НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

по	Научно-исследовательской деятельности

дисциплине/междисциплинарному курсу

 

Тема:	Будущее лазерных технологий
	тема работы

Выполнил(а) студент(ка)		курса, группы	ПИ-145
	Перескоков Олег Андреевич
	фамилия имя отчество
Руководитель работы	Кэруцэ Валентина Степановна
	ученая степень, звание, фамилия и инициалы

 

Рецензия
	актуальность, цели, достоинства и недостатки курсовой работы, оценка в баллах
Проверил
	«____» ____________ 2015 г.

 

Пермь 2015

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение……………………………………………………………………………………..........1-3
1. История лазера

1.1 Классификация лазеров и их характеристики

2. Применение лазеров в науке и новейшие разработки

Введите название главы (уровень 2)

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Лазерное оборудование в наше время можно встретить почти везде: на стройке, на различных концертах, выступлениях в цирке и прочих местах. Он широко используется в промышленности и в сфере развлечений и игрушек.

Лазер — это устройство, преобразующее энергию накачки в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.

Физической основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения. Излучение лазера может быть непрерывным, с постоянной мощностью, или импульсным, достигающим предельно больших пиковых мощностей. В некоторых схемах рабочий элемент лазера используется в качестве оптического усилителя для излучения от другого источника. Существует большое количество видов лазеров, использующих в качестве рабочей среды все агрегатные состояния вещества. Некоторые типы лазеров, например, лазеры на растворах красителей или полихроматические твердотельные лазеры, могут генерировать целый набор частот (мод оптического резонатора) в широком спектральном диапазоне. Габариты лазеров разнятся от микроскопических для ряда полупроводниковых лазеров до размеров футбольного поля для некоторых лазеров на неодимовом стекле. Уникальные свойства излучения лазеров позволили использовать их в различных отраслях науки и техники, а также в быту, начиная с чтения и записи компакт-дисков и заканчивая исследованиями в области управляемого термоядерного синтеза.[1]

Создателем теории лазера является известный всем Альберт Эйнштейн. В статье «К квантовой теории излучения» (1917) Эйнштейн, исходя из статистических соображений, впервые предположил существование нового вида излучения, происходящего под воздействием внешнего электромагнитного поля («индуцированное излучение»), что и легло в основу создания первого лазера.[2] А уже 16 мая 1960 года Теодор Майман продемонстрировал работу первого оптического квантового генератора — лазера. В качестве активной среды использовался кристалл искусственного рубина, а вместо объёмного резонатора служил резонатор Фабри-Перо, образованный серебряными зеркальными покрытиями, нанесёнными на торцы кристалла. Этот лазер работал в импульсном режиме на длине волны 694,3 нм. В декабре того же года был создан гелий-неоновый лазер, излучающий в непрерывном режиме. Изначально лазер работал в инфракрасном диапазоне, затем был модифицирован для излучения видимого красного света с длиной волны 632,8 нм.[3]

В СССР шли первые разработки лазерного оружия, его решили создать после первого полета человека в космос, потому что люди боялись опасности из космоса и войн между государствами, выходящими в космическое пространство. С середины 50-х годов XX века в СССР осуществлялись широкомасштабные работы по разработке и испытанию лазерного оружия высокой мощности, как средства непосредственного поражения целей в интересах стратегической противокосмической и противоракетной обороны. Среди прочих были реализованы программы «Терра» и «Омега». Испытания лазеров осуществлялись на полигоне Сары-Шаган в Казахстане. После распада Советского Союза работы на полигоне Сары-Шаган были остановлены. Второй прототип А-60 позднее был перебазирован на территорию России и по некоторым сведениям с 2011 года задействован в программе "Сокол-Эшелон", одним из участников которой является концерн "Алмаз-Антей", а целью - разработка лазерного комплекса противодействия космическим средствам наблюдения. Разработка такого оружия производится в России и сейчас, но не самым активным образом.[4]

Главной проблемой быстрого распространения лазера в промышленности является его стоимость. В то же время лазеры отечественного производства имеют низкую цену и хорошо скупаются многими странами. Лазерная отрасль России в ее нынешнем состоянии уже готова поддержать инновационный прорыв. Она может стать мощным средством модернизации российского промышленного производства и инструментом для обеспечения конкурентоспособности российских товаров на мировом рынке.

На данный момент лазером на производстве легко режут железо. Это очень интересная разработка и она все еще продолжает развиваться. В то же время такой лазерный станок использует очень большое количество электрического тока и это очень затратное оборудование.

Лазерные технологии дошли даже до того, что начали делать первые лазерные телевизоры. Первый лазерный телевизор был создан компанией Mitsubishi в январе 2008 года и назывался он Mitsubishi Laser Vue. Идея использования луча лазера для проекционных систем зародилась еще в 60-х годах XX столетия. Так, в 1966 году компания Texas Instruments опубликовала доклад "Experimental Laser Display for Large Screen Presentation", в котором излагалась мысль замены традиционных электронно-лучевых ламп лазерами и о преимуществах такого решения. А в 1969 году эта же компания оформила патент, связанный с применением лазеров в проекторах. Казалось, что будущее уже не за горами и грядет эра лазерных технологий с лазерными телевизорами, мечами, пистолетами, пушками, скальпелями и другими чудесами, столь ярко описанными писателями-фантастами. Однако на практике все оказалось далеко не так просто. Основная сложность широкого применения лазеров заключается в том, что производство лазеров видимого диапазона достаточной мощности и малых габаритов оказалось очень дорогим и сложным.[5]

"Это самый передний край науки и техники. Причем, его доля быстро расширяется. Лазерами сделаны от самых простейших изделий ширпотреба до самых сложных хайтековских изделий, работающих в космосе, микроэлектронике, энергетической промышленности, обороне", — говорит Дмитрий Сапрыкин, генеральный директор НИИ "Электронного специального технологического оборудования".

Имеется еще очень много разнообразных проектов по применению лазера, но проблема в том, что не все они могут быть реализованы из-за недостаточной развитости науки в этой области и высокой стоимости оборудования. Но уже есть хорошие разработки, которые применяются на практике очень успешно. Начались испытания опытной установки для резки льда. Она необходима ледоколам, работающим на Северном морском пути и нефтедобытчикам для защиты морских платформ от обледенения. У ледоколов мощную лазерную пушку установят на носу корабля. Она будет резать, словно бритвой, лед толщиной до 2 метров. "Первые испытания показали, что с помощью лазерного луча на большом расстоянии можно резать толщину льда порядка нескольких метров", — говорит Виктор Петровский.

Еще один проект – бурение скважин с помощью лазера. Установка, смонтированная внутри бура, за несколько секунд разогревает твердую породу, приводит к ее растрескиванию, а дальше бурение идет обычным способом. Технология способна почти в 4 раза ускорить бурение, а износ самого бура снижается как минимум в 10 раз.

Можно надеяться, что развитие лазерных технологий пойдет по мирному пути. Даже сами военные признают: боевые гиперболоиды хороши только в ясную погоду и если на самолете или ракете нет элементарного отражающего покрытия. Зато для мирного применения у лазеров, похоже, нет ограничений.[6]

Целью данной работы является определение значения и путей использования лазерного оборудования в будущем. Для того, чтобы нам было легче разобраться, были сформулированы следующие задачи:

-Проанализировать историю лазерных технологий

-Рассмотреть классификации лазеров и их характеристики

-Ознакомиться с применением лазера в науке и новейшими разработками

-Предложить новые способы использования лазера

ИСТОРИЯ ЛАЗЕРА

Слово «лазер» составлено из начальных букв в английском словосочетании Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что в переводе на русский язык означает: усиление света посредством вынужденного испускания. Таким образом, в самом термине лазер отражена та фундаментальная роль процессов вынужденного испускания, которую они играют в генераторах и усилителях когерентного света.

Лазер — это достаточно старая вещь. Их изобретение даже предсказал Алексей Толстой. Но и он не был первым. Еще до написания им знаменитого романа «Гиперболоид инженера Гарина», в 1917 году Альберт Эйнштейн предрек возможность индуцирования внешним электромагнитным полем излучения атомов. Он также предсказал когерентность вынужденному излучению, которая была позже (1929 г.) строго обоснована Дираком в созданной им квантовой теории излучения.

Первая попытка экспериментально обнаружить индуцированное излучение была сделана в 1928 году, когда Ланденбург, изучая отрицательную дисперсию света, сформулировал условия обнаружения индуцированного излучения как преобладание его над поглощением (условие инверсии), отметив, что для этого необходимо специальное избирательное возбуждение квантовой системы.

В 1939-м сотрудник Московского энергетического института Валентин Фабрикант сформулировал принцип усиления электромагнитного излучения для среды, в которой можно создать инверсную, то есть возрастающую с увеличением энергетического уровня населенность электронами их атомных орбит. Это был ещё один шаг к изобретению лазера.

Несмотря на важность сделанных в этих работах выводов, они, к сожалению, остались практически не замеченными и не оказали существенного влияния на создание лазеров, как и поданная В.А. Фабрикантом с сотрудниками в 1951 году заявка на изобретение «нового способа усиления электромагнитного излучения УФ, видимого, ИК и радиодиапазонов», которая была опубликована только в 1959 году, уже после создания мазеров и публикаций другими учеными предложений о создании лазеров.

В 1955 году ученые Николай Басов и Александр Прохоров разрабатали квантовый генератор — усилитель микроволн с помощью индуцированного излучения, активной средой которого является аммиак. Такое устройство называется мазер (от английского Microwave Amplification by Stimulated Emission).

Изобретение мазера, использующего аммиак, позволило американским ученым Чарльзу Таунсу и Артуру Шавлову через два года начать разработку принципов лазера. Работая параллельно в том же направлении Александр Прохоров в 1958-м использовал для создания лазера резонатор Фабри-Перо, представляющий собой два параллельных зеркала, одно из которых полупрозрачно. Квантовые генераторы СВЧ, обладающие высокой стабильностью частоты, нашли применение в службе времени, радионавигации. Квантовые парамагнитные усилители с чрезвычайно низким уровнем собственных шумов позволили повысить на два — три порядка чувствительность приемных устройств СВЧ-диапазона, что обеспечило громадный успех в радиоастрономии, трансконтинентальной связи через космос и вообще в приеме слабых сигналов.

Упомянутые А.М. Прохоровым шесть лет действительно были заполнены теми исследованиями, которые позволили в конечном счете перейти от мазера к лазеру. В 1955 г. Н.Г. Басов и А.М. Прохоров обосновали применение метода оптической накачки для создания инверсной заселенности уровней. В 1957 г. Н.Г. Басов выдвинул идею использования полупроводников для создания квантовых генераторов; при этом он предложил использовать в качестве резонатора специально обработанные поверхности самого образца. В том же 1957 г. В.А. Фабрикант и Ф.А. Бутаева наблюдали эффект оптического квантового усиления в опытах с электрическим разрядом в смеси паров ртути и небольших количеств водорода и гелия. В 1958 г. А.М. Прохоров и независимо от него американские физики А. Шавлов и Ч. Таунс теоретически обосновали возможность применения явления вынужденного испускания в оптическом диапазоне; они (а также американец Д. Дикке) выдвинули идею применения в оптическом диапазоне не объемных (как в СВЧ диапазоне), а открытых резонаторов. Заметим, что конструктивно открытый резонатор отличается от объемного тем, что убраны боковые проводящие стенки (сохранены торцовые отражатели, фиксирующие в пространстве ось резонатора) и линейные размеры резонатора выбраны большими по сравнению с длиной волны излучения. В 1959 г. вышла в свет работа Н.Г. Басова, Б.М. Вула, Ю.М. Попова с теоретическим обоснованием идеи полупроводниковых квантовых генераторов и анализом условий их создания. Наконец, в 1960 г. появилась обстоятельная статья Н.Г. Басова, О.Н. Крохина, Ю.М. Попова, в которой были всесторонне рассмотрены принципы создания и теория квантовых генераторов и усилителей в инфракрасном и видимом диапазонах. В конце статьи авторы писали: «Отсутствие принципиальных ограничений позволяет надеяться на то, что в ближайшее время будут созданы генераторы и усилители в инфракрасном и оптическом диапазоне волн».

Таким образом, интенсивные теоретические и экспериментальные исследования в СССР и США вплотную подвели ученых в самом конце 50-х годов к созданию лазера. Успех выпал на долю американского физика Т. Меймана. В 1960 г. в двух научных журналах появилось его сообщение о том, что ему удалось получить на рубине генерацию излучения в оптическом диапазоне. Так мир узнал о рождении первого «оптического мазера» – лазера на рубине.

В 1964-м изобретателям лазера была присуждена Нобелевская премия. Лауреатами стали американец Чарльз Таунс и два российских физика — Николай Басов и Александр Прохоров. Лазерный век можно считать открытым. За десятки лет, в добавок к многим другим твердым веществам, лазерная генерация была продемонстрирована в газах (широко распространённый гелий-неоновый лазер был первым газовым лазером, хотя первоначально он генерировал излучение только на невидимых инфракрасных длинах волн), жидкостях и полупроводниковых кристаллах. Наверное, каждый мыслимый и немыслимый материал был проверен в гонке за получением новых лазеров. Говорят, что даже некоторые виды желе и мармелада были проверены на возможность излучения и, по слухам, неплохо работали.[7]

КЛАССИФИКАЦИЯ ЛАЗЕРОВ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Принято различать два типа лазеров: усилители и генераторы. На выходе усилителя появляется лазерное излучение, когда на его вход (а сам он уже находится в возбужденном состоянии) поступает незначительный сигнал на частоте перехода. Именно этот сигнал стимулирует возбужденные частицы к отдаче энергии. Происходит лавинообразное усиление. Таким образом – на входе слабое излучение, на выходе – усиленное.

С генератором дело обстоит иначе. На его вход излучение на частоте перехода уже не подают, а возбуждают и, более того, перевозбуждают активное вещество. Причем если активное вещество находится в перевозбужденном состоянии, то существенно растет вероятность самопроизвольного перехода одной или нескольких частиц с верхнего уровня на нижний. Это приводит к возникновению стимулированного излучения.

Второй подход к классификации лазеров связан с физическим состоянием активного вещества. С этой точки зрения лазеры бывают твердотельными (например, рубиновый, стеклянный или сапфировый), газовыми (например, гелий-неоновый, аргоновый и т.п.), жидкостными, если в качестве активного вещества используется полупроводниковый переход, то лазер называют полупроводниковым.

Третий подход к классификации связан со способом возбуждения активного вещества. Различают следующие лазеры: с возбуждением за счет оптического излучения, с возбуждением потоком электронов, с возбуждением солнечной энергией, с возбуждением за счет энергий взрывающихся проволочек, с возбуждением химической энергией, с возбуждением с помощью ядерного излучения. Различают также лазеры по характеру излучаемой энергии и ее спектральному составу. Если энергия излучается импульсно, то говорят об импульсных лазерах, если непрерывно, то лазер называют лазером с непрерывным излучением. Есть лазеры и со смешанным режимом работы, например, полупроводниковые. Если излучение лазера сосредоточено в узком интервале длин волн, то лазер называют монохроматичным, если в широком интервале, то говорят о широкополосном лазере.

Еще один вид классификации основан на использовании понятия выходной мощности. Лазеры, у которых непрерывная (средняя) выходная мощность более 10⁶ Вт, называют высокомощными. При выходной мощности в диапазоне 10⁵…10³ Вт имеем лазеры средней мощности. Если же выходная мощность менее 10^-3 Вт, то говорят о маломощных лазерах.

В зависимости от конструкции открытого зеркального резонатора различают лазеры с постоянной добротностью и лазеры с модулированной добротностью – у такого лазера одно из зеркал может быть размещено, в частности, на оси электродвигателя, который вращает это зеркало. В данном случае добротность резонатора периодически меняется от нулевого до максимального значения. Такой лазер называют лазером с Q-модуляцией.

Одной из характеристик лазеров является длина волны излучаемой энергии. Диапазон волн лазерного излучения простирается от рентгеновского участка до дальнего инфракрасного, т.е. от 10^-3 до 10^2 мкм. За областью 100 мкм лежит, образно говоря, «целина». Но она простирается только до миллиметрового участка, который осваивается радистами. Этот неосвоенный участок непрерывно сужается, и есть надежда, что его освоение завершится в ближайшее время. Доля, приходящаяся на различные типы генераторов, неодинакова. Наиболее широкий диапазон у газовых квантовых генераторов.

Другой важной характеристикой лазеров является энергия импульса. Она измеряется в джоулях и наибольшей величины достигает у твердотельных генераторов – порядка 10^3 Дж. Третьей характеристикой является мощность. Газовые генераторы, которые излучают непрерывно, имеют мощность от 10^-3 до 10^2 Вт. Милливаттную мощность имеют генераторы, использующие в качестве активной среды гелий-неоновую смесь. Мощность порядка 100 Вт имеют генераторы на CO2. С твердотельными генераторами разговор о мощности имеет особый смысл. К примеру, если взять излучаемую энергию в 1 Дж, сосредоточенную в интервале в одну секунду, то мощность составит 1 Вт. Но длительность излучения генератора на рубине составляет 10^-4 с, следовательно, мощность составляет 10000 Вт, т.е. 10 кВт. Если же длительность импульса уменьшена с помощью оптического затвора до 10^-6 с, мощность составляет 10^6 Вт, т.е. мегаватт. Это не предел! Можно увеличить энергию в импульсе до 10^3 Дж и сократить ее длительность до 10^-9 с и тогда мощность достигнет 10^12 Вт. А это очень большая мощность. Известно, что когда на металл приходится интенсивность луча, достигающая 10^5 Вт/см², то начинается плавление металла, при интенсивности 10^7 Вт/см² – кипение металла, а при 10^9 Вт/см^2 лазерное излучение начинает сильно ионизировать пары вещества, превращая их в плазму.

Еще одной важной характеристикой лазера является расходимость лазерного луча. Наиболее узкий луч имеют газовые лазеры. Он составляет величину в несколько угловых минут. Расходимость луча твердотельных лазеров около 1…3 угловых градусов. Полупроводниковые лазеры имеют лепестковый раскрыв излучения: в одной плоскости около одного градуса, в другой – около 10…15 угловых градусов.

Следующей важной характеристикой лазера является диапазон длин волн, в котором сосредоточено излучение, т.е. монохроматичность. У газовых лазеров монохроматичность очень высокая, она составляет 10^-10, т.е. значительно выше, чем у газоразрядных ламп, которые раньше использовались как стандарты частоты. Твердотельные лазеры и особенно полупроводниковые имеют в своем излучении значительный диапазон частот, т.е. не отличаются высокой монохроматичностью.

Очень важной характеристикой лазеров является коэффициент полезного действия. У твердотельных он составляет от 1 до 3,5%, у газовых 1…15%, у полупроводниковых 40…60%. Вместе с тем принимаются всяческие меры для повышения кпд лазеров, ибо низкий кпд приводит к необходимости охлаждения лазеров до температуры 4…77 К, а это сразу усложняет конструкцию аппаратуры.

 

 

ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРОВ В НАУКЕ

ЛАЗЕРЫ В ГЕОДЕЗИИ

Оптические методы измерения расстояний и углов хорошо известны в промышленной метрологии и геодезической службе, однако их применение было ограничено источниками света. Измерения на открытом воздухе с использованием модулированного света были возможны лишь при небольших расстояниях в несколько километров. С помощью лазеров удалось значительно расширить область применения оптических методов, а в ряде случаев и упростить их.

ЛАЗЕРНАЯ ГИРОСКОПИЯ

С появлением лазеров роторные гироскопы были заменены лазерными. Это сразу сулило ряд технических достоинств. Во-первых, резко сократились размеры контура из-за того, что в кольцевом лазере оба луча многократно обегают окружность и имеет место накопление фазового сдвига. Во-вторых, лучи не ослабляются в среде, как это было в эксперименте А. Майкельсона, а усиливаются за счет получения энергии от активного вещества.

Лазерные гироскопы находят применение в зарубежных устройствах измерительной техники, в системах наземной ориентации, в системах ориентации воздушных и космических аппаратов, а также при создании бесплатформенных инерциальных систем (БИС) навигации.

Лазерный гироскоп не свободен и от недостатков. К ним относятся необходимость оснащения прибора рядом вспомогательных систем, трудности калибровки и т.п. Их наличие позволяет сделать вывод. Что лазерный гироскоп не сможет полностью заменить роторный. Скорее всего он будет применяться в комплексе измерителей первичной информации и лишь в отдельных случаях использоваться самостоятельно.

ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ И СВАРКА

Обработка материалов с помощью лазеров вылилась в последнее время в мощное направление, которое получило название лазерной технологии. Вот что говорит об этом направлении академик Н.Г. Басов: «Лазерный луч – это уникальный тепловой источник, способный нагреть облучаемый участок детали до высоких температур за столь малое время, в течение которого тепло не успевает «растрескаться». Нагреваемый участок может быть при этом размягчен, рекристаллизован, расплавлен, наконец, его можно испарить. Дозируя тепловые нагрузки путем регулирования мощности и продолжительности лазерного облучения, можно обеспечить практически любой температурный режим и реализовать различные виды термообработки. Лазерный нагрев используется для поверхностей закалки и легирования металлов, для плавления при сварке, для плавления и испарения с выбросом паров при резке и сверлении».

Можно сформулировать основные достоинства, которые имеет лазерная обработка материалов:

во-первых, большое разнообразие процессов обработки самых различных видов материалов (и даже таких, которые не поддаются механической обработке);

во-вторых, высокая скорость выполнения операций по обработке (иногда в 1000 раз большая, чем при механической);

в-третьих, высокое качество обработки (гладкость срезов, прочность сварных швов, чистота обработки и др.);

в-четвертых, возможность высокоточной прецизионной обработки (изготовление фильер в алмазе, необходимых для волочения проволоки, изготовление отверстий в рубиновых камнях, необходимых для изготовления часовых механизмов и др.);

в-пятых, селективность воздействия на отдельные участки обрабатываемой поверхности и возможность дистанционной обработки (в том числе и поверхностей, расположенных за стеклянной перегородкой);

в-шестых, сравнительная легкость автоматизации операций, способствующая существенному повышению производительности труда.

ЛАЗЕРНАЯ ХИРУРГИЯ

Свойством лазерного луча сверлить и сваривать различные материалы заинтересовались не только инженеры, но и медики. Они решили использовать его в качестве скальпеля. По сравнению с обычным такой скальпель обладает целым рядом достоинств:

во-первых, лазерный скальпель отличается постоянством режущих свойств, надежностью в работе;

во-вторых, лазерный луч рассекает ткань на расстоянии, не оказывая на нее какого-либо механического давления;

в-третьих, лазерный скальпель имеет абсолютную стерильность, поскольку с тканью взаимодействует только излучение, причем в области рассечения возникает высокая температура;

в-четвертых, лазерный луч производит почти бескровный разрез, поскольку с рассечением тканей коагулируют края раны, как бы «заваривая» мелкие сосуды;

в-пятых, лазерный луч позволяет хирургу хорошо видеть оперируемый участок, в то время как скальпель загораживает рабочее поле.

Кроме того, рана от лазерного скальпеля (как показали клинические наблюдения) почти не болит и относительно скоро заживляется. Все это привело к тому. Что лазерный скальпель был применен на внутренних органах грудной и брюшной полостей. Им делают операции на желудке, делают кожно-пластические операции. Широко используют в офтальмологии при лечении глазных болезней. Исторически сложилось так, что окулисты первые обратили внимание на возможность использования лазера и внедрили его в клиническую практику.

ЛАЗЕРЫ В РЕТИНОПАТИИ

Исследования показали, что лазерное излучение оказывает сильное воздействие на ткани злокачественных опухолей, а воздействие их на здоровые ткани минимально. Не было замечено каких-либо изменений в работе сердечно-сосудистых систем, внутренних органов, изменений кожи. Зато установлено, что лазерное излучение хорошо использовать для уничтожения меланомы – сильно пигментированного рака. В Англии ведутся исследования по применению лазеров в нейрохирургии. Поскольку сама излучающая головка тяжелая, то используют волоконную оптику для подведения лучистого потока к оперируемому участку. Волоконная оптика и лазерное излечение используются при операциях на желудке и пищеводе. Этому служит тонкий жгут, который вводят больному через рот. В жгуте размещаются: волокна, обеспечивающие передачу на экран анализируемого и оперируемого участков, волокна, обеспечивающие подсветку участков обычным светом, волокна, обеспечивающие передачу лазерного излучения, необходимого для выполнения операции. Обнаружено весьма эффективное биологическое воздействие красного гелий-неонового лазера. Его стали использовать для лечения заболеваний слизистой оболочки рта, для сращивания костей после переломов, для лечения заболевания вен, приводящего к трофическим язвам, для лечения послеожоговых ран.

ЛАЗЕРНАЯ СВЯЗЬ

Известно, что предельная скорость передачи определяется длительностью одного периода колебаний используемых волн. Чем короче период, тем больше скорость передачи сообщений. Это справедливо и для передачи сообщений с помощью азбуки Морзе, с помощью телефонной связи, радио связи, с помощью телевидения. Таким образом, канал связи (передатчик, приемник и связывающая их линия) может передавать со скоростью не больше, чем частота собственных колебаний всего канала. Но это еще не достаточное условие. Для характеристики канала связи требуется такой параметр, как ширина полосы канала, т.е. диапазон частот, который используется в этом канале связи. Чем больше скорость передачи, тем шире полоса частот, на которых следует передавать. Оба этих параметра вынуждают осваивать все более высокие частоты электромагнитных колебаний. Ведь с увеличением частоты увеличивается не только скорость передачи по одному каналу, но и число каналов связи.

Техника связи стала забираться во все более коротковолновую область, используя сначала дециметровые, потом метровые и, наконец, сантиметровые волны. А дальше произошла остановка из-за того, что не было подходящего источника несущих электромагнитных колебаний. Ранее существовавшие источники давали широкий спектр с очень малой мощностью, приходящейся на отдельные частоты колебаний. Световые волны небыли когерентными, а это исключало использование их для передачи сложных сигналов, требующих модуляции излучения. Положение резко изменилось с появлением лазеров. Когерентность и монохроматичность лазерного излучения позволяет модулировать и детектировать луч таким образом, что используется вся ширина оптического диапазона. Оптический участок спектра гораздо шире и вместительнее, чем радиоволновой.

НОВЕЙШИЕ РАЗРАБОТКИ

Стартаперы из Ирвина, штат Калифорния, представили прототип лазерной бритвы. Skarp – станок, который при соприкосновении с волоском аккуратно срезает его, при этом получить ожоги или порезы от инновационной лазерной бритвы невозможно. Кроме того, Skarp предупреждает развитие кожных инфекций, ведь микробы и бактерии паразитируют как раз на поврежденных участках кожи.

В сравнении с одноразовыми станками лазерная бритва Skarp обладает и множеством других преимуществ. Так, для нее не нужно покупать дорогостоящих картриджей, а также пену или средства после бритья. Процесс осуществляется без усилий и боли, не вызывает раздражения. Skarp также является экологически безопасным устройством: одноразовые станки – это пластик, на природную переработку которого уйдут века (а каждый год в мире выбрасывается более 2 млрд бритв или бритвенных картриджей), к тому же для их промывания требуется значительное количество воды.

Skarp даже промывать после бритья не нужно, но разработчики отмечают, что в душе использовать лазерную бритву можно. Ее корпус изготовлен из сплава 6061 алюминия. Работает лазерная бритва от одной батареи AAA, которой хватает примерно на месяц. В создании устройства принял участие Морган Густавссон, который в 1989 году разработал технологию IPL (интенсивно пульсирующего света) – она и сегодня является одной из наиболее актуальных в удалении волос и дерматологическом лечении. Идея лазерной бритвы у Густавссона возникла в 2001 году, но тогда ее реализация была слишком затратной. В 2009 году ученый совершил прорыв и смог подобрать длину волны лазерного луча таким образом, чтобы он мог удалять волоски любого цвета. В 2013 году к Густавссону присоединился Пол Бинан, который усовершенствовал технологию. Впоследствии ученые обнаружили во всех типах волосков хромофоры (особые группы атомов, отвечающие за цвет волос и поглощающие электромагнитное излучение вне зависимости от наличия у химического соединения окраски) и поняли, что, воздействуя на них лазером, могут удалять волосы более эффективно у любого человека вне зависимости от его пола, расы и индивидуальных особенностей. Для сбора средств на запуск Skarp в промышленное производство стартаперы опубликовали кампанию на Kickstarter. Первым инвесторам вечная лазерная бритва обошлась в 89 долларов, и за 24 дня до завершения кампании на выпуск Skarp было собрано около 250 тысяч долларов. А на данный момент времени в кампанию инвестировано более 4 млн. долларов.[8]

Разработки лазерного вооружения тоже не стоят на месте, но пока об этом говорят открыто только США. ВВС США в скором будущем планируют получить собственное лазерное оружие, которое можно будет устанавливать на самолеты и беспилотники. Лазеры будут достаточно мощные, чтобы сбивать ракеты, БПЛА и боевые самолеты противника.

Генерал ВВС Хок Карлайл, выступая на конференции Ассоциации ВВС (Air Force Association’s Air & Space Conference), сказал: «Мы скоро будем иметь достаточно компактный лазер для установки его на истребитель. И этот день намного ближе, чем вы думаете».

HELLADS (High Energy Liquid Laser Area Defense System) разрабатывается по заказу DARPA компанией General Atomics Aeronautical Systems. За последние девять лет ее мощность увеличилась более чем в сто раз.

Размеры прототипа третьего поколения лазера HELLADS мощностью 150 kW — 1,3×0,4×0,5 м — позволяют разместить его на беспилотнике Predator C, что и планируют сделать специалисты лаборатории DARPA к 2018 году.

Но прежде чем боевой лазер примут на вооружение, ему предстоит пройти полевые испытания, в ходе которых HELLADS должен подтвердить свою способность сбивать ракеты, уничтожать беспилотники, наземные и воздушные транспортные средства.[9]

 

[1] http://bourabai.ru/physics/lasers.html

[2] http://www.peoples.ru/science/physics/einstein/

[3] http://www.nndb.com/people/523/000241797/

[4] http://militaryrussia.ru/blog/topic-680.html

[5] http://simple-buy.ru/blog/lazernyie-televizoryi-mitsubishi---tehnologii-buduschego/

[6] http://www.vesti.ru/doc.html?id=1105259&cid=7

[7] http://lasers.org.ru/2008/06/17/laser-history/

[8] http://nnm.me/blogs/tominin/v-ssha-razrabotali-lazernuyu-britvu/

[9] http://webdiscover.ru/v/241773