Поиск по каталогу  |  Интер-Сервис      in-s ООО "ВолгаЛазер" ООО "ВолгаЛазер"
ЛК 2015
ELEn C2200
MGO 3000
О компании
Производство
лазерная резка металлов, резка металлов
Услуги / цены
Контакты
 

История развития лазерных технологий

До середины XIX в. электромагнитные и оптические явления рассматривались независимо друг от друга. Представления о свете в противоположность развитой Ньютоном корпускулярной теории (теория света Ньютона), согласно которой свет должен состоять из маленьких материальных частиц (световых корпускул), характеризовались волновой теорией света (Гюйгенс, 1678 г.). По этой теории световые волны распространяются как упругие волны в светоносном эфире. Дальнейшее развитие волновой теории света было связано с работами Френеля (1825 г.), который объяснил интерференционные и дифракционные явления и показал, что при рассмотрении световых волн речь идет о поперечных волнах, т.е. о волнах, колеблющихся перпендикулярно направлению распространения, благодаря чему стала понятной поляризация света. Однако физически распространение света в виде упругой механической волны во всепроникающем эфире оставалось непонятным.

После установления основных уравнений электродинамики Максвеллом (1871 г.) последовало обоснование представления о свете как электромагнитной волне (толчком послужили измерения Вебера (1858 г.)). Существование электромагнитных волн было подтвреждено Герцем экспериментально в 1888 г. Возникшая из объяснения фотоэффекта гипотеза Эйнштейна о световых квантах (1905 г.), согласно которой свет состоит из отдельных квантов энергии (фотонов), зависящей от частоты, привела, наконец, к современному представлению о дуализме света.

Свет распространяется в виде электромагнитной волны, в то время как энергия при испускании излучения и поглощении сконцентрирована в световых квантах, при этом при взаимодействии электромагнитного излучения с веществом, как было показано Эйнштейном в 1917 г., наряду с поглощением и спонтанным излучением возникает вынужденное (индуцированное) излучение, которое образует основу для разработки лазеров.

Явление вынужденного излучения легло в основу современной квантовой электроники и лазерной техники. Несколько позднее (1953 г.) Дж. Вебером был предложен квантовый усилитель.

В 1956 г. Н. Бломберген теоретически разработал вопрос о парамагнитном твердотельном усилителе по схеме трех уровней, а в 1957 г. Г. Сковил построил такой усилитель. Однако все квантовые устройства, разработанные к 1960 г., охватывали СВЧ-диапазон радиоволн и назывались мазерами (microwave amplification by stimulated emission of radiation).

Первый молекулярный генератор (мазер) был разработан в 1954 г. в Физическом институте АН СССР им. П. Н. Лебедева в Москве Н. Г. Басовым, А. М. Прохоровым и одновременно и независимо Ч. Таунсом, Д. Гордоном и X. Цайгером в Колумбийском университете в Нью-Йорке. Это событие официально принято считать началом становления квантовой электроники как науки.

Теория мазера была развита Н. Г. Басовым, А. М. Прохоровым и оказала значительное влияние на последующие работы в этой области. Для описания физического процесса колебаний молекулы азота и флюктуации зарядов и их связи с комплексной восприимчивостью и диэлектрической постоянной ими предложено уравнение колебаний напряженности электрического поля в резонаторе.

Следующий этап развития квантовой электроники связан с перенесением ее принципов в оптический диапазон электромагнитных волн. В 1958 г. Ч. Таунс, А. Л. Шавлов и А. М. Прохоров показали возможность использования явлений вынужденного усиления в поле оптических излучений.

Первый действующий лазер (light amplification by Stimulated emission of radiation) на рубиновом стержне был создан Т. Майманом в 1960 г. Это открытие дало толчок бурному развитию лазерной техники. Элементы лазера Маймана лежат в основе всех современных лазеров.

А. Джаван построил первый газовый лазер, работающий на смеси неона и гелия, в котором инфракрасное когерентное излучение испускали атомы неона. На основании спектроскопических исследований он предположил, что электрический разряд в смеси неона и гелия должен создать инверсии населенностей уровней.

Создание первых лазеров ускорило развитие новой области физики – нелинейной оптики, изучающей нелинейные оптические эффекты при воздействии на среды мощного вынужденного излучения. Значительный вклад в исследование нелинейных оптических явлений внесли ученые-физики С. И. Вавилов, С. А. Ахманов, Г. С. Горелик, Р. В. Хохлов, Н. Бломберген, Д. Джордмэйн, Р. Терхьюн и др.

После получения излучения в видимой области на длине волны равной 0,6328 мкм генерация была получена более чем на 460 различных переходах между уровнями нейтральных атомов 34 химических элементов.

Первый молекулярный лазер был создан Р. Пателем в 1964 г. Этот лазер имел КПД примерно 10 % и значительную мощность (около 10 Вт). Разработке первого полупроводникового инжекционного лазера на арсениде галлия (М. Натан, В. Думке, Р. Холл и др., 1962 г.) предшествовали теоретические исследования полупроводниковых монокристаллов, выполненные Н. Г. Басовым, Б. М. Вулом и Ю. М. Поповым (1958-1961 гг.). Последующие годы были насыщены техническими усовершенствованиями и изобретениями, направленными главным образом на увеличение мощности, компактности, долговечности лазеров.

С этого момента началось практическое использование лазерного излучения. В многочисленных практических применениях и приборах лазерный луч можно рассматривать как оптический сигнал с уникальными свойствами.

Лазер является источником света, с помощью которого может быть получено когерентное электромагнитное излучение.

Излучение лазера отличается от излучения обычных источников света следующими характеристиками:

  • высокой спектральной плотностью энергии;
  • монохроматичностью;
  • высокой временной и пространственной когерентностью;
  • высокой стабильностью интенсивности лазерного излучения в стационарном режиме;
  • возможностью генерации очень коротких световых импульсов.

Эти особые свойства излучения лазера обеспечивают ему разнообразнейшее применение. Оно определяется главным образом принципиально отличным от обычных источников света процессом генерации излучения за счет вынужденного излучения.

Современный этап в развитии квантовой электроники и лазерной техники характеризуется внедрением лазерной технологии в промышленное производство (обработка материалов: лазерная резка, сварка, сверление, плавление, гравировка и т.д.), исследованиями лазерного термоядерного синтеза и разработкой устройств когерентной и интегральной оптики.

<< вернуться на страницу «Технологии»


Яндекс цитирования ЛАЗЕРНАЯ РЕЗКА
ЛАЗЕРНАЯ РЕЗКА МЕТАЛЛА