Федоров Б. Ф. Лазеры. Основы устройства и применение

ББК 32.97 ФЗЗ

Рецензенты: кандидат технических наук Б. Б. Гурфинкель. доктор технических наук Л. П. Лазарев.

Федоров Б. Ф.
Лазеры. Основы устройства и применение.— М.: ДОСААФ, 1988.— 190 с, ил.

Рассмотрены принципы работы и устройство различных типов оптических квантовых генераторов (лазеров). Рассказано о применении лазеров в науке и технике, а также в военном деле (по материалам открытой зарубежной печати).
Рассчитана на молодежь, интересующуюся квантовой электроникой и готовящуюся к службе в армии.

© Издательство ДОСААФ СССР, 1988

Содержание книги Лазеры. Основы устройства и применение
Введение
Глава 1. ПРИНЦИП РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО ЛАЗЕРОВ
1.1. Физические основы работы лазера
1.2. Схема лазера
1.3. Классификация лазеров и их характеристики
1.4. Твердотельный лазер
1.5 Газовый лазер
1.6. Жидкостный лазер
1.7. Полупроводниковый лазер
1.8. Химический лазер
1.9. Ультрафиолетовый лазер
1.10. Лазер на свободных электронах
1.11 Лазер на иттрий-алюминиевом гранате (ИАГ)
1.12. Апротонный жидкостный лазер
1.13. Лазер на парах меди
1.14. Опасность облучения лазером

Глава 2. ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРОВ В НАУКЕ И ТЕХНИКЕ
2.1. Лазеры в геодезии
2.2. Лазерная гироскопия
2.3. Обработка материалов и сварка
2.4. Лазерная хирургия
2.5. Лазерная связь
2.6. Лазерные локаторы для стыковки
2.7. Лазерная система посадки
2.8. Лазеры в агропроме
2.9. Физическая голография
2.10. Цифровая голография
2.11. Применение голографии

Глава 3. ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРОВ В ВОЕННОМ ДЕЛЕ (по материалом зарубежной печати)
3.1. Лазерная локация
3.1.1. Наземные лазерные дальномеры
3.1.2. Наземные локаторы
3.1.3. Бортовые лазерные системы
3.1.4. Лазерные системы разведки
3.1.5. Голографические индикаторы на лобовом стекле
3.2. Бортовые лазерные гироскопы
3.3. Лазерное оружие
3.3.1. Применение лазеров на поле боя
3.3.2. Лазеры в противоракетной обороне
3.3.3. Широкомасштабная система ПРО
Заключение
Литература

Литература
1. Денисюк Ю. Н. Голография с записью в трехмерных и двухмерных средах. — Труды ГОИ, т. 36. вып. 165, 1965, с. 121.
2. Квантовая электроника (Под ред. М. Е. Жаботинского). — М.: Советская энциклопедия, 1969, 431 с.
3. Справочник по лазерам (Под ред. А. М. Прохорова). — М.: Советское радио, 1978, 534 с.
4. Федоров В. Ф. Оптические квантовые генераторы. — М.: Энергия, 1966.
5. Тарасов Л. В. Лазеры: действительность и надежды. — М.: Наука, 1985.
6. Федоров В. Ф. Лазерные приборы и системы летательных аппаратов. — М.: Машиностроение, 1978.
7. Федоров Б. Ф., Шереметьев А. Г., Умников В. Н. Оптический квантовый гироскоп.— М.: Машиностроение, 1972.
8. Лазеры в авиации (Под ред. В. М. Сидорина). — М.: Воениздат, 1982.
9. Орлов В. А. Лазеры в военной технике. — М.: Воениздат, 1976.
10. Курикша А. А. Квантовая оптика и оптическая локация. — М.: Советское радио, 1978.
11. Квантовая электроника, 1978, № 6, с. 1399—1401.
12. Изнар А. Н., Федоров Б. Ф., Оптические квантовые приборы в военной технике.— М.: Советское радио, 1964.
13. Басов Н. Г. Световое чудо века. — М.: Педагогика, 1984.
14. Рэди Дж. Промышленное применение лазеров. — М.: Мир, 1981.
15. Федоров Б. Ф. Лазеры и их применение. — М.: ДОСААФ, 1973. 16. Electronic Design, 1963, l/IH, N 5, p. 11.
17. Базаров В, К. Полупроводниковые лазеры. — М.: Энергия, 1969.
18. Av. week. 1980, v. 114, N 21, р, 61-65.
19. Гудзенко Л. И. Плазменные лазеры. — М.: Атомиздат, 1978.
20. Проектирование и эксплуатация лазерных приборов в судостроении. — М.: Судостроение, 1986
21. Авиация и космонавтика, № 6, 1967.
22. Бычков С. И. Лазерный гироскоп.— М.: Советское радио, 1975.
23. Вагнер Е. Т. Лазеры в самолетостроении.— М.: Машиностроение, 1982.
24. Павлов А. В. Приемники излучения. —М.: Энергия, 1972.
25. Копылов П. М. Телевидение и голография. — М.: Сзязь, 1976.
26. Чернышев В. Н. Лазеры в системах связи. — М.: Связь, 1976.
27. Авиация и космонавтика, № 2, 1968.
28. Авиация и космонавтика, № 7, 1967.
29. Изнар А. Н. Оптико-электронные приборы летательных аппаратов. — М.: Машиностроение, 1972.
30. Денисюк Ю. Н. Развитие голографии как нового научного направления.— Природа, 1984, № 3, с. 51.
31. Федоров Б. Ф., Эльман Р. И. Цифровая голография. — М.: Наука, 1976.
32. Оптико-механическая промышленность, № 4, 1972.
33. Оптико-механическая промышленность, № 7, 1972.
34. Бахрах Л. Д. Голография в микроволновой технике. — М.: Советское радио, 1979.
35. Сафронов Г. С. Введение в радиоголографию. — М.: Советское радио, 1973.
36. Денисюк Ю. Н. Голография и ее перспективы. Журнал прикладной спектроскопии, т. 33, вып. 3, 1980, с. 397.
37. Голография на космической орбите. В сб.: Наука в СССР, 1985, с. 35.
38. Авиация и космонавтика, № 5, 1971, с. 44—45.
39. Electronic Design, 1961, N 22, p. 406.
40. Av. week, 1962, v. 76, N 13, p. 41—43.
41. ProcJRE, 1961, v. 49, N 11, p. 1684.
42. Av. week, 1961, N 75, p. 50—55.
43. Electronic Design, 1964, N 12, p. 10.
44. Петровский В. И. Локаторы на лазерах. — М.: Воениздат, 1969.
45. Авиация и космонавтика, № 9, 1965.
46. Федоров Б. Ф. Космическое фотографирование. — М.: Недра, 1978.
47. Арр. Optics, 1975, V. XIV, N И, р. 2602—2606.
48. Proc AGAA Guidance and Control Cohf. 16—18. VIII, 1976, p. 459—465.

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
Аберрация — явление, заключающееся в том, что световые лучи, исходящие из одной точки, после отражения их от вогнутого зеркала или прохождения через линзу, не сходятся в одной точке (фокусе), а дают расплывчатое изображение в виде пятна; объясняется большей отклоняемостью лучей у краев зеркала или линзы, чем в средней их части.

Апертура — угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, попадающий в оптический прибор.

Время жизни, на уровне — средняя продолжительность пребывания атома, молекулы и др. квантовой системы в состоянии с определенной энергией.

Время когерентности — наибольший временной интервал, в течение которого сохраняется постоянство (или закономерная связь) характеристик колебания (амплитуды, частоты, фазы). Чем оно больше, тем ближе колебание к гармоническому.

Гетеродинирование — преобразование модулированных электрических колебаний высокой частоты в колебания промежуточной частоты. В оптике гетеродином может служить перестраиваемый лазер.

Глаукома - глазная болезнь, проявляющаяся повышением внутриглазного давления и нередко оканчивающаяся слепотой.

Глиссада — траектория полета самолета при заходе на посадку.

Голограмма — зарегистрированная фотопластинкой интерференционная картина, образованная когерентным излучением источника (опорный пучок) и излучением, рассеянным предметом, освещенным тем же источником. Голограмма содержит информацию об объемном изображении предмета.

Голограммы Фурье — голограммы плоского объекта, записываемые с помощью опорного источника, расположенного в плоскости объекта, параллельной плоскости голограммы.

Голография — принципиально новый метод получения объемных изображений предметов, основанный на явлении интерференции света.

ГСП — гиростабилизированная платформа. Стабилизация платформы, на которой располагаются приборы и устройства, нуждающиеся в стабилизации при движении объекта, осуществляется гироскопами совместно с различными электроавтоматическими устройствами.

Детектирование (демодуляция) — преобразование электрических колебаний, в результате которого получается постоянный ток и колебания более низкой частоты.

Диссектор — электронно-оптический преобразователь, преобразующий изображение на поверхности фотокатода в поток электронов со всей площади фотокатода, промодулированный яркостью изображения. Этот поток с помощью отклоняющей системы развертывается мимо точечного отверстия, за которым — электронный умножитель.

Диссоциация — распадение (расщепление) молекул на составные части.

Дифракция света — нарушение законов геометрической оптики, наблюдающееся в местах резкой неодиородностя среды. Она приводит к отклонению распространения света от прямолинейного вблизи краев непрозрачных тел, к «огибанию» препятствий световыми лучами.

Инверсия населенностей — соотношение между населенностями энергетических уровней атомов и молекул вещества, при котором число частиц на верхнем из данной пары уровней больше, чем на нижнем.

Интерференция света — явление, заключающееся в том, что при наложении двух или более световых волн с одинаковой частотой и поляризацией в различных точках пространства происходит усиление или ослабление результирующей амплитуды световых колебаний в зависимости от соотношения между фазами колебаний световых волн в этих точках.

Ионизация — образование ионов, происходит под влиянием химических процессов, освещения газов ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, под действием радиоактивных веществ, высоких температур, ударов быстрых электронов и ионов.

Катаракта — помутнение хрусталика глаза.

Когерентность — согласованное протекание во времени нескольких колебательных или волновых процессов.

Когерентность пространственная — понятие, характеризующее постоянство или изменение по определенному закону основных характеристик волны (амплитуды, частоты, фазы, поляризации) в пространстве. Пространственная когерентность нарушается там, где исчезает закономерная связь характеристик волны и вместе с ней интерференционная картина.

Криостат — устройство для поддержания в каком-либо объеме температуры ниже температуры окружающей среды.

Лазер — это слово составлено из первых букв английской фразы: «Light amplification by stimulated emission of radiation», что означает: усиление света с помощью стимулированного излучения.

Легирование — введение в основной металл добавки другого для улучшения его свойств.

Мазер — любой прибор радиодиапазона, в котором используется стимулированное излучение атомов и молекул. Оно составлено из начальных букв основных слов английской фразы: «Microwave amplification by stimulated emission of radiation», что означает: усиление радиоволн в результате стимулированного излучения.

Микросистема — система, состоящая из конечного числа элементарных частиц (электроны, протоны, нейтроны), взаимодействующих друг с другом, например атомное ядро, атом, молекула, кристалл.

Модуляция добротности — метод получения одиночных коротких лазерных импульсов большой мощности, при котором добротность резонатора лазера быстро увеличивается от небольших начальных значений до очень больших величии.

Монохроматичность — степень близости колебаний к идеальным колебаниям. Чем выше монохроматичность, тем в меньшем интервале частот группируются частоты его монохроматических составляющих.

Накачка — процесс нарушения равновесного распределения микрочастиц (электронов, атомов, молекул) по их уровням энергии под действием внешнего электромагнитного излучения или постоянного электрического поля. Накачка может перевести вещество из состояния теплового равновесия, когда оно поглощает излучение, в активное состояние, когда вещество может усиливать и генерировать излучение.

Оптический резонатор — открытый резонатор, в котором возбуждаются электромагнитные колебания оптического диапазона.

Плазма (газовая) — состояние газа с высокой концентрацией заряженных частиц — ионов и электронов.

Порог генерации — состояние квантового устройства, при котором энергия, излучаемая веществом на частоте рабочего перехода, равна полной потере энергии на этой частоте.

Резонатор - колебательная система, в которой возможно накопление энергии колебаний. Если на резонатор действует внешняя периодическая сила, то в нем возникают вынужденные колебания, амплитуда которых резко возрастает при приближении частоты внешнего воздействия к определенным (собственным) значениям частоты, зависящим от свойств резонатора.

Рубин (синтетический) — твердое кристаллическое вещество. Основой его является корунд — диэлектрический кристалл окиси алюминия А12О3. Рубином он становится тогда, когда небольшую часть атомов алюминия в этом кристалле заменяют ионами хрома (0,05%).

Сканирование (то же, что и развертка) — движение луча или изображения, осуществляемое по определенной траектории с известной скоростью и имеет целью отобразить какой-либо процесс во времени.

Скрайбирование — метод резки и фасонной обработки образцов, в ходе которого испарением охватывается лишь часть поверхности вдоль границы раздела.

Спектральная плотность излучения — энергия электромагнитного излучения, приходящаяся на 1 см3 и на единичный интервал частоты (1 Гц).

Спонтанное излучение — суммарное излучение вещества в результате самопроизвольных (спонтанных) излучательных квантовых переходов его частиц (атомов, молекул и др.) на более низкие уровни энергии.

Спонтанный шум — случайные изменения электромагнитного поля, вызванные самопроизвольным (спонтанным) излучением.

Стимулированное излучение (вынужденное излучение) — излучение атомов и молекул под действием внешнего электромагнитного поля (излучения). Важное свойство этого излучения состоит в том, что оно ничем не отличается от стимулирующего излучения, совпадают все характеристики — частота, поляризация, направление распространения и фаза.

Тепловое равновесие — состояние, в которое приходит любая физическая система при неизменных внешних условиях.

Угол Брюстера — угол, при котором в отраженном свете остается только волна, поляризованная перпендикулярно плоскости падения (угол полной поляризации).

Фотон — квант (наименьшая порция) электромагнитного излучения данной частоты.

Эксимер — молекула, устойчивая в возбужденном состоянии, но не связанная в основном состоянии. Эксимеры инертных газов при высоком давлении испускают молекулярное излучение в области вакуумного ультрафиолета и обладают высоким коэффициентом преобразования кинетической энергии электронов в свет.

Юстировка — выверка и регулировка прибора или механизма.

Скачать книгу Федоров Б. Ф. Лазеры. Основы устройства и применение. Москва, Издательство ДОСААФ, 1988