Войти
Лазерный луч, инструмент для сварки 
Красный (660 и 635 нм), зеленый (532 и 520 нм) и сине-фиолетовый (445 и 405 нм) лазеры A лазер - это устройство, которое излучает свет посредством процесса оптического усиления на основе стимулированного излучения электромагнитного излучения. Термин «лазер» возник как аббревиатура от «усиление света за счет вынужденного излучения ». Первый лазер был построен в 1960 году Теодором Х. Мейманом в Исследовательские лаборатории Хьюза на основе теоретических работ Чарльза Хард Таунса и Артура Леонарда Шавлоу..
Лазер отличается от других источников света тем, что излучает свет, который является когерентным. Пространственная когерентность позволяет использовать лазерную резку в узком месте, как лазерная резка и литография. Пространственная когерентность также позволяет лазерному лучу оставаться узким на больших расстояниях (коллимация ), что позволяет использовать такие приложения, как лазерные указатели и лидар. Лазеры также могут иметь высокую временную когерентность, что позволяет им излучать свет очень узким спектром, то есть они могут излучать свет одного цвета. В качестве альтернативы, временная когерентность может инстанция для использования вспышек света с широким спектром, но длительностью не более фемтосекды («ультракоротких импульсов »).
Лазеры использовались в приводах оптических дисков, лазерных принтеров, сканеров штрих-кода, приборов для секвенирования ДНК, оптоволокно, производство полупроводниковых кристаллов (фотолитография ) и оптическая связь в свободном пространстве, лазерная хирургия и обработка кожи, резка и сварочные материалы, военные и правоохранительные органы устройства для маркировки целей и дальность измерения и скорость, а в лазерные осветительные дисплеи для развлечения. Они использовались для автомобильных фар на автомобилях класса люкс, с использованием синего лазера и люминофора для получения направленного белого света.
В современных телескопах используется лазерная технология компенсации размывающего эффекта атмосферы Земли.Лазеры отличаются от других источников света когерентностью. Пространственная когерентность обычно выражается через выходной сигнал, представляющий собой узкий луч, который ограничен дифракцией. Лазерные лучи могут быть сфокусированы в очень крошечные точки, достигая очень высокой освещенности , или они могут иметь очень низкую расходимость, чтобы сконцентрировать свою мощность на большом расстоянии. Временная (или продольная) когерентность подразумевает поляризованную волну на одной частоте, чья фаза коррелирована на относительно большом расстоянии (длина когерентности ) вдоль луча. Луч, создаваемый тепловым или другим некогерентным образом света, имеет мгновенную амплитуду и фазу, которые изменяются случайным образом во времени и положении, таким образом, имея короткую длину когерентности.
Лазеры характеризуются их длиной волны в вакууме. Лазеров с одной длиной волны на самом деле показывает в нескольких режимах с немного разными длинами волн. Хотя временная когерентность подразумевает монохроматичность, существуют лазеры, которые излучают широкий спектр света или одновременно излучают свет с разными длинами волн. Некоторые лазеры не являются одиночными пространственными модами и имеют световые лучи, которые расходуются на больше, чем требуется дифракционным пределом. Все такие устройства классифицируются как «лазеры» в их методе получения света, то есть вынужденного излучения. Лазеры используются там, где свет с требуемой пространственной временной когерентностью не может быть получен с помощью более простых технологий.
Лазерные лучи в тумане, отраженные от лобового стекла автомобиля Слово «лазер» началось с аббревиатуры для «усиления света за счет вынужденного излучения излучения». В этом контексте термин «свет» включает электромагнитное излучение любой частоты, а не только видимый свет, отсюда термины инфракрасный лазер, ультрафиолетовый лазер, рентгеновский лазер и гамма-лазер. Микроволновый предшественник лазера, мазер, разработан первый, устройства такого типа, работающие на микроволновых и радиочастотах, называются «мазерами», а не «микроволновыми лазерами». или «радиолазеры». В ранней технической литературе, особенно в Bell Telephone Laboratories, лазер назывался оптическим мазером ; этот термин сейчас устарел.
Лазер, который излучает свет сам по себе, технически является оптическим генератором, а не оптическим усилителем, как предполагает аббревиатура. Было замечено с юмором, что более правильным было бы сокращение LOSER, означающее «световые колебания за счет вынужденного излучения». С повсеместным использованием оригинальной аббревиры в качестве имени нарицательного, оптические усилители называть «лазерными усилителями», несмотря на очевидную избыточность в этом обозначении.
Обратно сформированный глагол to lase часто используется в этой области, что означает «повторный лазерный свет», особенно в отношении усиливающей среды среды лазера; когда работает лазер, говорят, что он «излучает». Дальнейшее использование слов лазер и мазер в расширенном смысле, не относящееся к таким технологиям или устройствам, можно увидеть в таких употреблениях, как астрофизический мазер и атомный лазер.
Компоненты типичного лазера: Лазер из среды усиления, механизм для его возбуждения и нечто, обеспечивающее оптическую обратную связь. Усиливающая среда представляет собой материал со способностями, которые позволяют ему усиливать свет посредством вынужденного излучения. Свет длины волны, проходящий через усиливающую среду, усиливается (увеличивается по мощности).
Чтобы усиливающая среда усиливала свет, она должна получать энергию в процессе, называемом накачкой. Энергия обычно подается в виде электрического тока или света с другой длиной волны. Свет накачки может быть обеспечен лампой-вспышкой или другим лазером.
Самый распространенный тип лазера использует обратную связь от оптического резонатора - пары зеркал на обоих концах усиливающей среды. Свет отражается между зеркалами, проходя через усиливающую среду и каждый раз усиливаясь. Обычно одно из двух зеркал, выходной элемент , является частично прозрачным. Часть света ускользает через это зеркало. В зависимости от конструкции резонатора (являются ли зеркала плоскими или изогнутыми ) свет, выходящий из лазера, может распространяться 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 излуча света, такие поляризация, длина волны и форма луча.
Электроны и то, как они взаимодействуют с электромагнитными полями, важны в нашем понимании химии и физики.
Воспроизведение медиа Анимация, стимулирующая стимулирование излучения и принцип работы лазера В классическом представлении энергия электрона, вращающегося вокруг атомного ядра, больше для орбитов, более удаленных от ядра атома . Однако квантово-механические эффекты вынуждают электроны занимать дискретные позиции на орбиталях. Таким образом, электроны находятся на определенных энергетических уровнях атома, два из которых представлены ниже:
Электрон в атоме может поглощать энергию света (фотоны ) или тепла (фононы ), только если существует переход между уровнями энергии, который соответствует энергии, переносимой фотоном или фононом. Для света это означает, что любой переход будет только поглощать одну конкретную длину волны света. Фотоны с правильной длиной волны могут вызвать прыжок электрона с нижнего энергетического уровня на более высокий. В этом процессе расходуется фотон.
Когда электрон возбужден до более высокого энергетического уровня, он не останется таким навсегда. В конце концов, электрон распадается на более низкий энергетический уровень, который не занят, с переходами на разные уровни с разными постоянными времени. Когда такой электрон распадается без внешнего воздействия, он излучает фотон. Этот процесс называется «спонтанное излучение ». Излучаемый фотон имеет случайную фазу и направление, но его длина волны соответствует длине волны перехода. Это механизм флуоресценции и теплового излучения.
. Фотон с правильной длиной волны, которая должна быть поглощена переходом, также может вызвать падение электрона с более высокого уровня на более низкий, испуская новый фотон. Излученный фотон точно соответствует исходному фотону по длине волны, фазе и направление. Этот процесс называется стимулированием излучения .
A гелий-неонового лазера. Свечение, проходящее через центр трубки, представляет собой электрический разряд. Эта светящаяся плазма является усиливающей средой для лазера. Лазер крошечное яркое пятно на экране справа. Центр пятна кажется белым, потому что изображение там переэкспонировано. 
Спектр гелий-неонового лазера. Фактическая полоса пропускания намного уже, чем показано; спектр ограничен измерительным прибором. Усиливающая среда переводится в возбужденное состояние источник энергии. В большинстве случаев возбуждаются возбудители лазеров, которые возбуждаются с помощью внешнего источника света или электрического поля.
Усиливающая среда лазера обычно представляет собой материал контролируемой чистоты, размера, который усиливает луч посредством процесса вынужденного излучения, описанного выше. Этот материал может быть в любом состоянии : газе, жидкость, твердом теле или плазме. Усиливающая среда поглощает энергию накачки, которая поднимает некоторые электроны в более высокоэнергетические («возбужденные ») квантовые. Частицы могут использовать со светом, поглощая или испуская фотоны. Эмиссия может быть спонтанной или стимулированной. В последнем случае фотон испускается в том же направлении, что и свет, проходящий мимо. Когда количество частиц в одном возбужденном состоянии достигает больших количеств частиц в каком-либо состоянии с более низкой энергией, достигается инверсия населенности. В этом состоянии скорость стимулированного света больше, чем скорость вызывает в среде, и свет усиливается. Система с этим своим управлением называется оптическим усилителем. Когда оптический усилитель помещается в резонансный оптический резонатор, получается лазер.
В некоторых ситуациях можно получить генерацию только за один проход электромагнитного излучения через усиливающую среду, и это дает лазерный луч без необходимости в резонансной или отражающей полости (см., Например, азотный лазер ). Таким образом, отражение в резонаторе обычно требуется для лазера, но не является абсолютно необходимым.
Оптический резонатор иногда называют «оптическим резонатором», но это неправильное название: в лазерах используются открытые резонаторы, а не реальный резонатор, который может быть на микроволновых частотах в мазер. Резонатор обычно состоит из двух зеркал, между двумя когерентным лучом света движется в обоих направлениях, отражаясь обратно на себя, так что средний фотон будет многократно проходить через усиливающую среду, прежде чем он выйдет из выходной апертуры или потеряется из-за дифракции или усиления. Если усиление (усиление) в среде больше, чем резонатора, то мощность рециркулирующего света может возрасти экспоненциально. Но каждое возбуждающее излучение возвращает атом из возбужденного состояния в основном состояние, уменьшая усиление среды. При увеличении мощности луча чистое усиление (усиление минус потери) уменьшается до единицы, и усиливающая среда считается насыщенной. В лазере непрерывного действия (CW) баланс мощности накачки с насыщением усиления и потерями в резонаторе дает равновесное значение мощности лазера внутри резонатора; это равновесие рабочую точку лазера. Если приложенная мощность накачки слишком мала, усиление никогда не будет достаточным для преодоления потерь в резонаторе, и лазерный свет не будет генерироваться. Минимальная мощность накачки, необходимая для начала действия лазера, называется порогом генерации. Усиливающая среда будет усиливать любые фотоны, проходящие через нее, независимо от направления; но только фотоны в пространственной моде , поддерживаемым резонатором, пройдут более одного раза через среду и получат существенное усиление.
В большинстве лазеров генерация начинается со спонтанного излучения в режиме генерации. Затем этот первоначальный свет усиливается за стимулированное излучение в усиливающей среде. Стимулированное излучение дает свет, который соответствует входному сигналу по направлению, длине волны и поляризации, тогда как фаза излучаемого света находится на 90 градусов впереди стимулирующего света. Это в сочетании с эффектом фильтрации оптического резонатора придает лазерному свету характерную когерентность и может придавать ему однородную поляризацию и монохроматичность, в зависимости от конструкции резонатора. Основная ширина лазерной линии света, излучаемого из лазерного резонатора, может быть на несколько порядков уже, чем ширина линии света, излучаемого из пассивного резонатора. В некоторых лазерах используется отдельная инжекционная сеялка , чтобы начать процесс с помощью луча, который уже является высокогерентным. Это может создать лучи с более узким спектром.
Многие Лазеры Лазеры луч, который можно аппроксимировать как гауссов луч ; такие лучи имеют минимально возможное расхождение для данного диаметра луча. Некоторые лазеры, особенно мощные, генерируют многомодовые лучи, при этом поперечные моды часто аппроксимируют с использованием Эрмита - Гаусса или Лагерра - Гауссовы функции. В некоторых мощных лазерах используется профиль с плоской вершиной, известный как «луч-цилиндр ». Нестабильные лазерные резонаторы (не используемые в большинстве лазеров) лучи фрактальной формы. Специализированные оптические системы могут создавать лучи более сложной формы, такие как лучи Бесселя и оптические вихри.
около «талии» (или фокальной области ) лазерного луча, он сильно коллимирован : волновые фронты плоские, перпендикулярны распространения, без расходимости луча в точке. Однако из-за дифракции это может оставаться верным только в пределах диапазона Рэлея. Лазера с одной поперечной модой (гауссовский луч) в конечном итоге расходится под углом, который изменяется пропорционально диаметру луча, как того требует теория дифракции. Таким образом, "карандашный луч", непосредственно генерируемый обычным гелий-неоновым лазером, при освещении Луны (с расстояния от Земли) распространялся бы до размера примерно 500 километров. С другой стороны, свет от полупроводникового лазера обычно выходит из крошечного кристалла с большой расходимостью: до 50 °. Однако даже такой расходящийся луч может быть преобразован в подобным образом коллимированный луч с помощью системы линз , которая всегда включена, например, в лазерную указку , свет которой исходит от лазерный диод. Это возможно благодаря тому, что свет имеет одну пространственную моду. Это уникальное свойство лазерного света, пространственная когерентность, не может быть воспроизведено с использованием стандартных источников света (за исключением отбрасывания большей части света), что можно оценить, сравнив луч от фонарика (факела) или прожектора с этим. практически любого лазера.
A устройство для формирования профиля лазерного луча используется для измерения профиля интенсивности, ширины и расходимости лазерных лучей.
Диффузное отражение лазерного луча от матовой поверхности создает спекл-узор с интересными свойствами.
Механизм генерации излучения в лазере основан на стимулированном излучении, где энергия извлекается из перехода в атоме или молекуле. Это квантовое явление было обнаружено Альбертом Эйнштейном, который вывел соотношение между коэффициентом A, описывающим спонтанное излучение, и коэффициентом B, который применяется к поглощению и стимулированному излучению. Однако в случае лазера на свободных электронах уровни энергии атомов не задействованы; похоже, что работу этого довольно экзотического устройства можно объяснить без ссылки на квантовую механику.
Лидар измерения лунной топографии, сделанные Клементиной 
Laserlink точка-точка оптическая беспроводная сеть 
Меркурийный лазерный альтиметр (MLA) космического корабля MESSENGER Лазер можно классифицировать как работающий в непрерывном или импульсный режим, в зависимости от того, является ли выходная мощность практически непрерывной во времени или ее выходная мощность принимает форму световых импульсов в той или иной временной шкале. Конечно, даже лазер, выходящий сигнал которого обычно является непрерывным, можно намеренно включать и выключать с определенной частотой, чтобы создавать световые импульсы. Когда частота модуляции по шкале времени намного меньше, чем время жизни резонатора и период времени, в течение которого энергия может накапливаться в среде излучения или в механизме накачки, тогда она все равно классифицируется как "модулированная" или " импульсный "лазер непрерывного действия". К этой категории относится большинство лазерных диодов, используемых в системах связи.
Некоторые применения лазеров зависят от луча, выходная мощность которого постоянна во времени. Такой лазер известен как непрерывная волна (CW). Многие типы лазеров могут работать в режиме непрерывной волны, чтобы удовлетворить такое применение. Многие из этих лазеров на самом деле генерируют несколько продольных мод одновременно, и биения между немного разными оптическими частотами этих колебаний фактически вызывают изменения амплитуды на временных масштабах, меньших, чем время обхода (обратная величина частотный интервал между режимами), обычно несколько наносекунд или меньше. В большинстве случаев эти лазеры по-прежнему называются «непрерывными волнами», поскольку их выходная мощность остается постоянной при усреднении за более длительные периоды времени, при этом очень высокочастотные колебания мощности практически не влияют на предполагаемое применение. (Однако этот термин не применяется к лазерам с синхронизацией мод, где целью является создание очень коротких импульсов со скоростью, равной времени обхода.)
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 потребовало бы накачки лазера на очень высоком непрерывном уровне мощности, что было бы непрактично или привело бы к разрушению лазера из-за чрезмерного нагрева. Такие лазеры не могут работать в непрерывном режиме.
Импульсный режим лазеров относится к любому лазеру, не классифицированному как непрерывный, так что оптическая мощность проявляется в импульсах некоторой длительности с определенной частотой повторения. Это включает в себя широкий спектр технологий, направленных на разные мотивы. Некоторые лазеры являются импульсными просто потому, что они не могут работать в непрерывном режиме.
В других случаях приложение требует генерации импульсов с максимально возможной энергией. Поскольку энергия импульса равна средней мощности, деленной на частоту повторения, эта цель иногда может быть достигнута за счет снижения частоты импульсов, чтобы можно было накопить больше энергии между импульсами. В лазерной абляции, например, небольшой объем материала на поверхности заготовки может быть испарен, если его нагреть за очень короткое время, в то время как постепенная подача энергии позволит теплу отводиться. поглощается основной частью изделия, никогда не достигая достаточно высокой температуры в определенной точке.
Другие приложения полагаются на пиковую мощность импульса (а не энергию в импульсе), особенно для получения нелинейно-оптических эффектов. Для данной энергии импульса это требует создания импульсов минимально возможной длительности с использованием таких методов, как Q-переключение.
. Ширина оптической полосы импульса не может быть меньше, чем величина, обратная ширине импульса. В случае очень коротких импульсов это означает генерацию в значительной ширине полосы, что совершенно противоположно очень узкой полосе пропускания, типичной для непрерывных лазеров. Лазерная среда в некоторых лазерах на красителях и вибронных твердотельных лазерах дает оптическое усиление в широкой полосе частот, что делает возможным лазер, который, таким образом, может генерировать световые импульсы длительностью до нескольких фемтосекунд (10 с).
В лазере с модуляцией добротности инверсия населенности может нарастать за счет внесения потерь внутри резонатора, которые превышают усиление среды; это также можно описать как снижение добротности или «добротности» резонатора. Затем, после того, как энергия накачки, запасенная в лазерной среде, приближается к максимально возможному уровню, внесенный механизм потерь (часто электро- или акустооптический элемент) быстро удаляется (или который возникает сам по себе в пассивном устройстве), позволяя генерацию чтобы быстро получить накопленную энергию в усиливающей среде. В результате получается короткий импульс, включающий эту энергию, и, следовательно, высокую пиковую мощность.
Лазер с синхронизацией мод способен испускать чрезвычайно короткие импульсы от десятков пикосекунд до менее 10 фемтосекунд. Эти импульсы будут повторяться в течение времени прохождения туда и обратно, то есть времени, которое требуется свету, чтобы совершить один круговой обход между зеркалами, составляющими резонатор. Из-за предела Фурье (также известного как энергия-время неопределенность ) импульс такой короткой временной длины имеет спектр, разбросанный по значительной ширине полосы. 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: сапфир ), который имеет очень широкую полосу усиления и, таким образом, может генерировать импульсы 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 максимального увеличения эффекта нелинейности в оптических материалах (например, в генерации второй гармоники, параметрическом понижающем преобразовании, параметрических генераторах света и как). Из-за большой пиковой мощности и способности генерировать фазостабилизированные серии сверхбыстрых лазерных импульсов сверхбыстрые лазеры с синхронизацией мод лежат в основе прецизионных метрологических и спектроскопических приложений.
Другой метод достижения Работа импульсного лазера заключается в накачке лазерного материала источником, который сам является импульсным, либо посредством электронной зарядки в случае импульсных ламп, либо с помощью другого лазера, который уже является импульсным. Импульсная накачка исторически использовалась с лазерами на красителях, где время жизни инвертированной населенности молекулы красителя было настолько коротким, что требовалась высокая энергия и быстрая накачка. Чтобы решить эту проблему, необходимо зарядить большие конденсаторы , которые затем переключаются на разряд с помощью импульсных ламп, вызывая интенсивную вспышку. Импульсная накачка также требуется для трехуровневых лазеров, в которых нижний энергетический уровень быстро становится густонаселенным, 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.
В 1917 году Альберт Эйнштейн заложил теоретические основы для лазера и мазера в своей статье. Zur Quantentheorie der Strahlung (О квантовой теории излучения) посредством повторного вывода закона излучения Макса Планка, концептуально основанного на вероятностных коэффициентах (коэффициентов Эйнштейна ) для поглощения, спонтанное излучение и вынужденное излучение электромагнитного излучения. В 1928 г. Рудольф В. Ладенбург подтвердил существование явлений вынужденного излучения и отрицательного поглощения. В 1939 году Валентин А. Фабрикант предсказал использование стимулированного излучения для усиления «коротких» волн. В 1947 году Уиллис Э. Лэмб и Р.К. Ретерфорд обнаружил явное стимулированное излучение в спектрах водорода и впервые продемонстрировал стимулированное излучение. В 1950 году Альфред Кастлер (Нобелевская премия по физике 1966 года) предложил метод оптической накачки, экспериментально подтвержденный двумя годами позже Бросселом, Кастлером и Винтером.
Александр Прохоров В 1951 году Джозеф Вебер представил доклад об использовании стимулированных излучений для создания микроволнового усилителя на июньской конференции по исследованию вакуумных трубок Института радиоинженеров в 1952 году по адресу Оттава, Онтарио, Канада. После этой презентации RCA попросил Вебера провести семинар по этой идее, а Чарльз Хард Таунс попросил у него копию статьи.
В 1953 году Чарльз Хард Таунс и аспиранты Джеймс П. Гордон и Герберт Дж. Зейгер создали первый микроволновый усилитель, устройство, работающее на тех же принципах, что и лазер, но усиливающее микроволновое излучение, а не инфракрасное или видимое излучение. Мазер Таунса не мог работать непрерывно. Тем временем в Советском Союзе Николай Басов и Александр Прохоров независимо друг от друга работали над квантовым генератором и решили проблему систем с непрерывным выходом, используя более два энергетических уровня. Эти усиливающие среды могут выделять стимулированные излучения между возбужденным состоянием и нижним возбужденным состоянием, но не основным состоянием, облегчая поддержание инверсии населенности. В 1955 году Прохоров и Басов предложили оптическую накачку многоуровневой системы как метод получения инверсной населенности, позже ставший основным методом лазерной накачки.
Таунс сообщает, что несколько выдающихся физиков - среди них Нильс Бор, Джон фон Нейман и Ллевеллин Томас - утверждали, что мазер нарушил принцип Гейзенберга 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. В 1964 году Чарльз Х. Таунс, Николай Басов и Александр Прохоров разделили Нобелевскую премию по физике «за фундаментальные работы в области квантовой электроники, которые привели к созданию генераторов и усилителей на основе мазер – лазерный принцип ».
| Внешнее аудио | |
|---|---|
 «Человек, миф, лазер», подкаст Distillations, Институт истории науки |
В 1957 году Чарльз Хард Таунс и Артур Леонард Шавлоу, затем в Bell Labs, начали серьезное исследование инфракрасного лазера. По мере развития идей они отказались от инфракрасного излучения, чтобы вместо этого сосредоточиться на видимом свете. Первоначально концепт назывался «оптический мазер». В 1958 году Bell Labs подала заявку на патент на предложенный им оптический мазер; и Шавлов и Таунс представили рукопись своих теоретических расчетов в Physical Review, опубликованную в том же году в томе 112, выпуск № 6.
ЛАЗЕРНАЯ записная книжка: Первая страница записной книжки, в которой Гордон Гулд придумал аббревиатуру ЛАЗЕР и описал элементы для создания устройства. Одновременно в Колумбийском университете аспирант Гордон Гулд работал над докторская диссертация об энергетических уровнях возбужденного таллия. Когда Гулд и Таунс встретились, они говорили об излучении излучении как об общем предмете; впоследствии, в ноябре 1957 г., Гулд отметил свои идеи относительно «лазера», включая использование открытого резонатора (позже важный компонент лазерного устройства). Более того, в 1958 году Прохоров независимо предложил использовать открытый резонатор, что является первым опубликованным (в СССР) проявлением этой идеи. В другом месте, в США, Шавлов и Таунс согласились на конструкцию лазера с открытым резонатором, очевидно не зная о публикациях Прохорова и неопубликованных работах Гулда.
На конференции в 1959 году Гордон Гулд опубликовал термин «ЛАЗЕР» в статье «ЛАЗЕР, усиление света с помощью вынужденного излучения излучения». Лингвистическое намерение Гулда заключалось в использовании слова «-азерная» частица в качестве суффикса - чтобы точно обозначить спектр света, излучаемого ЛАЗЕРНЫМ устройством; таким образом, рентгеновские лучи: рентгеновские лучи, ультрафиолетовые лучи: увазер и так далее; ни один не утвердился в качестве отдельного термина, хотя термин «raser» был кратко популярен для обозначения устройств, излучающих радиочастоты.
В примечаниях Гулда были указаны возможные применения лазера, такие как спектрометрия, интерферометрия, радар и ядерный синтез. Он продолжил развивать идею и в апреле 1959 г. подал патентную заявку. Patent Office denied his application, and awarded a patent to Bell Labs, in 1960. That provoked a twenty-eight-year lawsuit, featuring scientific prestige and money as the stakes. Gould won his first minor patent in 1977, yet it was not until 1987 that he won the first significant patent lawsuit victory, when a Federal judge ordered the U.S. Patent Office to issue patents to Gould for the optically pumped and the gas discharge laser devices. The question of just how to assign credit for inventing the laser remains unresolved by historians.
On May 16, 1960, Theodore H. Maiman operated the first functioning laser at Hughes Research Laboratories, Malibu, California, ahead of several research teams, including those of Townes, at Columbia University, Arthur Schawlow, at Bell Labs, and Gould, at the TRG (Technical Research Group) company. Maiman's functional laser used a flashlamp -pumped synthetic ruby crystal to produce red laser light at 694 nanometers wavelength. The device was only capable of pulsed operation, due to its three-level pumping design scheme. Later that year, the Iranian physicist Ali Javan, and William R. Bennett, and Donald Herriott, constructed the first gas laser, using helium and neon that was capable of continuous operation in the infrared (U.S. Patent 3,149,290); later, Javan received the Albert Einstein Award in 1993. Basov and Javan proposed the semiconductor laser diode concept. In 1962, Robert N. Hall demonstrated the first laser diode device, which was made of gallium arsenide and emitted in the near-infrared band of the spectrum at 850 nm. Later that year, Nick Holonyak, Jr. dem был создан первый полупроводниковый лазер с видимым излучением. Этот первый полупроводниковый лазер можно было использовать только в режиме импульсного луча и при охлаждении до температуры жидкого азота (77 К). В 1970 году Жорес Алферов, в СССР, и Изуо Хаяши и Мортон Паниш из Bell Telephone Laboratories также независимо разработали непрерывно работающие при комнатной температуре диодные лазеры с использованием структура гетероперехода.
График, показывающий историю максимальной интенсивности лазерного импульса за последние 40 лет. С самого начала истории лазеров в результате исследований лазеров было создано множество усовершенствованных и специализированных типов лазеров, оптимизированы для различных целей производительности, в том числе:
, и эти исследования продолжаются по сей день.
В 2015 году исследователи создали белый лазер, свет которого модулируется синтетическим нанолистом из цинка, кадмия, серы и селена, который может излучать красный, зеленый и синий свет в разных пропорциях, причем каждый длина волны 191 нм.
В 2017 году исследователи из TU Delft продемонстрировали микроволновый лазер AC на джозефсоновском переходе. Поскольку лазер работает в сверхпроводящем режиме, он более стабилен, чем другие лазеры на основе полупроводников. Устройство имеет потенциал для применения в квантовых вычислениях. В 2017 году исследователи из Мюнхенского технического университета продемонстрировали самый маленький лазер с синхронизацией мод, способный испускать пары пикосекундных лазерных импульсов с синхронизацией по фазе с частотой повторения до 200 ГГц.
В 2017 году исследователи из Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) вместе с американскими исследователями из JILA, объединенного института Национального института стандартов и технологий (NIST) и Университет Колорадо в Боулдере установил новый мировой рекорд, разработав волоконный лазер, легированный эрбием, с шириной линии всего 10 милгерц.
Длины волнуют друг друга в продажа лазеров. Типы лазеров с четкими лазерными линиями показаны над полосой длин волн, а ниже лазеры, которые могут излучать в диапазоне длин волн. Цвет кодирует тип материала лазера (см. Описание рисунка для более подробной информации). После изобретения газового гелий-неонового лазера было обнаружено, что многие другие газовые разряды когерентно усиливают свет. Газовые лазеры, использующие множество различных газов, были использованы и используются для многих целей. гелий-неоновый лазер (HeNe) может работать на нескольких длинах волн, однако подавляющее большинство из них спроектировано для генерации на длине волны 633 нм; эти относительно недорогие, но высококогерентные лазеры распространены в оптических исследовательских и образовательных лабораториях. Коммерческие лазеры на диоксиде углерода (CO 2) могут излучать сотни ватт в одном пространственном режиме, который может быть сконцентрирован в крошечном пятне. Это излучение находится в тепловом инфракрасном диапазоне при 10,6 мкм; такие лазеры часто используются в промышленности для резки и сварки. Эффективность CO 2 лазера необычайно высока: более 30%. аргон-ионные лазеры могут работать на нескольких переходах генерации между 351 и 528,7 нм. В зависимости от оптической конструкции один или несколько из этих переходов могут генерироваться одновременно; наиболее часто используемые линии - это 458 нм, 488 нм и 514,5 нм. Азотный поперечный электрический разряд в газе при атмосферном давлении (TEA) - это недорогой газовый лазер, который часто изготавливают сами любители, который излучает некогерентный УФ-свет на длине волны 337,1 нм. Лазеры на ионах металлов - это газовые лазеры, которые генерируют волны глубокого ультрафиолета. Гелий -серебро (HeAg) 224 нм и неон -медь (NeCu) 248 нм являются двумя примерами. Как и все газовые лазеры низкого давления, усиливающая среда этих лазеров имеет довольно узкие колебания шириной линии, менее 3 ГГц (0,5 пикометров ), что делает их кандидатами для использования в флуоресценции подавленной Рамановской спектроскопии.
Химические лазеры питаются за счет генерации реакции, позволяющей быстро высвобождать большое количество энергии. Однако разработаны химические лазеры непрерывного действия с очень высокими уровнями мощности, питаемые потоками газов, и они имеют некоторые промышленные применения. Например, в лазере на фтористом водороде (2700–2900 нм) и в лазере на фториде дейтерия (3800 нм) реакция представляет собой комбинацию газообразного водорода или дейтерия с продуктами сгорания в трифторид азота.
Эксимерные лазеры - это особый вид газовых лазеров, работающих от электрического разряда, в котором лазерной средой является 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 возбуждение фотону, ее атомы больше не связаны друг с другом, и молекула распадается. Это снижает населенность нижнего энергетического состояния, что значительно облегчает инверсию населенностей. В настоящее время используются все эксимеры соединения благородных газов ; благородные газы, химически инертны и могут образовывать соединения только в возбужденном состоянии. Эксимерные лазеры обычно работают на длинах волн ультрафиолета в основных областях применения, включая полупроводниковую фотолитографию и LASIK глазную хирургию. Обычно используемые эксимерные молекулы включают ArF (излучение при 193 нм), KrCl (222 нм), KrF (248 нм), XeCl (308 нм) и XeF (351 нм). Лазер на молекулярном фторе, излучающий на длине волны 157 нм в вакуумном ультрафиолете, иногда называют эксимерным лазером, однако это, по-видимому, неправильное название, поскольку F 2 является стабильным соединением.
A 50 Вт FASOR на основе Nd: YAG-лазера, используемый в Starfire Optical Range Твердотельные лазеры викорировали кристаллический или стеклянный стержень, который «легирован» ионами, которые требуются энергетические состояния. Например, работающим лазером был рубиновый лазер, первый из рубина (легированный хромом корунд ). инверсия заселенности фактически сохраняется в легирующей примеси. Эти материалы накачиваются оптически с использованием более короткой длины волны, чем длина волны генерации, часто от лампы-вспышки или от другого лазера. Термин «твердое тело» используется в лазерной физике уже, чем обычно. Полупроводниковые лазеры (лазерные диоды) обычно не называют твердотельными лазерами.
Неодим является обычной примесью в различных кристаллах твердотельных лазеров, включая ортованадат иттрия (Nd: YVO 4 ), фторид иттрия-лития (Nd: YLF ) и иттрий-алюминиевый гранат (Nd: YAG ). Все эти лазеры могут большие мощности в инфракрасном спектре на длине волны 1064 нм. Они используются для резки, сварки и маркировки металлов и других материалов, а также в спектроскопии и для накачки лазеров на красителях. Эти лазеры также обычно имеют удвоение частоты, утро или учетверение для получения пучков 532 нм (зеленый, видимый), 355 нм и 266 нм (УФ ) соответственно.. Для изготовления ярко-зеленых лазерных указателей используются твердотельные (ДПСС) лазеры с удвоенной характеристикой с диодной накачкой.
Иттербий, гольмий, тулий и эрбий - другие распространенные «легирующие примеси» в твердотельных лазерах. Иттербий используется в таких кристаллах, как Yb: YAG, Yb: KGW, Yb: KYW, Yb: SYS, Yb: BOYS, Yb: CaF 2, обычно работающих в диапазоне 1020–1050 нм. Они очень эффективны и имеют мощность из-за небольшого квантового дефекта. Чрезвычайно высокая мощность в ультракоротких импульсах может быть достигнута с помощью Yb: YAG. Кристаллы YAG, легированные гольмием, излучают на длине волны 2097 нм и создают эффективный лазер, работающий в 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 гнили с зубов, испарения раковых образований и измельчения камней в почках и желчном пузыре.
Титановый легированный сапфир (Ti: сапфир ) производит настраиваемый инфракрасный лазер, обычно использование для спектроскопия. Он также известен тем, что используется в качестве лазера с синхронизацией мод, производящего ультракороткие импульсы максимальной пиковой мощности.
Тепловые ограничения в твердотельных лазерах возникают из-за непреобразованной мощности накачки, которая нагревает среду. Это тепло в сочетании с высоким термооптическим коэффициентом (dn / dT) может вызвать тепловое линзирование и снизить квантовую эффективность. Тонкие дисковые лазеры с диодной накачкой преодолевают эти проблемы благодаря наличию усиливающей среды, которая намного тоньше диаметра луча накачки. Это обеспечивает более равномерную температуру материала. Было показано, что тонкие дисковые лазеры генерируют лучи мощностью до одного киловатта.
Твердотельные лазеры или лазерные усилители, в которых свет направляется за счет полного внутреннего отражения в одномодовом оптическом волокне вместо этого называется волоконными лазерами. Направление позволяет получить очень длинные области усиления, света хорошие условия охлаждения; Волокна имеют высокое отношение площади поверхности к объему, что эффективное эффективное охлаждение. Кроме того, волноводные свойства волокна снижают тепловые искажения луча. Ионы эрбия и иттербия являются обычными активными частями в таких лазерах.
Довольно часто волоконный лазер выполнен в виде волокна с двойной оболочкой. Этот тип волокна из сердцевины, внутренней оболочки и внешней оболочки. Показатель трех концентрических слоев выбирается таким, чтобы сердцевина волокна действовала как одномодовое волокно для лазерного излучения, внешняя оболочка, как многомодовая сердцевина для лазера накачки. Это позволяет накачке передать большое количество энергии в активную внутреннюю область сердечника и через нее, сохраняя при этом высокую числовую апертуру (NA) для облегчения запуска.
Свет накачки можно использовать более эффективно, создав дисковый лазер или набор таких лазеров.
Волоконные лазеры имеют фундаментальный предел в том, что интенсивность света в волокне не может быть высокой, чтобы оптические нелинейности, индуцированные локальной напряженностью электрического поля, могли стать доминирующими и помешать работу лазера и / или привести к повреждению материала. разрушение волокна. Этот эффект называется фототемнением. В объемных лазерных материалах охлаждение не эффективно, и трудно отделить эффекты фотопотемнения от тепловых эффектов, но эксперименты с волокнами показывают, что фотопотемнение может быть связано с образованием долгоживущего цвета . центры.
Лазеры на фотонных кристаллах - это лазеры на основе наноструктур, которые ограничивают мод и изменяют плотность оптических состояний (DOS), специально для обратной связи. место. Они имеют типичный микрометровый размер и настраиваются по полосам фотонных кристаллов.
Коммерческий лазерный диод в закрытом корпусе диаметром 5,6 мм, например, используемый в CD или DVD-проигрыватель Полупроводниковые лазеры - это диоды с электрической накачкой. Рекомбинация электронов и дырок, созданная приложенным током, приводит к оптическому усилению. Отражение от кристалла образует оптический резонатор, хотя в некоторых конструкциях резонатор может быть по отношению к полупроводнику.
Коммерческие лазерные диоды излучают на длинах волн от 375 нм до 3500 нм. Лазерные диоды малой и средней мощности используются в лазерных указателях, лазерных принтерх и проигрывателя CD / DVD. Лазерные диоды также часто используются для оптической накачки других лазеров с высокой эффективностью. Промышленные лазерные диоды наивысшей мощности, мощностью до 20 кВт, используются в промышленности для резки и сварки. Полупроводниковые лазеры с внешним резонатором имеют полупроводниковую активную среду в большом резонаторе. Эти устройства могут генерировать выходную мощность высокой мощности с хорошим качеством луча, перестраиваемым по длине волны излучением с узкой шириной линии или ультракороткими лазерными импульсами.
В 2012 году Nichia и OSRAM разработали и изготовили промышленные мощные зеленые лазерные диоды (515/520 нм), которые конкурируют с традиционными твердотельными диодами с диодной накачкой. государственные лазеры.
Лазеры с поверхностным излучением с вертикальным резонатором (VCSEL ) - это полупроводниковые лазеры, направление которых перпендикулярно поверхности пластины. Устройства VCSEL обычно имеют более круглый выходной луч, чем обычные лазерные диоды. По состоянию на 2005 год широко доступны только 850 нм VCSEL, 1300 нм VCSEL начинают коммерциализироваться, а устройства 1550 нм являются областью исследований. VECSEL - это VCSEL с внешним резонатором. Квантовые каскадные лазеры предоставляют полупроводниковые лазеры, которые имеют активный переход между энергетическими подзонами электрона в структуре, содержащем несколько квантовых ям.
Разработка кремниевого лазера важен в области оптических вычислений. Кремний является предпочтительным материалом для интегральных схем, поэтому электронные и кремниевые фотонные компоненты (такие как оптические межсоединения ) могут быть изготовлены на одном кристалле. К сожалению, с кремнием трудно работать, поскольку он обладает определенными свойствами, блокирующими генеральными средствами. Однако в последнее время группы производили кремниевые лазеры с помощью таких методов, как изготовление материалов для генерации из кремния и других полупроводниковых материалов, таких как фосфид индия (III) или арсенид галлия (III), материалы которые позволяют получать когерентный свет из кремния. Они называются гибридными кремниевыми лазерами. Недавние разработки также показали использование монолитно интегрированных нанопроволочных лазеров непосредственно на кремнии для оптических межсоединений, открывая путь для приложений на уровне кристалла. Эти гетероструктурные нанопроволочные лазеры, способные создавать оптические межсоединения в кремнии, также способны излучать пары пикосекундных импульсов с фазовой синхронизацией с повторением до 200 ГГц, что позволяет обрабатывать оптические сигналы на кристалле. Другой тип - это Рамановский лазер, в котором используется преимущество Рамановского рассеяния для создания лазера из таких материалов, как кремний.
Лазерная генерация без поддержания среды, возбужденной до инверсии населенностей, была установлена в 1992 г. на газе натрий и снова в 1995 г. на газе рубидий различными группами. Это было достигнуто с помощью внешнего мазера, чтобы вызвать «оптическую прозрачность» в среде путем введения и деструктивного вмешательства в основные электронные переходы между двумя путями, так что вероятность, что основные электроны поглотят любую энергию, была сведена на нет.
Крупный план настольного лазера на красителях на основе родамина 6G в качестве лазерах на красителях в качестве среды усиления органического красителя. Широкий спектр доступных красителей или смесей красителей позволяет этим лазерам легко настраиваться или генерировать импульсы очень короткой длительности (порядка нескольких фемтосекунд ). Хотя эти перестраиваемые лазеры известны в основном в жидкой форме, исследователи также применяют перестраиваемое излучение с узкой шириной линии в конфигурации диспергирующих генераторов, включающих твердотельные усиливающие среды на красителях. В качестве наиболее распространенной формы в этих твердотельных лазерах на красителях в качестве лазерной среды используются полимеры, легированными красителями.
Лазеры на свободных электронах FELIX в институте физики плазмы FOM Rijnhuizen, Nieuwegein Лазеры на свободных электронах, или FELs, генерируют когерентные, высокое мощное излучение, широко настраивается, в настоящее время в диапазоне длин волн от микроволн до терагерцового излучения и от инфракрасного до видимого излучения и мягкого рентгеновского излучения. У них самый широкий частотный диапазон среди всех типов лазеров. Хотя лучи ЛСЭ обладают теми же оптическими характеристиками, что и другие лазеры, такие как когерентное излучение, действие ЛСЭ совершенно нечистот. В отличие от газовых, жидкостных или твердотельных лазеров, используемых в качестве используемых атомных или молекулярных состояний, в качестве среды генерации используется релятивистский электронный пучок, отсюда и термин «свободный электрон».
Поиск лазера с высокой квантовой энергией, использующий переходы между изомерными состояниями атомного ядра, был предметом широкомасштабные академические исследования с начала 1970-х гг. Большая часть этого резюмируется в трех обзорных статьях. Это исследование было международным по своему охвату, но в основном проводилось в бывшем Советском Союзе и США. Хотя многие ученые по-прежнему с оптимизмом считают, что прорыв близок, рабочий гамма-лазер еще предстоит реализовать.
Некоторые из ранних исследований были направлены на изучение коротких импульсов нейтронов, возбуждающих верхние слои состояние изомера в твердом теле, поэтому гамма-переход может выиграть от сужения линии эффекта Мессбауэра. Вместе с тем, от двухступенчатой откачки трехуровневой системы ожидалось несколько преимуществ. Было высказано предположение, что ядро атома, заключенное в ближнем поле управляемого лазером когерентно колеблющегося электронного облака, будет испытывать большее дипольное поле, чем поле управляющего лазера. Кроме того, нелинейность колеблющегося облака будет производить как пространственные, так и временные гармоники, поэтому ядерные переходы с более высокой многополярностью также могут происходить при кратной частоте лазера.
В сентябре 2007 года BBC News сообщил, что было предположение о возможности использования позитрония аннигиляции для управления очень мощным гамма-лазером. Доктор Дэвид Кэссиди из Калифорнийского университета в Риверсайде предположил, что один такой лазер может быть использован для зажигания реакции ядерного синтеза, заменив несколько сотен лазеров, используемых в настоящее время в термоядерный синтез с инерционным удержанием.
Космические рентгеновские лазеры, накачиваемые ядерным взрывом, также предлагались в качестве противоракетного оружия. Такие устройства были бы однозарядным оружием.
Живые клетки использовались для получения лазерного света. Клетки были генетически сконструированы для получения зеленого флуоресцентного белка (GFP). GFP используется как «усиливающая среда» лазера, в которой происходит усиление света. Затем клетки помещали между двумя крошечными зеркалами размером всего 20 миллионных метра, которые действовали как «лазерный резонатор», в котором свет мог многократно отражаться от клетки. После того как ячейка залила синим светом, можно было увидеть, что она испускает направленный и интенсивный зеленый лазерный свет.
Размеры лазеров варьируются от микроскопических диодных лазеров (вверху) с многочисленными применениями до неодимовых стеклянных лазеров размером с футбольное поле (внизу), используемых для термоядерный синтез с инерционным удержанием, ядерное оружие исследования и другие эксперименты по физике высокой плотности энергии. Когда в 1960 году были изобретены лазеры, их называли «решением, ищущим проблему». С тех пор они стали повсеместными и нашли применение в тысячах самых разнообразных приложений во всех сферах современного общества, включая бытовую электронику, информационные технологии, науку, медицину, промышленность, правоохранительные органы, развлечения и военное дело. Волоконно-оптическая связь с использованием лазеров - ключевая технология в современных коммуникациях, позволяющая предоставлять такие услуги, как Интернет.
Первым широко заметным применением лазеров стал супермаркет сканер штрих-кода, представленный в 1974 году. Плеер laserdisc, представленный в 1978 году, был первым успешным потребительским продуктом, включающим лазер, но проигрыватель компакт-дисков был первым устройством, оснащенным лазером, которое стало широко распространенным, начиная с 1982 года. от лазерных принтеров.
Некоторые другие применения:
В 2004 году, не считая диодных лазеров, было продано около 131 000 лазеров на сумму 2,19 миллиарда долларов США. В том же году было продано около 733 миллионов диодных лазеров на сумму 3,20 миллиарда долларов.
Лазеры нашли множество применений в медицине, включая лазерную хирургию ( в частности хирургия глаза ), лазерное лечение, лечение камней в почках, офтальмоскопия и косметические процедуры для кожи, такие как лечение акне, уменьшение целлюлита и стрий и удаление волос.
Лазеры используются для лечения рака путем уменьшения или уничтожения опухолей или предраковых новообразований. Чаще всего они используются для лечения поверхностных раковых образований на поверхности тела или слизистой оболочки внутренних органов. Они используются для лечения базально-клеточного рака кожи и других очень ранних стадий, таких как шейный, половой член, вагинальный, вульва и немелкоклеточный рак легкого. Лазерная терапия часто сочетается с другими видами лечения, такими как хирургия, химиотерапия или лучевая терапия. Лазерная интерстициальная термотерапия (LITT) 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 иметь специальную подготовку. Это может быть дороже, чем другие методы лечения.
A лазерное оружие - это лазер, который используется в качестве оружия направленной энергии.
Американо-израильское Тактическое высокоэнергетическое оружие использовалось для сбивания ракет и артиллерийских снарядов. В последние годы некоторые любители проявили интерес к лазерам. Лазеры, используемые любителями, обычно относятся к классу IIIa или IIIb (см. Безопасность), хотя некоторые из них создали свои собственные типы класса IV. 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 спасательные лазерные диоды из сломанных DVD-плееров (красный), Blu-ray плееров (фиолетовый) или даже лазерные диоды большей мощности из Записывающие устройства для компакт-дисков или DVD.
Любители также брали излишки импульсных лазеров из бывших в употреблении военных приложений и модифицировали их для импульсной голографии. Использовались импульсный рубиновый и импульсный YAG-лазеры.
Применение лазера в астрономической адаптивной оптике формирование изображений Разным приложениям требуются лазеры с разной выходной мощностью. Лазеры, излучающие непрерывный луч или серию коротких импульсов, можно сравнивать на основе их средней мощности. Лазеры, генерирующие импульсы, также можно охарактеризовать на основе пиковой мощности каждого импульса. Пиковая мощность импульсного лазера на много порядков превышает его среднюю мощность. Средняя выходная мощность всегда меньше потребляемой мощности.
| Мощность | Используйте |
|---|---|
| 1–5 мВт | Лазерные указатели |
| 5 мВт | CD-ROM привод |
| 5–10 мВт | DVD-проигрыватель или DVD-привод |
| 100 мВт | Высокоскоростной CD-RW записывающий привод |
| 250 мВт | Потребительский пишущий привод 16 × DVD-R |
| 400 мВт | Прожигание драгоценного футляра, включая диск, в течение 4 секунд |
| DVD 24 × двухслойная запись | |
| 1 Вт | Зеленый лазер на голографическом универсальном диске разработка прототипа |
| 1–20 Вт | Выход большинство имеющихся в продаже твердотельных лазеров, используемых для микрообработки |
| 30–100 Вт | Типичные герметичные CO 2 хирургические лазеры |
| 100–3000 Вт | Типичные герметичные CO 2 лазеры, используемые в промышленной лазерной резке |
Примеры импульсных систем с высокой пиковой мощно стью:
Слева: европейский лазер предупреждающий символ требуется 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 имеющий мощность в один «Gillette», поскольку он мог прожечь одно лезвие Gillette бритвы. Сегодня принято считать, что даже маломощные лазеры с выходной мощностью всего несколько милливатт могут быть опасны для зрения человека, когда луч попадает в глаз непосредственно или после отражения от блестящей поверхности. На длинах волн, на которых роговица и линза могут хорошо фокусироваться, когерентность и низкая расходимость лазерного света означают, что он может быть сфокусирован глазом в очень маленькое пятно на сетчатка, что приводит к локальному ожогу и необратимому повреждению за секунды или даже быстрее.
Лазеры обычно маркируются номером класса безопасности, который указывает, насколько опасен лазер:
Указанные мощности относятся к лазерам непрерывного излучения видимого света. Для импульсных лазеров и невидимых длин волн применяются другие ограничения мощности. Люди, работающие с лазерами класса 3B и 4, могут защитить свои глаза с помощью защитных очков, которые предназначены для поглощения света определенной длины волны.
Инфракрасные лазеры с длинами волн более 1,4 микрометра часто называют «безопасными для глаз», поскольку роговица имеет тенденцию поглощать свет на этих длинах волн, защищая сетчатку от повреждений. Однако ярлык «безопасный для глаз» может вводить в заблуждение, поскольку он применяется только к пучкам непрерывных волн относительно малой мощности; лазер высокой мощности или с модуляцией добротности на этих длинах волн может обжечь роговицу, вызывая серьезное повреждение глаза, и даже лазеры средней мощности могут повредить глаз.
Лазеры могут представлять опасность как для гражданской, так и для военной авиации, поскольку могут временно отвлекать или ослеплять пилотов. См. Лазеры и безопасность авиации для получения дополнительной информации по этой теме.
Камеры, основанные на устройствах с зарядовой связью, на самом деле могут быть более чувствительны к лазерным повреждениям, чем биологические глаза.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с Лазеры. |
