какие возможны процессы взаимодействия атома с фотоном

Какие возможны процессы взаимодействия атома с фотоном

Решение этого уравнения дает кривую поглощения

Обычно с поглощением фотонов в веществе связывают два понятия.

Поглощение фотонов веществом в основном происходит эа счет трех процессов: I) фотоэффекта; 2) комптон-эффекта и 3) рождения электронно-позитронных пар в кулоновском поле ядра.

Фотоэффект

Фотоэффектом называется процесс, при котором атом поглощает фотон и испускает электрон. В этом процессе фотон взаимодействует со связанным в атоме электроном и передает ему свою энергию. Электрон получает кинетичеокую энергию Т_е и покидает атом, а атом остается в возбужденном состоянии. Поэтому фотоэффект всегда сопровождается характеристическим рентгеновским излучением атома или испусканием электронов Оже. При эффекте Оже происходит непосредственная передача энергии возбуждения атома одному из его электронов, который в результате этого покидает атом.
Законы сохранения энергии и импульса при фотоэффекте могут быть представлены в виде:

h ν = T_e + J_i + T _я,

a) На рис. 19 изображена зависимость эффективного сечения фотоэффекта от энергией фотонов. Если энергия фотона велика по сравнению с энергией связи электронов в атоме, то сечение фотоэффекта σ_ф быстро убывает с увеличением энергии фотона. При
J _i 2 σ_ф

b) Формулы для сечения фотоэффекта на K-электронах, полученные методами квантовой электродинамики и подтвержденные экспериментом, имеют вид:

Отношения сечений фотоэффекта на разных оболочках получаются следующими:

Поэтому при вычислении полного сечения фотоэффекта обычно используется соотношение:

с) Из этой же формулы видна сильная зависимость σ_ф от Z среды: σ_ф

cos 2 φ относительно направления электрического вектора падающей электромагнитной волны. Кроме того, угловое распределение существенно зависит от энергии фотоэлектронов. В нерелятивистском случае Т_е 2 (β (рис.20а). При больших энергиях Т_е > m_еc 2 угол, под которым интенсивность фотоэлектронов максимальна, уменьшается (рис.20б), причем чем больше энергия электронов, тем меньше угол их вылета по сравнению с направлением движения фотона, угловое распределение получается вытянутым вперед.

Комптон-эффект

Взаимодействие фотонов с веществом может приводить к их рассеянию без поглощения. Рассеяние может быть двух видов: 1) без изменения длины волны (когерентное рассеяние, томсоновское, классическое) и 2) с изменением длины волны (некогерентное, комптоновокое рассеяние).

1. Томсоновское рассеяние происходит, если hν J _i (λ

Рис.21. Угловое распределение фотонов при томсоновском рассеянии

Источниками рассеянного излучения становятся связанные злектроны атома, которые под действием падающего излучения приходят в резонансные колебания и начинают сами излучать фотоны той же частоты.

Томсоновское рассеяние не зависит от длины волны фотона. Угловая зависимость интенсивности рассеянного излучения имеет вид:

где θ − угол рассеяния фотона (рис.21).

2. Комптоновское рассеяние возникает при hν >> J _i. В этом случае все электроны атома можно считать свободными.

Комптоновское рассеяние происходит в результате упругого столкновения фотона с электроном, причем фотон передает электрону часть своей энергии и импульса. Поэтому энергетические и угловые характеристики явления полностью определяются законами сохранения энергии и импульса для упругого удара (рис. 3.3):

hν = hν‘ + Т_е,

где и − кинетическая энергия и импульс электрона отдачи.

Совместное решение этих уравнений позволяет получить энергии рассеянного фотона hν‘ и электрона отдачи Т_е в зависимости от угла рассеяния фотона θ:

Из этих соотношений вытекает ряд важных следствий.

1. Из первого соотношения легко найти, на сколько изменилась длина электромагнитной волны при комптоновском рассеянии (формула Комптона):

a) сдвиг волны Δλ не зависит от величины длины волны; b) сдвиг Δλ, определяется лишь углом рассеяния фотонов θ: при θ = 0 Δλ = 0 (т.е. нет рассеяния), при θ = π/2 Δλ = λ₀ и при θ = π, Δλ = 2λ₀ (максимально возможный сдвиг происходит при рассеянии назад).

2. Энергетический спектр фотонов, полученный в результате комптоновского рассеяния пучка моноэнергетических у-квантов, оказывается непрерывным в интервале энергий от

при θ = π до hν max = hν при θ = 0.

3. В результате комптоновского рассеяния моноэнергетических γ-квантов получается непрерывный энергетический спектр электронов отдачи в интервале от

T_{e min} = 0 при θ = 0 до при θ = π.

4. Связь углов вылета рассеянного фотона θ и электрона отдачи φ (рис.3.3) можно найти из закона сохранения импульса, записанного для продольной и поперечной составляющих (относительно направления движения первичного фотона):

Преобразуем второе уравнение:

Рис.3.4. Угловое распределение рассеянных фотонов: 1 − hν‘ = 0.2 mec 2 ; 2 − hν‘ = mec 2 ; 3 − hν‘ = 5mec 2

где dσ_K/dΩ − дифференциальное эффективное сечение рассеяния фотона под углом θ в телесный угол dΩ, а r_е − классический радиус электрона. После подстановки в эту формулу значения hν‘ получается зависимость дифференциального сечения комптоновского рассеяния только от hν и от θ, причем форма зависимости сечения от θ меняется с изменением энергии фотонов. При малых значениях hν:
dσ_K/dΩ

1 + cos 2 θ. С ростом hν все большее количество фотонов рассеивается в направлении «вперед», причем с увеличением первичной энергии hν повышается вероятность рассеяния на малые углы (рис.3.4).
Полное сечение находится после интегрирования по всем θ:

где σ_T = (8π/3)r_e 2 − сечение томсоновского рассеяния, а ƒ(hν/m_ec 2 ) J _K 2 2 ) → σ_T с уменьшением hν.

Так как в 1см среды находится Zn электронов, то полная вероятность комптоновского рассеяния на 1см пути в веществе (Z,A,ρ) будет:

Таким образом, вероятность комптоновского рассеяния на 1 см пути обратно пропорциональна энергии фотонов и пропорциональна Z вещества (сечение в расчете на 1 электрон не зависит от Z вещества, а каждый атом содержит Z электронов). На рис. 24 изображен график зависимости σ_K/σ_T от энергии фотонов. На этом рисунке приведены в тех же единицах сечение фотоэффекта в различных веществах. Сравнение зависимостей показывает, что с повышением энергии фотонов вероятность комптон-эффекта становится существенно больше сечений фотоэффекта.

Рождение электронно-позитронных пар

hν = 2m_ec 2 + Т₋ + Т₊ + Т_я,

где β₋ и β₊ − относительные скорости электрона и позитрона, Т₋ и Т₊ − их кинетические энергии, а Т_я и р_я − энергия и импульс ядра отдачи.
Исходя из законов сохранения энергии и импульса, можно показать, что образование электронно-позитронной пары фотоном в вакууме невозможно: энергия и импульс обязательно должны распределяться между тремя частицами: электроном, позитроном и, например, ядром. Если предположим, что рождение пары может происходить в вакууме (Т_я = р_я = 0), то законы сохранения принимают вид:

hν = 2m_ec 2 + Т₋ + Т₊ и

Первое из этих уравнений можно записать в форме:

При энергии фотонов hν 2 и hν >50m_ec 2 сечение растет медленнее. При hν > 50m_ec 2 рост сечения ограничивается экранированием кулоновского поля ядра атомными электронами. В предельно релятивистском случае при hν > 10 3 m_ec 2 сечение не зависит от энергии:

Процесс рождения пар подобен процессу тормозного излучения. Поэтому выражения, описывающие эти два процесса, очень похожи по своей структуре: в случае полного экранирования вероятность того, что фотон с энергией Е‘ = hν на пути в 1 см образует электрон с энергией Е в интервале (E, E+dE) и позитрон с энергией (Е‘ − Е) будет:

Вероятность образования пары не зависит от энергии электрона Е и позитрона Е‘ − Е, и это понятно, так как в процессе их образования фотон исчезает и равновероятно распределение энергии между компонентами пары. Зная w_n, можно найти полную вероятность образования пары на пути 1 см:

Таким образом, в случае полного экранирования полное сечение рождения пары не зависит от энергии фотона.

Другие процессы взаимодействия фотонов с веществом

Таким образом, поглощение γ-квантов за счет всех перечисленных процессов пренебрежимо мало по сравнению с σ_П.

Суммарное сечение взаимодействия фотонов с веществом

Рис.3.7. Зависимость массового коэффициента поглощения фотонов от их энергии в алюминии, меди и свинце

В заключение следует отметить важное обстоятельство: все три вида взаимодействия фотонов с веществом приводят к возникновению быстрых электронов.

Аннигиляция позитронов в веществе

Слово «аннигиляция» означает «исчезновение», «превращение в ничто». Это процесс, в котором частица и ее античастица превращаются в электромагнитное излучение (фотоны) или другие элементарные частицы (лептоны, кварки). Это процесс, обратный рождению пар γ-квантами. И тот и другой процессы − это просто взаимопревращения.
Эти взаимопревращения управляются фундаментальными законами сохранения: законом сохранения энергии, импульса, момента количества движения, электрического заряда и др.
Процессы рождения и аннигиляции частиц были теоретически предсказаны в 1931 г. П.А. Дираком. Они вытекали из созданной им теории электрона. Согласно Дираку, совместить квантовую механику ( к тому времени уже подтвержденную экспериментом) с теорией относительности удается лишь, если наряду с состоянием электрона с положительной энергией ввести состояние электрона с отрицательной энергией (или положительного «электрона» с положительной энергией).
В 1932 г. К.Д. Андерсон, исследуя состав космических лучей с помощью камеры Вильсона, помещенной в магнитное поле, получил экспериментальные доказательства существования позитрона (Нобелевская премия, 1936 г.). По знаку кривизны следа частицы нашли, что частица положительная, а по изменению кривизны (после прохождения ею 6 мм свинца) и по плотности зерен в треке определили массу и импульс частицы. В 1933 г. Фредерик и Ирен Жолио-Кюри впервые получили фотографию камеры Вильсона со следами электрона и позитрона, рожденных гамма-квантом, и в том же году Ф. Жолио-Кюри впервые наблюдал аннигиляцию электронов и позитронов в два фотона.
Как же происходит аннигиляция позитронов? Попав в вещество, быстрые позитроны ведут себя так же, как и электроны, т.е. при Т_е > ε они испытывают радиационное торможение, а при Т_е 2 + Т₋ + T₊ = hν + T_отд,
₋ + ₊ = /c +_отд.

Если позитрон находится в тепловом движении, то законы сохранения принимают вид:
2m_ес 2 = hν + Т_отд, и 0 = /c + _отд, т.е. в этом случае фотон и атом разлетаются в разные стороны с одинаковыми импульсами. Из этих же уравнений видно, что однофотонная аннигиляция на свободном электроне невозможна.
Но, в отличие от процесса рождения пар, аннигиляция позитронов возможна и на свободных электронах, но при образовании двух и более квантов для выполнения законов сохранения энергии, импульса и спина:

2m_ес 2 + Т₊ + Т₋ = ∑_t и ₋ + ₊ = ∑_t/c.

Замедлившийся до тепловой скорости позитрон может аннигилировать со свободным электроном, например, с одним из электронов проводимости в металле или с одним из внешних электронов атома. Если считать, что электрон и позитрон до аннигиляции покоились, то законы сохранения принимают вид:

2m_ес 2 = ∑_t и 0 = ∑_t/c,

α 4 ) и т.д.
Поскольку импульсы электрона и позитрона близки к нулю, то суммарный импульс системы тоже равен нулю, и, следовательно, образовавшиеся при аннигиляции фотоны летят в противоположные стороны, причем каждый из них забирает половину энергии системы, т.е. по 0.511 МэВ.
Если спины электрона и позитрона оказались параллельными, то их суммарный спин равен 1 ћ. В этом случае возможно образование нечетного числа фотонов, вероятнее всего − трех, так как один фотон возникнуть не может из-за невыполнения закона сохранения импульса. Вероятность трехфотонной аннигиляции

Источник

Какие возможны процессы взаимодействия атома с фотоном

Лазеры или оптические квантовые генераторы – это современные источники когерентного излучения, обладающие целым рядом уникальных свойств. Создание лазеров явилось одним из самых замечательных достижений физики второй половины XX века, которое привело к революционным изменениям во многих областях науки и техники. К настоящему времени создано большое количество лазеров с различными характеристиками – газовых, твердотельных, полупроводниковых, излучающих свет в различных оптических диапазонах. Лазеры могут работать в импульсном и непрерывном режимах. Мощность излучения лазеров может изменяться в пределах от долей милливатта до 10 12 –10 13 Вт (в импульсном режиме). Лазеры находят широкое применение в военной технике, в технологии обработки материалов, в медицине, оптических системах навигации, связи и локации, в прецизионных интерференционных экспериментах, в химии, просто в быту и т. д. Хотя первый оптический квантовый генератор был построен сравнительно недавно (1960 г.), современную жизнь уже невозможно представить без лазеров.

Одним из важнейших свойств лазерного излучения является чрезвычайно высокая степень его монохроматичности, недостижимая в излучении нелазерных источников. Это и все другие уникальные свойства лазерного излучения возникают в результате согласованного, кооперативного испускания световых квантов многими атомами рабочего вещества.

Переход атома в более высокое энергетическое состояние может происходить при резонансном поглощении фотона, энергия которого равна разности энергий атома в конечном и начальном состояниях.

Именно индуцированное излучение является физической основой работы лазеров.

На рис. 6.4.1 схематически представлены возможные механизмы переходов между двумя энергетическими состояниями атома с поглощением или испусканием кванта света.

Начало лавинообразному процессу в такой системе при определенных условиях может положить случайный спонтанный акт, при котором возникает излучение, направленное вдоль оси системы. Через некоторое время в такой системе возникает стационарный режим генерации. Это и есть лазер. Лазерное излучение выводится наружу через одно (или оба) из зеркал, обладающее частичной прозрачностью. На рис. 6.4.2 схематически представлено развитие лавинообразного процесса в лазере.

Существуют различные способы получения среды с инверсной населенностью уровней. В рубиновом лазере используется оптическая накачка, атомы возбуждаются за счет поглощения света. Но для этого недостаточно только двух уровней. Каким бы мощным не был свет лампы–накачки, число возбужденных атомов не будет больше числа невозбужденных. В рубиновом лазере накачка производится через выше расположенный третий уровень (рис. 6.4.3).

Лазер на рубине работает в импульсном режиме на длине волны (темно-вишневый свет), мощность излучения может достигать в импульсе. Исторически это был первый действующий лазер, построенный американским физиком Т. Майманом в 1960 г.

Современные высокостабильные гелий-неоновые лазеры производятся в моноблочном исполнении. Для этого используется стеклообразное вещество – ситалл, обладающий практически нулевым температурным коэффициентом расширения. В куске ситалла в форме прямоугольного параллелепипеда просверливается канал, к торцам которого на оптическом контакте приклеиваются лазерные зеркала. Канал заполняется смесью гелия и неона. Катод и анод вводятся через дополнительные боковые каналы. Такая моноблочная конструкция обеспечивает высокую механическую и тепловую стабильность.

Источник

Какие возможны процессы взаимодействия атома с фотоном

Квант электромагнитного излучения с внутренним колебательным процессом позволяет физически описать взаимодействие электромагнитного излучения с веществом во всех физических явлениях, что было невозможно в рамках волновой и квантовой теорий.

В квантовой теории света есть математическая модель излучения и поглощения фотонов, но нет физической модели.

Существующая теория света не может предложить физического процесса излучения и поглощения фотонов, поскольку не известна структура фотона, электрона, позитрона и их взаимное превращение. Также не известен физический механизм перехода электрона с одной квантовой орбиты на другую.

Покажем, как единая теория электромагнитного излучения описывает процесс излучения и поглощения фотонов атомами вещества.

Единая теория электромагнитного излучения имеет возможность описать физические процессы, происходящие при излучении фотона. Принцип существования фотона с внутренним колебательным процессом, позволяет описать физический процесс излучения фотона.

Излучение фотона сопровождается переходом электрона с одной орбиты на другую. Этот процесс связан с образованием пары частиц, уходящих в составе фотона: одна с отрицательным зарядом (электрон) и положительной массой, другая с положительным зарядом (позитрон) и отрицательной массой.

Так как электрон и позитрон в составе кванта находятся в связанном состоянии, сумма этих частиц обладает нулевой массой покоя и нулевым зарядом, поэтому для них нет запрета на движение со скоростью света.

Рис. 1. Излучение волнового кванта и траектория осцилляции электронно – позитронной пары кванта.

Одновременно с этим, фотон начинает своё движение со скоростью света в направлении, перпендикулярном векторам электрической и магнитной составляющей фотона.

Электрон, существовавший на возбужденной орбите до излучения кванта, уходит в составе фотона вместе с позитроном, образовавшемся на основной орбите. На основной орбите остается электрон, образовавшийся из физического вакуума вместе с позитроном, ушедшим в составе фотона.

Далее покажем, как единая теория электромагнитного излучения описывает процесс поглощения фотонов атомами вещества.

При поглощении кванта этой длины волны, электрон переходит с первой боровской орбиты на четвёртую.

Рис. 2. Траектория осцилляции электронно – позитронной пары фотона и его захват электроном, находящимся на квантовой орбите атома вещества.

Для физического процесса поглощения кванта электромагнитного излучения атомом вещества, необходимо наличие электрона на основной орбите, и свободной возбуждённой орбиты, отличающейся от орбиты, занятой электроном, на величину энергии кванта.

При прохождении электронно-позитронной пары кванта достаточно близко от электрона, находящегося на основной квантовой орбите атома вещества, за счёт сил притяжения между электроном вещества и позитроном фотона, возможен захват фотона атомом вещества.

При захвате фотона атомом вещества, электрическая составляющая кванта преобразуется в разность потенциалов квантовых орбит.

В результате этого процесса на основной квантовой орбите электрон и позитрон взаимно компенсируются, а на возбуждённой квантовой орбите появляется электрон, пришедший в составе кванта.

Таким образом, единая теория электромагнитного излучения даёт простой и понятный физический механизм поглощения и излучения кванта атомами вещества.

2. Королев Ф.А. Курс физики.

3. Трофимова Т. И. Курс Физики. “Высшая школа”. М.,1997.

Источник

Урок на тему «Лазер» 11 класс

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Выбранный для просмотра документ ЛАЗЕРЫ.ppt

Описание презентации по отдельным слайдам:

«Энергия пирамидок настолько уже велика, что, помещенные в аппарат… и зажженные, они дают «лучевой шнур», способный в несколько секунд разрезать железнодорожный мост… Вы представляете, какие открываются возможности? В природе не существует ничего, что бы могло сопротивляться силе «лучевого шнура»… Здания, крепости, дредноуты, воздушные корабли, скалы, горы, кора земли – все пронижет, разрушит, разрежет мой луч…» А.Н. Толстой «Гиперболоид инженера Гарина»

ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ЛАЗЕРОВ 1916 год: А.Эйнштейн – предсказание явления вынужденного излучения – физической основы работы любого лазера

1940 год: В.Фабрикант – предсказание использования вынужденного излучения среды для усиления электромагнитного излучения

А.М. Прохоров Н.Г. Басов Ч. Таунс 1954 г.: А.Прохоров, Н.Басов и независимо от них Ч.Таунс – молекулярный квантовый усилитель – мазер, работающий при низких температурах и в СВЧ-диапазоне

1960 год: Т.Мейман – первый работающий в импульсном режиме лазер на рубине

ПРОЦЕССЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АТОМА С ФОТОНОМ а) поглощение фотона; б) спонтанное излучение; в) вынужденное излучение

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ КВАНТОВОГО ГЕНЕРАТОРА Генерирование интенсивной электромагнитной волны вследствие вынужденного излучения (лавинообразный процесс)

ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ЛАЗЕРА Активная среда – в ней создается состояние с инверсной заселенностью. Система накачки – устройство для создания инверсии в активной среде. Оптический резонатор – устройство, выделяющее в пространство избирательное направление пучка фотонов и формирующее выходящий световой пучок.

ТРЕХУРОВНЕВЫЙ ЛАЗЕР Под действием интенсивного внешнего излучения атомы переходят с основного уровня на уровень 3.

СХЕМАТИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ РУБИНОВОГО ЛАЗЕРА

Развитие лавинообразного процесса генерации в лазере.

Устройство рубинового лазера Фотоны отражаются назад Каждый фотон может вновь возбудить атом Корпус Испускаемое излучение когерентно Рубиовый стержень Отражающий тарец стержня Полупрозрачный торец стержня Лампа-вспышка

УСТРОЙСТВО ГАЗОВЫХ И ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРОВ

ОСОБЕННОСТИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Лазер излучает световую энергию на одной частоте и длине волны, что дает возможность создать узконаправленные и сфокусированные лучи. Лазерное излучение обладает очень высокой стабильностью, оно распространяется без изменений на большие расстояния. Лазерное излучение имеет очень высокую температуру, достигающую миллионов градусов.

Выбранный для просмотра документ Лазеры.doc

Цель урока: познакомить учащихся с принципом действия квантовых

познакомить учащихся с историей создания лазеров и мазеров;

дать представление об индуцированном излучении – физической основе работы лазера;

показать значимость вклада советских ученых-физиков в создании квантовых источников света, познакомить учащихся с научными достижениями гениального ученого-земляка Н.Г. Басова;

рассмотреть классификацию и области применения лазеров;

способствовать самоорганизации и самообразованию учащихся.

Тип урока: изучение нового материала.

План изложения нового материала:

История создания лазеров.

Спонтанное и вынужденное излучение.

Принцип действия лазера:

Основные компоненты лазера.

Учитель знакомит учащихся с темой и целями урока.

Сегодня трудно назвать область науки и техники, в которой не применялось бы лазерное излучение и лазерные технологии. Лазер быстрее других замечательных изобретений XX века нашел свое широкое применение. Сейчас созданы самые разнообразные лазеры, излучающие почти все длины волн ультрафиолетового, видимого и инфракрасного спектра. В отличие от других источников света, лазер генерирует световые лучи, способные гравировать, сваривать, резать материалы, передавать информацию, осуществлять измерения, контролировать процессы, получать особо чистые вещества, направлять химические реакции. Это поистине удивительные лучи.

Академик Н.Г. Басов говорил: «Лазерный луч – это уникальный тепловой источник, способный нагреть облучаемый участок детали до высоких температур за столь малое время, в течение которого тепло не успевает «растечься». Нагреваемый участок может быть при этом размягчен, рекристаллизован, расплавлен, наконец, его можно испарить» [1, с. 43].

Изучение нового материала.

История создания лазеров. (СЛАЙДЫ 3-6)

Ученик: сообщение №1 «История создания лазеров» [1, с. 42; 2, с. 134 – 140].

Спонтанное и вынужденное излучения.

Рассмотрим возможные процессы взаимодействия атома с фотоном. Пусть энергия фотона hν = Е₂ – Е₁, где Е₁, Е₂ – энергии основного и возбужденного состояний атома.

Поглощение света: электрон атома, находящийся в основном состоянии с энергией Е₁, может поглотить фотон, перейдя в возбужденное состояние с энергией Е₂ > Е₁ (СЛАЙД 7). Интенсивность поглощенного излучения пропорциональна концентрации атомов, находящихся в основном состоянии.

Метастабильные состояния: различные возбужденные состояния атома отличаются не только энергией, но и временем жизни. Состояния атома с особенно большим временем жизни называют метастабильными. Именно эти состояния используют при работе лазера. Оказавшись в метастабильном состоянии, атом надолго «застревает» в нем, благодаря этому в метастабильном состоянии с одной и той же энергией может скопиться очень много атомов. Если заставить теперь эти атомы одновременно излучить фотоны, излучение будет чрезвычайно интенсивным и, к тому же, будет иметь определенную частоту.

Индуцированное (вынужденное) излучение: в 1916 году Эйнштейн предсказал, что возбужденный атом может излучать под действием падающего на него света (СЛАЙД 7). Он также доказал, что если на атом падает свет, частота которого совпадает с частотой света, который этот атом может излучать, вероятность излучения значительно увеличивается. Индуцированное излучение – излучение атома, возникающее при его переходе на более низкий энергетический уровень под действием внешнего электромагнитного излучения. Замечательная особенность вынужденного излучения состоит в том, что излученный фотон имеет точно такую же частоту и направление движения, что и падающий на атом фотон. Если в данной среде много атомов находятся в возбужденном состоянии с одной и той же энергией, излученные фотоны будут в свою очередь вынуждать другие атомы излучать точно такие же фотоны. И в результате интенсивность излучения может лавинообразно нарастать. На этом и основан принцип действия лазеров [3, с. 340, 341].

Принцип действия лазера.

«Запустить» лавину вынужденного излучения можно и без внешнего излучения: фотон, спонтанно излученный одним из атомов среды, вынудит другой атом излучить такой же фотон, затем два этих фотона вынудят еще два атома излучить еще два таких же фотона и так далее. При этом может возникнуть лавинообразный процесс (СЛАЙД 8). На этом основано действие квантовых генераторов.

Вынужденное излучение для генерирования электромагнитных волн впервые использовали в 1954 году советские физики Николай Геннадиевич Басов и Александр Михайлович Прохоров, а также американский физик Чарльз Таунс, за что эти ученые были удостоены Нобелевской премии [4, с. 156].

Ученик: сообщение №2 «Николай Геннадиевич Басов – отец лазера и мазера»[5, с. 408 – 410].

Основные компоненты лазера. (СЛАЙД 9)

Основными компонентами лазера являются:

активная среда – в ней создаются состояния с инверсной заселенностью – такая среда, в которой число электронов на уровне с более высокой энергией больше, чем на уровне с более низкой;

система накачки – устройство для создания инверсии в активной среде;

оптический резонатор – устройство, выделяющее в пространство избирательное направление пучка фотонов и формирующее выходящий световой пучок.

При создании лазера часто используют систему трех энергетических уровней атома, среди которых средний уровень является метастабильным, а нижний соответствует основному состоянию атома (СЛАЙД 10).

Для того чтобы вынужденное излучение действительно походило на лавину, необходимо, чтобы как можно больше атомов, находящихся в метастабильном состоянии, «почувствовали» падающее на них излучение. А для этого нужно продлить время пребывания излучения внутри вещества. Рассмотрим, как это делается, на примере рубинового лазера.

Кристалл рубина состоит из атомов алюминия и кислорода с небольшой примесью атомов хрома – они придают рубину его благородный цвет, а так же обладают системой трех энергетических уровней, средний из которых является метастабильным. Из рубинового кристалла вытачивают стержень (со строго параллельными торцами) и навивают на него трубку газоразрядной лампы, которую называют лампой накачки (СЛАЙД 11). Под действием света лампы накачки атомы хрома переходят с основного уровня 1 на уровень 3, а затем – на метастабильный уровень 2. Переходы на этот уровень обусловлены в основном передачей энергии кристаллической решетке.

В результате этих переходов на метастабильном уровне 2 скапливается большое число атомов, то есть возникает «перенаселенность» метастабильного уровня 2.

Среду, в которой самым населенным является один из возбужденных уровней атома, называют активной. Такая среда обладает запасом энергии, который делает возможным лавинообразный процесс вынужденного излучения.

Но создать активную среду еще недостаточно: если вынужденно излученные фотоны сразу же вылетят из нее, лавина не возникнет. Для ее возникновения надо задержать излученные фотоны в среде. Для этого надо продлить путь фотонов с помощью отражения. С этой целью параллельные торцы кристалла покрывают тонким слоем серебра, делая их зеркальными. Отражаясь от торцов, фотоны, летящие вдоль кристалла, проходят через кристалл многократно – туда и обратно. При этом вследствие вынужденного излучения их число лавинообразно увеличивается, в результате чего в кристалле быстро нарастает излучение, направленное вдоль оси кристалла (СЛАЙД 12).

Чтобы выпускать часть этого излучения наружу, один из зеркальных торцов делают частично прозрачным. Выходящее из этого торца излучение и представляет собой луч лазера.

Таким образом, все вылетающие из лазера фотоны имеют одинаковую частоту и одно и то же направление. Именно эти качества и отличают излучение лазера от всех других видов излучений [3, с. 342 –344; 4, с. 156 – 158].

Классификация лазеров. (СЛАЙД 13-15)

по типу активной среды: твердотельные, жидкостные, газовые, полупроводниковые;

по методам накачки: оптические, тепловые, химические, электроионизационные и другие;

по режиму генерации: непрерывного или импульсного действия.

Ученик: сообщение №3 «Классификация лазеров» [6, с. 313, 314; 7, с. 25, 26].

Применение лазеров. (СЛАЙД 16-17)

У лазерного излучения есть три особенности, которые дают возможность применять его в различных областях науки и техники:

лазер излучает световую энергию на одной частоте и длине волны, что дает возможность создать узконаправленные и сфокусированные лучи;

лазерное излучение обладает очень высокой стабильностью, оно распространяется без изменений на многие километры;

лазерное излучение имеет очень высокую температуру, достигающую миллионов градусов [2, с. 136].

Группа учащихся: сообщение №4 «Лазерные технологии» [8] ; сообщение №5 «Применение лазера» [9, с. 111 – 121; 10, с. 194 – 201] ; совместная презентация «Профессии лазера».

Закрепление учебного материала.

Беседа с учащимися по вопросам:

Что такое спонтанное и вынужденное излучение?

Каковы свойства фотонов, излучаемых при вынужденном излучении?

Что такое квантовый генератор?

Какие квантовые генераторы называются лазерами?

Каков принцип действия трехуровневого лазера?

Подведение итогов урока.

Домашнее задание: § 22 [4], задачник: I уровень – № 13.12, 13.13;

II уровень – № 13.25,13.26;

III уровень – № 13.30.

Левин В.И. Русские ученые XX века. – М.: ООО «РОСМЭНИЗДАТ», 2004. – 272 с. – (Великие русские).

Касьянов В.А. Физика. 11 кл.: Учебник для общеобразовательных учреждений. – 3-е изд., дораб. – М.: Дрофа, 2003. – 416 с.

Генденштейн Л.Э. Физика. 11 класс. В 2 ч. Ч. 1. Учебник для общеобразовательных учреждений (базовый уровень) / Л.Э. Генденштейн, Ю.И. Дик. – М.: Мнемозина, 2009. – 272 с.

Воронежцы: знаменитые биографии в истории края / ред.-сост. Ю.Л. Полевой. – Воронеж: Карта, 2007. – 520 с.

Физика. Справочник школьника и студента / Под ред. проф. Р. Гебеля; Пер. с нем. – М.: Дрофа, 1999. – 368 с.

Фокин А.В. Изучение лазерного излучения. – Физика-ПС, 2009, №8.

Кузнецов В.И. Свет. – М.: Педагогика, 1977. – 128 с. – (Библиотечка Детской энциклопедии «Ученые – школьнику»).

Колтун М.И. Мир физики: Научно-художественная литература / Оформление Б. Чупрыгина. – 2-е изд. – М.: Дет. лит., 1987. – 271 с.

Сообщение №1 на тему: «История создания лазеров».

Существование явления вынужденного излучения – физической основы работы любого лазера – было предсказано в 1916 году А. Эйнштейном. Строгое теоретическое обоснование в рамках квантовой механики это явление получило в работах П. Дирака в 1927 – 1930 г.г.

1928 год – экспериментальное подтверждение Р. Ладенбургом и Г. Копферманном существования вынужденного излучения.

Следующая крупная теоретическая работа была выполнена советскими учеными в 1940 году В. Фабрикантом и Ф. Бутаевой – они предсказали возможность использования вынужденного излучения среды для усиления электромагнитного излучения.

1950 год – А. Кастлер (Нобелевская премия по физике 1966 года) предлагает метод оптической накачки среды для создания в ней инверсионной населенности. Реализован на практике в 1952 году Бросселем, Кастлером и Винтером. До создания квантового генератора остался один шаг: ввести в среду положительную обратную связь, то есть поместить эту среду в резонатор.

Предсказание Фабриканта было реализовано в 1954 году советскими учеными А. Прохоровым и Н. Басовым на молекулярных квантовых усилителях (мазерах, работавших при низких температурах и в СВЧ-диапазоне). В 1964 году они и Ч. Таунс (американский ученый, первым, в 1953 году, получивший когерентный микроволновой пучок, 1954 год – первый микроволновой генератор – мазер на аммиаке) были удостоены Нобелевской премии по физике.

Для усиления электромагнитного излучения оптического диапазона необходимо было создать объемный резонатор, размеры которого были бы порядка микрона. Из-за связанных с этим технологических трудностей многие ученые считали, что это невозможно. Настоящим прорывом оказалось предложение А. Прохорова использовать для усиления излучения открытый резонатор – резонатор Фабри-Перо.

В 1961 году был создан лазер на неодимовом стекле, а в течение следующих пяти лет были разработаны лазерные диоды, лазеры на красителях, лазеры на двуокиси углерода, химические лазеры.

В 2000 году за разработку в 1963 году полупроводниковых гетероструктур, легших в основу миниатюрных лазеров, способных работать при комнатной температуре, Нобелевская премия по физике была присуждена Ж. Алферову (Россия) и Г. Кремеру (Германия).

«Николай Геннадиевич Басов – отец лазера и мазера».

Николай Геннадиевич Басов (1922 – 2001) – нобелевский лауреат, «отец лазера».

Он родился 14 декабря 1922 года в семье ученого-лесовода в «полуворонежском» городе Усмани, который теперь относится к Липецкой области. Геннадий Федорович Басов (тоже уроженец Усмани) снискал в Воронеже славу продолжателя дела профессора Докучаева, изучавшего влияние лесополос на почву и подземные воды. Семья жила там, где работал отец – в городке сельскохозяйственного института. Воронеж дал Николаю то, что было необходимо впоследствии для «открытия века».

Он окончил воронежскую школу №13, позднее здесь была построена новая школа №58, у которой сложился стойкий имидж «математической школы». Теперь бывшая 58-я именуется гимназией имени Басова при ВГУ. До 13-й школы в жизни Н. Басова была другая воронежская школа – №1 (ныне 11-я), где он проучился восемь лет. Отличник учебы Николай Басов проявлял неординарные способности. Занимался в кружке юных техников, его работы завоевывали различные призы и грамоты и выставлялись даже на ВДНХ.

Басов окончил 10-й класс в роковом 1941 году и сразу был призван в армию, на войну… Судьба уберегла от пуль будущего гения.

После демобилизации в 1946 году он становится студентом столичного механического института (теперь Московский инженерно-физический институт, МИФИ), там же в 1950 году поступает в аспирантуру.

Еще в 1948 году начинает работать лаборантом в судьбоносном для него Физическом институте имени П.К. Лебедева Академии наук СССР (ФИАН). Работая вместе с другими молодыми физиками под руководством А.М. Прохорова, он сближается с этим ученым, возникает их плодотворное сотрудничество, которое приводит к мировым высотам.

Часто в науке над великими открытиями и изобретениями одновременно ломают головы в лабораториях сразу несколько научных школ в разных странах. По вопросу о том, кто первым придумал лазер, мнения авторов разных книг не всегда совпадают. В 1960 году американцем Мейманом был запущен первый рубиновый лазер. Но этому событию предшествовала большая теоретическая работа советских и американских ученых. Открытие, опубликованное в том же 1960 году, совершил американец Джаван. Между тем это открытие сделали еще в 1957 году наши физики, но работа вышла в печати позднее, и она не привлекла внимание ученых Запада. А Басов и его коллеги параллельно проделали математический анализ условий, при которых возникает желаемое излучение. И эта работа опубликована в знаменательном 1960 году вскоре после открытия Джавана…

В 1964 году очередная Нобелевская премия объединила русских с американцем Чарльзом Таунсом. Н.Г. Басову, А.М. Прохорову и Ч. Таунсу присудили премию «за фундаментальную работу в области квантовой электроники, которая привела к созданию генераторов и усилителей, основанных на лазерно-мазерном принципе».

В буквальном переводе аббревиатура LASER означает усиление света с помощью вынужденного излучения ( Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ). А мазер (термин, заимствованный из американской литературы у Таунса) означает подобные же квантовые генераторы, но не светового излучения, а радиодиапазона волн. Если с лазером нашим физикам в чем-то «не повезло», их опередили публикациями, то уж создателем мазера призван именно Н.Г. Басов.

Если следовать биографии Басова, то еще в 1954 голу они с Прохоровым разработали первый в мире квантовый генератор, и именно это стало началом целой эпохи в физике, во всяком случае, в нашей стране. В следующем году Басов и Прохоров пошли еще дальше: они предложили эффективный метод «селективной накачки электромагнитным излучением трехуровневой системы», на основе которой действуют практически все современные лазеры.

В 1961 году наш гениальный земляк выдвинул идею нового, лазерного подхода к проблеме термоядерного синтеза и начал исследования для создания необходимой лазерной и мишенной техники. В 1971 году он создает установку «Кальмар», в 1981 году запускает термоядерный «Дельфин-1». Вместе с врачами проектирует множество лазерных медицинских приборов, без которых современная хирургия немыслима.

«Басов был самым талантливым из моих учеников, сказал в интервью газете «Известия» академик Александр Прохоров. – После «Нобеля» он сильно вырос, развивал свое перспективное направление «лазерный термояд»».

В 1954 году Н.Г. Басов стал кандидатом наук, защитив диссертацию «Определение ядерных моментов радиоспектроскопическим методом», в 1957 году ему присвоили докторскую степень за диссертацию «Молекулярный генератор». В 1958 году ученый уже занял должность заместителя директора ФИАН, а в 1959-м получил Ленинскую премию. В 1973 – 1989 годах работал директором ФИАН. В 1982 – 1989 годах был членом Президиума Верховного Совета СССР. Помимо двух звезд Героя Социалистического Труда (1969, 1982), получил пять орденов Ленина, а в 1989 году – Государственную премию СССР.

Власти не забыли об «отце лазера» и после развала СССР. С 1991 года он работал в Экспертном совете при Председателе Правительства России.

Сообщение №3 на тему: «Классификация лазеров».

Твердотельные лазеры – накопителем энергии (активной средой) является кристалл, возбуждение происходит оптическим путем (рубиновый лазер).

Жидкостные лазеры – накопителем энергии является, например, органические молекулы, растворенные в воде. Возбуждение происходит оптическим путем.

Газовые лазеры – накопителями энергии являются, например, смеси инертных газов (гелий-неоновый лазер). Возбуждение происходит электронными ударами. Отличаются высокой мощностью, монохроматичностью, а также узкой направленностью излучения.

В зависимости от системы накачки газовые лазеры разделяют на газоразрядные, газовые лазеры с оптическим возбуждением и возбуждением заряженными частицами, газодинамические и химические лазеры.

По типу лазерных переходов различают газовые лазеры на атомных переходах, ионные лазеры, молекулярные лазеры на электронных, колебательных, вращательных переходах молекул и эксимерные лазеры.

Полупроводниковые лазеры – накопителем энергии является полупроводник. Излучение генерируется в результате квантовых переходов между разрешенными энергетическими зонами. Наибольшее распространение получили инжекционные лазеры, в которых накачка достигается путем инжекции (впрыскивания) носителей заряда в активную область.

Лазеры на красителях – тип лазеров, использующий в качестве активной среды раствор флюоресцирующих с образованием широких спектров органических красителей. Лазерные переходы осуществляются между различными колебательными подуровнями первого возбужденного и основного синглетных электронных состояний. Накачка оптическая, могут работать в непрерывном и импульсном режимах. Основной особенностью является возможность перестройки длины волны излучения в широком диапазоне.

Волоконный лазер – лазер, резонатор которого построен на базе оптического волокна, внутри которого полностью или частично генерируется излучение.

Лазеры непрерывного действия – они постоянно испускают лазерное излучение (например, гелиево-неоновый лазер).

Импульсные лазеры – испускают кратковременно лазерное излучение большой мощности (например, рубиновый лазер).

Сообщение №4 на тему: «Лазерные технологии».

рабочее вещество с инверсной населенностью. Только тогда можно получить усиление света за счет вынужденных переходов.

рабочее вещество следует поместить между зеркалами, которые осуществляют обратную связь.

усиление, даваемое рабочим веществом, а значит, число возбужденных атомов или молекул в рабочем веществе должно быть больше порогового значения, зависящего от
коэффициента отражения полупрозрачного зеркала.

Первым квантовым генератором был рубиновый твердотельный лазер. Также были созданы: газовые, полупроводниковые, жидкостные, газодинамические, кольцевые (бегущей волны).

Лазеры позволили осуществить новый метод получения объемных и цветных изображений, названный голографией.

Лазерная обработка металлов. Возможность получать с помощью лазеров световые пучки высокой мощности до 10 12 —10 16 вт/см 2 при фокусировки излучения в пятно диаметром до 10-100 мкм делает лазер мощным средством обработки оптически непрозрачных материалов, недоступных для обработки обычными методами (газовая и дуговая сварка). Это позволяет осуществлять новые технологические операции, например, просверливание очень узких каналов в тугоплавких материалах, различные операции при изготовлении пленочных микросхем, а также увеличения скорости обработки деталей. При пробивании отверстий в алмазных кругах сокращает время обработки одного круга с 2-3 дней до 2 мин. Наиболее широко применяется лазер в микроэлектронике, где предпочтительна сварка соединений, а не пайка. Основные преимущества: отсутствие механического контакта, возможность обработки труднодоступных деталей, возможность создания узких каналов, направленных под углом к обрабатываемой поверхности.

Лазерная связь и локация. По сравнению с существующими средствами радиосвязи и радиолокации лазерные обладают двумя основными преимуществами: узкой направленностью передачи и широкой полосой пропускания передаваемых частот. Сам лазер создает, направленный луч (расходимостью

10′), а применение оптической системы позволяет сформировать еще более параллельный луч (расходимостью

Первые сведения о применении лазерной локации относятся к 1962 г., когда была осуществлена локация Луны. Увеличение мощности, излучаемой лазером, сделает возможным картографирование поверхности Луны с Земли с высокой точностью (около 1,5 м). Лазерная локация применяется также в геофизике для определения высоты облаков, исследовании инверсионных и аэрозольных слоев в атмосфере, турбулентности и т.п.

Лазерные системы навигации и обеспечения безопасности полетов. Одним из основных элементов инерциальных систем навигации, широко используемых в авиации, являются гироскопы, которые в основном и определяют точность системы. Лазерные гироскопы обладают достаточно высокой точностью, большим диапазоном измерения угловых скоростей, малым собственным дрейфом, невосприимчивостью к линейным перегрузкам. Лазеры успешно применяются как измерители скорости полета (воздушной и путевой), высотомеры. Лазерные курсоглиссадные системы обеспечивают безопасность полетов. Связанную с увеличением точности систем посадки, снижения ограничений по метеоусловиям, обеспечением больших удобств работы экипажа при выполнении такого ответственного участка полета, как посадка. В близи взлетно-посадочного полотна установленные лазерные лучи создают геометрическую картину, позволяющую судить о правильности выдерживания траектории посадки.

Сообщение №5 на тему: «Применение лазеров».

В истории известны случаи, когда писатель-фантаст предугадывал создание технических устройств. Жуль Верн придумал подводную лодку «Наутилус» и полет «из пушки на Луну». Так и Алексей Николаевич Толстой в своем знаменитом научно-фантастическом романе «Гиперболоид инженера Гарина», опубликованном в 1925 году, предугадал лазер задолго до его появления. «В природе не существует ничего, что могло бы сопротивляться силе «лучевого шнура»… Здания, крепости, дредноуты, воздушные корабли, скалы, горы, кора земли – все пронижет, разрушит, разрежет мой луч…». Во время написания романа автору оказывал помощь известный русский физик П.П. Лазарев.

Лазер – оптический квантовый генератор, источник излучения с большой плотностью энергии. Рассмотрим историю создания этого фантастического устройства, оказавшего влияние на развитие науки и техники XX века.

А. Эйнштейн в 1916 году первым обосновал возможность получать лазерное излучение. В 1927 – 1933 годах П. Дирак создал квантово-механическую теорию такого излучения.

Сначала появился мазер – квантовый генератор сверхвысоких частот (СВЧ). Теория молекулярного генератора – мазера была создана в начале 1950-х годов американским физиком Ч. Таунсом и советскими физиками Н.Г. Басовым и А.М. Прохоровым. Первые модели мазеров на молекулах аммиака они создали в 1954 – 1956 годах и были награждены за эту работу Нобелевской премией по физике в 1964 году.

А первый лазер – квантовый оптический генератор – создал американский ученый Г. Мейман в 1960 году на кристалле рубина. В том же году американские физики А. Джаван, В. Беннет и Д. Эрриот создали газовый лазер, работающий на смеси гелия и неона. А позднее были разработаны и другие виды лазеров: жидкостные, химические и самый миниатюрный – полупроводниковый, предложенный Н.Г. Басовым в 1962 году.

У лазерного излучения есть три особенности, которые дают возможность применять его в различных областях науки и техники:

лазер излучает световую энергию на одной частоте и длине волны, что дает возможность создать узконаправленные и сфокусированные лучи;

лазерное излучение обладает очень высокой стабильностью, оно распространяется без изменений на многие километры;

лазерное излучение имеет очень высокую температуру, достигающую миллионов градусов.

В силу уникальных свойств излучения лазеров, они нашли широкое применение во многих отраслях науки и техники, а также в быту.

Лазерным лучом невысокой мощности сверлят тончайшие отверстия любой формы, например в рубиновых и алмазных камнях для часов. С помощью лазерного скальпеля делают хирургические операции. Разрезая кровеносные сосуды, луч лазера одновременно «сваривает» их и останавливает кровотечение. Лазерным лучом делают тончайшие глазные операции для лечения офтальмологических заболеваний (катаракта, отслоение сетчатки, лазерная коррекция зрения). С помощью лазерной терапии лечат самые различные болезни. В микроэлектронике с помощью маломощных лазеров режут, сваривают и маркируют миниатюрные детали, выжигая на них цифры и буквы.

Запись и считывание лазерных компакт-дисков осуществляется с помощью миниатюрных полупроводниковых лазеров.

Мощные лазеры используют для фигурной резки и сварки толстых стальных листов, мрамора, гранита, раскройки самых различных тканей и кож. При этом не требуется применять вакуумные камеры (как при электронно-лучевой сварке), и получается высокое качество шва.

Лазеры применяются в голографии для получения объемного изображения предмета, который при этом можно рассматривать с разных сторон.

С помощью лазерного луча измерено расстояние от Земли до Луны и других планет с точностью… до нескольких сантиметров! Лазерная локация космических объектов уточнила значение астрономической постоянной и способствовала уточнению систем космической навигации, расширила представления о строении атмосферы и поверхности планет Солнечной системы. В астрономических телескопах, снабженных адаптивной оптической системой коррекции атмосферных искажений, лазер применяют для создания искусственных опорных звезд в верхних слоях атмосферы.

Лазер применяется в так называемой оптоволоконной связи, позволяющей без промежуточного усиления передавать информацию на тысячи и десятки тысяч километров – по дну океанов и через континенты.

В 2001 году в нашей стране вдоль линий железных дорог проложена система оптоволоконной связи. Эта система позволяет не только управлять железными дорогами страны, но и передавать по ней самую различную информацию – многочисленные телефонные разговоры, телевизионные передачи.

Наконец, с помощью мощного лазерного излучения ученые нагревают плазму до температуры в миллионы градусов для осуществления управляемой термоядерной реакции в термоядерных реакторах.

ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ К УРОКУ

— устройство, генерирующее монохроматические когерентные электромагнитные волны за счет вынужденного излучения активной среды. Первый квантовый генератор (мазер) был создан в 1954 г. советскими физиками Прохоровым и Басовым и независимо от них американским физиком Таунсом. Первый лазер был создан в 1960 г. американским ученым Мейманом.

Спонтанное (самопроизвольное) излучение

— испускание атомом кванта электромагнитного излучения (фотона) в результате самопроизвольного перехода электрона из возбужденного состояния в основное.

Индуцированное (вынужденное) излучение

— переход электрона из возбужденного состояния в основное под воздействием электромагнитного излучения ( в результате стимуляции фотоном с энергией hν ).

Метастабильный энергетический уровень

— энергетический уровень, на котором среднее время жизни возбужденного электрона много больше времени жизни этого электрона на других уровнях.

Среднее время жизни электрона

— среднее время пребывания электрона на данном энергетическом уровне.

— состояние системы, при котором число атомов в основном состоянии больше, чем их число в возбужденных состояниях.

-состояние системы, при котором число атомов в возбужденных состояниях больше, чем их число в основном состоянии.

Основные компоненты лазера

активная среда – в ней создаются состояния с инверсной заселенностью – такая среда, в которой число электронов на уровне с более высокой энергией больше, чем на уровне с более низкой;

система накачки – устройство для создания инверсии в активной среде;

оптический резонатор – устройство, выделяющее в пространство избирательное направление пучка фотонов и формирующее выходящий световой пучок.

по типу активной среды: твердотельные, жидкостные, газовые, полупроводниковые;

по методам накачки: оптические, тепловые, химические, электроионизационные и другие;

по режиму генерации: непрерывного или импульсного действия.

Свойства лазерного излучения

временная и пространственная когерентность;

большая плотность потока энергии;

очень малое угловое расхождение в пучке.

-лазерное излучение используют для передачи информации; для связи, особенно в космосе; для точного определения расстояний;

— лазеры используют для трассировки туннелей, для геодезических измерений, для определения курса и скорости кораблей, самолетов, ракет;

— лазеры используют в голографии для получения объемных изображений предметов;

-с помощью лазеров производят точечную сварку, изготавливают микросхемы;

— в медицине главной областью применения лазеров является хирургия, лазерные пучки используют для разрезания, сшивания и для стерилизации живых тканей, для приваривания отслоившейся сетчатки глаза;

— с помощью лазерного излучения можно вызывать химические реакции, которые не происходят в обычных условиях;

— мощные лазерные пучки используются для осуществления управляемых термоядерных реакций.

Источник