Проверка монохромотичности и возможности фокусировки лазерного луча

В опыте с дифракционной решёткой нулевой и первый максимум были одноцветными точками, то есть излучение является монохроматическим. Направим луч лазера на трёхгранную призму. На экране мы видим луч одного цвета. Излучение лазера монохроматическое.

В учебнике физики написано, что «Лазерный луч можно сфокусировать в крохотное пятнышко диаметром порядка длины световой волны и получить плотность энергии превышающую уже на сегодняшний день плотность энергии ядерного взрыва».

Проверим это на опыте. Возьмём короткофокусную линзу и пропустим через неё лазерный луч. Перемещая линзу относительно экрана добиваемся уменьшения диаметра пятна с 3-4 мм. до 1-1.5 мм. Лазерный луч можно фокусировать.

На опытах можно так же наблюдать прямолинейное распространение лазерного луча полное отражение при углах больше 43 градусов.

Лазерное оружие всегда вызывает множество споров. Одни считают его оружием будущего, другие категорически отрицают вероятность появления эффективных образцов такого оружия в ближайшем будущем. Люди задумывались о лазерном оружии даже до его фактического появления, вспомним классическое произведение «Гиперболоид инженера Гарина» Алексея Толстого (безусловно, в произведении указан не совсем лазер, но близкое к нему по действию и последствиям применения оружие).

Создание реального лазера в 50-х – 60-х годах XX века вновь подняло тему лазерного оружия. На протяжении десятилетий оно стало непременным атрибутом фантастических фильмов. Реальные успехи были гораздо скромнее. Да, лазеры заняли важную нишу в системах разведки и цел указания, широко применяются в промышленности, но для использования в качестве средства поражения их мощность по-прежнему была недостаточной, а массогабаритные характеристики неприемлемыми. Как эволюционировали лазерные технологии, насколько они готовы к применению в военных целях в настоящее время?

Первый действующий лазер был создан в 1960 году. Это был импульсный твердотельный лазер на искусственном рубине. На момент создания это были самые высокие технологии. В наше время такой лазер можно собрать в домашних условиях, при этом энергия его импульса может достигать 100 Дж.

С момента создания первого лазера найдено огромное количество способов получения лазерного излучения. Существуют твердотельные лазеры, газовые лазеры, лазеры на красителях, лазеры на свободных электронах, волоконные лазеры, полупроводниковые и другие лазеры. Также лазеры различаются по способу возбуждения.

Например, в газовых лазерах различных конструкций, возбуждение активной среды может осуществляться оптическим излучением, разрядом электрического тока, химической реакцией, ядерной накачкой, тепловой накачкой (газодинамические лазеры, ГДЛ). Появление полупроводниковых лазеров породило лазеры типа DPSS (Diode-pumped solid-state laser – твердотельный лазер с диодной накачкой).

Различные конструкции лазеров позволяют получить на выходе излучение разных длин волн, от мягкого рентгеновского излучения, до излучения инфракрасного спектра. В разработке находятся лазеры, излучающие жесткое рентгеновское излучение и гамма-лазеры. Это позволяет подбирать лазер исходя из решаемой задачи. Относительно военного применение, это означает, к примеру, возможность выбора лазера, с излучением такой длины волны, которая минимально поглощается атмосферой планеты.

Также в СССР с середины 70-х годов XX века разрабатывался лазерный комплекс воздушного базирования А-60 на базе самолёта Ил-76МД. Изначально комплекс предназначался для борьбы с автоматическими дрейфующими аэростатами. В качестве вооружения должен был быть установлен непрерывный газодинамический СО-лазер мега ваттного класса разработки КБ «Химавтоматики» (КБХА).

В рамках испытаний было создано семейство стендовых образцов ГДЛ с мощностью излучения от 10 до 600 кВт. Можно предположить, что на момент испытаний комплекса А-60 на нём был установлен лазер мощностью 100 кВт.

Было выполнено несколько десятков полетов с испытанием лазерной установки по стратосферному аэростату, находящемуся на высоте 30-40 км и по мишени Ла-17. В части источников указывается на то, что комплекс с самолетом А-60 создавался в качестве авиационного лазерного компонента ПРО по программе "Терра-3".

За последние полвека лазеры нашли применение в офтальмологии, онкологии, пластической хирургии и многих других областях медицины и медико-биологических исследованиях. О возможности использования света для лечения болезней было известно тысячи лет назад. Древние греки и египтяне применяли солнечное излучение в терапии, и эти две идеи даже были связаны друг с другом в мифологии – греческий бог Аполлон был богом солнца и исцеления. И только после изобретения источника когерентного излучения более 50 лет назад действительно был выявлен потенциал использования света в медицине.

Лазеры в биологии и медицине нашли применение в оптической когерентной томографии (ОКТ), что вызвало волну энтузиазма. Этот метод визуализации использует свойства квантового генератора и может дать очень четкие (порядка микрона), поперечные и трехмерные изображения биологической ткани в режиме реального времени.

ОКТ уже применяется в офтальмологии, и может, например, позволить офтальмологу увидеть поперечное сечение роговицы для диагностики заболеваний сетчатки и глаукомы. Сегодня техника начинает использоваться также и в других областях медицины. Одна из крупнейших областей, формирующихся благодаря ОКТ, занимается получением волоконно-оптических изображений артерий. Оптическая когерентная томография может быть применена для оценки состояния склонной к разрыву нестабильной бляшки.

Биомедицинские исследователи во всем мире применяют оптические пинцеты, клеточные сортировщики, а также множество других инструментов. Лазерные пинцеты обещают лучшую и более быструю диагностику рака и использовались для захвата вирусов, бактерий, мелких металлических частиц и нитей ДНК.

В оптическом пинцете пучок когерентного излучения применяется для удержания и вращения микроскопических объектов, аналогично тому, как металлический или пластиковый пинцет способен подобрать маленькие и хрупкие предметы. Отдельными молекулами можно манипулировать, прикрепляя их к стеклышкам микронного размера или шарикам из полистирола. Когда луч попадает в шарик, он искривляется и оказывает небольшое воздействие, подталкивая шарик прямо в центр луча.

С помощью лазеров урологи могут лечить стриктуру уретры, доброкачественные бородавки, мочевые камни, контрактуру мочевого пузыря и увеличение простаты. Использование лазера в медицине позволило нейрохирургам делать точные разрезы и производить эндоскопический контроль головного и спинного мозга.

Ветеринары применяют лазеры для эндоскопических процедур, коагуляции опухолей, выполнения разрезов и фотодинамической терапии. Стоматологи используют когерентное излучение для проделывания отверстий, в хирургии десен, для проведения антибактериальных процедур, зубной десенсибилизации и рото-лицевой диагностики.

Закрепив лазерную указку на поверхности таким образом, чтобы луч света горизонтально проходил через пластиковую бутыль, наполненную водой. Сделайте отверстие в пластике там, где на него упирается лазерный пучок: вода начнет выливаться из контейнера, а вместе с ней будет искривляться и луч. Но как это возможно?

№1

№2

Согласно закону Снелла, луч света изменяет свой угол, попав на границу между двумя средами (в данном случае водой и воздухом). Таким образом, на самом деле лазер оказывается «пойманным» в водяной поток, отскакивая от ее поверхности взад-вперед внутри струи, словно в зеркальной ловушке.

Закон Снеллиуса (также Снелля или Снелла) описывает преломление света на границе двух прозрачных сред. Также применим и для описания преломления волн другой природы, например, звуковых.

Теоретическое объяснение закона Снеллиуса — в статье Преломление.

Закон был открыт в 1621 году голландским математиком Виллебрордом Снеллиусом.

Несколько позднее опубликован (и, возможно, независимо пере открыт) Рене Декартом.

Суть проведённого эксперимента проста. Было наглядно видно лазер попадает в струю воды и не может из нее выйти. Так как со всей стороны окружает полная оптическая отражение от границ раздела среды воздуха и воды.

Подводя итоги, можно сказать, что лазеры используются практически везде и перспективы у них огромные. В различной технике, на производстве, в медицине, и многих других науках и сферах жизнедеятельности человека

Был создан первый лазер, и благодаря этому произошла революция в оптике и других областях науки: появились источники управляемого интенсивного когерентного излучения, позволяющие сконцентрировать высокую энергию в очень малых спектральных, временных и пространственных диапазонах.

Развитие лазерной промышленности, потребности современного производства и научно-технический прогресс привели к тому, что лазерные технологические устройства за последние 40 лет стали дешевле, проще в обслуживании, более компактными, мобильными и доступными. Появились сравнительно дешёвые и простые системы управления лазерным лучом. Появилось на свет четвёртое поколение лазерных источников, на голову опережающее предыдущие по технологическим качествам – волоконные лазеры.

Для написания данной работы были использованы ресурсы Сети Интернет

Перейти к содержанию
проекта "Лазерные технологии"