Лазер

Внешний звук
Внешний звук
	«Человек, миф, лазер» , подкаст Distillations , Институт истории науки.

Лазер , — это устройство, излучающее свет посредством процесса оптического усиления основанного на вынужденном излучении электромагнитного излучения . Слово «лазер» — это анакроним , возникший как аббревиатура, обозначающая усиление света за счет стимулированного излучения . ^[1]^[2] Первый лазер был построен в 1960 году Теодором Мейманом в исследовательских лабораториях Хьюза на основе теоретических работ Чарльза Х. Таунса и Артура Леонарда Шавлоу . ^[3]

Лазер отличается от других источников света тем, что он излучает когерентный свет . Пространственная когерентность позволяет сфокусировать лазер в узком месте, что позволяет использовать такие приложения, как лазерная резка и литография . Это также позволяет лазерному лучу оставаться узким на больших расстояниях ( коллимация ) — функция, используемая в таких приложениях, как лазерные указки и лидары (обнаружение света и определение дальности). Лазеры также могут иметь высокую временную когерентность , что позволяет им излучать свет с очень узким частотным спектром . Альтернативно, временная когерентность может использоваться для создания ультракоротких импульсов света с широким спектром, но длительностью всего в фемтосекунду .

Лазеры используются в приводах оптических дисков , лазерных принтерах , сканерах штрих-кодов , инструментах для секвенирования ДНК , оптоволоконной и оптической связи в свободном пространстве , производстве полупроводниковых чипов ( фотолитографии ), лазерной хирургии и лечении кожи, материалах для резки и сварки , в военной сфере и юриспруденции. устройства для маркировки целей и измерения дальности и скорости, а также в лазерных световых дисплеях для развлечения. Полупроводниковые лазеры от синего до ближнего УФ-диапазона также использовались вместо светодиодов (светодиодов) для возбуждения флуоресценции в качестве источника белого света; это обеспечивает гораздо меньшую площадь излучения из-за гораздо большей яркости лазера и позволяет избежать спада , свойственного светодиодам; такие устройства уже используются в фарах некоторых автомобилей . ^[4]^[5]^[6]^[7]

Терминология

Первое устройство, использующее усиление за счет вынужденного излучения, работало на микроволновых частотах и называлось мазером , что означает «микроволновое усиление за счет вынужденного излучения». ^[8] подобные оптические Когда были разработаны устройства, они сначала были известны как оптические мазеры , пока слово «микроволна» в аббревиатуре не было заменено на «свет», и стало лазером . ^[9]

Сегодня все подобные устройства, работающие на частотах выше микроволн (приблизительно выше 300 ГГц ), называются лазерами (например, инфракрасные лазеры , ультрафиолетовые лазеры , рентгеновские лазеры , гамма-лазеры ), тогда как устройства, работающие на микроволновых или более низких радиочастотах, называются мазеры. ^[10]^[11]

Глагол обратной формы « лазеровать » часто используется в полевых условиях, означая «испускать когерентный свет», особенно в отношении усиливающей среды лазера; ^[12] Когда лазер работает, говорят, что он « генерирует ». ^[13] Термины «лазер» и «мазер» также используются для обозначения естественного когерентного излучения, например, астрофизического мазера и атомного лазера . ^[14]^[15]

Лазер, который сам по себе излучает свет, технически является оптическим генератором, а не оптическим усилителем , как следует из аббревиатуры. ^[16] Было с юмором отмечено, что аббревиатура LOSER, означающая «колебание света в результате вынужденного излучения», была бы более правильной. ^[15] С широким использованием оригинальной аббревиатуры как нарицательного существительного оптические усилители стали называть лазерными усилителями . ^[17]

Основы

Современная физика описывает свет и другие формы электромагнитного излучения как групповое поведение фундаментальных частиц, известных как фотоны . Фотоны высвобождаются и поглощаются посредством электромагнитных взаимодействий с другими фундаментальными частицами, несущими электрический заряд . Распространенный способ выпустить фотоны — нагреть объект; некоторая часть тепловой энергии , приложенной к объекту, заставит молекулы и электроны внутри объекта получать энергию, которая затем теряется из-за теплового излучения , которое мы видим как свет. Это процесс, который заставляет пламя свечи излучать свет.

Тепловое излучение — это случайный процесс, поэтому испускаемые фотоны имеют диапазон разных длин волн , движутся в разных направлениях и высвобождаются в разное время. Однако энергия внутри объекта не является случайной: она сохраняется атомами и молекулами в « возбужденных состояниях », которые испускают фотоны с разными длинами волн. Это положило начало науке спектроскопии , которая позволяет определять материалы по определенным длинам волн, которые они излучают.

Основной физический процесс создания фотонов в лазере такой же, как и в тепловом излучении, но фактическое излучение не является результатом случайных тепловых процессов. Вместо этого выброс фотона инициируется прохождением поблизости другого фотона. Это называется вынужденным излучением . Чтобы этот процесс работал, проходящий фотон должен быть аналогичен по энергии и, следовательно, длине волны тому, который может быть выпущен атомом или молекулой, и атом или молекула должны находиться в подходящем возбужденном состоянии.

Фотон, испускаемый в результате вынужденного излучения, идентичен фотону, вызвавшему его излучение, и оба фотона могут вызывать стимулированное излучение в других атомах, создавая возможность цепной реакции . Чтобы это произошло, многие атомы или молекулы должны находиться в правильном возбужденном состоянии, чтобы фотоны могли их вызвать. В большинстве материалов атомы или молекулы довольно быстро выходят из возбужденных состояний, что затрудняет или делает невозможным проведение цепной реакции. Материалы, выбранные для лазеров, — это те, которые имеют метастабильные состояния , которые остаются возбужденными в течение относительно длительного времени. В лазерной физике такой материал называется активной лазерной средой . В сочетании с источником энергии, который продолжает «накачивать» энергию в материал, это позволяет иметь достаточное количество атомов или молекул в возбужденном состоянии для развития цепной реакции.

Лазеры отличаются от других источников света своей когерентностью . Пространственная (или поперечная) когерентность обычно выражается в виде узкого луча, ограниченного дифракцией . Лазерные лучи могут быть сфокусированы в очень маленькие точки, достигая очень высокой освещенности , или они могут иметь очень низкую расходимость, чтобы концентрировать свою мощность на большом расстоянии. Временная (или продольная) когерентность подразумевает поляризованную волну на одной частоте, фаза которой коррелирует на относительно большом расстоянии ( длина когерентности ) вдоль луча. ^[18]^{[ нужна страница ]} Луч, создаваемый тепловым или другим источником некогерентного света, имеет мгновенную амплитуду и фазу , которые случайным образом меняются во времени и положении, таким образом, имея короткую длину когерентности.

Лазеры характеризуются длиной волны в вакууме . Большинство «одноволновых» лазеров производят излучение в нескольких режимах с немного разными длинами волн. Хотя временная когерентность подразумевает некоторую степень монохроматичности , некоторые лазеры излучают широкий спектр света или излучают свет разных длин волн одновременно. Некоторые лазеры не являются одномодовыми и имеют световые лучи, которые расходятся больше, чем того требует дифракционный предел . Все подобные устройства классифицируются как «лазеры» по методу получения света путем стимулированного излучения. Лазеры используются там, где свет необходимой пространственной или временной когерентности не может быть получен с помощью более простых технологий.

Дизайн

Компоненты типичного лазера:
Усиление среднее
Энергия лазерной накачки
Высокий отражатель
Выходной соединитель
Лазерный луч

Лазер состоит из усиливающей среды , механизма подачи на нее энергии и устройства, обеспечивающего оптическую обратную связь . ^[19]Усиливающая среда представляет собой материал, свойства которого позволяют усиливать свет посредством вынужденного излучения. Свет определенной длины волны, проходящий через усиливающую среду, усиливается (мощность увеличивается). Обратная связь позволяет стимулированному излучению усиливать преимущественно оптическую частоту на пике кривой усиления-частоты. По мере роста вынужденного излучения в конечном итоге одна частота начинает доминировать над всеми остальными, что означает формирование когерентного пучка. ^[20]

Процесс вынужденного излучения аналогичен процессу звукового генератора с положительной обратной связью, который может возникнуть, например, когда говорящий в системе громкой связи находится рядом с микрофоном. Визг, который можно услышать, — это звуковые колебания на пике кривой усиления-частоты усилителя. ^[21]^{[ нужна страница ]}

Чтобы усиливающая среда усиливала свет, ей необходимо подать энергию в процессе, называемом накачкой . Энергия обычно подается в виде электрического тока или света другой длины волны. Свет накачки может обеспечиваться лампой -вспышкой или другим лазером.

Самый распространенный тип лазера использует обратную связь от оптического резонатора — пары зеркал на обоих концах усиливающей среды. Свет отражается взад и вперед между зеркалами, проходя через усиливающую среду и каждый раз усиливаясь. Обычно одно из двух зеркал, выходной соединитель , частично прозрачно. Часть света проходит через это зеркало. В зависимости от конструкции резонатора (плоские или изогнутые зеркала ) свет, выходящий из лазера, может растекаться или образовывать узкий луч . По аналогии с электронными генераторами это устройство иногда называют лазерным генератором .

Большинство практичных лазеров содержат дополнительные элементы, которые влияют на свойства излучаемого света, такие как поляризация, длина волны и форма луча. ^{[ нужна цитата ]}

Лазерная физика

Электроны и то, как они взаимодействуют с электромагнитными полями, важны для нашего понимания химии и физики .

Вынужденное излучение

Анимация, объясняющая вынужденное излучение и принцип работы лазера.

С классической точки зрения , энергия электрона, вращающегося вокруг атомного ядра, больше на орбитах, находящихся дальше ядра атома от . Однако квантово-механические эффекты вынуждают электроны занимать дискретные позиции на орбиталях . Таким образом, электроны находятся на определенных энергетических уровнях атома, два из которых показаны ниже:

Электрон в атоме может поглощать энергию света ( фотонов ) или тепла ( фононов ) только в том случае, если происходит переход между уровнями энергии, которые соответствуют энергии, переносимой фотоном или фононом. Для света это означает, что любой данный переход будет поглощать только одну определенную длину волны света. Фотоны с правильной длиной волны могут заставить электрон перепрыгнуть с более низкого на более высокий энергетический уровень. В этом процессе фотон потребляется.

Когда электрон переходит из одного состояния в другое на более высоком энергетическом уровне с разницей энергий ΔE, он не останется таким навсегда. В конце концов из вакуума самопроизвольно возникнет фотон, имеющий энергию ΔE. Сохраняя энергию, электрон переходит на более низкий незанятый энергетический уровень, причем переходы на разные уровни имеют разные постоянные времени. Этот процесс называется спонтанным излучением . Спонтанное излучение представляет собой квантово-механический эффект и прямое физическое проявление принципа неопределенности Гейзенберга . Испускаемый фотон имеет случайное направление, но его длина волны совпадает с длиной волны поглощения перехода. Это механизм флуоресценции и теплового излучения .

Фотон с правильной длиной волны, которая будет поглощена при переходе, также может заставить электрон перейти с более высокого уровня на более низкий, испуская новый фотон. Испускаемый фотон точно соответствует исходному фотону по длине волны, фазе и направлению. Этот процесс называется вынужденной эмиссией.

Усиление среды и полости

Усиливающая среда переводится в возбужденное состояние внешним источником энергии. В большинстве лазеров эта среда состоит из совокупности атомов, которые были возбуждены в такое состояние с помощью внешнего источника света или электрического поля, которое обеспечивает атомы энергией для поглощения и преобразования в возбужденное состояние.

Усиливающая среда лазера обычно представляет собой материал контролируемой чистоты, размера, концентрации и формы, который усиливает луч с помощью процесса стимулированного излучения, описанного выше. Этот материал может находиться в любом состоянии : газе, жидкости, твердом теле или плазме . Усиливающая среда поглощает энергию накачки, что переводит некоторые электроны в с более высокой энергией (« возбужденные ») квантовые состояния . Частицы могут взаимодействовать со светом, поглощая или излучая фотоны. Эмиссия может быть спонтанной или стимулированной. В последнем случае фотон излучается в том же направлении, что и проходящий мимо свет. Когда число частиц в одном возбужденном состоянии превышает количество частиц в каком-либо состоянии с более низкой энергией, инверсия населенностей достигается . В этом состоянии скорость вынужденного излучения больше скорости поглощения света в среде, поэтому свет усиливается. Система с таким свойством называется оптическим усилителем . Когда оптический усилитель помещается внутри резонансного оптического резонатора, получается лазер. ^[22]

Для лазерной среды с чрезвычайно высоким коэффициентом усиления, так называемой суперлюминесценции , свет может быть достаточно усилен за один проход через усиливающую среду без необходимости использования резонатора. Хотя его часто называют лазером (см., например, азотный лазер ), ^[23]световому потоку такого устройства не хватает пространственной и временной когерентности, достижимой с помощью лазеров. Такое устройство нельзя описать как генератор, а скорее как оптический усилитель с высоким коэффициентом усиления, усиливающий его спонтанное излучение. Тот же механизм описывает так называемые астрофизические мазеры /лазеры.

Оптический резонатор иногда называют «оптическим резонатором», но это неправильное название: в лазерах используются открытые резонаторы, а не резонатор в буквальном смысле слова, который использовался бы на микроволновых частотах в мазере . Резонатор обычно состоит из двух зеркал, между которыми когерентный луч света проходит в обоих направлениях, отражаясь сам по себе, так что средний фотон неоднократно проходит через усиливающую среду, прежде чем он испустится из выходной апертуры или потеряется из-за дифракции или поглощения. Если усиление (усиление) в среде больше, чем потери в резонаторе, то мощность рециркулирующего света может возрасти в геометрической прогрессии . Но каждое событие вынужденного излучения возвращает атом из возбужденного состояния в основное состояние, уменьшая коэффициент усиления среды. С увеличением мощности луча чистый коэффициент усиления (усиление минус потери) уменьшается до единицы, и говорят, что усиливающая среда насыщается. В лазере непрерывного действия (CW) баланс мощности накачки с насыщением усиления и потерями в резонаторе обеспечивает равновесное значение мощности лазера внутри резонатора; это равновесие определяет рабочую точку лазера. Если приложенная мощность накачки слишком мала, коэффициент усиления никогда не будет достаточным для преодоления потерь в резонаторе, и лазерное излучение не будет генерироваться. Минимальная мощность накачки, необходимая для начала лазерного воздействия, называется лазерный порог . Усиливающая среда будет усиливать любые фотоны, проходящие через нее, независимо от направления; но только фотоны в пространственной моде , поддерживаемой резонатором, пройдут через среду более одного раза и получат существенное усиление.

Свет, излучаемый

Красные (660 и 635 нм), зеленые (532 и 520 нм) и сине-фиолетовые (445 и 405 нм) лазеры

В большинстве лазеров генерация начинается со спонтанного излучения в режим генерации. Этот первоначальный свет затем усиливается за счет вынужденного излучения в усиливающей среде. Стимулированное излучение создает свет, который соответствует входному сигналу по направлению, длине волны и поляризации, тогда как фаза излучаемого света опережает стимулирующий свет на 90 градусов. ^[24]Это в сочетании с фильтрующим эффектом оптического резонатора придает лазерному свету характерную когерентность и может придавать ему равномерную поляризацию и монохроматичность, в зависимости от конструкции резонатора. Основная ширина линии лазера ^[25]Свет, излучаемый резонатором лазера, может быть на порядки уже ширины линии света, излучаемого пассивным резонатором. Некоторые лазеры используют отдельную инжекционную затравку , чтобы начать процесс с уже очень когерентным лучом. Это может создавать лучи с более узким спектром, чем это было бы возможно в противном случае.

В 1963 году Рой Дж. Глаубер показал, что когерентные состояния образуются из комбинаций состояний с числом фотонов , за что ему была присуждена Нобелевская премия по физике . ^[26]Когерентный луч света формируется одночастотными состояниями квантовых фотонов, распределенными согласно распределению Пуассона . В результате скорость поступления фотонов в лазерный луч описывается статистикой Пуассона. ^[27]

Многие лазеры производят луч, который можно аппроксимировать как гауссов луч ; такие лучи имеют минимальную расходимость, возможную для данного диаметра луча. Некоторые лазеры, особенно мощные, производят многомодовые пучки, причем поперечные моды часто аппроксимируются функциями Эрмита - Гаусса или Лагерра -Гаусса. В некоторых мощных лазерах используется профиль с плоской вершиной, известный как « лучевой луч ». Нестабильные лазерные резонаторы (не используемые в большинстве лазеров) создают лучи фрактальной формы. ^[28] Специализированные оптические системы могут создавать лучи более сложной геометрии, такие как лучи Бесселя и оптические вихри .

Вблизи «талии» (или фокальной области ) лазерного луча он сильно коллимирован : волновые фронты плоские, перпендикулярны направлению распространения, без расходимости луча в этой точке. Однако из-за дифракции это может оставаться верным только в пределах диапазона Рэлея . Луч одномодового (гауссового) лазера в конечном итоге расходится под углом, который изменяется обратно пропорционально диаметру луча, как того требует теория дифракции . Таким образом, «карандашный луч», непосредственно генерируемый обычным гелий-неоновым лазером, при попадании на Луну (с расстояния Земли) распространялся бы на расстояние около 500 километров. С другой стороны, свет полупроводникового лазера обычно выходит из крошечного кристалла с большой расходимостью: до 50°. Однако даже такой расходящийся луч можно преобразовать в аналогичный коллимированный луч с использованием системы линз , которая всегда присутствует, например, в лазерной указке , свет которой исходит от лазерного диода . Это возможно благодаря тому, что свет имеет единую пространственную моду. Это уникальное свойство лазерного света, Пространственная когерентность не может быть воспроизведена с использованием стандартных источников света (за исключением исключения большей части света), что можно оценить, сравнив луч фонарика (факела) или прожектора с лучом практически любого лазера.

Профилометр лазерного луча используется для измерения профиля интенсивности, ширины и расходимости лазерных лучей.

Диффузное отражение лазерного луча от матовой поверхности создает спекл-рисунок с интересными свойствами.

Квантовые и классические эмиссионные процессы

Механизм производства излучения в лазере основан на стимулированном излучении , при котором энергия извлекается из перехода в атоме или молекуле. Это квантовое явление ^{[ сомнительно – обсудить ]}это было предсказано Альбертом Эйнштейном , который вывел связь между коэффициентом A , описывающим спонтанное излучение, и коэффициентом B , который применяется к поглощению и вынужденному излучению. Однако в случае лазера на свободных электронах уровни атомной энергии не задействованы; Похоже, работу этого довольно экзотического устройства можно объяснить, не обращаясь к квантовой механике .

Режимы работы

Лазер можно классифицировать как работающий в непрерывном или импульсном режиме, в зависимости от того, является ли выходная мощность по существу непрерывной во времени или ее выходная мощность принимает форму импульсов света в том или ином временном масштабе. Конечно, даже лазер, чья мощность обычно непрерывна, можно намеренно включать и выключать с определенной частотой для создания импульсов света. Когда скорость модуляции во временных масштабах намного меньше, чем время жизни резонатора и период, в течение которого энергия может храниться в лазерной среде или механизме накачки, тогда его все равно классифицируют как «модулированный» или «импульсный» лазер непрерывного действия. Большинство лазерных диодов, используемых в системах связи, попадают в эту категорию.

Непрерывный режим работы

Некоторые применения лазеров зависят от луча, выходная мощность которого постоянна во времени. Такой лазер известен как лазер непрерывного действия ( CW ). Многие типы лазеров могут работать в режиме непрерывного излучения для удовлетворения такого применения. Многие из этих лазеров излучают одновременно в нескольких продольных модах, и биения между немного разными оптическими частотами этих колебаний будут вызывать изменения амплитуды во временных масштабах, меньших, чем время прохождения туда и обратно (обратное расстояние между частотами между модами). обычно несколько наносекунд или меньше. В большинстве случаев эти лазеры по-прежнему называют «лазерами непрерывного действия», поскольку их выходная мощность остается постоянной при усреднении за более длительные периоды, а очень высокочастотные изменения мощности практически не влияют на предполагаемое применение. (Однако этот термин не применяется к с синхронизацией мод лазерам , целью которых является создание очень коротких импульсов со скоростью, равной времени прохождения туда и обратно.)

Для работы в непрерывном режиме необходимо, чтобы инверсная населенность усиливающей среды постоянно пополнялась постоянным источником накачки. В некоторых лазерных средах это невозможно. В некоторых других лазерах это потребует накачки лазера на очень высоком уровне непрерывной мощности, что было бы непрактично, или разрушения лазера из-за чрезмерного нагрева. Такие лазеры не могут работать в режиме непрерывного излучения.

Импульсный режим

Импульсная работа лазеров относится к любому лазеру, не классифицируемому как непрерывный, так что оптическая мощность проявляется в импульсах некоторой длительности с некоторой частотой повторения. Это включает в себя широкий спектр технологий, направленных на множество различных мотиваций. Некоторые лазеры являются импульсными просто потому, что они не могут работать в непрерывном режиме.

В других случаях приложение требует создания импульсов как можно большей энергии. Поскольку энергия импульса равна средней мощности, деленной на частоту повторения, этой цели иногда можно достичь, снизив частоту импульсов, чтобы между импульсами можно было накопить больше энергии. Например, при лазерной абляции небольшой объем материала на поверхности заготовки можно испарить, если его нагреть за очень короткое время, а постепенная подача энергии позволит теплу поглотиться основной массой детали. , никогда не достигая достаточно высокой температуры в определенной точке.

Другие приложения полагаются на пиковую мощность импульса (а не на энергию импульса), особенно для получения нелинейных оптических эффектов. Для заданной энергии импульса это требует создания импульсов как можно более короткой длительности с использованием таких методов, как модуляция добротности .

Оптическая полоса пропускания импульса не может быть уже обратной ширины импульса. В случае чрезвычайно коротких импульсов это подразумевает генерацию в значительной полосе пропускания, что совершенно противоположно очень узкой полосе пропускания, типичной для лазеров непрерывного действия. Лазерная среда в некоторых лазерах на красителях и вибронных твердотельных лазерах обеспечивает оптическое усиление в широкой полосе пропускания, что делает возможным создание лазера, способного генерировать импульсы света длительностью всего несколько фемтосекунд (10 ⁻¹⁵ с).

Q-переключение

В лазере с модуляцией добротности инверсия населенности может накапливаться за счет внесения потерь внутри резонатора, которые превышают усиление среды; это также можно охарактеризовать как снижение добротности или добротности полости. Затем, после того как энергия накачки, запасенная в лазерной среде, приблизилась к максимально возможному уровню, внесенный механизм потерь (часто электро- или акустооптический элемент) быстро устраняется (или происходит сам по себе в пассивном устройстве), что позволяет осуществлять лазерную генерацию. чтобы начать, который быстро получает запасенную энергию в усиливающей среде. В результате получается короткий импульс, включающий эту энергию, и, следовательно, высокая пиковая мощность.

Блокировка режима

Лазер с синхронизацией мод способен излучать чрезвычайно короткие импульсы длительностью от десятков пикосекунд до менее 10 фемтосекунд . Эти импульсы повторяются в течение времени прохождения туда и обратно, то есть времени, которое требуется свету для совершения одного прохождения туда и обратно между зеркалами, составляющими резонатор. Из-за предела Фурье энергии и времени (также известного как неопределенность ) импульс такой короткой временной длины имеет спектр, расширенный в значительной полосе пропускания. Таким образом, такая усиливающая среда должна иметь достаточно широкую полосу усиления для усиления этих частот. Примером подходящего материала является , легированный титаном искусственно выращенный сапфир ( Ti:sapphire ), который имеет очень широкую полосу усиления и, таким образом, может генерировать импульсы длительностью всего несколько фемтосекунд.

Такие лазеры с синхронизацией мод являются наиболее универсальным инструментом для исследования процессов, происходящих в чрезвычайно коротких временных масштабах (известных как фемтосекундная физика, фемтосекундная химия и сверхбыстрая наука ), для максимизации эффекта нелинейности в оптических материалах (например, при генерации второй гармоники , параметрическом понижающее преобразование , оптические параметрические генераторы и тому подобное). В отличие от гигантского импульса лазера с модуляцией добротности, последовательные импульсы лазера с синхронизацией мод фазово-когерентны, то есть импульсы (а не только их огибающие ) идентичны и идеально периодические. По этой причине, а также из-за чрезвычайно большой пиковой мощности, достигаемой такими короткими импульсами, такие лазеры имеют неоценимое значение в определенных областях исследований.

Импульсная накачка

Другой метод обеспечения импульсной работы лазера заключается в накачке лазерного материала источником, который сам по себе является импульсным, либо посредством электронной зарядки в случае ламп-вспышек, либо с помощью другого лазера, который уже имеет импульсный режим. Импульсная накачка исторически использовалась в лазерах на красителях, где время жизни инвертированной населенности молекулы красителя было настолько коротким, что требовалась высокоэнергетическая и быстрая накачка. Способ решения этой проблемы заключался в зарядке больших конденсаторов , которые затем переключались на разряд через лампы-вспышки, создавая интенсивную вспышку. Импульсная накачка также необходима для трехуровневых лазеров, в которых нижний энергетический уровень быстро населяется, предотвращая дальнейшую генерацию до тех пор, пока эти атомы не релаксируют в основное состояние. Эти лазеры, такие как эксимерный лазер и лазер на парах меди, никогда не могут работать в непрерывном режиме.

История

Фонды

В 1917 году Альберт Эйнштейн заложил теоретические основы лазера и мазера в статье « Zur Quantentheorie der Strahlung » («О квантовой теории излучения») посредством нового вывода Макса Планка закона излучения , концептуально обоснованного на коэффициентах вероятности ( коэффициентах Эйнштейна ) поглощения, спонтанного и вынужденного излучения электромагнитного излучения. ^[29] В 1928 году Рудольф В. Ладенбург подтвердил существование явлений вынужденного излучения и отрицательного поглощения. ^[30]^{[ нужна страница ]} В 1939 году Валентин А. Фабрикант предсказал использование вынужденного излучения для усиления «коротких» волн. ^[31] В 1947 году Уиллис Э. Ламб и Р. К. Ретерфорд обнаружили явное стимулированное излучение в спектрах водорода и впервые продемонстрировали вынужденное излучение. ^[30]^{[ нужна страница ]} В 1950 году Альфред Кастлер (Нобелевская премия по физике 1966 года) предложил метод оптической накачки , который был экспериментально продемонстрирован два года спустя Бросселем, Кастлером и Винтером. ^[32]

Мазер

В 1951 году Джозеф Вебер представил документ об использовании стимулированного излучения для создания микроволнового усилителя на конференции Института радиоинженеров по исследованию вакуумных ламп в июне 1952 года в Оттаве , Онтарио, Канада. ^[33] После этой презентации RCA попросило Вебера провести семинар по этой идее, а Чарльз Х. Таунс попросил у него копию статьи. ^[34]

В 1953 году Чарльз Х. Таунс и аспиранты Джеймс П. Гордон и Герберт Дж. Зейгер создали первый микроволновый усилитель - устройство, работающее по тем же принципам, что и лазер, но усиливающее микроволновое излучение, а не инфракрасное или видимое излучение. Мазер Таунса не мог работать непрерывно. ^[35]Тем временем в Советском Союзе Николай Басов и Александр Прохоров независимо работали над квантовым осциллятором и решили проблему систем с непрерывным выходом, используя более двух энергетических уровней. Эти усиливающие среды могут выделять стимулированные излучения между возбужденным состоянием и более низким возбужденным состоянием, а не основным состоянием, способствуя поддержанию инверсии населенности . В 1955 году Прохоров и Басов предложили оптическую накачку многоуровневой системы как метод получения инверсной населенности, которая впоследствии стала основным методом лазерной накачки.

Таунс сообщает, что несколько выдающихся физиков, в том числе Нильс Бор , Джон фон Нейман и Ллевелин Томас Гейзенберга , утверждали, что мазер нарушает принцип неопределенности и, следовательно, не может работать. Другие, такие как Исидор Раби и Поликарп Куш, ожидали, что это будет непрактично и не стоит затраченных усилий. ^[36] В 1964 году Чарльз Х. Таунс, Николай Басов и Александр Прохоров получили Нобелевскую премию по физике «за фундаментальную работу в области квантовой электроники, которая привела к созданию генераторов и усилителей на основе принципа мазера-лазера».

Лазер

В апреле 1957 года японский инженер Дзюнъити Нисидзава предложил концепцию « полупроводникового оптического мазера ». в заявке на патент ^[37]

В том же году Чарльз Х. Таунс и Артур Леонард Шавлоу, работавшие тогда в Bell Labs , начали серьезное исследование инфракрасных «оптических мазеров». По мере развития идей они отказались от инфракрасного излучения и сосредоточились на видимом свете . В 1958 году Bell Labs подала заявку на патент на предложенный ими оптический мазер; а Шавлов и Таунс представили рукопись своих теоретических расчетов в журнал Physical Review , которая была опубликована в 1958 году. ^[38]

Одновременно Колумбийского университета аспирант Гордон Гулд работал над докторской диссертацией об энергетических уровнях возбужденного таллия . Когда Гулд и Таунс встретились, они говорили об излучении радиации как об общей теме; впоследствии, в ноябре 1957 года, Гулд изложил свои идеи относительно «лазера», в том числе использования открытого резонатора (позже основного компонента лазерного устройства). Более того, в 1958 году Прохоров независимо предложил использовать открытый резонатор, что стало первым опубликованным проявлением этой идеи. Тем временем Шавлоу и Таунс остановились на конструкции лазера с открытым резонатором, по-видимому, не зная о публикациях Прохорова и неопубликованных лазерных работах Гулда.

На конференции в 1959 году Гордон Гулд впервые опубликовал аббревиатуру «ЛАЗЕР» в статье « ЛАЗЕР: усиление света посредством стимулированного излучения» . ^[39]^[15] Намерение Гулда заключалось в том, чтобы для разных частей спектра использовались разные аббревиатуры «-ASER»: «XASER» для рентгеновских лучей, «UVASER» для ультрафиолета и т. д. «LASER» в конечном итоге стал общим термином для нем. микроволновых устройств. , хотя «RASER» некоторое время был популярен для обозначения устройств, излучающих радиочастоты.

Заметки Гулда включали возможные применения лазера, такие как спектрометрия , интерферометрия , радар и ядерный синтез . Он продолжил развивать идею и подал заявку на патент в апреле 1959 года. Ведомство США по патентам и товарным знакам (USPTO) отклонило его заявку и в 1960 году выдало патент компании Bell Labs . Это спровоцировало 28-летний судебный процесс , в котором фигурировало Научный престиж и деньги в качестве ставки. Гулд выиграл свой первый второстепенный патент в 1977 году, однако только в 1987 году он одержал первую значительную победу в патентном иске, когда федеральный судья приказал ВПТЗ США выдать Гулду патенты на устройства с оптической накачкой и газоразрядные лазеры . Вопрос о том, как приписать заслуги в изобретении лазера, остается нерешенным историками. ^[40]

16 мая 1960 года Теодор Х. Мейман запустил первый действующий лазер. ^[41]^[42] в Исследовательских лабораториях Хьюза , Малибу, Калифорния, опережая несколько исследовательских групп, в том числе группы Таунса, в Колумбийском университете , Артура Л. Шавлоу , в Bell Labs , ^[43]^{[ нужна страница ]}и Гулд из компании TRG (Technical Research Group). В функциональном лазере Меймана использовался , накачиваемый лампой-вспышкой синтетический рубина кристалл , для генерации красного лазерного света с длиной волны 694 нанометра. Устройство было способно работать только в импульсном режиме из-за трехступенчатой схемы накачки. Позже в том же году иранский физик Али Джаван , Уильям Р. Беннетт-младший и Дональд Р. Херриотт сконструировали первый газовый лазер , используя гелий и неон , который был способен непрерывно работать в инфракрасном диапазоне (патент США 3,149,290); позже Джаван получил Всемирную премию Альберта Эйнштейна в области науки в 1993 году. В 1962 году Роберт Н. Холл продемонстрировал первый полупроводниковый лазер , который был изготовлен из арсенида галлия и излучал в ближнем инфракрасном диапазоне спектра на длине волны 850 нм. Позже в том же году Ник Холоньяк-младший продемонстрировал первый полупроводниковый лазер видимого излучения. Этот первый полупроводниковый лазер можно было использовать только в импульсном режиме и при охлаждении до температуры жидкого азота (77 К). В 1970 году Жорес Алферов из СССР, а также Идзуо Хаяши и Мортон Пэниш из Bell Labs также независимо разработали диодные лазеры непрерывного действия при комнатной температуре, используя структуру гетероперехода .

Последние инновации

С самого начала истории лазеров в ходе лазерных исследований было создано множество улучшенных и специализированных типов лазеров, оптимизированных для различных целей, в том числе:

новые диапазоны длин волн
максимальная средняя выходная мощность
максимальная пиковая энергия импульса
максимальная пиковая импульсная мощность
минимальная длительность выходного импульса
минимальная ширина линии
максимальная энергоэффективность
минимальная стоимость

и эти исследования продолжаются по сей день.

В 2015 году исследователи создали белый лазер, свет которого модулируется синтетическим нанолистом, сделанным из цинка, кадмия, серы и селена, который может излучать красный, зеленый и синий свет в различных пропорциях, причем каждая длина волны охватывает 191 нм. ^[44]^[45]^[46]

В 2017 году исследователи из Делфтского технологического университета продемонстрировали микроволновый лазер на переходе Джозефсона переменного тока . ^[47]Поскольку лазер работает в сверхпроводящем режиме, он более стабилен, чем другие лазеры на полупроводниковой основе. Устройство имеет потенциал для применения в квантовых вычислениях . ^[48] В 2017 году исследователи из Мюнхенского технического университета продемонстрировали самый маленький лазер с синхронизацией мод, способный излучать пары пикосекундных лазерных импульсов с фазовой синхронизацией и частотой повторения до 200 ГГц. ^[49]

В 2017 году исследователи из Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) совместно с американскими исследователями из JILA , совместного института Национального института стандартов и технологий (NIST) и Университета Колорадо в Боулдере , установили новый мировой рекорд, разработав волоконный лазер, легированный эрбием, с шириной линии всего 10 миллигерц. ^[50]^[51]

Виды и принципы работы

Газовые лазеры

После изобретения газового гелий-неонового лазера было обнаружено, что многие другие газовые разряды когерентно усиливают свет. Газовые лазеры, использующие множество различных газов, были созданы и используются для многих целей. Гелий -неоновый лазер (HeNe) может работать на разных длинах волн, однако подавляющее большинство из них рассчитано на длину волны 633 нм; эти относительно недорогие, но высококогерентные лазеры чрезвычайно распространены в оптических исследовательских и образовательных лабораториях. Коммерческие на углекислом газе (CO ₂ лазеры ) могут излучать многие сотни ватт в одной пространственной моде, которую можно сконцентрировать в крошечном пятне. Это излучение находится в тепловом инфракрасном диапазоне на длине волны 10,6 мкм; такие лазеры регулярно используются в промышленности для резки и сварки. Эффективность CO ₂ -лазера необычайно высока: более 30%. ^[52] Аргон-ионные лазеры могут работать на нескольких лазерных переходах между 351 и 528,7 нм. В зависимости от оптической схемы один или несколько из этих переходов могут генерировать одновременно; наиболее часто используемые линии — 458 нм, 488 нм и 514,5 нм. Лазер поперечного электрического разряда азота в газе при атмосферном давлении (TEA) — это недорогой газовый лазер, который часто изготавливают любители в домашних условиях, и который производит довольно некогерентный ультрафиолетовый свет с длиной волны 337,1 нм. ^[53]Лазеры на ионах металлов — это газовые лазеры, генерирующие волны глубокого ультрафиолета . гелий -серебро (HeAg) 224 нм и неон Двумя примерами являются -медь (NeCu) 248 нм. Как и все газовые лазеры низкого давления, усиливающая среда этих лазеров имеет довольно узкую ширину линии генерации , менее 3 ГГц (0,5 пикометра ), ^[54] что делает их кандидатами для использования в флуоресценции с подавлением спектроскопии комбинационного рассеяния .

Генерация без поддержания среды, возбужденной в инверсную населенность, была продемонстрирована в 1992 году на газе натрия и снова в 1995 году на газе рубидии различными международными группами. ^[55]^[56]^{[ нужна страница ]} Это было достигнуто за счет использования внешнего мазера для создания «оптической прозрачности» в среде путем введения и деструктивного вмешательства в переходы основных электронов между двумя путями, так что вероятность поглощения какой-либо энергии основными электронами была исключена.

Химические лазеры

Химические лазеры работают за счет химической реакции, позволяющей быстро высвободить большое количество энергии. Такие очень мощные лазеры представляют особый интерес для военных, однако были разработаны химические лазеры непрерывного действия очень высоких уровней мощности, питаемые потоками газов, которые имеют некоторые промышленные применения. Например, во фтороводородном лазере (2700–2900 нм) и дейтериевом лазере (3800 нм) реакция представляет собой соединение водорода или газообразного дейтерия с продуктами сгорания этилена в трифториде азота .

Эксимерные лазеры

Эксимерные лазеры — это особый вид газовых лазеров, работающих от электрического разряда, в которых лазерная среда представляет собой эксимер , или, точнее, эксиплекс в существующих конструкциях. Это молекулы, которые могут существовать только с одним атомом в возбужденном электронном состоянии . Как только молекула передает свою энергию возбуждения фотону, ее атомы больше не связаны друг с другом, и молекула распадается. Это резко уменьшает заселенность состояния с более низкой энергией, что значительно облегчает инверсию заселенности. Все используемые в настоящее время эксимеры представляют собой соединения благородных газов ; благородные газы химически инертны и могут образовывать соединения только в возбужденном состоянии. Эксимерные лазеры обычно работают на ультрафиолетовых волнах и имеют основные применения, включая полупроводниковую фотолитографию и LASIK глазную хирургию . Обычно используемые эксимерные молекулы включают ArF (эмиссия при 193 нм), KrCl (222 нм), KrF (248 нм), XeCl (308 нм) и XeF (351 нм). ^[57]^{[ нужна страница ]} Молекулярный фторовый лазер, излучающий в вакуумном ультрафиолете с длиной волны 157 нм, иногда называют эксимерным лазером, однако это неправильное название, поскольку F ₂ является стабильным соединением.

Твердотельные лазеры

В твердотельных лазерах используется кристаллический или стеклянный стержень, «легированный» ионами, обеспечивающими необходимые энергетические состояния. Например, первым работающим лазером был рубиновый лазер , сделанный из рубина ( хромом , легированного корунда ). . инверсная населенность В легирующей примеси сохраняется Эти материалы подвергаются оптической накачке с использованием более короткой длины волны, чем длина волны генерации, часто от фотовспышки или другого лазера. Термин «твердое тело» в лазерной физике используется уже, чем обычно. Полупроводниковые лазеры (лазерные диоды) обычно не называют твердотельными лазерами.

Неодим является обычной примесью в различных твердотельных лазерных кристаллах, включая ортованадат иттрия ( Nd:YVO ₄ ), фторид лития иттрия ( Nd:YLF ) и иттрий-алюминиевый гранат ( Nd:YAG ). Все эти лазеры могут генерировать высокую мощность в инфракрасном спектре на длине волны 1064 нм. Их применяют для резки, сварки и маркировки металлов и других материалов, а также в спектроскопии и для накачки лазеров на красителях . Частота этих лазеров также обычно удваивается , утраивается или учетверяется, чтобы производить лучи с длиной волны 532 нм (зеленый, видимый), 355 нм и 266 нм ( УФ ) соответственно. (DPSS) с удвоенной частотой Твердотельные лазеры с диодной накачкой используются для изготовления ярко-зеленых лазерных указателей.

Иттербий , гольмий , тулий и эрбий — другие распространенные «добавки» в твердотельных лазерах. ^[58]^{[ нужна страница ]}Иттербий используется в таких кристаллах, как Yb:YAG, Yb:KGW, Yb:KYW, Yb:SYS, Yb:BOYS, Yb:CaF ₂ , обычно работающих при длине волны 1020–1050 нм. Они потенциально очень эффективны и мощны из-за небольшого квантового дефекта. Чрезвычайно высокая мощность в ультракоротких импульсах может быть достигнута с помощью Yb:YAG. Кристаллы YAG, легированные гольмием , излучают свет на длине волны 2097 нм и образуют эффективный лазер, работающий на инфракрасных длинах волн, сильно поглощаемых водоносными тканями. Ho-YAG обычно работает в импульсном режиме и пропускается через оптоволоконные хирургические устройства для восстановления поверхности суставов, удаления гниения с зубов, испарения раковых опухолей и измельчения камней в почках и желчном пузыре.

титаном , легированный Сапфир ( Ti:sapphire ), производит хорошо перестраиваемый инфракрасный лазер, обычно используемый в спектроскопии . Он также примечателен тем, что используется в качестве лазера с синхронизацией мод, производящего ультракороткие импульсы чрезвычайно высокой пиковой мощности.

Тепловые ограничения в твердотельных лазерах возникают из-за непреобразованной мощности накачки, которая нагревает среду. Это тепло в сочетании с высоким термооптическим коэффициентом (d n /d T ) может вызвать термическое линзирование и снизить квантовую эффективность. с диодной накачкой Тонкие дисковые лазеры решают эти проблемы за счет использования усиливающей среды, которая намного тоньше диаметра луча накачки. Это обеспечивает более равномерную температуру в материале. Было показано, что лазеры на тонких дисках производят лучи мощностью до одного киловатта. ^[59]

Волоконные лазеры

Твердотельные лазеры или лазерные усилители, в которых свет направляется за счет полного внутреннего отражения в одномодовом оптическом волокне, вместо этого называются волоконными лазерами . Направление света обеспечивает чрезвычайно длинные области усиления, обеспечивая хорошие условия охлаждения; Волокна имеют высокое соотношение площади поверхности к объему, что обеспечивает эффективное охлаждение. Кроме того, волноводные свойства волокна снижают тепловые искажения луча. Ионы эрбия и иттербия являются обычными активными частицами в таких лазерах.

Довольно часто волоконный лазер выполнен в виде волокна с двойной оболочкой . Этот тип волокна состоит из сердцевины, внутренней и внешней оболочки. Индекс трех концентрических слоев выбран таким образом, чтобы сердцевина волокна действовала как одномодовое волокно для лазерного излучения, а внешняя оболочка действовала как многомодовая сердцевина для лазера накачки. Это позволяет насосу передавать большое количество энергии в активную внутреннюю область ядра и через нее, сохраняя при этом высокую числовую апертуру (NA), что обеспечивает легкие условия запуска.

Свет накачки можно использовать более эффективно, создав волоконный дисковый лазер или группу таких лазеров.

Волоконные лазеры, как и другие оптические среды, могут страдать от эффекта фотозатемнения , когда они подвергаются воздействию излучения определенных длин волн. В частности, это может со временем привести к деградации материала и потере функциональности лазера. Точные причины и последствия этого явления варьируются от материала к материалу, хотя оно часто связано с образованием центров окраски . ^[60]

Фотонно-кристаллические лазеры

Фотонно-кристаллические лазеры — это лазеры на основе наноструктур, которые обеспечивают ограничение мод и структуру плотности оптических состояний (DOS), необходимую для возникновения обратной связи. ^{[ нужны разъяснения ]} Они имеют типичный размер микрометра. ^{[ сомнительно – обсудить ]} и перестраиваемой на полосах фотонных кристаллов. ^[61]^{[ нужны разъяснения ]}

Полупроводниковые лазеры

Полупроводниковые лазеры представляют собой диоды с электрической накачкой. Рекомбинация электронов и дырок, создаваемая приложенным током, приводит к оптическому усилению. Отражение от концов кристалла образует оптический резонатор, хотя в некоторых конструкциях резонатор может быть внешним по отношению к полупроводнику.

Коммерческие лазерные диоды излучают волны на длинах волн от 375 до 3500 нм. ^[62]Лазерные диоды малой и средней мощности используются в лазерных указках , лазерных принтерах и проигрывателях CD/DVD. Лазерные диоды также часто используются для оптической накачки других лазеров с высокой эффективностью. Самые мощные промышленные лазерные диоды, мощностью до 20 кВт, используются в промышленности для резки и сварки. ^[63]Полупроводниковые лазеры с внешним резонатором имеют полупроводниковую активную среду в резонаторе большего размера. Эти устройства могут генерировать выходную мощность высокой мощности с хорошим качеством луча, узкополосное излучение с перестраиваемой длиной волны или сверхкороткие лазерные импульсы.

В 2012 году Nichia и OSRAM разработали и произвели коммерческие мощные зеленые лазерные диоды (515/520 нм), которые конкурируют с традиционными твердотельными лазерами с диодной накачкой. ^[64]^[65]

Лазеры поверхностного излучения с вертикальным резонатором ( VCSEL ) представляют собой полупроводниковые лазеры, направление излучения которых перпендикулярно поверхности пластины. Устройства VCSEL обычно имеют более круглый выходной луч, чем обычные лазерные диоды. По состоянию на 2005 год широко доступны только VCSEL с длиной волны 850 нм, а VCSEL с длиной волны 1300 нм начинают коммерциализироваться. ^[66]и устройства 1550 нм — область исследований. VECSEL — это VCSEL с внешним резонатором. Квантовые каскадные лазеры — полупроводниковые лазеры, имеющие активный переход между энергетическими подзонами электрона в структуре, содержащей несколько квантовых ям .

Разработка кремниевого лазера важна в области оптических вычислений . Кремний является предпочтительным материалом для интегральных схем , поэтому электронные и кремниевые фотонные компоненты (например, оптические межсоединения ) могут быть изготовлены на одном чипе. К сожалению, кремний является трудным материалом для лазерной генерации, поскольку он обладает определенными свойствами, которые блокируют генерацию. Однако недавно команды создали кремниевые лазеры с помощью таких методов, как изготовление лазерного материала из кремния и других полупроводниковых материалов, таких как фосфид индия (III) или арсенид галлия (III) , материалов, которые позволяют получать когерентный свет из кремния. Их называют гибридным кремниевым лазером . Недавние разработки также показали использование монолитно интегрированных лазеров на нанопроволоках непосредственно на кремнии для оптических межсоединений, что открывает путь для приложений на уровне кристалла. ^[67] Эти гетероструктурные лазеры на нанопроволоках, способные создавать оптические соединения в кремнии, также способны излучать пары пикосекундных импульсов с фазовой синхронизацией с частотой повторения до 200 ГГц, что позволяет осуществлять обработку оптических сигналов на кристалле. ^[49] Другой тип — это рамановский лазер , который использует комбинационное рассеяние света для создания лазера из таких материалов, как кремний.

Лазеры на красителях

Лазеры на красителях используют органический краситель в качестве усиливающей среды. Широкий спектр усиления доступных красителей или смесей красителей позволяет этим лазерам иметь широкие возможности настройки или генерировать импульсы очень короткой длительности ( порядка нескольких фемтосекунд ). Хотя эти перестраиваемые лазеры в основном известны в жидкой форме, исследователи также продемонстрировали перестраиваемое излучение с узкой шириной линии в конфигурациях дисперсионных генераторов, включающих твердотельные усиливающие среды на красителях. В своей наиболее распространенной форме эти твердотельные лазеры на красителях используют в качестве лазерной среды полимеры, легированные красителями.

Пузырьковые лазеры используется пузырь — это лазеры на красителях, в которых в качестве оптического резонатора . Режимы шепчущей галереи в пузырьке создают выходной спектр, состоящий из сотен равномерно расположенных пиков; частотная гребенка . Расстояние между модами шепчущей галереи напрямую связано с окружностью пузырька, что позволяет использовать пузырьковые лазеры в качестве высокочувствительных датчиков давления. ^[68]

Лазеры на свободных электронах

Лазер на свободных электронах *FELIX* в Институте физики плазмы FOM, Рейнхейзен, Ньювегейн.

Лазеры на свободных электронах (ЛСЭ) генерируют когерентное мощное излучение, которое можно широко настраивать. В настоящее время длина волны варьируется от микроволн, терагерцового излучения и инфракрасного излучения до видимого спектра и мягких рентгеновских лучей. Они имеют самый широкий частотный диапазон среди всех типов лазеров. Хотя лучи ЛСЭ имеют те же оптические характеристики, что и другие лазеры, например когерентное излучение, работа ЛСЭ совершенно другая. В отличие от газовых, жидкостных или твердотельных лазеров, которые основаны на связанных атомных или молекулярных состояниях, ЛСЭ используют релятивистский электронный луч в качестве лазерной среды, отсюда и термин « свободные электроны» .

Экзотические СМИ

Поиски лазера с высокой квантовой энергией, использующего переходы между изомерными состояниями атомного ядра, были предметом широкомасштабных академических исследований с начала 1970-х годов. Большая часть этого обобщена в трех обзорных статьях. ^[69]^[70]^[71]Это исследование носило международный характер, но в основном проводилось в бывшем Советском Союзе и США. Хотя многие ученые сохраняют оптимизм в отношении близости прорыва, работающий гамма-лазер еще не реализован. ^[72]

Некоторые из ранних исследований были направлены на изучение коротких импульсов нейтронов, возбуждающих верхнее изомерное состояние в твердом теле, чтобы гамма-переход мог выиграть от сужения линии эффекта Мессбауэра . ^[73]^{[ нужна страница ]}^[74] В совокупности от двухступенчатой накачки трехуровневой системы ожидалось несколько преимуществ. ^[75] Было высказано предположение, что ядро атома, помещенное в ближнее поле когерентно колеблющегося электронного облака, управляемого лазером, будет испытывать большее дипольное поле, чем поле ведущего лазера. ^[76]^[77] Более того, нелинейность колеблющегося облака будет создавать как пространственные, так и временные гармоники, поэтому ядерные переходы более высокой мультиполярности также могут осуществляться с частотой, кратной лазерной частоте. ^[78]^[79]^[80]^[81]^[82]^[83]^[84]

В сентябре 2007 года BBC News сообщила, что существуют предположения о возможности использования позитрония аннигиляции для управления очень мощным лазером гамма-излучения . ^[85] Дэвид Кэссиди из Калифорнийского университета в Риверсайде предположил, что один такой лазер можно использовать для запуска реакции ядерного синтеза , заменив сотни лазеров, которые в настоящее время используются в экспериментах по термоядерному синтезу с инерционным удержанием . ^[85]

космического базирования Рентгеновские лазеры , накачиваемые за счет ядерного взрыва, также предлагались в качестве противоракетного оружия. ^[86]^[87] Такие устройства будут одноразовым оружием.

Живые клетки использовались для производства лазерного света. ^[88]^[89]Клетки были генетически модифицированы для производства зеленого флуоресцентного белка , который служил усиливающей средой для лазера. Затем ячейки были помещены между двумя зеркалами шириной 20 микрометров, которые действовали как резонатор лазера. Когда ячейку освещали синим светом, она излучала интенсивно направленный зеленый лазерный свет.

Природные лазеры

Подобно астрофизическим мазерам , облученные планетарные или звездные газы могут усиливать свет, создавая естественный лазер. ^[90] Марс , ^[91] Венера и MWC 349 демонстрируют это явление.

Использование

Когда в 1960 году были изобретены лазеры, их называли «решением проблемы». ^[92]С тех пор они стали повсеместными, находя применение в тысячах самых разнообразных приложений во всех сферах современного общества, включая бытовую электронику , информационные технологии, науку, медицину, промышленность, правоохранительные органы , развлечения и армию . Волоконно-оптическая связь с использованием лазеров является ключевой технологией в современных коммуникациях, позволяющей предоставлять такие услуги, как Интернет .

Первым широко заметным применением лазеров стал сканер штрих-кодов в супермаркетах , представленный в 1974 году. Плеер лазерных дисков , представленный в 1978 году, был первым успешным потребительским продуктом, включающим лазер, но проигрыватель компакт-дисков был первым устройством с лазерным оборудованием, которое стало распространенным. , начиная с 1982 года, вскоре последовали лазерные принтеры .

Некоторые другие варианты использования:

Связь: помимо волоконно-оптической связи , лазеры используются для оптической связи в открытом космосе , в том числе лазерной связи в космосе.
Медицина: см . ниже
Промышленность: резка , включая обработку тонких материалов, сварка , термообработка материалов , маркировка деталей ( гравировка и склеивание ), аддитивное производство или процессы 3D-печати, такие как селективное лазерное спекание и селективное лазерное плавление , лазерное напыление металла и бесконтактное измерение деталей и 3D сканирование и лазерная чистка .
Военные: маркировка целей, наведение боеприпасов , противоракетная оборона , средства электрооптического противодействия (ЭОПМ) , лидар , ослепление войск, прицел огнестрельного оружия . См . ниже
Правоохранительные органы : LIDAR контроль дорожного движения . Лазеры используются для скрытого обнаружения отпечатков пальцев в судебно-медицинской идентификации. области ^[93]^[94]
Исследования: спектроскопия , лазерная абляция , лазерный отжиг , лазерное рассеяние , лазерная интерферометрия , лидар , микродиссекция лазерного захвата , флуоресцентная микроскопия , метрология , лазерное охлаждение
Коммерческая продукция: лазерные принтеры , сканеры штрих-кодов , термометры , лазерные указки , голограммы , пузырьграммы.
Развлечения: оптические диски , лазерные световые дисплеи , лазерные вертушки .
Информационная маркировка. Технология лазерного освещения может использоваться для проецирования информационной маркировки на такие поверхности, как игровые поля, дороги, взлетно-посадочные полосы или полы складов. ^[95]^[96]^[97]

В 2004 году, не считая диодных лазеров, было продано около 131 000 лазеров на сумму 2,19 миллиарда долларов США . ^[98] В том же году было продано около 733 миллионов диодных лазеров на сумму 3,20 миллиарда долларов США . ^[99]

В медицине

Лазеры имеют множество применений в медицине, включая лазерную хирургию (особенно глазную хирургию ), лазерное лечение (фотобиомодуляционная терапия), лечение камней в почках , офтальмоскопию и косметические процедуры по уходу за кожей, такие как лечение прыщей , целлюлита и стрий уменьшение , а также удаление волос .

Лазеры используются для лечения рака путем уменьшения или разрушения опухолей или предраковых новообразований. Их чаще всего используют для лечения поверхностных раковых опухолей, расположенных на поверхности тела или слизистой оболочке внутренних органов. Они используются для лечения базальноклеточного рака кожи и самых ранних стадий других заболеваний, таких как рак шейки матки , полового члена , влагалища , вульвы и немелкоклеточный рак легких . Лазерную терапию часто комбинируют с другими методами лечения, такими как хирургия , химиотерапия или лучевая терапия . Лазерно-индуцированная интерстициальная термотерапия (ЛИТТ), или интерстициальная лазерная фотокоагуляция , использует лазеры для лечения некоторых видов рака с помощью гипертермии, которая использует тепло для уменьшения опухолей путем повреждения или уничтожения раковых клеток. Лазеры более точны, чем традиционные методы хирургии, и вызывают меньше повреждений, боли, кровотечений , отеков и рубцов. Недостатком является то, что хирурги должны пройти специальную подготовку, и, следовательно, это, вероятно, будет дороже, чем другие методы лечения. ^[100]^[101]

Как оружие

Лазерное оружие — это лазер, который используется как оружие направленной энергии .

Американо-израильское тактическое оружие высокой энергии использовалось для сбивания ракет и артиллерийских снарядов.

Увлечения

В последние годы некоторые любители заинтересовались лазерами. Лазеры, используемые любителями, обычно относятся к классу IIIa или IIIb. (см. § Безопасность ) , хотя некоторые из них создали свои собственные типы класса IV. ^[102]Однако по сравнению с другими любителями, любители лазеров встречаются гораздо реже из-за стоимости и потенциальных опасностей. Из-за стоимости лазеров некоторые любители используют недорогие средства для получения лазеров, такие как утилизация лазерных диодов из сломанных DVD-плееров (красный), проигрывателей Blu-ray (фиолетовый) или даже более мощных лазерных диодов из устройств записи компакт-дисков или DVD . ^[103]

Любители также использовали излишки лазеров, взятые из старых военных приложений, и модифицировали их для голографии . Импульсные рубиновые и YAG-лазеры хорошо подходят для этого применения.

Примеры по мощности

Для разных приложений требуются лазеры с разной выходной мощностью. Лазеры, производящие непрерывный луч или серию коротких импульсов, можно сравнивать по их средней мощности. Лазеры, генерирующие импульсы, также можно охарактеризовать по пиковой мощности каждого импульса. Пиковая мощность импульсного лазера на много порядков превышает его среднюю мощность. Средняя выходная мощность всегда меньше потребляемой мощности.

Непрерывная или средняя мощность, необходимая для некоторых целей:
Власть	Использовать
1–5 мВт	Лазерные указки
5 мВт	компакт-дисков привод
5–10 мВт	DVD-плеер или привод DVD-ROM
100 мВт	Высокоскоростной CD-RW привод
250 мВт	16× DVD-R Потребительский привод
400 мВт	Двухслойная запись DVD 24× ^[104]
1 Вт	Зеленый лазер в голографического универсального диска разработке прототипа
1–20 Вт	Мощность большинства коммерчески доступных твердотельных лазеров, используемых для микрообработки.
30–100 Вт	Типичные герметичные _{на CO 2} хирургические лазеры ^[105]
100–3000 Вт	Типичные герметичные CO2 _- лазеры, используемые в промышленной лазерной резке.

Примеры импульсных систем с высокой пиковой мощностью:

700 ТВт (700×10 ¹² W) — National Ignition Facility , 192-лучевая лазерная система мощностью 1,8 мегаджоуля, примыкающая к целевой камере диаметром 10 метров. ^[106]
10 ПВт (10×10 ¹⁵ W) — самый мощный в мире лазер по состоянию на 2019 год, расположенный на предприятии ELI-NP в Мэгуреле , Румыния. ^[107]

Безопасность

Слева: европейский символ предупреждения о лазерном излучении, необходимый для лазеров класса 2 и выше. Справа: этикетка с предупреждением о лазерном излучении в США, в данном случае для лазера класса 3B.

Даже первый лазер был признан потенциально опасным. Теодор Мейман охарактеризовал первый лазер как обладающий мощностью одного «Gillette», поскольку он мог прожечь одно Gillette лезвие бритвы . ^[108]^[109]Сегодня признано, что даже маломощные лазеры с выходной мощностью всего несколько милливатт могут быть опасны для зрения человека при прямом попадании луча в глаз или после отражения от блестящей поверхности. На длинах волн, на которых роговица и хрусталик могут хорошо фокусироваться, когерентность и низкая расходимость лазерного света означает, что он может быть сфокусирован глазом в чрезвычайно маленькое пятно на сетчатке , что приводит к локальному жжению и необратимому повреждению за секунды или даже меньше. время.

Лазеры обычно маркируются номером класса безопасности, который определяет, насколько опасен лазер:

Класс 1 по своей сути безопасен, обычно потому, что источник света заключен в корпус, например, в проигрывателях компакт-дисков.
Класс 2 безопасен при нормальном использовании; мигательный рефлекс глаза предотвратит повреждение. Обычно мощность до 1 мВт, например, лазерные указки.
Лазеры класса 3R (ранее IIIa) обычно имеют мощность до 5 мВт и сопряжены с небольшим риском повреждения глаз во время мигательного рефлекса. Если смотреть на такой луч в течение нескольких секунд, скорее всего, произойдет повреждение пятна на сетчатке.
Лазеры класса 3B (5–499 мВт) могут вызвать немедленное повреждение глаз при воздействии.
Лазеры класса 4 (≥ 500 мВт) могут обжечь кожу, а в некоторых случаях даже рассеянный свет этих лазеров может вызвать повреждение глаз и/или кожи. Многие промышленные и научные лазеры относятся к этому классу.

Указанные мощности относятся к лазерам непрерывного действия видимого света. Для импульсных лазеров и невидимых длин волн применяются другие ограничения мощности. Люди, работающие с лазерами классов 3B и 4, могут защитить свои глаза защитными очками, которые предназначены для поглощения света определенной длины волны.

Инфракрасные лазеры с длиной волны более 1,4 микрометра часто называют «безопасными для глаз», поскольку роговица имеет тенденцию поглощать свет этих длин волн, защищая сетчатку от повреждений. Однако ярлык «безопасный для глаз» может вводить в заблуждение, поскольку он применим только к лучам непрерывного излучения относительно малой мощности; Мощный лазер или лазер с модуляцией добротности на этих длинах волн может обжечь роговицу, вызывая серьезное повреждение глаз, и даже лазеры средней мощности могут повредить глаз.

Лазеры могут представлять опасность как для гражданской, так и для военной авиации из-за возможности временно отвлекать или ослеплять пилотов. см. в разделе «Лазеры и авиационная безопасность» Дополнительную информацию по этой теме .

Камеры на основе устройств с зарядовой связью могут быть более чувствительны к лазерному повреждению, чем биологические глаза. ^[110]

Смотрите также

External links

Encyclopedia of laser physics and technology by Rüdiger Paschotta
A Practical Guide to Lasers for Experimenters and Hobbyists by Samuel M. Goldwasser
Homebuilt Lasers Page by Professor Mark Csele Archived June 1, 2009, at the Wayback Machine
Powerful laser is 'brightest light in the universe'—The world's most powerful laser as of 2008 might create supernova-like shock waves and possibly even antimatter
"Laser Fundamentals" an online course by F. Balembois and S. Forget.
Northrop Grumman's Press Release on the Firestrike 15 kW tactical laser product
Website on Lasers 50th anniversary by APS, OSA, SPIE
Advancing the Laser anniversary site by SPIE: Video interviews, open-access articles, posters, DVDs Archived April 23, 2021, at the Wayback Machine
Bright Idea: The First Lasers Archived October 3, 2012, at the Wayback Machine history of the invention, with audio interview clips.
Free software for Simulation of random laser dynamics
Video Demonstrations in Lasers and Optics Produced by the Massachusetts Institute of Technology (MIT). Real-time effects are demonstrated in a way that would be difficult to see in a classroom setting.
MIT Video Lecture: Understanding Lasers and Fiberoptics
Virtual Museum of Laser History, from the touring exhibit by SPIE
website with animations, applications and research about laser and other quantum based phenomena Universite Paris Sud

[1] Тейлор, Ник (2000). Лазер: изобретатель, нобелевский лауреат и Тридцатилетняя патентная война . Саймон и Шустер . п. 66 . ISBN 978-0684835150 .

[2] Росс Т., Адам; Беккер Г., Дэниел (2001). Труды по лазерной хирургии: расширенные характеристики, терапия и системы . ШПИОН . п. 396. ИСБН 978-0-8194-3922-2 .

[3] «Декабрь 1958 года: изобретение лазера» . aps.org . Архивировано из оригинала 10 декабря 2021 года . Проверено 27 января 2022 г.

[4] «Полупроводниковые источники: лазер плюс люминофор излучают белый свет без ослабления» . 7 ноября 2013. Архивировано из оригинала 13 июня 2016 года . Проверено 4 февраля 2019 г.

[5] «Лазерное освещение: лазеры белого света бросают вызов светодиодам в приложениях направленного освещения» . 22 февраля 2017 года. Архивировано из оригинала 7 февраля 2019 года . Проверено 4 февраля 2019 г.

[6] «Как работают фары с лазерным приводом» . 7 ноября 2011 года. Архивировано из оригинала 16 ноября 2011 года . Проверено 4 февраля 2019 г.

[7] «Лазерный свет для фар: последние тенденции в автомобильном освещении | OSRAM Automotive» . Архивировано из оригинала 7 февраля 2019 года . Проверено 4 февраля 2019 г.

[8] Хейлброн, Джон Л. (27 марта 2003 г.). Оксфордский справочник по истории современной науки . Издательство Оксфордского университета . стр. 447 . ISBN 978-0-19-974376-6 .

[9] Бертолотти, Марио (1 октября 2004 г.). История лазера . ЦРК Пресс . стр. 100-1 Откр. 215 , 218 – 219 . ISBN 978-1-4200-3340-3 .

[10] Маколей, Аластер Д. (31 мая 2011 г.). Военные лазерные технологии для обороны: технологии, которые произведут революцию в войне 21 века . Джон Уайли и сыновья . п. 127 . ISBN 978-0-470-25560-5 .

[11] Ренк, Карл Ф. (9 февраля 2012 г.). Основы лазерной физики: для студентов естественных и инженерных специальностей . Springer Science & Business Media . п. 4 . ISBN 978-3-642-23565-8 .

[12] «ЛАСЭ» . Словарь Коллинза . Проверено 6 января 2024 г.

[13] «ЛАЗИНГ» . Словарь Коллинза . Проверено 6 января 2024 г.

[14] Стрельницкий, Владимир (1997). «Мазеры, лазеры и межзвездная среда». Астрофизика и космическая наука . 252 : 279–287. Бибкод : 1997Ap&SS.252..279S . дои : 10.1023/А:1000892300429 . S2CID 115181195 .

[Biographical_Memoirs-15] Перейти обратно: ^а ^б ^с Чу, Стивен ; Таунс, Чарльз (2003). «Артур Шавлов». В Эдварде П. Лазире (ред.). Биографические воспоминания . Том. 83. Национальная академия наук. п. 202. ИСБН 978-0-309-08699-8 .

[16] Аль-Амри, Мохаммед Д.; Эль-Гомати, Мохаммед; Зубайри, М. Сухайль (12 декабря 2016 г.). Оптика в наше время Спрингер . п. 76 . ISBN 978-3-319-31903-2 .

[17] Хехт, Джефф (27 декабря 2018 г.). Понимание лазеров: руководство для начинающих . Джон Уайли и сыновья . п. 201 . ISBN 978-1-119-31064-8 .

[18] Концептуальная физика , Пол Хьюитт, 2002.

[19] Зигман, Энтони Э. (1986). Лазеры . Университетские научные книги. п. 2 . ISBN 978-0-935702-11-8 .

[FOOTNOTEPearsall2020276=285-20] Пирсолл 2020 , с. 276=285.

[pears1-21] Пирсолл, Томас (2010). Основы фотоники, 2-е издание . МакГроу-Хилл. ISBN 978-0-07-162935-5 . Архивировано из оригинала 17 августа 2021 года . Проверено 23 февраля 2021 г.

[22] Зигман, Энтони Э. (1986). Лазеры . Университетские научные книги. п. 4 . ISBN 978-0-935702-11-8 .

[Light_and_Its_Uses,_Nitrogen_Laser-23] Уокер, Джерл (июнь 1974 г.). «Азотный лазер» . Свет и его использование . У. Х. Фриман. стр. 40–43 . ISBN 978-0-7167-1185-8 . {{cite book}}: |work= игнорируется ( помогите )

[Pollnau2018-24] Полнау, М. (2018). «Фазовый аспект испускания и поглощения фотонов» (PDF) . Оптика . 5 (4): 465–474. Бибкод : 2018Оптика...5..465P . дои : 10.1364/OPTICA.5.000465 . Архивировано из оригинала 8 февраля 2023 года . Проверено 28 июня 2020 г.

[Pollnau2020-25] Полнау, М.; Эйххорн, М. (2020). «Спектральная когерентность, Часть I: Ширина линии пассивного резонатора, ширина линии фундаментального лазера и приближение Шавлоу-Таунса» . Прогресс в квантовой электронике . 72 : 100255. Цифровой код : 2020PQE....7200255P . doi : 10.1016/j.pquantelec.2020.100255 .

[Glauber1963-26] Глаубер, Р.Дж. (1963). «Когерентные и некогерентные состояния поля излучения» (PDF) . Физ. Преподобный . 131 (6): 2766–2788. Бибкод : 1963PhRv..131.2766G . дои : 10.1103/PhysRev.131.2766 . Архивировано (PDF) из оригинала 8 мая 2021 г. Проверено 23 февраля 2021 г.

[FOOTNOTEPearsall2020276-27] Пирсолл 2020 , с. 276.

[28] Карман, врач общей практики; Макдональд, GS; Новый, ГХК; Вурдман, JP (ноябрь 1999 г.). «Лазерная оптика: фрактальные моды в неустойчивых резонаторах» . Природа . 402 (6758): 138. Бибкод : 1999Natur.402..138K . дои : 10.1038/45960 . S2CID 205046813 .

[Einstein1917-29] Эйнштейн, А (1917). «К квантовой теории излучения». Физический журнал . 18 :121-128. Бибкод : 1917PhyZ...18..121E .

[Steen,_W._M_1998-30] Перейти обратно: ^а ^б Стин, В.М. «Лазерная обработка материалов», 2-е изд. 1998.

[31] Батани, Дмитрий (2004). «Риск от лазера: что это такое и как с ним бороться; анализ проблемы не так далеко от нас» [Риск от лазера: что это такое и каково с ним столкнуться; анализ проблемы, которая, таким образом, находится недалеко от нас]. wwwold.unimib.it . Программа обязательного курса обучения (на итальянском языке). Университет Милана-Бикокка. п. 12. Архивировано из оригинала (Powerpoint) 14 июня 2007 года . Проверено 1 января 2007 г.

[32] Нобелевская премия по физике 1966 г. Архивировано 4 июня 2011 г., Wayback Machine из выступления профессора Ивара Уоллера на презентации . Проверено 1 января 2007 г.

[33] «Интервью по устной истории Американского института физики с Джозефом Вебером» . 4 мая 2015 года. Архивировано из оригинала 8 марта 2016 года . Проверено 16 марта 2016 г.

[34] Бертолотти, Марио (2015). Мазеры и лазеры: исторический подход (2-е изд.). ЦРК Пресс. стр. 100-1 89–91. ISBN 978-1-4822-1780-3 . Проверено 15 марта 2016 г.

[35] «Руководство по лазерам» . Хобартс . Архивировано из оригинала 24 апреля 2019 года . Проверено 24 апреля 2017 г.

[36] Таунс, Чарльз Х. (1999). Как появился лазер: приключения учёного , Oxford University Press , ISBN 978-0-19-512268-8 , стр. 69–70.

[jqr2-37] Нисидзава, Дзюнъити (декабрь 2009 г.). «Расширение частот от мазера до лазера» . Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci . 85 (10): 454–465. Бибкод : 2009PJAB...85..454N . дои : 10.2183/pjab.85.454 . ПМК 3621550 . ПМИД 20009378 .

[38] Шавлов, Артур; Таунс, Чарльз (1958). «Инфракрасные и оптические мазеры» . Физический обзор . 112 (6): 1940–1949. Бибкод : 1958PhRv..112.1940S . дои : 10.1103/PhysRev.112.1940 .

[Gould1959-39] Гулд, Р. Гордон (1959). «ЛАЗЕР, усиление света путем стимулированного излучения». Во Франкене, Пенсильвания; Сэндс Р.Х. (ред.). Конференция в Анн-Арборе по оптической накачке, Мичиганский университет, 15–18 июня 1959 г. п. 128. ОСЛК 02460155 .

[40] Джоан Лиза Бромберг, Лазер в Америке, 1950–1970 (1991), стр. 74–77 онлайн. Архивировано 28 мая 2014 г., в Wayback Machine.

[41] Майман, TH (1960). «Стимулированное оптическое излучение в рубине». Природа . 187 (4736): 493–494. Бибкод : 1960Natur.187..493M . дои : 10.1038/187493a0 . S2CID 4224209 .

[42] Таунс, Чарльз Хард . «Первый лазер» . Чикагский университет . Архивировано из оригинала 4 апреля 2004 года . Проверено 15 мая 2008 г.

[43] Хехт, Джефф (2005). Луч: гонка за создание лазера . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-514210-5 .

[44] «Впервые лазер, который светит чистым белым» . Популярная наука . 18 марта 2019 года. Архивировано из оригинала 16 декабря 2019 года . Проверено 16 декабря 2019 г.

[45] «Исследователи демонстрируют первые в мире белые лазеры» . физ.орг . Архивировано из оригинала 16 декабря 2019 года . Проверено 16 декабря 2019 г.

[46] «Ученые наконец создали белый лазер, и он может осветить ваш дом» . gizmodo.com . 30 июля 2015 года. Архивировано из оригинала 16 декабря 2019 года . Проверено 16 декабря 2019 г.

[47] «Исследователи демонстрируют новый тип лазера» . Физика.орг . Архивировано из оригинала 3 марта 2017 года . Проверено 4 марта 2017 г.

[48] Кэссиди, MC; Бруно, А.; Резинберт, С.; Ирфан, М.; Каммхубер, Дж.; Схоутен, РН; Ахмеров А.Р.; Кувенховен, LP (2 марта 2017 г.). «Демонстрация лазера на джозефсоновском переходе переменного тока». Наука . 355 (6328): 939–942. arXiv : 1703.05404 . Бибкод : 2017Sci...355..939C . дои : 10.1126/science.aah6640 . ПМИД 28254938 . S2CID 1364541 .

[nwpl-49] Перейти обратно: ^а ^б Майер, Б.; Реглер, А.; Стерзль, С.; Стеттнер, Т.; Коблмюллер, Г.; Канибер, М.; Линнау, Б.; Людж, К.; Финли, Джей-Джей (23 мая 2017 г.). «Долговременная взаимная фазовая синхронизация пар пикосекундных импульсов, генерируемых полупроводниковым лазером на нанопроволоках» . Природные коммуникации . 8 : 15521. arXiv : 1603.02169 . Бибкод : 2017NatCo...815521M . дои : 10.1038/ncomms15521 . ПМЦ 5457509 . ПМИД 28534489 .

[50] Эрика Шоу (29 июня 2017 г.). «Физико-технический федеральный институт разработал лазер с шириной линии всего 10 мГц» (пресс-релиз). Архивировано из оригинала 3 июля 2017 года.

[51] Матей, Д.Г.; Легеро, Т.; Хефнер, С.; и другие. (30 июня 2017 г.). «Лазеры 1,5 мкм с шириной линии менее 10 мГц». Физ. Преподобный Летт . 118 (26): 263202. arXiv : 1702.04669 . Бибкод : 2017PhRvL.118z3202M . doi : 10.1103/PhysRevLett.118.263202 . ПМИД 28707932 . S2CID 206293342 .

[52] Нолен, Джим; Дерек Верно. «Углекислый лазер» . Дэвидсон Физика. Архивировано из оригинала 11 октября 2014 года . Проверено 17 августа 2014 г.

[53] Челе, Марк (2004). «Азотный газовый лазер ТЭА» . Страница самодельных лазеров . Архивировано из оригинала 11 сентября 2007 года . Проверено 15 сентября 2007 г.

[54] «Лазеры глубокого УФ» (PDF) . Photon Systems, Ковина, Калифорния. Архивировано из оригинала (PDF) 1 июля 2007 года . Проверено 27 мая 2007 г.

[55] Момпарт, Дж.; Корбалан, Р. (2000). «Лазировка без инверсии». J. Опт. Б. 2 (3): R7–R24. Бибкод : 2000JOptB...2R...7M . дои : 10.1088/1464-4266/2/3/201 . S2CID 121209763 .

[56] Джаван, А. (2000). «О знакомстве с Марланом». Ода квантовому физику: Фестиваль в честь Марлана О. Скалли . Эльзевир.

[57] Шуокер, Д. (1998). Справочник Академии Eurolaser . Спрингер. ISBN 978-0-412-81910-0 .

[58] Басс, Майкл; ДеКусатис, Казимер; Енох, Джей; Лакшминараянан, Васудеван; Ли, Гуйфан; Макдональд, Кэролайн; Махаджан, Вирендра; Страйленд, Эрик Ван (13 ноября 2009 г.). Справочник по оптике, третье издание, том V: Атмосферная оптика, модуляторы, волоконная оптика, рентгеновская и нейтронная оптика . МакГроу Хилл Профессионал. ISBN 978-0-07-163314-7 . Архивировано из оригинала 8 февраля 2023 года . Проверено 16 июля 2017 г.

[59] К. Стивен, М. Ларионов и А. Гизен, «Тонкий дисковый лазер Yb:YAG с выходной мощностью 1 кВт», в OSA Trends in Optics and Photonics, Advanced Solid-State Lasers, H. Injeyan, U. Keller, и К. Маршалл, изд. (Оптическое общество Америки, Вашингтон, округ Колумбия, 2000 г.), стр. 35–41.

[60] Пашотта, Рюдигер. «Фотозатемнение» . www.rp-photonics.com . Архивировано из оригинала 25 июня 2023 года . Проверено 22 июля 2023 г.

[61] Ву, Х.; и другие. (25 октября 2004 г.). «Ультрафиолетовый фотонно-кристаллический лазер». Письма по прикладной физике . 85 (17): 3657. arXiv : Physics/0406005 . Бибкод : 2004ApPhL..85.3657W . дои : 10.1063/1.1808888 . S2CID 119460787 .

[62] «Рынок лазерных диодов» . Ханель Фотоникс. Архивировано из оригинала 7 декабря 2015 года . Проверено 26 сентября 2014 г.

[63] «Мощные прямые диодные лазеры для резки и сварки» . Industrial-lasers.com . Архивировано из оригинала 11 августа 2018 года . Проверено 11 августа 2018 г.

[64] «ЛАЗЕРНЫЙ Диод» . nichia.co.jp . Архивировано из оригинала 18 марта 2014 года . Проверено 18 марта 2014 г.

[65] «Зеленый лазер» . osram-os.com . 19 августа 2015. Архивировано из оригинала 18 марта 2014 года . Проверено 18 марта 2014 г.

[66] «Picolight поставляет первые трансиверы VCSEL со скоростью 4 Гбит/с и длиной волны 1310 нм» . Мир лазерной фокусировки онлайн . 9 декабря 2005 года. Архивировано из оригинала 13 марта 2006 года . Проверено 27 мая 2006 г.

[nwls-67] Майер, Б.; Янкер, Л.; Лойч, Б.; Треу, Дж.; Костенбадер, Т.; Лихтманнекер, С.; Райхерт, Т.; Моркоттер, С.; Канибер, М.; Абстрайтер, Г.; Гис, К.; Коблмюллер, Г.; Финли, Джей-Джей (13 января 2016 г.). «Монолитно-интегрированные лазеры на основе нанопроволок с высоким β-излучением на кремнии». Нано-буквы . 16 (1): 152–156. Бибкод : 2016NanoL..16..152M . дои : 10.1021/acs.nanolett.5b03404 . ПМИД 26618638 .

[miller-68] Миллер, Джоанна. «Пузырьковые лазеры могут быть прочными и чувствительными» . Физика сегодня . Американский институт физики . Проверено 2 апреля 2024 г.

[69] Болдуин, GC; Солем, Дж.К.; Гольданский, В.И. (1981). «Подходы к созданию гамма-лазеров». Обзоры современной физики . 53 (4): 687–744. Бибкод : 1981РвМП...53..687Б . дои : 10.1103/RevModPhys.53.687 .

[70] Болдуин, GC; Солем, Дж. К. (1995). «Последние предложения по гамма-лазерам». Лазерная физика . 5 (2): 231–239.

[71] Болдуин, GC; Солем, Дж. К. (1997). «Безоткатные гамма-лазеры» . Обзоры современной физики . 69 (4): 1085–1117. Бибкод : 1997RvMP...69.1085B . дои : 10.1103/RevModPhys.69.1085 . Архивировано из оригинала 28 июля 2019 года . Проверено 13 июня 2019 г.

[72] Болдуин, GC; Солем, Дж. К. (1982). «Пришло ли время? Или нам придется так долго ждать прорывов?». Лазерный фокус . 18 (6): 6 и 8.

[73] Солем, Дж. К. (1979). «О возможности импульсного гамма-лазера». Отчет Лос-Аламосской научной лаборатории LA-7898 . дои : 10.2172/6010532 . ОСТИ 6010532 .

[74] Болдуин, GC; Солем, Дж. К. (1979). «Максимальная плотность и скорость захвата нейтронов, замедленных от импульсного источника» . Ядерная наука и инженерия . 72 (3): 281–289. Бибкод : 1979NSE....72..281B . дои : 10.13182/NSE79-A20384 . Архивировано из оригинала 7 февраля 2016 года . Проверено 13 января 2016 г.

[75] Болдуин, GC; Солем, Дж. К. (1980). «Двухступенчатая накачка трехуровневых мессбауэровских гамма-лазеров». Журнал прикладной физики . 51 (5): 2372–2380. Бибкод : 1980JAP....51.2372B . дои : 10.1063/1.328007 .

[76] Солем, Дж. К. (1986). «Механизмы межуровневого перехода и их применение к грайзерам» . Материалы конференции AIP . Proceedings of Advances in Laser Science-I, Первая международная конференция по лазерной науке, Даллас, Техас, 1985 (Американский институт физики, оптических наук и техники, серия 6). Том. 146. стр. 22–25. Бибкод : 1986AIPC..146...22S . дои : 10.1063/1.35861 . Архивировано из оригинала 27 ноября 2018 года . Проверено 27 ноября 2018 г.

[77] Биденхарн, LC; Бойер, К.; Солем, Дж. К. (1986). «Возможность травления с помощью лазерного ядерного возбуждения». Материалы конференции AIP . Proceedings of AIP Advances in Laser Science-I, Даллас, Техас, 18–22 ноября 1985 г. Vol. 146. стр. 50–51. Бибкод : 1986AIPC..146...50B . дои : 10.1063/1.35928 .

[78] Ринкер, Джорджия; Солем, Дж.К.; Биденхарн, Л. К. (27 апреля 1988 г.). «Расчет гармонического излучения и ядерной связи, возникающей у атомов в сильных лазерных полях». В Джонсе, Рэнди С. (ред.). Учеб. SPIE 0875, Лазеры короткой и ультракороткой длины волны . 1988 Симпозиум в Лос-Анджелесе: OE/LASE '88, 1988, Лос-Анджелес, Калифорния, США. Лазеры короткой и ультракороткой длины волны. Том. 146. Международное общество оптики и фотоники. стр. 92–101. дои : 10.1117/12.943887 .

[79] Ринкер, Джорджия; Солем, Дж.К.; Биденхарн, LC (1987). Лапп, М.; Стуэлли, туалет; Кенни-Уоллес Джорджия (ред.). «Ядерный межуровневый переход, обусловленный коллективными электронными возбуждениями внешней оболочки». Материалы Второй Международной конференции по лазерной науке, Сиэтл, Вашингтон (Достижения в области лазерной науки-II) . 160 . Нью-Йорк: Американский институт физики: 75–86. OCLC 16971600 .

[80] Солем, Дж. К. (1988). «Теорема о пространственных и временных гармониках для ядерного межуровневого перехода, вызванного коллективными электронными колебаниями» . Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . 40 (6): 713–715. Бибкод : 1988JQSRT..40..713S . дои : 10.1016/0022-4073(88)90067-2 . Архивировано из оригинала 18 марта 2020 года . Проверено 8 сентября 2019 г.

[81] Солем, Дж.К.; Биденхарн, LC (1987). «Букварь о связи коллективных электронных колебаний с ядрами» (PDF) . Отчет Лос-Аламосской национальной лаборатории LA-10878 : 1. Бибкод : 1987pcce.rept.....S . Архивировано (PDF) из оригинала 4 марта 2016 г. Проверено 13 января 2016 г.

[82] Солем, Дж.К.; Биденхарн, LC (1988). «Лазерная связь с ядрами посредством коллективных электронных колебаний: исследование простой эвристической модели». Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . 40 (6): 707–712. Бибкод : 1988JQSRT..40..707S . дои : 10.1016/0022-4073(88)90066-0 .

[83] Бойер, К.; Ява, Х.; Лук, Т.С.; Макинтайр, Айова; Макферсон, А.; Росман, Р.; Солем, Дж.К.; Родос, СК; Сёке, А. (1987). «Обсуждение роли многоэлектронных движений в многофотонной ионизации и возбуждении». В Смите, С.; Найт, П. (ред.). Материалы Международной конференции по многофотонным процессам (ICOMP) IV, 13–17 июля 1987 г., Боулдер, Калифорния . Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета. п. 58. ОСТИ 10147730 .

[84] Биденхарн, LC; Ринкер, Джорджия; Солем, Дж. К. (1989). «Разрешимая приближенная модель реакции атомов, подвергнутых сильным осциллирующим электрическим полям» . Журнал Оптического общества Америки Б. 6 (2): 221–227. Бибкод : 1989JOSAB...6..221B . дои : 10.1364/JOSAB.6.000221 . Архивировано из оригинала 21 марта 2020 года . Проверено 13 июня 2019 г.

[Fildes-85] Перейти обратно: ^а ^б Филдс, Джонатан (12 сентября 2007 г.). «Зеркальные частицы образуют новую материю» . Новости BBC . Архивировано из оригинала 21 апреля 2009 года . Проверено 22 мая 2008 г.

[86] Хехт, Джефф (май 2008 г.). «История рентгеновского лазера». Новости оптики и фотоники . 19 (5): 26–33. Бибкод : 2008OptPN..19R..26H . дои : 10.1364/опн.19.5.000026 .

[87] Робинсон, Кларенс А. (23 февраля 1981 г.). «Прогресс в области высокоэнергетического лазера». Неделя авиации и космических технологий . стр. 25–27.

[88] Палмер, Джейсон (13 июня 2011 г.). «Лазер производится живой клеткой» . Новости BBC . Архивировано из оригинала 13 июня 2011 года . Проверено 13 июня 2011 г.

[89] Мальте К. Гатер и Сок Хён Юн (12 июня 2011 г.). «Одноклеточные биологические лазеры». Природная фотоника . 5 (7): 406–410. Бибкод : 2011NaPho...5..406G . дои : 10.1038/nphoton.2011.99 .

[90] Чен, София (1 января 2020 г.). «Чужой свет» . ШПИОН . Архивировано из оригинала 14 апреля 2021 года . Проверено 9 февраля 2021 г.

[91] Мама, Майкл Дж (3 апреля 1981 г.). «Открытие естественного усиления в диапазонах 10-микрометрового лазера на углекислом газе на Марсе: природный лазер» . Наука . 212 (4490): 45–49. Бибкод : 1981Sci...212...45M . дои : 10.1126/science.212.4490.45 . ПМИД 17747630 . Архивировано из оригинала 17 февраля 2022 года . Проверено 9 февраля 2021 г.

[92] Чарльз Х. Таунс (2003). «Первый лазер» . В Лоре Гарвин ; Тим Линкольн (ред.). Век природы: двадцать одно открытие, изменившее науку и мир . Издательство Чикагского университета. стр. 107–12 . ISBN 978-0-226-28413-2 .

[93] Далримпл Б.Е., Дафф Дж.М., Мензель Э.Р. «Собственная люминесценция отпечатков пальцев - обнаружение лазером». Журнал судебной медицины , 22 (1), 1977, 106–115.

[94] Далримпл Б.Е. «Видимая и инфракрасная люминесценция в документах: возбуждение лазером». Журнал судебной медицины , 28 (3), 1983, 692–696.

[95] «Лазерные технологии расширяют возможности любителей спорта, реф.» . Фотоника.com . 10 сентября 2014 года . Проверено 23 августа 2023 г.

[96] Вудс, Сьюзен (13 апреля 2015 г.). «Линии фронта» . Лазеры для цехов . Проверено 23 августа 2023 г.

[97] Рэндалл, Кевин (20 апреля 2022 г.). «Футбольные технологии – это больше, чем лазерно-световое шоу» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 30 августа 2023 г.

[98] Кинкейд, Кэти; Андерсон, Стивен (1 января 2005 г.). «Laser Marketplace 2005: Потребительские приложения увеличили продажи лазеров на 10%» . Мир лазерного фокуса . Том. 41, нет. 1. Архивировано из оригинала 13 апреля 2015 года . Проверено 6 апреля 2015 г.

[99] Стил, Роберт В. (1 февраля 2005 г.). «Рынок диодных лазеров растет медленнее» . Мир лазерного фокуса . Том. 41, нет. 2. Архивировано из оригинала 12 апреля 2015 года . Проверено 6 апреля 2015 г.

[100] «Лазерная терапия рака: Медицинская энциклопедия MedlinePlus» . medlineplus.gov . Архивировано из оригинала 24 февраля 2021 года . Проверено 15 декабря 2017 г.

[NIHlaser-101] В эту статью включен текст из этого источника, который находится в свободном доступе : «Лазеры в лечении рака» . Национальные институты здравоохранения, Национальный институт рака. 13 сентября 2011 г. Архивировано из оригинала 5 апреля 2020 г. Проверено 15 декабря 2017 г.

[102] ЛАЗЕР PowerLabs _{CO 2} ! Архивировано 14 августа 2005 года в Wayback Machine Сэма Барроса 21 июня 2006 года. Проверено 1 января 2007 года.

[103] Макс, Стефани. «Как: превратить устройство записи DVD в мощный лазер» . Передачи с планеты Стефани . Архивировано из оригинала 17 февраля 2022 года . Проверено 6 апреля 2015 г.

[104] "Laser Diode Power Output Based on DVD-R/RW specs". elabz.com. April 10, 2011. Archived from the original on November 22, 2011. Retrieved December 10, 2011.

[105] Peavy, George M. (January 23, 2014). "How to select a surgical veterinary laser". Aesculight. Archived from the original on April 19, 2016. Retrieved March 30, 2016.

[106] Heller, Arnie, "Orchestrating the world's most powerful laser Archived November 21, 2008, at the Wayback Machine." Science and Technology Review. Lawrence Livermore National Laboratory, July/August 2005. Retrieved May 27, 2006.

[107] Dragan, Aurel (March 13, 2019). "Magurele Laser officially becomes the most powerful laser in the world". Business Review. Archived from the original on April 14, 2021. Retrieved March 23, 2021.

[Nast_Zurer_2011_e220-108] Zurer, Rachel (December 27, 2011). "Three Smart Things About Lasers". WIRED. Retrieved February 16, 2024.

[Jr_2007_h824-109] Jr, John Johnson (May 11, 2007). "Theodore Maiman, 79; harnessed light to build the world's first working laser". Los Angeles Times. Retrieved February 16, 2024.

[110] Hecht, Jeff (January 24, 2018). "Can Lidars Zap Camera Chips?". IEEE Spectrum. Archived from the original on February 2, 2019. Retrieved February 1, 2019.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]

[29]

[30]

[31]

[32]

[33]

[34]

[35]

[36]

[37]

[38]

[39]

[40]

[41]

[42]

[43]

[44]

[45]

[46]

[47]

[48]

[49]

[50]

[51]

[52]

[53]

[54]

[55]

[56]

[57]

[58]

[59]

[60]

[61]

[62]

[63]

[64]

[65]

[66]

[67]

[68]

[69]

[70]

[71]

[72]

[73]

[74]

[75]

[76]

[77]

[78]

[79]

[80]

[81]

[82]

[83]

[84]

[85]

[86]

[87]

[88]

[89]

[90]

[91]

[92]

[93]

[94]

[95]

[96]

[97]

[98]

[99]

[100]

v t e Lasers
List of laser articles List of laser types List of laser applications Laser acronyms
Types of lasers	Chemical laser Dye laser Bubble Liquid-crystal Gas laser Carbon dioxide Excimer Helium–neon Ion Nitrogen Free-electron laser Laser diode Solid-state laser Er:YAG Nd:YAG Raman Ruby Ti-sapphire X-ray laser
Laser physics	Active laser medium Amplified spontaneous emission Continuous wave Laser ablation Laser linewidth Lasing threshold Population inversion Ultrashort pulse
Laser optics	Beam expander Beam homogenizer Chirped pulse amplification Gain-switching Gaussian beam Injection seeder Laser beam profiler M squared Mode locking Multiple-prism grating laser oscillator Optical amplifier Optical cavity Optical isolator Output coupler Q-switching
Category

Authority control databases
National	Spain France BnF data Germany Israel United States Japan Czech Republic
Other	Encyclopedia of Modern Ukraine NARA

Терминология

Основы

Дизайн

Лазерная физика

Вынужденное излучение

Усиление среды и полости

Свет, излучаемый

Квантовые и классические эмиссионные процессы

Режимы работы

Непрерывный режим работы

Импульсный режим

Q-переключение

Блокировка режима

Импульсная накачка

История

Фонды

Мазер

Лазер

Последние инновации

Виды и принципы работы

Газовые лазеры

Химические лазеры

Эксимерные лазеры

Твердотельные лазеры

Волоконные лазеры

Фотонно-кристаллические лазеры

Полупроводниковые лазеры

Лазеры на красителях

Лазеры на свободных электронах

Экзотические СМИ

Природные лазеры

Использование

В медицине

Как оружие

Увлечения

Примеры по мощности

Безопасность

Смотрите также

Рекомендации

Further reading

Books

Periodicals

External links