Тема 7. Лазерное излучение

7.1. Функциональная схема и некоторые характеристики лазеров.

Лазеры используются для обработки материалов, для получения высокотемпературной плазмы, для целей связи, в физических исследованиях, в медицине, в оборонной технике.

Вместе с тем возможность огромной концентрации энергии вплоть до значений 10¹⁴-10¹⁵ Вт/см² (в импульсе длительного порядка 30 нс) является источником серьёзной опасности для людей, работающих с лазерами. Такие большие плотности потока мощности не встречаются нигде в природе. Для сравнения укажем, что плотность мощности излучения на поверхности Солнца составляет примерно 10⁸ Вт/см² (постоянное излучение). Лазерное излучение может вызвать серьёзные ожоги, а при поражении глаз привести к слепоте. Поэтому вопросам техники безопасности при работе с лазерами должно уделяться большое внимание.

Л юбой оптический квантовый генератор (лазер) состоит из трех главных элементов: активного вещества, источника накачки, приводящего активное вещество в возбуждённое состояние, и оптического резонатора, состоящего из двух параллельных друг другу зеркал (рис. 7.1). Главным элементом лазера является активное вещество, которое в возбуждённом состоянии имеет отрицательную проводимость, получающуюся вследствие инверсной населённости энергетических уровней.

Наличие резонатора способствует созданию положительной обратной связи и поддержанию режима генерации. Одновременное синфазное излучение

многих атомов приводит к возникновению монохроматического когерентного узконаправленного излучения всего лазера в целом. Для вывода этого

излучения наружу одно из зеркал резонатора

делается полупрозрачным.

Различные типы лазеров отличаются друг от друга видом применяемого активного вещества.

В качестве активного вещества могут использоваться кристаллы рубина, специальные виды стекол (твердотельные лазеры), полупроводники (полупроводниковые лазеры), различные газы или смеси газов (газовые лазеры) или жидкости (жидкостные лазеры). Все эти типы лазеров различаются по конструкции и параметрам излучения.

В качестве примера приведём параметры резания материалов лучами лазеров (таблица 7.1).

Таблица 7.1

Материал	Глубина резания, мм	Скорость, резания, мм/мин	Ширина разреза, мм	Мощность излучения, кВт
Алюминий	12,7	2286	1,02	15
Нержавеющая сталь	6,3	1270	1,02	20
Фанера	25,4	1524	1,52	8
Стекло	9,5	1524	1,02	20
Бетон	38,1	51	6,30	8

В импульсном режиме работы лазеров, в особенности в режиме модуляции добротности, возникают большие импульсные значения плотности мощности излучения и напряжения электрического поля. При этом большую роль играет ударная волна, возникающая вследствие взрывного расширения испаряющегося материала, давления излучения и электрострикционного эффекта, т.е. смещения частиц материала под действием электрического поля.