Фізика - Великий довідник школяра - 2019

Квантова оптика
Лазер. Створення та застосування квантових генераторів

Світло поглинається (а), коли падає на речовину, атоми якої знаходяться у незбудженому стані; зворотні переходи з випусканням фотона відбуваються самочинно (спонтанно) (б). Якщо ж атоми речовини були попередньо збуджені, то світло, проходячи через речовину, підсилюється за рахунок приєднання до нього фотонів вимушеного випромінювання (в).

Ефект вимушеного випромінювання ліг в основу дії оптичних квантових підсилювачів (ОКП) і генераторів (ОКГ) світла. Теорію квантових генераторів розробили М. Г. Басов, О. М. Прохоров і Ч. Таунс. Перший ОКГ, названий лазером (від англ. laser light amplification by stimulated emission of radiation), сконструював Теодор Мейман. Робочою речовиною був рожевий рубін (кристал Al2O2 з домішкою ≈ 0,05% Cr2O3).

Рубіновий лазер працює за трирівневою схемою: збудження іонів хрому здійснюється шляхом освітлення рубіна потужною лампою (накачка лазера) з переходом іонів із рівня 1 на рівень 3. Цей рівень характеризується малим «часом життя» t. З рівня 3 на рівень 2 (з великим t) іони хрому переходять безвипромінювально і накопичуються там. Нарешті виникає лавиноподібний вимушений перехід із рівня 2 на рівень 1 з випромінюванням когерентного світла.

До особливостей лазерного випромінювання належать висока когерентність, мала розбіжність, велика інтенсивність.

Сфера застосування лазерів: зв’язок (особливо космічний, адже в космосі немає поглиначів світла — хмар), світлолокація — дуже точне визначення відстані до рухомих предметів; мікрохірургія (у тому числі під час операцій на оці); промисловість (зварювання і обробка матеріалів); одержання голограм (об’ємних зображень предметів); у перспективі — здійснення керованих термоядерних реакцій та ін.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити