произошло совсем недавно. Стало известно, что США, после 15 лет разработок, закрыли проект лазерной системы ALTB воздушного базирования. На его разработку было уже потрачено 5 миллиардов долларов. Критики довольно скептически отнеслись к его разработке, назвав самым дорогим бесполезны м трудом, мотивируя это тем, что за 14 лет самолет, оборудованный этим лазером, так и не смог доказать свою боевую способность, а сам лазер никогда не будет разработан до конца. ALTB - это система, состоящая из двух твердотопливных лазеров и одного мощного химического йодно-кислородного лазера, которая установлена на борту Боинга-747-400F.

Несмотря на то, что лазерная установка прошла ряд испытаний в 2010 году, связанных с обнаружением, ведением и уничтожением ракет, дальнейшая ее разработка столкнулась с рядом проблем. Ее внедрение и использование в вооруженных силах была признана слишком дорогой и сложной.

Однако, как заявляют представители Агентства противоракетной обороны Соединенных Штатов, в частности, генерал-лейтенант П. О`Райли, некоторые наиболее успешные наработки будут использованы в других разработках, а сама новая лазерная летающая платформа будет готова в течение следующих десяти лет

Источник: topwar.ru

#8 | Анатолий »» | 15.08.2013 16:31

1

Применение лазера в медицине.
Последние годы идет иненсивные разработки лазерной техники в области медицины. Созданы множество приборов использующие лазеры в разных областях медицины.

Применение лазера в медицине. Микрохирургические дрели

В последние годы в медицине широко используется фотодинамическое действие лазерного облучения. Его суть заключается в введении так называемого фотосенсибилизатора, который избирательно накапливается и задерживается в опухолевой ткани. Затем опухоль облучается лазером, при этом происходит взаимодействие фотосенсибилизатора и лазерного излучения, в результате чего нетоксичный триплетный кислород (III 02) переходит в сингентный (I 02), обладающий выраженными цитотоксическими свойствами.

Модифицированный фотодинамический эффект используют также при операциях на межпозвоночных дисках. Интраоперационно проводят дискографию с помощью индигокар-мина. Пульпозное ядро, окрашиваясь, лучше визуализируется, упрощая механическое удаление грыжи. С другой стороны, этим достигается фотодинамический эффект — после механического удаления грыжи в полость диска вводится гибкий световод неодимого лазера, которым производят вапоризацию остатков пульпозного ядра.

Необходимо помнить, что при съемке спинальных вмешательств с использованием лазерного излучения на видеокамеру одевается специальный фильтр, а хирурги должны работать, соблюдая технику безопасности.

Одним из мировых лидеров по производству лазерного оборудования является фирма «Dornier».

Микрохирургические дрели

Для выполнения эндоскопических спинальных операций очень ценным и полезным, а порой необходимым, является использование высокоскоростных дрелей с пневматическим приводом для обеспечения резки и сверления кости, биокерамики и пластмасс. Привод обеспечивает скорость вращения в пределах 500-1000 оборотов в минуту при рабочем давлении 2-8 бар.

К дрели прилагается большой набор специально разработанных сверлящих и режущих насадок и универсальных переходников, приводов (в том числе угловых телескопических, прецизионных), которые позволяют проводить операции любой сложности при любой глубине операционной раны. Наиболее часто используют цилиндрические, округлые, овальные сверла. Сверла бывают разных размеров (диаметром до 0,5 мм, что позволяет проводить самые тонкие манипуляции) и форм.

Эндоскопическая техника сложная, хрупкая и дорогостоящая, поэтому требует тщательного ухода. Перед оперативным вмешательством она должна быть стерильна и находиться в рабочем состоянии. Ответственность за техническое состояние аппаратуры несет специально назначенный хирург, который перед каждой операцией должен проверить работу этой аппаратуры. Очистку, дезинфекцию, стерилизацию эндоскопов и инструментария проводит специально обученная медсестра.

Неотъемлемой частью эндоскопической системы, поставляемой фирмами-изготовителями медоборудования, является руководство по эксплуатации, в котором достаточно подробно и скрупулезно описываются правила обращения с этой техникой, основы технического обслуживания, подготовки инструментов к работе и их стерилизации. Неукоснительное соблюдение правил обработки обеспечит долгосрочное использование дорогостоящей техники.

Различают три степени подготовленности эндоскопов и инструментов к операции.
1. Инструменты, которые должны быть абсолютно стерильными: инструменты и эндоскопы, используемые при эндоскопии через разрезы кожи и мягких тканей (эндоскопы и инструменты для проведения спинальных торакоскопических, лапароскопических эндоскопических вмешательств).

2. Инструменты с ограниченной стерильностью. В эту группу входит техника для проведения эндоскопии через естественные отверстия (эзофагоскопии, бронхоскопии, ректороманоскопии и др.).

3. Инструменты, которые стерилизуются в исключительных случаях (после исследования больных активным туберкулезом, ВИЧ-инфекцией), а в повседневной практике они только дезинфицируются.

Источник: http://meduniver.com