Лазэр

Ла́зэр (анг. laser, акронім light amplification by stimulated emission of radiation — узмацненьне сьвятла вымушаным выпрамяненьнем) — аптычны квантавы генэратар электрамагнітнага выпрамяненьня ў бачным, інфрачырвоным або ультрафіялетавым дыяпазонах даўжыняў хваляў. Працуе на аснове ўзмацненьня сьвятла пры наяўнасьці адваротнай сувязі. Выкарыстоўваецца ў навуковых фізыка-хімічных і біялягічных дасьледаваньнях, мэдыцыне, экалёгіі і валаконна-аптычных лініях сувязі, для запісу, апрацоўкі, перадачы і захоўваньня зьвестак, у прамянёвай зброі. Мае актыўнае асяродзьдзе, прылады напампоўкі для ўзбуджэньня рэчыва ва ўзмацняльны стан і адваротнай сувязі, якая забясьпечвае шматкратнае праходжаньне выпрамяненьня праз актыўнае рэчыва. Адваротная сувязь ствараецца люстэркамі (аптычны рэзанатар) або пэрыядычнымі неаднастайнасьцямі актыўнага рэчыва (з разьмеркаванай адваротнай сувязьзю).

Зьверху: чырвоны, зялёны і сіне-фіялетавы лазэры

Дзеяньне

Фізычнай асновай працы лазэра служыць зьява вымушанага выпраменьвання. Узбуджаны атам здольны выпраменьваць фатон пад дзеяньнем іншага фатона безь яго паглынаньня, калі энэргія апошняга складае рознасьць энэргіяў узроўняў атама да і пасьля выпраменьваньня. Выпраменены фатон аднолькавы(en) з фатонам, які выклікаў выпраменьваньне. У выніку адбываецца ўзмацненьне сьвятла, што адрозьнівае зьяву ад спантаннага выпраменьваньня, пры якім выпрамененыя фатоны маюць выпадковыя напрамкі распаўсюду, палярызацыю і фазу.

Геле-нэонавы лазэр: пасярод электрычны разрад спараджае сьвячэньне падобна нэонавай лямпе; прамень праекцуецца на экран справа ў выглядзе сьвячэньня чырвонай кропкай

Імавернасьць выкліку выпадковым фатонам вымушанага выпраменьваньня ўзбуджанага атама раўняецца імавернасьці паглынаньня гэтага фатона атамам ў няўзбуджаным стане. У выніку для ўзмацненьня сьвятла патрабуецца большая колькасьць узбуджаных атамаў у асяродзьдзі, чым няўзбуджаных (інвэрсія насельніцтва). У сувязі з адсутнасьцю такіх умоваў у стане тэрмадынамічнай раўнавагі выкарыстоўваецца напампоўка актыўнага (працоўнага) асяродзьдзя лазэра: аптычныя, хімічная і электрычная.

Першакрыніцай генэрацыі ёсьць спантаннае выпраменьваньне, таму для пераемнасьці пакаленьняў фатонаў патрабуецца станоўчая зваротная сувязь, за кошт якой фатоны выклікаюць наступнае вымушанае выпраменьваньне. Актыўнае (працоўнае) асяродзьдзе лазэра зьмяшчаецца ў аптычны рэзанатар. У найпрасьцейшым выглядзе рэзанатар складаецца з 2 люстэрак, адно зь якіх напаўпразрыстае — празь яго прамень лазэра часткова выходзіць з рэзанатара. У выніку адлюстраваньня ад люстэрак пучок выпраменьваньня шматразова праходзіць па рэзанатару і выклікае ў ім вымушаныя пераходы. Выпраменьваньне бывае бесьперапынным і імпульсным. Шляхам выкарыстаньня прыбораў (вярчэльная прызма, ячэйкі Кэра) для хуткага выключэньня і ўключэньня зваротнай сувязі і памяншэньня тым самым пэрыяду імпульсаў ствараюць умовы для генэрацыі магутнага выпраменьваньня (гіганцкія імпульсы). Такі спосаб працы лазэра называюць мадуляванай дыхтоўнасьцю.

Створанае лазэрам выпраменьваньне ёсьць монахраматычным. Яго спэктар складаецца з адной або з дыскрэтнага набору даўжыняў хваляў, бо імавернасьць выпраменьваньня фатона вызначанай даўжыні хвалі большая, чым блізка разьмешчанай, зьвязанай з пашырэньнем спэктральнай лініі. Адпаведна імавернасьць вымушаных пераходаў на гэтай частаце таксама мае максымум. Таму паступова ў ходзе генэрацыі фатоны дадзенай даўжыні хвалі будуць пераважаць над усімі астатнімі фатонамі. З-за адмысловага разьмяшчэньня люстэркаў у лазэрным промні захоўваюцца толькі тыя фатоны, якія распаўсюджваюцца ў кірунку, паралельным аптычнай восі рэзанатара на малой адлегласьці ад яе. Астатнія фатоны хутка пакідаюць аб’ём рэзанатара. У выніку прамень лазэра мае малы кут разыходнасьці. Прамень лазэра мае строга вызначаную палярызацыю, бо ў рэзанатар уводзяць палярызатары. Імі служаць плоскія шкляныя пласьцінкі, устаноўленыя пад кутом Брустэра да кірунку распаўсюду промня лазэра.

Будова

1) актыўнае асяродзьдзе, 2) энэргія напампоўкі, 3) непразрыстае люстэрка, 4) напаўпразрыстае люстэрка, 5) прамень

Лазэр мае 3 асноўныя функцыянальныя часткі: актыўнае (працоўнае) асяродзьдзе, прыладу напампоўкі (крыніца энэргіі), аптычны рэзанатар (адсутнічае пры працы ў рэжыме ўзмацняльніка).

Актыўнае асяродзьдзе

У якасьці працоўнага (актыўнага) асяродзьдзя лазэра выкарыстоўваюцца ўсе агрэгатныя станы рэчыва: вадкае, газападобнае, цьвёрдае і плязма. У звычайным стане лік атамаў, якія знаходзяцца на ўзбуджаных энэргетычных узроўнях, вызначаецца разьмеркаваньнем Больцмана:

$~N=N_{0}\exp(-E/kT),$

дзе N — колькасьць атамаў ва ўзбуджаным стане з энэргіяй E; N₀ — лік атамаў у асноўным стане; k — пастаянная Больцмана; T — тэмпэратура асяродзьдзя.

Узбуджаных атамаў менш, чым атамаў у асноўным стане, таму імавернасьць выкліку фатонам вымушанага выпраменьваньня пры распаўсюдзе ў асяродзьдзі менш за імавернасьць яго паглынаньня. У выніку электрамагнітная хваля пры праходзе ў рэчыве выдаткоўвае сваю энэргію на ўзбуджэньне атамаў. Інтэнсіўнасьць выпраменьваньня пры гэтым спадае паводле закону Бугэра:

$~I_{l}=I_{0}\exp(-a_{1}l),$

дзе I₀ — пачатковая інтэнсіўнасьць; I_l — інтэнсіўнасьць выпраменьваньня, якое прайшло адлегласьць l ў рэчыве; a₁ — паказьнік паглынаньня рэчыва. Выпраменьваньне хутка паглынаецца, бо залежнасьць экспанэнцыйная.

Становішча процілеглае, калі ўзбуджаных атамаў больш, чым няўзбуджаных (у стане інвэрсіі насельніцтва). Вымушанае выпраменьваньне пераважае над паглынаньнем, і выпраменьваньне ўзмацняецца паводле закону:

$~I_{l}=I_{0}\exp(a_{2}l),$

дзе a₂ — каэфіцыэнт квантавага ўзмацненьня. У лазэрах узмацненьне адбываецца, пакуль велічыня энэргіі, якая паступае за кошт вымушанага выпраменьваньня энэргіі, не зраўняецца зь велічынёй энэргіі, якая губляецца ў рэзанатары. Страты адбываюцца ў сувязі з насычэньнем мэтастабільнага ўзроўню працоўнага рэчыва, пасьля якога энэргія напампоўкі ідзе толькі на яго разагрэў. Таксама ўплываюць расьсейваньне на неаднастайнасьць асяродзьдзя, паглынаньне прымешкамі, неідэальнасьць люстэркаў, карыснае і непажаданае выпраменьваньне ў навакольнае асяродзьдзе.

Прылада напампоўкі

Інвэрсную населенасьць асяродзьдзя ў цьвердацелым лазэры ствараюць за кошт апраменьваньня магутнымі газаразраднымі лямпамі-ўспышкамі, сфакусаванымі сонечным выпраменьваньнем (аптычная напампоўка) і выпраменьваньнем паўправадніковых лазэраў. Праца ажыцьцяўляецца толькі імпульсным спосабам у сувязі з патрэбай у вялікіх шчыльнасьцях энэргіі напампоўкі, што пры працяглым узьдзеяньні выклікаюць моцны разагрэў і разбурэньне стрыжня працоўнага рэчыва. Газавы і вадкасны лазэры (геля-нэонавы, на фарбавальніках) напампоўваюць электрычным разрадам. Такія лазэры працуюць бесьперапынна. Хімічны лазэр напампоўваюць хімічнымі рэакцыямі у працоўным асяродзьдзі. Інвэрсія насельніцтва ўзьнікае ў прадуктах рэакцыі або ў адмыслова ўведзеных прымешках з адпаведнай будовай энэргетычных узроўняў. Паўправадніковы лазэр напампоўваецца моцным прамым токам праз p-n пераход і пучком электронаў. Іншыя спосабы напампоўкі: газадынамічны, заснаваны на рэзкім ахалоджваньні папярэдне нагрэтых газаў; фотадысацыяцыя, як від хімічнай напампоўкі.

Звычайная 3-узроўневая напампоўка працоўнага асяродзьдзя выкарыстоўваецца ў рубінавым лазэры. Рубін ёсьць крышталем карунду Al₂O₃, легіяваным дробнай колькасьцю іёнаў хрому Cr³⁺, якія служаць крыніцай лазэрнага выпраменьваньня. Электрычнае поле крышталічнай рашоткі карунду расшчапляе зьнешні энэргетычны ўзровень хрому E₂ (эфэкт Штарка), што дазваляе ажыцьцяўляць напампоўку нямонахраматычным выпраменьваньнем. Атам пераходзіць з асноўнага стану з энэргіяй E₀ ва ўзбуджаны з энэргіяй каля E₂. З узбуджанага стану атам адразу (за 10⁻⁸ сэк.) пераходзіць без выпраменьваньня на ўзровень E₁ (мэтастабільны ўзровень), на якім знаходзіцца даўжэй (да 10⁻³ сэк.). Вымушанае выпраменьваньне становіцца магчымым пад узьдзеяньнем іншых выпадковых фатонаў. Генэрацыя пачынаецца, калі атамаў у мэтастабільным стане становіцца больш, чым у асноўным. Сама напампоўка толькі зраўнівае населенасьць 2 узроўняў E₀ і E₁ без генэрацыі, бо пры між 2 узроўнямі адбываецца паглынаньне і вымушанае выпраменьваньне. У выніку абодва працэсы працякаюць з аднолькавай хуткасьцю.

У нэадымавым лазэры выпраменьваньне адбываецца на іёнах нэадыму Nd³⁺ і выкарыстоўваецца 4-узроўневая напампоўка. Між мэтастабільным E₂ і асноўным узроўнем E₀ ёсьць прамежкавы — працоўны ўзровень E₁. Вымушанае выпраменьваньне адбываецца пры пераходзе атама між узроўнямі E₂ і E₁. Інвэрсная населенасьць дасягаецца, бо час жыцьця верхняга працоўнага ўзроўню (E₂) на некалькі парадкаў большы за час жыцьця ніжняга ўзроўню (E₁). У выніку зьніжаецца патрабаваньне да крыніцы напампоўкі, што дазваляе ствараць магутныя лазэры зь бесьперапынным спосабам працы. Адначасна такія лазэры маюць нізкі квантавы каэфіцыэнт карыснага дзеяньня, які вызначаецца як дзель энэргіі выпрамененага фатона на энэргію паглынутага фатона напампоўкі (η_{квантавае} = hν_{выпраменьваньня}/hν_{напампоўкі}).

Аптычны рэзанатар

Люстэркі лазэра забясьпечваюць станоўчую зваротную сувязь і ў якасьці рэзанатара падтрымліваюць моды, што адпавядаюць стаячым хвалям дадзенага рэзанатара, і здушваюць іншыя моды. Калі на аптычнай даўжыні L рэзанатара ўкладваецца цэлы лік паўхваляў n:

$~2L=n\lambda ,$

хвалі пры праходзе па рэзанатары захоўваюць сваю фазу і пры дапамозе інтэрфэрэнцыі ўзмацняюць адна аднаго. Іншыя блізка разьмешчаныя хвалі паступова гасяць адна адну. У выніку спэктар уласных частасьцяў аптычнага рэзанатара вызначаецца суадносінамі:

$\nu _{n}={\frac {c}{2L}}n,$

дзе c — хуткасьць сьвятла ў вакуўме. Інтэрвалы між суседнімі частасьцямі рэзанатара аднолькавыя і роўныя:

$\vartriangle \nu _{r}={\frac {c}{2L}}.$

Лініі ў спэктры выпраменьваньня заўсёды маюць пэўную шырыню $\vartriangle \nu _{l}$ у сувязі з шэрагам чыньнікаў: доплераўскае пашырэньне, зьнешнія электрычныя і магнітнае палі, квантавамэханічныя эфэкты. У выніку выпраменьваньне лазера бывае шматмодавым, калі на шырыню спэктральнай лініі ўкладваецца некалькі ўласных частасьцяў рэзанатара. Сынхранізацыя модаў дазваляе дамагчыся выпраменьваньня ў выглядзе пасьлядоўнасьці кароткіх і магутных імпульсаў. Калі ж $\vartriangle \nu _{l}<\vartriangle \nu _{r}$, у выпраменьваньні лазэра будзе прысутнічаць толькі адна частата. Тады рэзанансныя ўласьцівасьці спалучэньня люстэркаў слаба выяўляюцца на фоне рэзанансных уласьцівасьцяў спэктральнай лініі.

Разам з хвалямі, паралельнымі аптычнай восі рэзанатара, узмацняюцца хвалі пад малым кутом $\varphi$ да яе. Узмацненьне тады прымае выгляд:

$~2L\cos \varphi =n\lambda .$

У выніку інтэнсіўнасьць пучка прамянёў лазэра адрозьніваецца ў розных кропках плоскасьці, пэрпэндыкулярнай гэтаму пучку. Назіраецца спалучэньне сьветлых плямаў, падзеленых цёмнымі вузлавымі лініямі. Для пазьбяганьня такой зьявы выкарыстоўваюць дыяфрагмы, расьсейвальныя ніткі і розныя схемы аптычных рэзанатараў.

Віды

Паводле актыўнага рэчыва: газавы, паўправадніковы, цьвердацелы, вадкасны на арганічных фарбавальніках, эксымерны (на малекулах галягенаў з высакароднымі газамі), на вольных электронах.

Паводле спосабу працы: імпульсны (выпрамяняюцца адзінкавыя імпульсы або пэрыядычная пасьлядоўнасьць імпульсаў з частасьцю паўтарэньня да 10 у мінус 7-й ступені сэкунды = 1/10’000’000 сэк. = 0,0000001 сэк.) і бесьперапынны.

• Цьвердацелы. на люмінэсцэнтных цьвёрдых асяродзьдзях (дыэлектрычныя крышталі і шкло). У якасьці актыватараў выкарыстоўваюць іёны рэдказямельных элемэнтаў або іёны групы жалеза Fe. Напампоўка, аптычная і ад паўправадніковых лазэраў, ажыцьцяўляецца па 3- і 4-узроўневай схеме. Працуюць у імпульсным, бесьперапынным і квазібесьперапынным рэжымах.
  • Паўправадніковы. Від цьвердацелага лазэра, што ў якасьці напампоўкі выкарыстоўвае інжэкцыю лішкавых носьбітаў зараду праз p-n пераход або гетэрапераход, электрычны прабой у моцным полі, бамбардаваньне хуткімі электронамі. Квантавыя пераходы адбываюцца між дазволенымі энэргетычнымі зонамі. Ёсьць найбольш ужывальным у побыце відам лазэраў. Таксама ўжываецца ў спэктраскапіі, у напампоўцы іншых лазэраў і ў медыцыне (фотадынамічная тэрапія).
    • Квантавы каскадны. Паўправадніковы лазэр, які выпраменьвае ў сярэднім і далёкім інфрачырвоным дыяпазоне. Выпраменьваньне ўзьнікае пры пераходзе электронаў між слаямі гетэраструктураў паўправадніка і складаецца з 2 відаў прамянёў. Другасны прамень не патрабуе вялікіх выдаткаў энэргіі.
    • Вэртыкальна-выпраменьвальны (павярхоўна-выпраменьвальны з вэртыкальным рэзанатарам). Дыёдны паўправадніковы лазэр, які выпраменьвае сьвятло ў кірунку, пэрпэндыкулярным паверхні крышталя.
• На фарбавальніках. Выкарыстоўвае ў якасьці працоўнага асяродзьдзя раствор флюарэсцавальных з утварэньнем шырокіх спэктраў арганічных фарбавальнікаў. Лазэрныя пераходы ажыцьцяўляюцца між вагальнымі падузроўнямі першага ўзбуджанага і асноўнага сынглетных электронных станаў. Напампоўка аптычная. Працуе ў бесьперапынным і імпульсным рэжымах. Можа перабудоўваць даўжыні хваляў выпраменьваньня ў шырокім дыяпазоне. Прымяняецца ў спэктраскапічных дасьледаваньнях.
• Газавы. Працоўным асяродзьдзем зьяўляецца сумесь газаў і пароў. Адрозьніваецца высокай магутнасьцю, монахраматычнасьцю і вузкай скіраванасьцю выпраменьваньня. Працуе ў бесьперапынным і імпульсным рэжымах. У залежнасьці ад напампоўкі вылучаюць газаразрадны, з аптычным узбуджэньнем і ўзбуджэньнем зараджанымі часьціцамі (зь ядзернаю напампоўкай, у пачатку 1980-х праводзіліся выпрабаваньні супрацьракетнай абароны), газадынамічны і хімічны. Паводле лазэрных пераходаў адрозьніваюць: на атамных пераходах, іённы, малекулярны на электронных, вагальных і круцільных пераходах малекулаў, эксымерны.
  • Газадынамічны. Мае цеплавую напампоўку. Інвэрсія насельніцтва ствараецца між узбуджанымі вагальна-круцільнымі ўзроўнямі гетэраядзерных малекулаў шляхам адыябатычнага пашырэньня газавай сумесі, якая рухаецца з высокай хуткасьцю (часьцей N₂+CO₂+He або N₂+CO₂+Н₂О, працоўнае рэчыва — CO₂).
  • Эксымерны. Працуе на энэргетычных пераходах эксымерных малекулаў (дымеры высакародных газаў і іх монагалягенідаў), здольных існаваць толькі некаторы час ва ўзбуджаным стане. Напампоўка ажыцьцяўляецца прапусканьнем праз газавую сумесь пучка электронаў, пад узьдзеяньнем якіх атамы пераходзяць ва ўзбуджаны стан з утварэньнем эксымераў, што ўвасабляюць асяродзьдзе з інвэрсіяй населенасьці. Адрозьніваецца высокімі энэргетычнымі ўласьцівасьцямі, малым роскідам даўжыні хвалі генэрацыі і магчымасьці яе плыўнай перабудовы ў шырокім дыяпазоне.
  • Хімічны. Крыніцай энэргіі служаць хімічныя рэакцыі між складнікамі працоўнага асяродзьдзя (сумесі газаў). Лазэрныя пераходы адбываюцца між узбуджанымі вагальна-круцільнымі і асноўнымі ўзроўнямі складовых малекулаў прадуктаў рэакцыі. Для ажыцьцяўленьня хімічных рэакцыяў у асяродзьдзі патрабуецца пастаянная прысутнасьць свабодных радыкалаў, для чаго выкарыстоўваецца ўзьдзеяньне на малекулы для іх дысацыяцыі. Адрозьніваецца шырокім спэктрам генэрацыі ў блізкай ІЧ-вобласьці, вялікай магутнасьцю бесьперапыннага і імпульснага выпраменьваньня.
• На свабодных электронах. Працоўным асяродзьдзем служыць паток свабодных электронаў, якія вагаюцца ў вонкавым электрамагнітным полі (за кошт чаго ажыцьцяўляецца выпраменьваньне) і распаўсюджваюцца з рэлятывісцкай хуткасьцю ў кірунку выпраменьваньня. Вылучаецца магчымасьцю плаўнай шырокадыяпазоннай перабудовы частасьці генэрацыі. Адрозьніваюць убітроны і скатроны. Напампоўка першых ажыцьцяўляецца ў прасторава-пэрыядычным статычным полі андулятара, другіх — магутным полем электрамагнітнай хвалі. Кожны электрон выпраменьвае да 10⁸ фатонаў, таму лазэры на свабодных электронах зьяўляюцца клясычнымі прыборамі і апісваюцца законамі клясычнай электрадынамікі.
• Валаконны. Рэзанатар на аснове аптычнага валакна, усярэдзіне якога генэруецца выпраменьваньне. Пры цалкам валаконным выкананьні называецца цэльнавалаконным, пры камбінаваным выкарыстаньні валаконных і іншых складнікаў у канструкцыі называецца валаконна-дыскрэтным або гібрыдным.
• Рэнтгенаўскі і гама-лазэры. Распрацоўваюцца.

Выкарыстаньне

Лазэрнае відовішча на канцэрце

Лазэры шырока выкарыстоўваюцца ў шматлікіх галінах навукі і тэхнікі, а таксама ў побыце (прайгравальнік кампакт-дыскаў, лазэрны прынтар, счытвальнік штрых-кодаў, лазэрная ўказка). Высокая шчыльнасьць энэргіі выпраменьваньня дазваляе выконваць мясцовую цеплавую і мэханічную апрацоўку (рэзаньне, зварка, пайка, гравіроўка). Дакладнае вызначэньне плошчы нагрэву дазваляе зварваць кераміку і мэтал. Прамень лазэра магчыма сфакусаваць у кропку дыямэтрам парадку мікрона, што дазваляе выкарыстоўваць яго ў мікраэлектроніцы для дакладнай мэханічнай апрацоўкі матэрыялаў (рэзка паўправадніковых крышталёў, сьвідраваньне тонкіх адтулінаў у друкаваных платах). Шырокае прымяненьне атрымала таксама лазэрная маркіроўка і мастацкая гравіроўка вырабаў, у тым ліку аб’ёмная гравіроўка празрыстых матэрыялаў. Лазэры выкарыстоўваюцца для атрыманьня паверхневых пакрыцьцяў матэрыялаў (лазэрнае легіяваньне, лазэрная наплаўка, вакуўмна-лазэрнае напыленьне) з мэтай павышэньня іх зносаўстойлівасьці. Лазэрная апрацоўка матэрыялаў выклікае малазначную цеплавую дэфармацыю пры дапамозе малой плошчы нагрэву і пазьбяганьню мэханічнаага ўзьдзеяньня. Аўтаматызацыя ўзьдзеяньня робіць лазэрную апрацоўку высокадакладнай і выніковай.

Таксама лазэры прымяняюцца ў галяграфіі для стварэньня аб’ёмнага малюнка. Лазэры на фарбавальніках дазваляюць ствараць монахраматычнае сьвятло амаль усялякай даўжыні хвалі. Імпульсы выпраменьваньня могуць дасягаць 10⁻¹⁶ сэк. і вялікай магутнасьці (гіганцкія імпульсы), што выкарыстоўваецца ў спэктраскапіі і пры вывучэньні нелінейных аптычных эфэктаў. З дапамогай лазэра ўдалося вымераць адлегласьць да Месяца з дакладнасьцю да некалькіх сантымэтр]аў. Лазэрнае месцавызначэньне касьмічных целаў удакладніла значэньні фундамэнтальных астранамічных пастаянных і спрыяла ўдакладненьню парамэтраў касьмічнай навігацыі, палепшчыла разуменьне будовы атмасфэры і паверхні плянэтаў Сонечнай сыстэмы. У астранамічных тэлескопах з адаптыўнай аптычнай карэкцыяй атмасфэрных скажэньняў лазэр выкарыстоўваюць для стварэньня штучных апорных зорак у верхніх слаях атмасфэры.

У мэтралогіі і вымяральнай тэхніцы лазэры выкарыстоўваць для вымярэньня: адлегласьці, часу, ціску, тэмпэратуры, хуткасьці патокаў вадкасьцяў і газаў, кутавой хуткасьці (лазэрны гіраскоп), канцэнтрацыі рэчываў, аптычнай шчыльнасьці, аптычных парамэтраў і ўласьцівасьцяў, вібрацыяў (у вібрамэтрыі).

Звышкароткія імпульсы лазэрнага выпраменьваньня выкарыстоўваюцца ў лазэрнай хіміі для запуску і аналізу хімічных рэакцыяў. Лазэрнае выпраменьваньне дазваляе забясьпечыць дакладную месцавызначэньне, дазаваньне, поўную чысьціню і высокую хуткасьць уводу энэргіі. Вядзецца распрацоўка лазэрнага ахалоджваньня і кіраваньня тэрмаядзернага сынтэзу. Для вывучэньня ўзаемадзеяньня лазэрнага выпраменьваньня з рэчывам і атрыманьня кіраванага тэрмаядзернага сынтэзу будуюцца лазэрныя комплексы магутнасьцю да 1 пэтаВата. У вайсковай справы лазэры выкарыстоўваюць у якасьці сродкаў навядзеньня і прыцэльваньня. На аснове магутных лазэраў распрацоўваюць зброю паветранага, марскога і наземнага разьмяшчэньня.

Рэвальвэр з лазэрным цэлеўказальнікам

У мэдыцыне лазэры прымяняюцца ў якасьці бяскроўных скальпэляў і пры лячэньні хваробаў вачэй (катаракта, адслаеньне сятчаткі, лазэрная карэкцыя зроку). Шырокае прымяненьне атрымалі таксама ў касмэталёгіі (лазэрная эпіляцыя, лячэньне сасудзістых і пігмэнтных дэфэктаў скуры, лазэрны пілінг, выдаленьне татуіровак і пігмэнтных плямаў). Таксама выкарыстоўваюцца ў вэтэрынарыі.

Лазэрная сувязь атрымала разьвіцьцё ў сувязі з вышэйшай апорнай частасьцю канала сувязі і адпаведна большай прапускной здольнасьцю. У выніку ў радыёсувязі імкнуцца пераходзіць на ўсё больш кароткія даўжыні хваль. Даўжыня сьветлавой хвалі ў сярэднім на 6 парадкаў менш за даўжыню хвалі радыёдыяпазону. Адсюль з дапамогай лазэрнага выпраменьваньня магчыма перадача значна большага аб’ёму зьвесак. Лазэрная сувязь ажыцьцяўляецца па адкрытых і закрытых сьвятлаводных структурах. Сьвятло за кошт зьявы поўнага ўнутранага адлюстраваньня можа распаўсюджвацца па аптычным валакне на вялікія адлегласьці, амаль без аслабленьня.

Распрацоўка

16 траўня 1960 г. амэрыканскі фізык Тэадор Мэйман (1927—2007) паказаў першы цьвердацелы лазэр у дасьледчай лябараторыі Г'юза(en) (Малібу, штат Каліфорнія). У якасьці актыўнага асяродзьдзя выкарысталі крышталь штучнага рубіну (аксыд алюміну Al₂O₃ з прымешкай хрому Cr) для стварэньня чырвонага промня. Даўжыня хвалі склала 694,3 нанамэтры.

У сьнежні 1960 г. іранскі фізык Алі Джаван(fa) (нар. 1926) і амэрыканскія фізыкі Ўільям Бэнэт(en) (1930—2008) і Доналд Гэрыэт(en) (1928—2007) стварылі першы газавы лазэр з выкарыстаньнем гелю і нэону, які бесьперапынна працаваў у інфрачырвоным дыяпазоне (патэнт ЗША № 3149290; лябараторыі Бэла(en), штат Нью-Джэрзі).

У 1962 г. амэрыканскі фізык Робэрт Хол(en) (нар. 1919) распрацаваў і паказаў першы паўправадніковы лазэр, калі працаваў на «Джэнэрал Электрык» у Скэнэктады(en) (штат Нью-Ёрк). Вынаходзтва працавала на арсэнідзе галю ў дыяпазоне 850 нанамэтраў. У 1963 г. савецкі фізык Жарэс Алфёраў (нар. 1930; Віцебск, Беларуская ССР) у Фізыка-тэхнічным інстытуце імя Абрама Ёфэ(ru) (Ленінград) і нямецкі фізык Гэрбэрт Кромэр (нар. 1928) у ЗША распрацавалі тэорыю гетэрапераходу(en). У 1970 г. на аснове гетэрапераходу Алфёраў стварыў бесьперапынны паўправадніковы лазэр, які працаваў пры пакаёвай тэмпэратуры.

Беларусь

У Беларусі дасьледаваньні і распрацоўкі лазэраў праводзяць Інстытуты фізыкі імя Сьцяпанава, электронікі, малекулярнай і атамнай фізыкі Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі (НАНБ), Беларускі дзяржаўны ўнівэрсытэт (Інстытут ядзерных праблемаў) і Беларускі нацыянальны тэхнічны ўнівэрсытэт. Беларускія навукоўцы і інжынэры стварылі лазэры на арганічных фарбавальніках, спосабы кіраваньня парамэтрамі лазэрнага выпрамяненьня і выкарыстаньня лазэраў у навуковых дасьледаваньнях мэдыцыне і апрацоўцы зьвестак. У пачатку 1960-х гг. Аляксандар Вайтовіч (нар. 1938) стварыў першы ў Беларусі газавы лазэр падчас дасьледаваньня ў Інстытуце фізыкі.

У студзені 2012 г. у Інстытуце фізыкі імя Барыса Сьцяпанава НАНБ стварылі фэмтасэкундны лазэр, які ва ўмовах імпульснай напампоўкі генэраваў звышкароткія (10 у мінус 15-й ступені сэкунды; 10⁻¹⁵ сэк.), звышінтэнсіўныя імпульсы. Распрацоўка дазволіла ўзьдзейнічаць на мэту без страты цеплыні ў навакольнай вобласьці, што зьмяншае шкоднасьць умяшаньня пры лекаваньні вачэй і супраць ракавых вузаў.

Глядзіце таксама

• Віталь Таўкачоў

Вонкавыя спасылкі

• Натальля Кірпічэнкава. Ці выкрые лазэр падробку // Культура : газэта. — 27 кастрычніка 2007. — № 43 (809).
• Лязэр // Беларуская служба Польскага радыё, 18 жніўня 2013 г. Праверана 14 студзеня 2016 г.
• «Мудрае лазэрнае абсталяваньне» (Ганконг). Машына лазэрнай гравіроўкі // Ютуб, 9 сьнежня 2014 г. Праверана 14 студзеня 2016 г.
• Алесь Сабалеўскі. Лазэрнае шоў на Дзень перамогі ў Магілёве // Ютуб, 8 траўня 2015 г. Праверана 14 студзеня 2016 г.