Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ВВЕДЕНИЕВ последние годы внедрение лазерной техники во все отрасли народного хозяйства значительно расширилось. Уже сейчас лазеры используются в космических исследованиях, в машиностроении, в медицине, в вычислительной технике, в самолетостроении и военной технике. Появились публикации, в которых отмечается, что лазеры пригодились и в агропроме. Непрерывно совершенствуется применение лазеров в научных исследованиях — физических, химических, биологических. В результате гонки вооружений, навязанной американской военщиной, ускоренными темпами идет использование лазеров в различных видах военной техники — наземной, морской, воздушной. Ряд образцов лазерной техники — дальномеры, высотомеры, локаторы, системы самонаведения — поступили на вооружение в армиях США, Англии, Франции, Японии. В Советском Союзе также находят применение военные приборы, в основе которых в качестве источника излучения используется лазер. В связи с этим молодежи, призванной в Вооруженные Силы, необходимо знать принципы работы лазеров, а также основанных на их использовании приборов. Объяснение слова «лазер» дано в словаре терминов, приведенном в конце книги. Этим словарем следует пользоваться всякий раз, встречая то или иное малознакомое для вас слово или понятие. В основу работы лазеров положено явление усиления электромагнитных колебаний при помощи вынужденного (стимулированного) излучения атомов и молекул, которое было предсказано Альбертом Эйнштейном еще в 1916 году. Он показал, что между средой, состоящей из молекул, атомов, электронов, и светом постоянно происходит обмен энергией в результате порождения одних и уничтожения других квантов света. Среда может как поглощать и рассеивать, так и, при определенных условиях, усиливать падающее на нее излучение. Причем излучение может быть как спонтанным (самопроизвольным), так и стимулированным. Значительный вклад в дело развития лазеров внес советский физик Валентин Александрович Фабрикант. В 1939 году, анализируя в своей докторской диссертации спектр газового разряда, он указал на возможность усиления света посредством стимулированного излучения и сформулировал необходимые для этого условия. Продолжая работать над идеей о возможности создания усилителя света, он в 1951 году вместе с Ф. А. Бутаевой и М. М. Вудынским впервые получил экспериментальное подтверждение своих расчетов и опубликовал результаты. Была сформулирована заявка на изобретение: «Предлагается способ усиления электромагнитного излучения, основанный на использовании явления индуцированного излучения». В 1952 году ученые трех стран одновременно (в Советском Союзе — Н. Г. Басов и А. М. Прохоров, в США - Ч. Таунс, Дж. Гордон и X. Цайгер, в Канаде-Дж. Вебер) независимо друг от друга предложили принцип генерации и усиления сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний, основанный на использовании индуцированного излучения. Это позволило создать усилителй и генераторы сантиметрового и дециметрового диапазонов. Они получили название мазеров. За создание молекулярных генераторов Н. Г. Басов и А. М. Прохоров, сотрудники Физического института АН СССР, были удостоены Ленинской премии. Разработка теории и устройства молекулярного генератора была содержанием докторской диссертации молодого в то время ученого Н. Г. Басова. В 1955—1957 годах появились работы Н. Г. Басова, Б. М. Вула, Ю. М. Попова и А. М. Прохорова в СССР, а также американских ученых Ч. Таунса и А. Шавлова, в которых были приведены научные обоснования для создания квантовых генераторов оптического диапазона. В декабре 1960 года Т. Мейман сумел построить первый успешно работающий лазер с рубиновым стержнем в качестве активного вещества. Этот лзер работал в импульсном режиме и излучал энергию в красной области спектра. В 1960 году под руководством американского ученого А. Джавана был создан газовый лазер. Он использовал в качестве активной среды смесь газов гелия и неона. Лазер работал в непрерывном режиме и излучал энергию также в красной области спектра. В 1962 году практически одновременно в СССР и в США был создан лазер, у которого в качестве активного вещества применили полупроводниковый элемент (на возможность использования полупроводников было указано работами Н. Г. Басова, Б. М. Вула и Ю. М. Попова еще в 1958 году). Заслуги советских ученых в деле развития квантовой электроники, а также вклад американских ученых были отмечены Нобелевской премией. Ее получили в 1964 году Н. Г. Басов, А. М. Прохоров и Ч. Таунс. С этого момента началось бурное развитие лазеров и приборов, основанных на их использовании. Было получено стимулированное излучение от многих материалов — твердотельных, газовых, жидких, полупроводниковых. Диапазон излучения стал захватывать широкий участок спёктра: от крайнего ультрафиолета до дальней инфракрасной области, а в последние годы получено стимулированное излучение, лежащее в рентгеновском диапазоне. Поскольку стимулированное излучение отличается от теплового монохроматичностью, узконаправленностью, высокой спектральной яркостью и когерентностью, то его стали использовать для построения целого ряда приборов, предназначенных сначала для проведения экспериментальных исследований, а затем для лазерной технологии. Эти приборы способствовали развитию новых научных направлений, таких как лазерная интерферометрия, интроскопия, безлинзовая оптика, голография, термоядерный синтез. В 1970 году советский ученый Ю. Н. Денисюк был удостоен Ленинской премии за цикл работ «Голография с записью в трехмерной среде» [1, 2, 3]. По разработанной им принципиально новой схеме, существенно отличающейся от схемы Д. Габора — отца голографии, были получены высококачественные голограммы, которые восстанавливались в белом свете. Вклад советского ученого настолько значителен, что схема Д. Габора рассматривается как частный случай метода Ю. Н. Денисюка. Советская промышленность уже в 1975 году освоила серийный выпуск лазеров различных типов, серий ГОС и ГОР, серии ЛГ и др. Они демонстрировались на многих международных выставках, и вызывали всеобщий интерес [4, 5, 6]. Ускоренными темпами развивалась лазерная техника и в США, Франции, Англии, Италии, ФРГ. В новое научное направление вовлекалось все больше ученых и исследователей. Они принесли новые идеи, часть из которых оказалась давно забытыми старыми. Так, например, использование схемы эксперимента А. Майкельсона, который он приводил еще в прошлом веке, привело к созданию лазерного гироскопа, а точнее, датчика угловой скорости вращения (ДУС), который отличается от роторного более высокой точностью, широким диапазоном измеряемых скоростей, практически мгновенным включением в работу (не нужно время на раскрутку ротора), малой чувствительностью к перегрузкам [7, 8]. Эти приборы стали использовать в системах навигации и стабилизации. Для решения ряда научных проблем были построены различные локаторы и дальномеры с лазером в качестве источника излучения. Например, при проведении локации Луны локатор был размещен в Крымской обсерватории и им осуществлялось зондирование поверхности Луны. С тем, чтобы получить отраженный сигнал значительной мощности, на Луну был доставлен зеркальный отражатель, изготовленный французскими учеными и техниками [9, 10]. О высокой точности лазерной локации говорит такой эксперимент.. Он был выполнен сотрудниками обсерватории Мишель де Прованс по американскому спутнику «Эксплорер-22». Этот спутник был также оснащен зеркальной панелью, состоящей из 360 оптических элементов. В локаторе в качестве источника излучения использовался рубиновый лазер. После обработки результатов локации выяснилось, что в момент измерений наклонная дальность от локатора до спутника составляла 1571 км 992 м. Причем это расстояние было измерено с ошибкой всего ±8 м. Такой эксперимент дает ученым возможность составить более правильное представление о форме Земли и о распределении поля тяготения. И если раньше считалось, что поле тяготения имеет сферическую форму, затем стали говорить об эллиптической форме, то теперь о поле тяготения Земли можно сказать, что оно распределяется в форме «ежа» с его многочисленными колючками. Большой вклад советские ученые и инженеры внесли в решение такой проблемы, как обеспечение безопасности посадки самолетов в сложных условиях. В 1978 году было опубликовано, что разработана, испытана и запатентована система «Глиссада» для посадки самолетов ГВФ в сумерках и ночью [11]. В последнее время получила распространение еще одна важная область применения лазеров — лазерная технология, с помощью которой обеспечивается резка, сварка, легирование, скрайбирование металлов и обработка интегральных микросхем. Причем отмечаются такие преимущества лазерной обработки, как высокая скорость выполнения операций, высокое качество обра ботки, возможность автоматизации операций обработки и др. Значительный эффект получен и при использовании лазеров в медицине. Был создан лазерный скальпель: Возникла лазерная микрохирургия глаза. В Институте хирургии имени А. А. Вишневского лазерный скальпель используется при операциях на внутренних органах грудной и брюшной полостей. В 1981 году издательство «Медицина» выпустило труд большого коллектива ученых «Лазеры в клинической медицине». В нем находится лаконичное описание результатов операций, выполненных под руководством профессора С. Д. Плетнева. Лазеры применяются в стоматологии, нейрохирургии, при операциях на сердце и диагностике заболеваний. Так, например, с помощью газового лазера получают фотоснимки кровеносных сосудов конечностей, причем такие снимки, которые невозможно получить на рентгеновской установке. Ультрафиолетовые лазеры применяют для раннего обнаружения раковых опухолей. Имеются определенные успехи и по использованию лазеров в агропроме. Группой ученых, работающих в Алма-Ате под руководством профессора В. М. Инюшина, развивается направление лазерного стимулирования посевного материала. В пищевой промышленности исследуются возможности применения лазеров для улучшения качества хлебопродуктов, ускорения производства безалкогольных напитков с улучшенными свойствами, сохранения качества мяса и мясопродуктов. Даже такие работы, как предварительная обработка режущего инструмента и подшипников в аппаратах пищевого машиностроения, дает значительное увеличение срока службы этих устройств. В пищевой химии и биотехнологии лазерные установки используются для проведения исследований по опенке коэффициентов отражения и прозрачности пищевых материалов и питательных сред, по исследованию кинетики химических реакций, а также при разделении изотопов. В пищевом машиностроении — для контроля параметров работы машин и технологических систем. Большой вклад в дело развития лазерной техники сделан и учеными США. Работы таких ученых, как Ч. Таунс, А. Джаван, Дж. Строук, известны мировой общественности. Однако в последние годы в США, охваченных милитаристским угаром, все больше усилий прилагается для достижения превосходства над СССР в вооружениях. С этой целью огромные средства направляются на создание лазеров большой мощности, а также рентгеновских и химических лазеров. Ведутся подготовительные работы и наземные эксперименты в рамках пресловутой программы стратегической оборонной инициативы (СОИ), по созданию широкомасштабной системы ПРО. Поставленная перед создателями СОИ задача заключается в обеспечении поражения межконтинентальных и баллистических ракет, запускаемых с подводных лодок, на всем протяжении траектории их полета к цели. Академик Б. Раушенбах, член Комитета советских ученых в защиту мира против ядерной угрозы, в статье «Мираж могущества» показывает технические несовершенства отдельных элементов СОИ и авантюризм самой идеи СОИ. Он говорит, что в случае ее реализации она может стать «стратегической похоронной инициативой» для всего человечества, ибо усиливает опасность войны. В выступлении по советскому телевидению 18 августа 1986 года М. С. Горбачев подчеркивал: «Пусть и здесь не рассчитывают запугать нас или повернуть к ненужным расходам. Если потребуется, мы быстро найдем ответ, причем будет он не таким, каким его ожидают в США. Но это будет ответ, который обесценит программу «звездных войн». Лазеры должны служить мирным целям - эту основную мысль и хочет довести автор до молодого читателя.
|
1 |
Оглавление
|