妊娠中の女性の腫れ

27レーザー放射の主な特性は何ですか。皮膚へのレーザー照射の影響の基本原理と生物学的メカニズム。逆人口の作成。揚水方法

記事の内容

レーザ（光量子発生器）-活性媒体の原子（イオン、分子）による光の誘導放出または散乱により、可視範囲でコヒーレントで単色の電磁波を生成するデバイス。「レーザー」という言葉は、英語の「誘導放出による光の増幅」という英語のフレーズの略語であり、誘導放出による光の増幅です。これらの概念をさらに詳しく考えてみましょう。

放射線理論の基礎。

量子力学の法則から（ CM..。量子力学）したがって、原子のエネルギーは非常に明確な値しかとることができません E 0 , E 1 , E 2 ,...E n ...、これはエネルギーレベルと呼ばれます。最低レベル E原子のエネルギーが最小になる0をメインと呼びます。から始まる残りのレベル E 1は励起と呼ばれ、原子のより高いエネルギーに対応します。原子は、たとえば、電磁放射の量子である光子と相互作用するときに、エネルギーを吸収することによって、低レベルの1つから高レベルに移動します。そして、高いレベルから低いレベルに移るとき、原子は光子の形でエネルギーをあきらめます。どちらの場合も、光子エネルギー E = h nは、初期レベルと最終レベルの差に等しくなります。

h n mn = E m- E n（1）

どこ h= 6.626176・10 –34 J・sはプランク定数、nは放射周波数です。

励起状態の原子は不安定です。遅かれ早かれ（平均して10〜8秒で）、ランダムな瞬間に、それは独立して（自発的に）基底状態に戻り、電磁波（光子）を放出します。遷移のランダムな性質は、物質のすべての原子が同時に独立して放出するという事実につながり、それらによって放出される電磁波の位相と移動方向は調整されていません。これが通常の光源の仕組みです。白熱灯、ガス放電管、同じ光源が太陽などです。それらの自発的な放射は一貫性がありません。

しかし、原子は自発的にではなく、電磁波の作用下で光子を放出することもできます。電磁波の周波数は、式（1）で決定される原子の遷移周波数に近くなります。

n 21 = (E 2 – E 1)/h. (2)

そのような共鳴波は、いわば、原子を「揺さぶる」そしてそれを上のエネルギー準位から下のエネルギー準位に「揺さぶる」。強制遷移が発生し、原子によって放出される波は、一次波と同じ周波数、位相、および伝播方向を持ちます。これらの波はコヒーレントです。それらが追加されると、全放射の強度、つまり光子の数が増加します。

誘導放出の概念が導入され、その特殊な特性であるコヒーレンスは1916年にA.アインシュタインによって理論的に予測され、1927年から1930年に量子力学の観点からP.ディラックによって厳密に実証されました。

通常、物質の基底状態にある原子の数は、励起された原子の数よりもはるかに多くなります。したがって、物質を通過する光波は、そのエネルギーを原子の励起に費やします。この場合、ブーゲの法則に従って、放射強度は減少します。

私 l = 私 0e- kl , (3)

どこ私 0-初期強度、私 lは距離を通過した放射線の強度です l吸収係数のある物質で k..。方程式から、指数法則によれば、媒体は非常に強く光を吸収することがわかります。

基底状態の原子よりもはるかに多くの励起原子が存在する物質は、活性と呼ばれます。特定のレベルの原子の数 E nはこのレベルの人口と呼ばれ、 E 2 > E 1-逆人口。電磁波を活性物質に通します。活性物質の周波数はn = n 21です。次に、強制遷移中の放射により E 2® E 1（これは買収行為以上のものです E 1® E 2）その強化が発生します。そして、量子力学の観点から、これは物質を飛ぶすべての光子がまったく同じ光子の出現を引き起こすことを意味します。一緒にそれらはさらに2つの光子を生成します。これらの4つ（8つなど）は、活性物質に光子なだれが現れます。この現象は、放射強度の指数関数的成長の法則につながります。これは、ブーゲの法則（3）と同様に記述されていますが、量子ゲインがあります。 aそれ以外の - k:

私 l = 私 0 e a l(4)

ただし、実際には、このような光子数の急激な増加は発生しません。実物では、電磁波のエネルギーを失う要因は常にたくさんあります（媒体の不均一性による散乱、不純物による吸収など）。その結果、活性媒体での波の経路長を数メートルに増やすだけで、少なくとも数十倍の波の増幅を達成することが可能であり、これは実装が容易ではありません。しかし、別の方法があります。2つの平行なミラー（共振器内）の間に活性物質を配置することです。もちろん、励起された原子の数が多いままである場合、波はそれらに繰り返し反射され、大きな増幅に十分な距離を移動します。反転分布は残ります。

逆の人口は、別のエネルギー源の助けを借りて実行および維持することができます。それは、いわば、それで活性物質を「ポンプ」します。そのようなソースは、強力なランプ、放電、化学反応などである可能性があります。さらに、上位エネルギーレベルの1つにある原子は、物質内の原子の総数の約50％をそこに蓄積するのに十分な長さ（もちろん、量子プロセスの規模で）を維持する必要があります。そしてこのためには、少なくとも3つのエネルギーレベルの作用粒子（原子またはイオン）が必要です。

放射線を発生させるための3レベルのスキームは次のように機能します。ポンピングは、より低いエネルギーレベルから原子を転送します E上に0 E 3.3。そこから彼らはレベルに降ります E 2、光子の自然放出なしに長期間滞在することができます（このレベルは準安定と呼ばれます）。そして、通過する電磁波の影響下でのみ、原子はメインレベルに戻ります E 0、周波数で誘導放出を放出 n = (E 2 – E 0)/h元の波にコヒーレント。

反転分布を作成するための条件と誘導放出の実験的検出は、1928年にドイツの物理学者R. Landenburgによって、1939年にロシアの物理学者VAFabrikantによって独立して策定されました。物理学者E.パーセルとR.ポンド（1950年）1951年、VA Fabrikantと彼の同僚は、「増幅された放射を反転分布のある媒体。」しかし、このアプリケーションは1959年にのみ公開され、量子ジェネレータの作成に関する作業の進捗に影響を与えることはできませんでした。それらの建設の基本的な可能性は、ソ連、N.G。バソフとA.M.プロホロフ、そして米国では、チャールズタウンとJ.ウェーバーで互いに独立して、1950年代初頭にすでに議論され始めたためです。そして1945年から1956年に、無線範囲の最初の量子発生器が開発され、建設されました（ l= 1.25 cm）、1960年-ルビーレーザーとガスレーザー、そして2年後-半導体レーザー。

レーザー装置。

さまざまな種類のアクティブメディアと逆ポピュレーションを取得する方法にもかかわらず、すべてのレーザーには、アクティブメディア、ポンプシステム、およびキャビティの3つの主要部分があります。

活性媒体（逆集団が生成される物質）は、固体（ルビーまたはアルミニウムの結晶-イットリウムガーネット、さまざまなサイズと形状のロッドの形のネオジムの不純物を含むガラス）、液体（溶液アニリン染料またはネオジム塩のキュベット溶液）およびガス状（ヘリウムとネオン、アルゴン、二酸化炭素、ガラス管内の低圧水蒸気の混合物）。半導体材料やコールドプラズマ、化学反応生成物もレーザー放射を生成します。活性媒体の種類に応じて、レーザーはルビー、ヘリウムネオン、染料などと呼ばれます。

共振器は、互いに平行な一対のミラーであり、その間に活性媒体が配置されます。 1つのミラー（「鈍い」）は、それに当たるすべての光を反射します。 2番目の半透明の放射線の一部は、誘導放出を実施するために環境に戻り、一部はレーザービームの形で外部に出力されます。「聴覚障害者」の鏡として、全反射のプリズムがよく使用されます（ CM..。 OPTICS）、半透明-ガラス板のスタック。さらに、ミラー間の距離を選択することにより、レーザーが厳密に定義された1つのタイプ（いわゆるモード）の放射のみを生成するように共振器を調整できます。

ポンピングにより、アクティブなメディアに反転分布が作成され、メディアごとに最も便利で効率的なポンピング方法が選択されます。固体および液体レーザーでは、フラッシュランプまたはレーザーが使用され、気体媒体は放電で励起され、半導体は電流で励起されます。

ポンピングによって共振器内に配置されたアクティブエレメントで反転状態に達した後、その原子は時々自発的に基底レベルに降下し始め、光子を放出します。共振器の軸に対してある角度で放出された光子は、これらの方向に誘導放出の短い連鎖を引き起こし、すぐに活性媒体を離れます。そして、共振器の軸に沿って移動し、ミラーで繰り返し反射する光子だけが、コヒーレント放射のなだれを生成します。この場合、周波数（放射モード）は有利な位置にあり、その整数個の半波が共振器の長さ全体にわたって整数回適合します。

レーザーの種類。

固体レーザー。最初の固体活性媒体はルビーでした-クロムイオンCr +++の少量の混合物を含むコランダム結晶Al2 O3。 1960年にT.Meiman（USA）によって設計されました。ネオジムNd、イットリウムアルミニウムガーネットY 2 Al 5 O 12を混合したガラスに、クロム、ネオジム、希土類元素をロッド状に混合したガラスも広く使用されています。。固体レーザーは通常、約10〜3秒間点滅するフラッシュランプによって励起され、レーザーパルスの長さは半分になります。時間の一部は逆集団の作成に費やされ、フラッシュの終わりに、光の強度が原子を励起するのに不十分になり、生成が停止します。レーザーパルスは複雑な構造をしており、約10〜5秒の間隔で区切られた、約10〜6秒の持続時間を持つ多くの個別のピークで構成されています。このいわゆる自由発電モードでは、パルス電力は数十キロワットに達する可能性があります。ポンプ光を増幅し、レーザーロッドのサイズを大きくするだけでは、出力を上げることは技術的に不可能です。したがって、レーザーパルスの出力は、その持続時間を短くすることによって増加します。このために、シャッターが共振器ミラーの1つの前に配置され、活性物質のほとんどすべての原子が上位レベルに移動するまでレーザー発振が開始されないようにします。その後、シャッターが短時間開かれ、蓄積されたすべてのエネルギーがいわゆるジャイアントパルスの形で表示されます。エネルギーの蓄えとフラッシュの持続時間に応じて、パルス電力は数メガワットから数十テラワット（10 12ワット）の範囲になります。

ガスレーザー。ガスレーザーの活性媒体は、低圧ガス（水銀柱100分の1から数ミリメートル）またはそれらの混合物がガラス管にはんだ付けされた電極を充填することです。ヘリウムとネオンの混合物に基づく最初のガスレーザーは、1960年にA. Javan、W。Bennett、およびD. Erriot（米国）によってルビーレーザーの直後に作成されました。ガスレーザーは、高周波発生器から供給される放電によって励起されます。それらは固体レーザーと同じ方法で放射線を生成しますが、ガスレーザーは原則として連続放射線を与えます。ガスの密度は非常に小さいので、活性媒体を備えた管の長さは、活性物質の質量が高い放射線強度を得るのに十分であるのに十分長くなければならない。

ガスレーザーには、ガスダイナミックレーザー、化学レーザー、エキシマレーザー（励起状態でのみ存在する分子の電子遷移で動作するレーザー）も含まれます。

ガスダイナミックレーザーはジェットエンジンに似ており、活性媒体ガスの分子を追加して燃料を燃焼させます。燃焼室では、ガス分子が励起され、超音速流で冷却されると、ガス流を横切って出てくる赤外線領域で高出力のコヒーレント放射の形でエネルギーを放出します。

化学レーザー（ガスダイナミックレーザーの変形）では、化学反応によって反転分布が形成されます。最高出力は、原子状フッ素と水素の反応に基づくレーザーによって開発されます。

液晶レーザー。これらのレーザー（色素レーザーとも呼ばれます）の活性媒体は、溶液の形をしたさまざまな有機化合物です。最初の色素レーザーは1960年代後半に登場しました。それらの作動物質の密度は、固体と気体の中間の場所を占めるため、活性物質を含む小さなサイズのセルで非常に強力な放射線（最大20 W）を生成します。それらはパルスモードと連続モードの両方で動作し、パルスランプとレーザーによって励起されます。色素分子の励起レベルは広いため、液体レーザーは一度に複数の周波数を放射します。また、キュベットを染料溶液に交換することで、レーザー放射を非常に広い範囲で調整できます。共振器を調整することにより、放射周波数のスムーズな調整が行われます。

半導体レーザー。このタイプの光量子発生器は、1962年にアメリカの研究者のいくつかのグループ（R. Hall、MI Neuthen、T。Kvistなど）によって同時に作成されましたが、彼の研究の理論的実証は1958年にNGBasovと彼の同僚によって行われました。最も一般的なレーザー半導体材料-ガリウムヒ素GaAr。

量子力学の法則によると固体中の電子は、多くの連続的に配置されたレベルからなる広いエネルギーバンドを占めます。価電子帯と呼ばれる下部のバンドは、エネルギー準位がない、いわゆる禁止バンドによって上部のバンド（伝導帯）から分離されています。半導体では、伝導帯が少なく、移動度が制限されていますが、熱運動の影響下で、個々の電子が価電子帯から伝導帯にジャンプし、その中に空の空間、つまり「正孔」を残すことができます。そして、エネルギーを持つ電子の場合 E eは自発的に伝導帯に戻り、エネルギーを持った穴と「再結合」します E d、これは、ある周波数の光子の禁止ゾーンからの放射を伴う n = Eええと- E e。半導体レーザーは定電流で励起されます（この場合、そのエネルギーの50〜ほぼ100％が放射線に変換されます）。共振器は通常、半導体結晶の研磨面です。

自然界のレーザー。自然起源のレーザーが宇宙で発見されました。反転分布は、凝縮したガスの巨大な星間雲で発生します。宇宙線、近くの星からの光などが汲み上げられます。活性媒体（ガス雲）の巨大な長さ（数億キロメートル）のため、栄養物理レーザーは共振器を必要としません：いくつかの波長範囲の刺激された電磁放射センチメートル（カニ星雲）からミクロン（星エタカリーナの近く）は、波の単一の通過でそれらに現れます。

レーザー放射の特性。

従来の熱放射源とは異なり、レーザーは多くの特別で非常に価値のある特性を持つ光を生成します。

1.レーザー放射はコヒーレントで、実質的に単色です。レーザーが登場する前は、十分に安定した送信機から放射される電波だけがこの特性を持っていました。そして、これにより、情報の転送と通信を実装するための可視光の範囲を習得することが可能になり、それによって単位時間あたりの送信情報の量が大幅に増加しました。

誘導放出が共振器の軸に沿って厳密に伝播するという事実により、レーザービームは弱く膨張します。その発散は数秒角です。

これらすべての品質により、レーザービームを非常に小さなスポットに集束させ、焦点で巨大なエネルギー密度を得ることができます。

2.高出力レーザー放射は非常に温度が高くなります。

平衡放射のエネルギー間の関係 Eこの頻度 nとその温度 Tプランクの放射の法則を定義します。これらの量の間の関係は、座標周波数（横座標）-エネルギー（縦座標）の曲線のファミリーの形をしています。各曲線は、特定の温度での発光スペクトルのエネルギー分布を示しています。レーザー放射は非平衡ですが、それにもかかわらず、そのエネルギーの値をプランクの式に代入します E体積と周波数の単位あたり n（またはグラフにそれらの値をプロットする）、放射温度を取得します。レーザー放射は実質的に単色であり、エネルギー密度（単位体積あたりの量）が非常に高くなる可能性があるため、放射温度は非常に高い値に達する可能性があります。たとえば、ペタワット（10 15 W）のオーダーの出力を持つパルスレーザーの放射温度は約1億度です。

レーザーの使用。

レーザー放射のユニークな特性により、量子発生器は科学技術のさまざまな分野で不可欠なツールになっています。

1.技術的なレーザー。強力な連続レーザーは、さまざまな材料で作られた部品の切断、溶接、ろう付けに使用されます。輻射温度が高いため、他の方法では接合できない材料（金属とセラミックなど）を溶接することができます。放射線の高い単色性により、1ミクロンのオーダーの直径を持つ点にビームを集束させることが可能になります（分散がないため、 CM..。振動と波）そしてそれをマイクロ回路の製造に使用します（いわゆるレーザースクライビングの方法-薄層の除去）。真空中または不活性ガス雰囲気で部品を処理する場合、レーザービームを透明な窓からプロセスチャンバーに導入できます。

完全に真っ直ぐなレーザービームは、便利な「定規」として機能します。測地学と建設では、パルスレーザーを使用して地上の距離を測定し、光パルスが2点間を移動するまでの距離を計算します。業界での正確な測定は、製品の端面から反射されたレーザービームの干渉を使用して行われます。

2.レーザー通信。レーザーの出現は、通信技術と情報記録に革命をもたらしました。簡単なルールがあります。通信チャネルの搬送周波数が高い（波長が短い）ほど、その帯域幅は広くなります。そのため、最初は長波の範囲を習得していた無線通信が、次第に短波長に切り替わりました。しかし、光は電波と同じ電磁波であり、数万分の1であるため、レーザービームは高周波無線チャネルの数万倍の情報を送信できます。レーザー通信は光ファイバーを介して実行されます。細いガラスフィラメントでは、内部全反射により、光が数百キロメートルにわたって実質的に損失なく拡散します。レーザービームは、CDに画像（動くものを含む）と音声を記録および再生するために使用されます。

3.医学におけるレーザー . レーザー技術は、手術と治療の両方で広く使用されています。剥離した網膜は、瞳孔を通して導入されたレーザービームで「溶接」され、眼底の欠陥が矯正されます。「レーザーメス」を使用して行われる外科手術は、生体組織にとってそれほど外傷性ではありません。また、低出力のレーザー照射は創傷治癒を促進し、東洋医学で行われている鍼治療（レーザー鍼治療）と同様の効果があります。

4.科学研究におけるレーザー . 放射線の温度が非常に高く、エネルギーの密度が高いため、熱い星の腸にのみ存在する極端な状態の物質を研究することができます。レーザービームのシステムで重水素とトリチウムの混合物でアンプルを絞ることによって熱核反応を実行する試みがなされています（いわゆる慣性熱核融合）。遺伝子工学およびナノテクノロジー（特徴的なサイズが10〜9 mの物体を扱う技術）では、レーザービームが遺伝子の断片、生体分子、および100万分の1ミリメートル（10〜9 m）の部分を切断、移動、接続します。）。レーザーロケーター（ライダー）は、大気を研究するために使用されます。

5.軍用レーザー。レーザーの軍事用途には、標的の検出と通信への使用と、武器としての使用の両方が含まれます。地上または軌道上の強力な化学レーザーおよびエキシマレーザーのビームを使用して、敵の戦闘衛星および航空機を破壊または無効にすることが計画されています。軍事軌道ステーションの乗組員を武装させるためのレーザーピストルのサンプルが作成されました。

20世紀半ばに登場したレーザーは、半世紀前の電気やラジオと同じ役割を人類の生活にもたらしたと言っても過言ではありません。

セルゲイ・トランコフスキー

「レーザー放射」

序章

レーザー放射は、20世紀の最も興味深い科学的および技術的成果の1つです。レーザーの誕生は、科学技術光学の復活と完全に新しい産業の発展につながりました。従来の熱放射源とは異なり、レーザーは多くの特別で非常に価値のある特性を持つ光を生成します。
レーザー放射がコヒーレントで実質的に単色であることが重要です。レーザーが登場する前は、十分に安定した送信機から放射される電波だけがこの特性を持っていました。そして、これにより、情報の転送と通信を実装するための可視光の範囲を習得することが可能になり、それによって単位時間あたりの送信情報の量が大幅に増加しました。
誘導放出が共振器の軸に沿って厳密に伝播するという事実により、レーザービームは弱く膨張します。その発散は数秒角です。 1
これらのリストされた品質により、レーザービームを非常に小さなスポットに集束させ、焦点で巨大なエネルギー密度を得ることができます。高出力レーザー放射は、途方もない温度を持っています。たとえば、1015Wのパルスレーザーの放射温度は約1億度です。これらの特性により、レーザーは科学、技術、医学のさまざまな分野で応用されています。宇宙通信にレーザー放射を使用することは、長距離をミリメートルの精度で測定する光レーダーで、光ファイバーを介してテレビやコンピューターの信号を送信するために非常に有望です。レーザーは、CD、製品バーコードから情報を読み取るために使用されます。低強度レーザーのビームの助けを借りて、外科手術を行うことが可能であり、例えば、眼底から剥離した網膜を「溶接」して、血管手術を行うことができる。レーザーを使用した材料の加工では、溶接、切断、非常に小さな穴の高精度な穴あけが行われます。制御された熱核反応の実施のための高出力レーザー放射の使用は有望です。レーザービームは完全な直線を作成するため、レーザーは地形調査にも使用されます。イギリス海峡下のトンネルの方向は、レーザー光線によって設定されました。レーザー放射の助けを借りて、ホログラフィック三次元体積画像が取得されます。計測学では、レーザーは長さ、速度、圧力を測定するために使用されます。レーザーの作成は、応用研究における基本的な物理法則の使用の結果です。それは技術と技術の様々な分野で途方もない進歩をもたらしました。レーザーの作成は、光伝送システムの開発における決定要因になっています。上記は、この研究における研究の関連性を決定します。
この作業の目的は、レーザー放射を研究することです。この作業の目的は、次のことを検討することです。
-レーザー放射の特性;
-レーザーの出現と改善の簡単な歴史;
-レーザーの光源、特性、種類。
-レーザー放射の有害な影響;
-レーザー安全クラスと保護具。

1.レーザー技術

レーザー技術はまだ非常に若く、半世紀も経っていません。しかし、この非常に短い時間で、レーザーは好奇心旺盛な実験装置から科学研究の手段、そして産業で使用される機器に変わりました。レーザーが機能しない現代の技術のそのような領域を見つけることは困難です。それらの放射線は、正確な測定のために、情報の伝達、記録、および読み取りに使用されます。それらは医学、外科および治療に不可欠です。多くの科学者は、レーザーが人間の生活にもたらした劇的な変化は、19世紀末の電気の産業利用の結果に類似していると信じています。
レーザー技術の大きな可能性は、レーザー放射の特殊な特性によって説明されます。その性質は、量子力学によって研究されています。レーザーで行われるプロセスを説明するのはその法則であるため、光量子発生器とも呼ばれます。
したがって、光は原子によって放出される特別な粒子の流れです-光子、または電磁放射の量子。それらは、物質の粒子としてではなく、波のセグメントとして考えられるべきです。各光子は、原子によって放出されるエネルギーの厳密に定義された部分を運びます。 2
放出された光子は完全に同一であり、それらの周波数は等しく、位相は同じです。それらが2つの励起された原子に出会うと、4つの光子が存在し、8、16などになります。区別できない光子のなだれが現れ、いわゆる単色（1色）コヒーレント放射を形成します。この誘導放出には、いくつかの興味深い特性があります。
レーザー放射は非常に高温です。その値は放射パワーに依存し、時には数百万度に達します。
この場合、レーザーは1つの周波数、1つの波長でエネルギーを放出します。以前は、このような単色光は電波範囲でしか受信されていませんでした。非常に小さな白熱物質から放出される光は、常に非常に異なる周波数の波で構成されています。このため、たとえば、光学では、無線エンジニアが12年以上使用している、狭く方向付けられた集束された放射線ビームを作成することはできませんでした。
また、レーザー光は非常に安定しています。レーザーによって生成された電磁波は、変化することなく何キロメートルも伝播します。その振幅、周波数、および位相は、非常に長い間一定に保つことができます。この品質は、高い空間的および時間的コヒーレンスと呼ばれます。
レーザー放射のこれらの3つの機能は、さまざまな技術的問題の解決において、さまざまな技術分野での応用が見出されています。いずれの場合も、適切なタイプのレーザーと必要な出力を選択できます。 3

2.レーザーの特性

2.1レーザーファミリーの誕生

コヒーレント放射線を取得する方法は、アルバートアインシュタインが誘導放出の現象を予測した1918年に概説されました。原子が励起状態にある環境を作成し、「コヒーレント光子の弱い流れをその中に送ると、その強度は増加します。 50年代初頭。ロシアの研究者ニコライ・ゲナディエビッチ・バソフ、アレクサンドル・ミハイロビッチ・プロホロフ、そしてそれらとは独立して、アメリカの物理学者チャールズ・ハード・タウンズは、アンモニア分子に基づく高周波電波の増幅器を作成しました。仕事に必要な励起された分子は、複雑な構成の電場によってガスの流れから取り出されました。生まれたばかりのデバイスはメーザーと名付けられました。
1960年、アメリカの物理学者セオドア・ハロルド・メイマンは、光学範囲で最初の量子発生器であるレーザーを設計しました。光の増幅は、クロムの少量の混合物を含む透明な種類の酸化アルミニウムのルビー結晶で発生しました（この材料は、3年前にN.G.BasovとA.M.Prokhorovによって指摘されました）。レーザーは、長さ約4 cm、直径5mmの液体窒素冷却ルビーロッドを使用しました。ロッドの銀色の端は鏡として機能し、そのうちの1つは半透明でした。エネルギーは強力なフラッシュランプによって結晶に送り込まれました。高エネルギー光子の流れがクロム原子を励起状態に移行させました。高エネルギー準位の1つでは、原子は平均0.003秒遅れ、原子スケールでの時間は膨大です。この期間中、一部の原子は自発的に光子を放出する時間があります。それらのフラックスは、ミラー間を繰り返し流れ、すべての励起された原子に光量子を放出させます。その結果、光のフラッシュが生まれます-数万ワットのパワーを持つレーザーパルス。今日、レーザーロッドはさまざまな材料で作られていますが、ほとんどの場合、ルビー、ガーネット、ガラスにレアメタル（ネオジムなど）を混ぜたものです。一部の固体レーザー（ガーネットなど）は、毎秒数百、数千のパルスを生成します。 4
そして同じ1960年に、アメリカの物理学者A Javan、B Bepnet、D。Herriotは、ヘリウムとネオンの混合物で動作するガスレーザーを作成しました。このレーザーは、もはやパルスではなく、継続的に赤色光を放出しました。ガスの混合物は非常によく選択されているため、ヘリウムネオンレーザーは他の多くのガスや蒸気からの放射を達成することができましたが、依然として最も一般的なコヒーレント光源です。エネルギーは、光る放電によってガス混合物に送り込まれます。ビームの色は、レーザーが作動するガスまたは蒸気の組成によって異なります。たとえば、アルゴンは青色光、クリプトンイエロー、キセノン、銅蒸気緑色を発します。二酸化炭素と水蒸気の不可視テスト（赤外線）光線。
ガスレーザーのファミリーには、励起された分子が事前に準備されていないが、放射の瞬間にすぐに現れる量子発生器も含まれています。これらはいわゆるガスダイナミックレーザーと化学レーザーであり、連続モードで数百キロワット、さらには数十メガワットの巨大な出力を発生します。
ガスダイナミックレーザーはジェットエンジンに似ています。そこから逃げる高度に加熱されたガスの分子は、光放射の形でエネルギーを放出します。化学レーザーでは、励起された分子は化学反応によって生成されます。それらの中で最もエネルギッシュなのは、原子状フッ素と水素の組み合わせです。
連続放射も液体レーザーによって生成されます。それらの作動物質は、例えば、ネオジム塩およびアニリン化合物の溶液である。アニリン化合物は布地の染色に使用されるため、それらに基づくジェネレーターは色素レーザーと呼ばれます。より安定したレーザー操作のために、液体は冷蔵庫を通過することができます。
最小のレーザーは半導体です。数十個のレーザーをマッチ箱に入れることができ、誘導放出が発生する物質の体積は1000分の1立方ミリメートルを超えません。エネルギーは電流によって半導体に送り込まれます。その半分以上が光に「変わり」ます。つまり、これらのレーザーの効率は50％以上に達する可能性があります。

2.2レーザーの種類

1）固体レーザー。
最初の固体活性媒体はルビーでした-クロムイオンCr +++の少量の混合物を含むコランダム結晶Al2O3。 1960年にT.Meiman（USA）によって設計されました。ネオジムNd、イットリウムアルミニウムガーネットY 2 Al 5 O 12を混合したガラスに、クロム、ネオジム、希土類元素をロッド状に混合したガラスも広く使用されています。。固体レーザーは通常、約10〜3秒間点滅するフラッシュランプによって励起され、レーザーパルスの長さは半分になります。時間の一部は逆集団の作成に費やされ、フラッシュの終わりに、光の強度が原子を励起するのに不十分になり、生成が停止します。レーザーパルスは複雑な構造をしており、約10〜5秒の間隔で区切られた、約10〜6秒の持続時間を持つ多数の個別のピークで構成されています。このいわゆる自由発電モードでは、パルス電力は数十キロワットに達する可能性があります。ポンプ光を増幅し、レーザーロッドのサイズを大きくするだけでは、出力を上げることは技術的に不可能です。したがって、レーザーパルスの出力は、その持続時間を短くすることによって増加します。このために、シャッターが共振器ミラーの1つの前に配置され、活性物質のほとんどすべての原子が上位レベルに移動するまでレーザー発振が開始されないようにします。その後、シャッターが短時間開かれ、蓄積されたすべてのエネルギーがいわゆるジャイアントパルスの形で表示されます。エネルギーの蓄えとフラッシュの持続時間に応じて、パルス電力は数メガワットから数十テラワット（1012ワット）の範囲になります。 5
2）ガスレーザー。
ガスレーザーの活性媒体は、低圧ガス（水銀柱100分の1から数ミリメートル）またはそれらの混合物がガラス管にはんだ付けされた電極を充填することです。ヘリウムとネオンの混合物に基づく最初のガスレーザーは、1960年にA. Javan、W。Bennett、およびD. Herriot（米国）によってルビーレーザーの直後に作成されました。ガスレーザーは、高周波発生器から供給される放電によって励起されます。それらは固体レーザーと同じ方法で放射線を生成しますが、ガスレーザーは原則として連続放射線を与えます。ガスの密度は非常に小さいので、活性媒体を備えた管の長さは、活性物質の質量が高い放射線強度を得るのに十分であるのに十分長くなければならない。
ガスレーザーには、ガスダイナミックレーザー、化学レーザー、エキシマレーザー（励起状態でのみ存在する分子の電子遷移で動作するレーザー）も含まれます。
ガスダイナミックレーザーはジェットエンジンに似ており、活性媒体ガスの分子を追加して燃料を燃焼させます。燃焼室では、ガス分子が励起され、超音速流で冷却されると、ガス流を横切って出てくる赤外線領域で高出力のコヒーレント放射の形でエネルギーを放出します。
3）化学レーザー。
化学レーザー（ガスダイナミックレーザーの変形）では、化学反応によって反転分布が形成されます。最高出力は、原子状フッ素と水素の反応に基づくレーザーによって開発されます。
4）液体レーザー。
これらのレーザー（色素レーザーとも呼ばれます）の活性媒体は、溶液の形をしたさまざまな有機化合物です。最初の色素レーザーは1960年代後半に登場しました。それらの作動物質の密度は、固体と気体の中間の場所を占めるため、活性物質を含む小さなサイズのセルで非常に強力な放射線（最大20 W）を生成します。それらはパルスモードと連続モードの両方で動作し、パルスランプとレーザーによって励起されます。色素分子の励起レベルは広いため、液体レーザーは一度に複数の周波数を放射します。また、キュベットを染料溶液に交換することで、レーザー放射を非常に広い範囲で調整できます。共振器を調整することにより、放射周波数のスムーズな調整が行われます。
5）半導体レーザー。
このタイプの光量子発生器は、1962年にアメリカの研究者のいくつかのグループ（R. Hall、M.I。の一般的なレーザー半導体材料-ガリウムヒ素GaAr）によって同時に作成されました。 6
量子力学の法則に従って、固体内の電子は、多くの連続的に配置されたレベルからなる広いエネルギーバンドを占めます。価電子帯と呼ばれる下部のバンドは、エネルギー準位がない、いわゆる禁止バンドによって上部のバンド（伝導帯）から分離されています。半導体では、伝導帯が少なく、移動度が制限されていますが、熱運動の影響下で、個々の電子が価電子帯から伝導帯にジャンプし、その中に空の空間、つまり「正孔」を残すことができます。そして、エネルギーEeの電子が自発的に伝導帯に戻ると、エネルギーEdの正孔と「再結合」します。これには、周波数n = Ee-Edの光子の禁止ゾーンからの放射が伴います。半導体レーザーは定電流で励起されます（この場合、そのエネルギーの50〜ほぼ100％が放射線に変換されます）。共振器は通常、半導体結晶の研磨面です。
6）自然界のレーザー。
自然起源のレーザーが宇宙で発見されました。反転分布は、凝縮したガスの巨大な星間雲で発生します。宇宙線、近くの星からの光などが汲み上げられます。活性媒体（ガス雲）の巨大な長さ（数億キロメートル）のため、栄養物理レーザーは共振器を必要としません：いくつかの波長範囲の刺激された電磁放射センチメートル（カニ星雲）からミクロン（星エタカリーナの近く）は、波の単一の通過でそれらに現れます。

2.3レーザー放射の特性

従来の熱放射源とは異なり、レーザーは多くの特別で非常に価値のある特性を持つ光を生成します。 7
1.レーザー放射はコヒーレントで、実質的に単色です。レーザーが登場する前は、十分に安定した送信機から放射される電波だけがこの特性を持っていました。誘導放出が共振器の軸に沿って厳密に伝播するという事実により、レーザービームは弱く膨張します。その発散は数秒角です。
これらのリストされた品質により、レーザービームを非常に小さなスポットに集束させ、焦点で巨大なエネルギー密度を得ることができます。
2.高出力レーザー放射は非常に温度が高くなります。たとえば、ペタワット（1015 W）のオーダーの出力を持つパルスレーザーの放射温度は約1億度です。
レーザー放射のこれらのユニークな特性により、量子発生器は科学技術のさまざまな分野で不可欠なツールになっています。
1.技術的なレーザー。強力な連続レーザーは、さまざまな材料で作られた部品の切断、溶接、ろう付けに使用されます。輻射温度が高いため、他の方法では接合できない材料（金属とセラミックなど）を溶接することができます。放射線の単色性が高いため、ビームをミクロンオーダーの直径の点に集束させ、マイクロ回路の製造に使用することができます（いわゆるレーザースクライビングの方法-薄層の除去）。真空中または不活性ガス雰囲気で部品を処理する場合、レーザービームを透明な窓からプロセスチャンバーに導入できます。
2.レーザー通信。レーザーの出現は、通信技術と情報記録に革命をもたらしました。簡単なルールがあります。通信チャネルの搬送周波数が高い（波長が短い）ほど、その帯域幅は広くなります。そのため、最初は長波の範囲を習得していた無線通信が、次第に短波長に切り替わりました。しかし、光は電波と同じ電磁波であり、数万分の1であるため、レーザービームは高周波無線チャネルの数万倍の情報を送信できます。レーザー通信は光ファイバーを介して実行されます。細いガラスフィラメントでは、内部全反射により、光が数百キロメートルにわたって実質的に損失なく拡散します。レーザービームは、CDに画像（動くものを含む）と音声を記録および再生するために使用されます。
3.医学におけるレーザー。レーザー技術は、手術と治療の両方で広く使用されています。剥離した網膜は、瞳孔を通して導入されたレーザービームで「溶接」され、眼底の欠陥が矯正されます。「レーザーメス」を使用して行われる外科手術は、生体組織にとってそれほど外傷性ではありません。また、低出力のレーザー照射は創傷治癒を促進し、東洋医学で行われている鍼治療（レーザー鍼治療）と同様の効果があります。
4.科学研究におけるレーザー。放射線の温度が非常に高く、エネルギーの密度が高いため、熱い星の腸にのみ存在する極端な状態の物質を研究することができます。レーザービームのシステムで重水素とトリチウムの混合物でアンプルを絞ることによって熱核反応を実行する試みがなされています（いわゆる慣性熱核融合）。遺伝子工学およびナノテクノロジー（特徴的なサイズが10〜9 mの物体を扱う技術）では、レーザービームが遺伝子の断片、生体分子、および100万分の1ミリメートル（10〜9 m）の部分を切断、移動、接続します。）。レーザーロケーター（ライダー）は、大気を研究するために使用されます。
5.軍用レーザー。レーザーの軍事用途には、標的の検出と通信への使用と、武器としての使用の両方が含まれます。地上または軌道上の強力な化学レーザーおよびエキシマレーザーのビームを使用して、敵の戦闘衛星および航空機を破壊または無効にすることが計画されています。軍事軌道ステーションの乗組員を武装させるためのレーザーピストルのサンプルが作成されました。

3.レーザー放射の有害な影響のメカニズム

通常レーザー光線にさらされる組織と器官は目と皮膚です。レーザー照射によって引き起こされる組織損傷には、主に3つのタイプがあります。これらは、熱効果、光化学的効果、および音響過渡効果です（目だけが影響を受けます）。熱効果は任意の波長で発生する可能性があり、組織の血流の冷却電位への放射または光の曝露の結果です。
空気中では、光化学効果は紫外線と紫外線で200〜400 nm、紫色の波長で400〜470nmで発生します。光化学的効果は、放射線の持続時間と繰り返し率に関連しています。
パルス持続時間に関連する音響過渡効果は、特定のレーザー波長に応じて、短いパルス持続時間（最大1ミリ秒）で発生する可能性があります。一時的な影響の音響曝露はよくわかっていませんが、網膜への熱傷とは異なり、網膜に損傷を与える可能性があります。
眼への潜在的な損傷は、レーザーの波長に直接関係しています。 300nmより短い波長または1400nmを超える波長は角膜に影響を与えます。 300〜400 nmの波長は、房水、虹彩、水晶体、硝子体液に影響を与えます。 400 nm〜1400 nmの波長は、網膜に向けられています。 8
網膜へのレーザー損傷は、眼からの焦点利得（光学利得）が約105であるため、非常に大きくなる可能性があります。これは、眼を通る1 mW / cm2からの放射線が効果的に100mW / cm2に増加することを意味します。網膜に到達します。
目の熱傷により、網膜の血管の冷却機能が損なわれます。熱的要因の損傷効果の結果として、血管の損傷の結果として硝子体の出血が発生する可能性があります。
網膜は軽度の損傷から回復する可能性があるため、黄斑網膜への根本的な損傷は、一時的または永続的な視力の喪失または完全な失明を引き起こす可能性があります。紫外線照射による角膜への光化学的損傷は、光角膜結膜炎（しばしば溶接工病または雪盲と呼ばれる）につながる可能性があります。これらの痛みを伴う状態は、非常に衰弱させる痛みを伴って数日間続く可能性があります。長期の放射線被曝は白内障の形成につながる可能性があります。
曝露の合計時間も眼の外傷に影響します。たとえば、可視波長（400〜700 nm）のレーザーのビームパワーが1.0 MW未満で、露光時間が0.25秒（人が目を閉じるのにかかる時間）未満の場合、次のようになります。網膜への損傷はありません。クラス1、2A、および2のレーザーはこのカテゴリーに分類され、通常、網膜に害を及ぼすことはありません。残念ながら、クラス3A、3B、または4のレーザーからの直接または間接のヒット、およびクラス4より高いレーザーからの拡散反射は、人が反射的に目を閉じる前に損傷を引き起こす可能性があります。
パルスレーザーの場合、パルス持続時間は目に害を及ぼす可能性にも影響します。網膜に当たったときの脈拍が1ミリ秒未満の場合、音響過渡効果が発生し、予想される熱損傷に加えて、重大な損傷や出血が発生する可能性があります。現在、多くのパルスレーザーのパルス時間は1ピコ秒未満です。
ANSI規格は、（特定の条件下で）影響を与えることなく眼にレーザーを照射するための最大許容出力を指定しています。
レーザーによる皮膚の損傷は、主に2つのカテゴリに分類されます。高出力レーザービームへの急性曝露による熱傷（火傷）と、散乱紫外線レーザー放射への慢性曝露による光化学物質による損傷です。熱傷は、ビームとの直接接触またはその鏡面反射から生じる可能性があります。痛みはありますが、これらの怪我は通常深刻ではなく、適切なレーザービーム制御で簡単に防ぐことができます。光化学的損傷は、直接光、鏡面反射、さらには拡散反射への曝露から時間の経過とともに発生する可能性があります。影響は軽微かもしれませんが、重度の火傷を負う可能性があり、長時間の曝露は皮膚がんの形成に寄与する可能性があります。皮膚や目を保護するために、安全性の高いゴーグルや衣服が必要になる場合があります。レーザーを使用する場合は、レーザー放射から保護するゴーグルが必要です。 15mWのレーザーでも保護ゴーグルが必要です。保護ゴーグルがないと、目が非常に疲れます。
ガラスのレーザー保護の程度は、OD（光学濃度）で測定されます。光学密度は、ガラスが光を減衰させる回数を示します。 1つは「10回」を意味します。したがって、「光学濃度3」は、1000倍、100万分の6の減衰を意味します。可視レーザーの正しい光学密度は、レーザーが直接当たった後もクラスIIのパワーが残るようなものです（最大約1mW）。
国産眼鏡ZN-22C3-C22は、赤色および一部の赤外線レーザーから保護します。それらは溶接機のゴーグルに似ていますが、青いガラスを持っています。科学研究、産業、医療通信などでのレーザー放射線源の広範な使用に関連して、さまざまなレーザー設備を操作する人々の健康を維持する必要があります。 9
レーザーは、コヒーレント放射のソースです。つまり、選択されたビームの形で時間と空間で調整された光子の動きです。視覚装置への影響の性質とレーザーの損傷効果の程度は、放射エネルギー密度、放射波長（パルスまたは連続）に依存します。皮膚の損傷の性質は皮膚の色に依存します。たとえば、色素沈着した皮膚は、色素沈着していない皮膚よりもはるかに強くレーザー放射を吸収します。明るい肌は、入射放射線の最大40％を反射します。レーザー放射の作用下で、呼吸器系、消化器系、心臓血管系、内分泌系の多くの望ましくない変化が検出されました。場合によっては、神経系への影響の結果として、これらの一般的な臨床症状は非常に持続します。
レーザー照射の最も生物学的に危険なスペクトル範囲の影響を特徴づけましょう。赤外線領域では、「最短」の波（0.7〜1.3ミクロン）のエネルギーが、皮膚や目の透明な媒体に比較的深い深さまで浸透する可能性があります。侵入深さは、入射放射線の波長に依存します。 0.75〜1.3 µmの波長で透明度の高い領域は、1.1 µmの領域で最大の透明度を持ちます。この波長では、皮膚の表層に降り注ぐエネルギーの20％が5mmの深さまで皮膚に浸透します。さらに、高度に色素沈着した皮膚では、侵入深さはさらに大きくなる可能性があります。それにもかかわらず、人間の皮膚は、血液循環による熱を放散し、表面からの水分の蒸発によって組織の温度を下げることができるため、赤外線に非常によく抵抗します。
しかし、赤外線から目を保護することははるかに困難であり、熱は実質的にそれらの中で放散されず、網膜に放射を集中させるレンズは、生物学的影響の効果を高めます。これらすべてにより、レーザーを使用する場合は目の保護に特別な注意を払う必要があります。角膜は、0.75〜1.3ミクロンの波長範囲の放射に対して透明であり、2ミクロンを超える波長に対してのみ実質的に不透明になります。
角膜への熱損傷の程度は、吸収された放射線量に依存し、主に表面の薄い層が損傷します。 1.2〜1.7ミクロンの波長範囲で、放射エネルギーの値が最小放射線量を超えると、保護上皮層が完全に破壊される可能性があります。瞳孔のすぐ後ろにある領域のこのような組織の変性は、視覚器官の状態に深刻な影響を与えることは明らかです。
高度に着色された虹彩は、ほとんどすべての赤外線範囲を吸収することに留意する必要があります。放射線は角膜と前眼房の水性液体によってほとんど保持されないため、0.8〜1.3ミクロンの波長の放射線の作用に特に強く影響を受けます。
虹彩に損傷を与える可能性のある、0.8〜1.1ミクロンの波長範囲での放射エネルギー密度の最小値は4.2 J / cm2です。角膜と虹彩への同時損傷は常に深刻であり、したがって最も危険です。 10
角膜に入射する赤外線領域の放射エネルギーの眼の媒体による吸収は、波長の増加とともに増加します。 1.4〜1.9ミクロンの波長では、角膜と前眼房がほとんどすべての入射放射線を吸収し、1.9ミクロンを超える波長では、角膜が唯一の放射線エネルギーの吸収体になります。
レーザーエネルギーの許容レベルを評価するときは、眼、網膜、脈絡膜の透明な媒体に生じる全体的な影響を考慮する必要があります。目の網膜に対するレーザー放射の影響を推定してみましょう。
レーザー照射の危険性を予測する際には、以下を考慮する必要があります。
等.................

連邦鉄道機関

連邦州の予算

高等専門教育の教育機関

「モスクワ州立大学のコミュニケーション」

運輸技術制御システム研究所

部門「輸送工学と車両修理の技術」

概要

分野で：「電気物理的および電気化学的処理方法」

トピック：「レーザーの種類と特徴」

序章

レーザーの発明は、20世紀の科学技術の最も優れた成果の1つです。最初のレーザーは1960年に登場し、レーザー技術の急速な発展がすぐに始まりました。短期間で、特定の科学的および技術的問題を解決するために設計された、さまざまなタイプのレーザーおよびレーザーデバイスが作成されました。レーザーは、国民経済の多くの分野ですでに確固たる地位を獲得しています。学者A.P.としてアレクサンドロフ、今ではすべての男の子がレーザーという言葉を知っています ..。それでも、レーザーとは何ですか、それはどのように面白くて便利ですか？レーザー科学の創始者の1人-量子エレクトロニクス-AcademicianN.G。バソフはこの質問に次のように答えます。レーザーは、熱、化学、電気などのエネルギーが電磁場のエネルギー、つまりレーザービームに変換されるデバイスです。このような変換では、必然的にエネルギーの一部が失われますが、重要なのは、結果として得られるレーザーエネルギーが比類のない高品質であることです。レーザーエネルギーの品質は、その高濃度とかなりの距離を透過する可能性によって決まります。レーザービームは、光の波長のオーダーの直径の小さな斑点に焦点を合わせ、今日の核爆発のエネルギー密度を超えるエネルギー密度を得ることができます。

レーザー放射の助けを借りて、温度、圧力、および磁場の強さの最高値を達成することはすでに可能です。最後に、レーザービームは最も容量の大きい情報キャリアであり、この役割において、その送信と処理の根本的に新しい手段です。 ..。現代の科学技術におけるレーザーの普及は、レーザー放射の特定の特性によって説明されます。レーザーはコヒーレント光発生器です。他の光源（たとえば、白熱灯や蛍光灯）とは異なり、レーザーは、ライトフィールドの高度な秩序化、または、彼らが言うように、高度なコヒーレンスを特徴とする光放射を生成します。このような放射は非常に単色で指向性があります。今日、レーザーは現代の生産でうまく機能しており、さまざまなタスクに対処しています。彼らは、レーザービームで布や鋼板を切断し、車体を溶接し、電子機器の最小部品を溶接し、壊れやすく超硬な材料に穴を開けます。さらに、材料のレーザー加工は、他のタイプの加工と比較して効率と競争力を高めることを可能にします。科学研究（物理的、化学的、生物学的）におけるレーザーの応用分野は絶えず拡大しています。

レーザーの驚くべき特性-放射線の非常に高いコヒーレンスと指向性、スペクトルの可視、赤外線、紫外線領域で高強度のコヒーレント波を生成する可能性、連続モードとパルスモードの両方で高いエネルギー密度を得る可能性-すでに夜明け量子エレクトロニクスの研究は、実用的な目的のためのそれらの幅広い応用の可能性を示しました。レーザー技術は創業以来、非常に速いペースで発展してきました。新しいタイプのレーザーが登場すると同時に、古いレーザーが改良されています。さまざまな特定の目的に必要な一連の特性を備えたレーザー設備や、さまざまな種類のビーム制御デバイスが作成され、測定技術がますます向上しています。。これが、レーザーが国民経済の多くの部門、特に機械や機器の製造に深く浸透した理由です。

レーザー法の開発、言い換えれば、レーザー技術は、現代の生産の効率を大幅に向上させることに特に注意する必要があります。レーザー技術は、生産プロセスの最も完全な自動化を可能にします。

今日のレーザー技術の進歩は非常に印象的です。明日はさらに壮大な成果を約束します。レーザーには多くの希望があります。3次元シネマの作成から、超長距離地上および水中光通信の確立、光合成の秘密の解明、制御された熱核反応の実装などの地球規模の問題の解決まで。、大容量メモリと高速情報入出力デバイスを備えたシステムの出現。

1.レーザーの分類

増幅器と発電機の2種類のレーザーを区別するのが通例です。増幅器の出力では、遷移周波数の重要でない信号が入力に到達すると（そしてそれ自体がすでに励起状態になっている場合）、レーザー放射が現れます。励起された粒子を刺激してエネルギーを放出するのはこの信号です。雪崩のような増加が発生します。したがって、入力には弱い放射があり、出力では増幅されます。これはジェネレーターには当てはまりません。その入力では、遷移周波数の放射線はもはや供給されませんが、むしろ励起し、さらに、活性物質を過剰に励起します。さらに、活性物質が過励起状態にある場合、1つまたは複数の粒子が上位レベルから下位レベルに自発的に遷移する確率が大幅に増加します。これにより、誘導放出が発生します。

レーザーの分類への2番目のアプローチは、活性物質の物理的状態に関連しています。この観点から、レーザーは、半導体遷移が活性物質として使用される場合、固体（たとえば、ルビー、ガラス、またはサファイア）、気体（たとえば、ヘリウムネオン、アルゴンなど）、液体です。その場合、レーザーは半導体と呼ばれます。

分類への3番目のアプローチは、活性物質が励起される方法に関連しています。次のレーザーがあります：光放射による励起、電子流による励起、太陽エネルギーによる励起、爆発するワイヤーのエネルギーによる励起、化学エネルギーによる励起、核放射による励起。レーザーは、放出されるエネルギーの性質とそのスペクトル組成によっても区別されます。エネルギーがパルスで放出される場合、それらはパルスレーザーについて話します。連続する場合、そのレーザーは連続放射を伴うレーザーと呼ばれます。半導体など、動作モードが混在するレーザーがあります。レーザー放射が狭い範囲の波長に集中している場合、そのレーザーは単色と呼ばれ、広い範囲にある場合、それは広帯域レーザーと呼ばれます。

別のタイプの分類は、出力電力の概念の使用に基づいています。 106 Wを超える連続（平均）出力のレーザーは、高出力レーザーと呼ばれます。 105〜103 Wの範囲の出力で、中出力のレーザーを使用できます。出力電力が10-3W未満の場合、低出力レーザーと言えます。

オープンミラー共振器の設計に応じて、一定のQスイッチを備えたレーザーと変調されたQスイッチを備えたレーザーが区別されます。このようなレーザーでは、ミラーの1つを特に軸上に配置できます。このミラーを回転させる電気モーター。この場合、共振器のQ値は、ゼロから最大値まで周期的に変化します。このようなレーザーは、Q変調レーザーと呼ばれます。

2.レーザーの特性

レーザーの特徴の1つは、放出されるエネルギーの波長です。レーザー放射の波長範囲は、X線から遠赤外線まで広がります。 10-3から102ミクロンまで。 100ミクロンの領域の後ろには、比喩的に言えば、処女地開拓地 ..。しかし、それは無線通信士によって習得されているミリメートルセクションにしか拡張されていません。この未開発地域は継続的に狭まりつつあり、近い将来に開発が完了することが期待されています。異なるタイプの発電機が占める割合は同じではありません。ガス量子発生器の最も広い範囲。

パルスエネルギーは、レーザーのもう1つの重要な特性です。ジュールで測定され、固体発電機の最高値である約103Jに達します。3番目の特性は電力です。継続的に放出するガス発生器の電力定格は10-3から102ワットです。活性媒体としてヘリウムネオン混合物を使用する発電機は、ミリワットの電力を持っています。 CO2発生器の電力は約100ワットです。ソリッドステート発電機では、電力について話すことは非常に理にかなっています。たとえば、1 Jの放射エネルギーを1秒間隔で集中させると、電力は1Wになります。しかし、ルビー発電機の放射の持続時間は10-4秒であるため、電力は10,000 W、つまり 10kW。パルス幅が光学シャッターによって10-6秒に短縮された場合、電力は106 W、つまりメガワット。これは制限ではありません！パルスエネルギーを103Jに増やし、その持続時間を10-9 sに減らすと、電力は1012Wに達します。そして、これは非常に強力です。金属のビーム強度が105W / cm2に達すると、金属が溶け始め、107 W / cm2の強度で金属が沸騰し、109 W / cm2でレーザー放射が蒸気を強くイオン化し始めることが知られています。物質の、それらをプラズマに変換します。

レーザーのもう1つの重要な特性は、レーザービームの発散です。ガスレーザーは最も狭いビームを持っています。それは数分に相当します。固体レーザーのビーム発散は約1〜3度です。半導体レーザーには、放射のローブ開口があります。一方の平面では約1度、もう一方の平面では約10〜15度の角度です。

レーザーのもう1つの重要な特性は、放射が集中する波長範囲です。単色性。ガスレーザーは非常に高い単色性を持っています、それは10-10です、すなわち。以前は周波数標準として使用されていたガス放電ランプよりも大幅に高くなっています。固体レーザー、特に半導体レーザーは、放射にかなりの周波数範囲があります。つまり、それらは高度に単色ではありません。

レーザーの非常に重要な特性は効率です。固体では1〜3.5％、ガスでは1〜15％、半導体では40〜60％です。同時に、レーザーの効率を上げるために可能なすべての対策が講じられています。これは、効率が低いとレーザーを4〜77 Kの温度に冷却する必要があり、これにより機器の設計がすぐに複雑になるためです。

2.1固体レーザー

固体レーザーは、パルス波と連続波に分けられます。パルスレーザーの中で、ルビーとネオジムガラスをベースにしたデバイスがより一般的です。ネオジムレーザーの波長はl =1.06μmです。これらのデバイスは比較的大きなロッドであり、その長さは100 cmに達し、直径は4〜5 cmです。このようなロッドの生成のパルスエネルギーは、10〜3秒間で1000Jです。

ルビーレーザーは、10〜3秒の持続時間の高いパルスパワーによっても区別され、そのエネルギーは数百ジュールに達します。パルス繰り返し周波数は数kHzに達する可能性があります。

最も有名な連続波レーザーは、希土類金属原子の不純物が含まれているイットリウムアルミニウムガーネット上のジスプロシウムとレーザーの混合物を含むフッ化カルシウムで作られています。これらのレーザーの波長は1〜3ミクロンの範囲です。パルス電力は約1Wまたはその一部です。イットリウムアルミニウムガーネットレーザーは、最大数十ワットのパルスパワーを提供する方法です。

原則として、固体レーザーはマルチモードレーザーを使用します。シングルモードレイジングは、選択素子を共振器に導入することで実現できます。この決定は、生成された放射電力の減少によって引き起こされました。

固体レーザーの製造の複雑さは、大きな単結晶を成長させるか、透明なガラスの大きなサンプルを溶かす必要があることにあります。これらの困難は、活性媒体が液体であり、そこに希土類元素が導入される液体レーザーの製造によって克服されました。それにもかかわらず、液体レーザーには、その使用分野を制限する多くの欠点があります。

2.2液体レーザー

液体レーザーは、液体活性媒体を備えたレーザーです。このタイプの装置の主な利点は、液体循環の可能性であり、したがって、その冷却が可能です。その結果、パルスモードと連続モードの両方でより多くのエネルギーを得ることができます。

最初の液体レーザーは、希土類キレートに基づいて製造されました。これらのレーザーの欠点は、達成可能なエネルギーのレベルが低いことと、キレートの化学的不安定性です。その結果、これらのレーザーは使用されていません。ソビエトの科学者たちは、レーザー媒質に無機活性液体を使用することを提案しました。それらに基づくレーザーは、高いパルスエネルギーによって区別され、平均パワーインジケーターを提供します。このような活性媒体に基づく液体レーザーは、狭い周波数スペクトルの放射線を生成することができます。

別のタイプの液体レーザーは、広いスペクトル発光線を特徴とする有機色素の溶液で動作するデバイスです。そのようなレーザーは、広い範囲で放出される光の波長の連続的な調整を提供することができる。染料を交換する場合、可視スペクトル全体と赤外線の一部の重なりが保証されます。このようなデバイスのポンピングのソースは、通常、固体レーザーですが、白色光の短いフラッシュ（50μ秒未満）を提供するガス照明ランプを使用することも可能です。

2.3ガスレーザー

多くの種類があります。それらの1つは光分解レーザーです。それはガスを使用し、その分子は光ポンピングの影響下で2つの部分に解離（分解）し、そのうちの1つは励起状態にあることが判明し、レーザー放射に使用されます。

ガスレーザーの大規模なグループは、活性媒体が希薄ガス（圧力1〜10 mm Hg）であるガス放電レーザーで構成され、ポンピングは、グローまたはアークである可能性のある放電によって実行されます。高周波（10〜50 MHz）の直流または交流によって作成されます。

ガス放電レーザーにはいくつかの種類があります。イオンレーザーでは、イオンのエネルギー準位間の電子の遷移によって放射線が得られます。例として、DCアーク放電を使用するアルゴンレーザーがあります。

原子遷移レーザーは、原子のエネルギー準位間の電子遷移によって生成されます。これらのレーザーは、0.4〜100ミクロンの波長の放射線を放出します。一例は、約1 mmHgの圧力下でヘリウムとネオンの混合物で動作するヘリウムネオンレーザーです。美術。約1000Vの定電圧で発生するグロー放電がポンピングに使用されます。

ガス放電レーザーには、分子のエネルギー準位間の電子の遷移から放射線が発生する分子レーザーも含まれます。これらのレーザーは、0.2〜50 µmの波長に対応する広い周波数範囲を持っています。

最も一般的な分子二酸化炭素（CO2）レーザー。最大10kWの電力を供給でき、効率はかなり高く、約40％です。窒素、ヘリウム、その他のガスの不純物は通常、主な二酸化炭素に追加されます。ポンプには、直流または高周波グロー放電が使用されます。炭酸ガスレーザーは、約10ミクロンの波長の放射線を生成します。それは図に概略的に示されています。 1。

米。 1-CO2レーザーの原理

さまざまなCO2レーザーはガスダイナミックです。それらでは、20〜30気圧の圧力で1500 Kに予熱されたガスが作業室に入り、そこで膨張し、その温度と圧力が急激に低下するため、レーザー放射に必要な逆数が達成されます。このようなレーザーは、最大100kWの連続放射線を放射できます。

分子レーザーには、作動媒体が不活性ガス（アルゴン、キセノン、クリプトンなど）、または塩素またはフッ素との組み合わせである、いわゆるエキシマレーザーが含まれます。このようなレーザーでは、ポンピングは放電ではなく、いわゆる高速電子（数百keVのエネルギー）のフラックスによって実行されます。放出される波は、たとえば、0.126μmのアルゴンレーザーで最も短くなります。

ガス圧を上げ、電離放射線と外部電界を組み合わせてポンピングを行うと、より高い放射電力を得ることができます。電離放射線は、高速電子または紫外線放射の流れです。このようなレーザーは、EIまたは圧縮ガスレーザーと呼ばれます。このタイプのレーザーを図に模式的に示します。 2.2。

米。 2-電気イオン化ポンピング

化学反応のエネルギーによって励起されたガス分子は、化学レーザーで生成されます。いくつかの化学的に活性なガス（フッ素、塩素、水素、塩化水素など）の混合物を使用します。このようなレーザーの化学反応は非常に迅速に進行する必要があります。加速には、光放射、放電、または電子ビームの作用下でガス分子の解離中に得られる特殊な化学薬品が使用されます。化学レーザーの例は、フッ素、水素、二酸化炭素の混合物に基づくレーザーです。

特殊なタイプのレーザーはプラズマレーザーです。アルカリ土類金属（マグネシウム、バリウム、ストロンチウム、カルシウム）の蒸気の高度にイオン化されたプラズマは、その中の活性媒体として機能します。イオン化には、最大20kVの電圧で最大300Aの強度の電流パルスが使用されます。パルス幅は0.1〜1.0μsです。このようなレーザーの放射の波長は0.41〜0.43ミクロンですが、紫外線領域にある場合もあります。

2.4半導体レーザー

半導体レーザーは固体ですが、通常は特別なグループに分類されます。これらのレーザーでは、伝導帯の下端から価電子帯の上端への電子の遷移により、コヒーレント放射が得られます。半導体レーザーには2種類あります。最初のものは純粋な半導体のプレートを持っており、ポンピングは50-100keVのエネルギーを持つ高速電子のビームによって実行されます。光ポンピングも可能です。半導体には、ヒ化ガリウムGaAs、硫化カドミウムCdS、セレン化カドミウムCdSeが使用されています。電子ビームでポンピングすると、半導体が強く加熱され、レーザー放射が劣化します。したがって、このようなレーザーには十分な冷却が必要です。たとえば、ガリウムヒ素レーザーは通常80Kの温度に冷却されます。

電子ビームポンピングは、横方向（図3）または縦方向（図4）にすることができます。横方向のポンピングの下で、半導体結晶の2つの反対側の面が研磨され、光共振器のミラーとして機能します。縦方向のポンピングの場合、外部ミラーが使用されます。縦方向のポンピングにより、半導体の冷却が大幅に向上します。このようなレーザーの例は硫化カドミウムレーザーであり、これは波長0.49μmの放射線を生成し、効率は約25％です。

米。 3-電子ビームによる横方向ポンピング

米。 4-電子ビームによる縦方向のポンピング

2番目のタイプの半導体レーザーは、いわゆるインジェクションレーザーです。それは、2つの縮退した不純物半導体によって形成されたp-n接合（図5）を持ち、ドナーとアクセプターの不純物の濃度は1018-1019cm-3です。 p-n接合の平面に垂直なエッジは研磨され、光共振器のミラーとして機能します。このようなレーザーには直流電圧が印加され、その作用によりpn接合のポテンシャル障壁が低下し、電子と正孔の注入が発生します。遷移領域では、電荷キャリアの強い再結合が始まり、そこで電子が伝導帯から価電子帯に移動し、レーザー放射が現れます。ガリウムヒ素は主に注入レーザーに使用されます。放射線の波長は0.8〜0.9ミクロンで、効率は非常に高く、50〜60％です。

米。 5-インジェクションレーザーの原理

増幅器ジェネレータビーム波

半導体の直線寸法が約1mmのミニチュア注入レーザーは、最大10 mWの連続放射パワーを提供し、パルスモードでは最大100Wのパワーを持つことができます。大容量を実現するには、強力な冷却が必要です。

レーザーには多くの異なる機能があることに注意してください。光共振器は、2つの平行平面ミラーで構成される最も単純な場合にのみ存在します。ミラーの形状が異なる、より複雑な共振器の設計も使用されます。

多くのレーザーには、空洞の内側または外側に配置された、放射を制御するための追加のデバイスが含まれています。これらのデバイスの助けを借りて、レーザービームは偏向および集束され、放射のさまざまなパラメーターが変更されます。さまざまなレーザーの波長は0.1〜100ミクロンにすることができます。パルス放射線の場合、パルスの持続時間は10-3〜10-12秒の範囲です。インパルスは単一である場合もあれば、最大数ギガヘルツの繰り返し率で続く場合もあります。達成可能な電力は、ナノ秒パルスの場合は109 W、超短ピコ秒パルスの場合は1012Wです。

2.5色素レーザー

レーザー材料として有機染料を使用するレーザー。通常は溶液の形をしています。彼らはレーザー分光法に革命をもたらし、パルス持続時間がピコ秒未満の新しいタイプのレーザー（超短パルスレーザー）を開拓しました。

今日のポンピングとしては、通常、別のレーザーが使用されます。たとえば、ダイオードポンピングされたNd：YAG、またはアルゴンレーザーです。フラッシュランプ励起色素レーザーを見つけることは非常にまれです。色素レーザーの主な特徴は、ゲインループ幅が非常に大きいことです。以下は、いくつかの色素レーザーのパラメーターの表です。

このような広いレーザー作業領域を使用するには、次の2つの可能性があります。

生成が発生する波長の調整->レーザー分光法、

広範囲で一度に生成->超短パルスの生成。

これらの2つの可能性に従って、レーザーの設計も異なります。従来のスキームを使用して波長を調整する場合、熱安定化と厳密に定義された波長の放射の放出（通常はプリズム、回折格子、またはより複雑なスキーム）のために追加のブロックのみが追加され、はるかに複雑なセットアップが行われます。超短パルスを生成するために必要です。活性媒体を使用したキュベットのデザインが変更されました。レーザーパルス持続時間は最終的に100であるという事実のため ÷3010 ？15（真空中の光はなんとか30を通過することができます ÷ この時間中は10μm）、反転分布は最大である必要があります。これは、色素溶液を非常に高速でポンピングすることによってのみ達成できます。これを達成するために、染料の自由な流れを備えたキュベットの特別な設計が使用されます（染料は約10m /秒の速度で特別なノズルからポンプで送られます）。最短パルスは、リング共振器を使用して取得されます。

2.6自由電子レーザー

レーザーの一種で、アンジュレーター内を伝搬する単一エネルギーの電子ビームによって生成される放射です。これは、（電界または磁界を）偏向させる周期的なシステムです。周期的な振動をする電子は光子を放出し、そのエネルギーは電子のエネルギーとアンジュレータのパラメータに依存します。

電子が結合した原子または分子状態で励起される気体、液体、または固体レーザーとは異なり、FELでは、放射線源は真空中の電子ビームであり、一連の特別に配置された磁石（アンジュレーター（ウィグラー））を通過します。、ビームを正弦波軌道に沿って移動させます。エネルギーを失い、光子の流れに変換されます。その結果、軟X線放射が生成され、これは、たとえば、結晶やその他のナノ構造の研究に使用されます。

電子ビームのエネルギーとアンジュレータのパラメータ（磁場の強さと磁石間の距離）を変更することにより、FELによって生成されるレーザー放射の周波数を広い範囲内で変化させることができます。 FELと他のレーザーの主な違いである範囲。 FELによって生成された放射線は、ナノスケールの構造を研究するために使用されます-100ナノメートルの小さな粒子をイメージングした経験があります（この結果は、約5 nmの解像度のX線顕微鏡を使用して達成されました）。最初の自由電子レーザーの設計は、スタンフォード大学での博士号プロジェクトの一環として、ジョンM.J.メイディによって1971年に公開されました。 1976年、Madieらは、24MeVの電子と5メートルのウィグラーを使用して放射線を増幅するFELの最初の実験を実証しました。

レーザー出力は300mW、効率はわずか0.01％でしたが、このクラスのデバイスの効率が示され、FELの分野で大きな関心と開発数の急増につながりました。

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科学者がレーザー放射の特性が何であるかを知ったとき、公衆は干渉法のための十分な機会を与えられました。現在、科学界には、変位と長さの定量的推定を決定するためのかなり正確な方法があります。当初、干渉計は、光波の光源が十分にコヒーレントで明るくなかったため、かなり限定的に使用されていました。したがって、人間が利用できる画像は、測定アームが50cm以下の場合にのみ正確でした。より高精度のレーザー放射を使用できるようになったとき、多くの変化がありました。

止血剤

この用語は、はんだ付け、溶接によって表現されるレーザー放射の特性を簡単に表すために通例です。このプロセスは、温度処理に関連する壊死によって引き起こされます。加熱レベルの変化によって引き起こされる凝固制御壊死は、細胞および組織の要素からのエッジフィルムの形成を伴う。これにより、臓器の複数のレイヤーが1つのレベルで接続されます。

レーザーを使用することは、常に非常に高い温度に対処することです。この機能により、通常は細胞内および組織間にある液体がほぼ瞬時に蒸発し、乾燥した成分が燃え尽きます。ジストロフィーは、特定の設備で使用されるレーザー放射のタイプ（特性がわずかに異なります）によって決まります。また、処理された有機組織の種類、接触時間にも大きく依存します。レーザーを動かすと蒸発を引き起こし、直線的に切断されます。

重要な資質

レーザー放射の特性を考慮すると、単色スペクトル、高レベルのコヒーレンス、低発散、およびスペクトル密度の増加に言及することが重要です。全体として、これにより、レーザーに基づいて高精度の機器を設計することが可能になり、信頼性が高く、さまざまな気候条件、地質学的、および水文学的要因に適用できます。

近年、測量士向けにレーザーを搭載した高精度機器が設計されています。それらは、人類にすでに知られているレーザー放射の特性に基づいています。このような設備でのレーザーの使用は、我が国だけでなく海外でも広まっています。実地からわかるように、パイプレイヤーや土木機械の移動方向を決定する方法として、レーザーシステムが不可欠です。また、道路（鉄道、自動車）やその他の多くの作品を作成するときにも重要です。

大事です

レーザーは、トレンチの形成にそれ自体を発見しました。特別な設備の助けを借りて、ルートを決定するレーザービームが作成されます。それに焦点を当てると、掘削機を操作する人は安定して作業することができます。このような最新のデバイスの操作は、プロジェクトのドキュメントで指定されているとおりに、作業のすべての段階で高品質のパフォーマンスを保証し、トレンチを作成することを保証します。

レーザーはかけがえのないものです！

テストワークの学校または大学のコースで、学生に「レーザー放射の特性に名前を付ける」というタスクが与えられた場合、コヒーレンスと明るさが最初に頭に浮かびます。レーザーとプラズマを比較すると、最初のものは輝度パラメーターが数倍高く、シリアルフラッシュの作成に適用でき、周波数は1010Hzに達する可能性があります。 1つのパルスは（ピコ秒単位で）数十持続する可能性があります。この場合、発散は低く、周波数を調整することができます。指定された品質は、非常に高速で進行するプロセスの研究を可能にする設備に適用可能であることが判明しました。

記載されている機能により、レーザーは熱光学分光技術を使用した分析に不可欠になっています。

微細構造

科学者（上記）によって明らかにされたレーザー放射の主な特性により、この技術を現代の兵器の開発やさまざまな材料を切断するための機械の設計に使用することが可能になりました。しかし、これだけが可能性の範囲に限定されません。レーザー放射に基づいて、作業構造を構築するための特に正確で技術的な方法を適用することで、分子、それらの構造、および特性を研究するためのシステムを作成することが可能です。このように最新の情報を入手することで、科学者たちは新しいタイプのレーザーを生み出すための基盤を形成します。最も楽観的な予測からわかるように、近い将来、レーザー放射によって光合成の性質を正確に明らかにすることが可能になります。つまり、科学者は地球上の生命の本質を理解するためのすべての鍵を受け取り、その形成のメカニズム。

世界の知識：秘密と発見

レーザー放射のすべての主要な特性はすでに調査されていると考えられています。科学者は誘導放出の基本原理を知っており、実際にそれらを適用することができました。放射線の単色スペクトル、その強度、パルス長、および明確な方向が特に重要であると考えられています。これらの特徴により、レーザービームは物質との非定型の相互作用に入ります。

物理学者がさらに注意を払うように、レーザー放射の示された特性は、例外なく、言及された現象のすべての種類を説明する独立した特性とは言えません。それらの間には特定のつながりがあります。特に、コヒーレンスは放射の方向性によって決定され、パルス長はビームの単色スペクトルに直接関係します。持続時間、方向は放射線の強度を決定します。

ラマン効果

この現象は、レーザー放射の特性の評価と理解、応用にとって重要なものの1つです。この用語は、そのような条件を示すために使用され、その開始には高電力設定が必要です。その影響下で、放射の周波数シフトが観察されると散乱が発生します。スペクトル構成の詳細を特定し、パワーを評価すると、周波数がかなり複雑なパターンに従って補正されていることがわかります。ラマン効果を人為的に刺激すれば、コヒーレント信号の光学系の補正方法を作成することができます。

これは好奇心が強い

レーザー放射の特性とそれが物質で開始するプロセスの研究が示しているように、画像は強磁性体と超伝導体の構造で観察されたものとほぼ同じです。低次共振器を使用してより高いポンピングレベルを達成すると、レーザービームは無秩序になります。同時に、カオス自体は、熱を放出するオブジェクトによって作成されるカオスとはまったく異なる、非常に軽い状態です。

使用範囲は拡大しています

レーザー放射には次の特性があるため、単色スペクトル、厳密に定義された指向性、したがって、光源として使用できます。現在、この技術を信号伝送に活用するための開発が進行中です。光と物質は、プロセスが実際にさまざまな設定で適用できるように相互作用できることが知られていますが、正しいアプローチはまだ開発されていません。他にも、ハイテクで、複雑で、科学を多用する局所的な問題があり、その解決策として、遅かれ早かれ、高出力レーザー放射を使用することが可能になります。

説明した現象の特性により、スペクトル機器の設計が可能になります。これは、スペクトル密度の増加を伴う低ビーム発散によってある程度説明されます。

多くの機会があります

科学者が発見したように、最も効率的で広く使用されている設備を作成するために、動作中に周波数を調整できるようなレーザーを使用することは合理的です。これらは主に、解像度が向上したスペクトル機器に関連しています。このような設備では、分散要素に頼ることなく正しい研究結果を達成することが可能です。

レーザーをベースにしたシステムは、動作中に周波数が調整され、現在、科学活動、医学、および産業のさまざまな分野および分野で使用されています。多くの場合、特定のデバイスの目的は、そのデバイスに実装されているレーザー放射の詳細によって決まります。生成ラインは、スペクトル分解能、つまり装置機能の半値幅を決定します。形状は、与えられた強いスペクトル分布に依存します。

技術的特徴

通常、レーザーは特定の環境が作成される共振器として設計されます。その重要な特徴は、電磁エネルギーの負の吸収です。このような共振器は、特殊な環境での放射損失を減らすことを可能にします。これは、電磁エネルギーのサイクルが作成されるためです。この場合、周波数は狭帯域でのみ取得されます。このアプローチは、放射線が刺激されるという事実によって引き起こされるエネルギー損失を補償することを可能にします。

レーザーの特徴を備えた電磁エネルギーを発生させるために共振器を使用する必要はありません。結果は依然としてコヒーレントであり、高いコリメーションと狭いスペクトルを特徴としています。

ホログラフィーについて

このようなプロセスを実装するには、高レベルのコヒーレンスを備えた放射線を生成する線源を自由に使用できるようにする必要があります。現在、これらは正確にレーザーです。そのような放射線が初めて発見されるとすぐに、物理学者はその特性がホログラフィーを実現するために使用できることにほとんどすぐに気づきました。これは、有望な技術の広範な実用化の推進力となりました。

アプリケーションについて

レーザーが発明されるやいなや、科学界、そして全世界が、あらゆる問題に対する独自の解決策としてレーザーを高く評価しました。これは、放射線の特性によるものです。現在、レーザーは、音楽の再生から商品販売時のコードの読み取りまで、テクノロジー、科学、日常のさまざまなタスクの解決に使用されています。業界では、このようなシステムをはんだ付け、切断、溶接に使用しています。非常に高温に達することができるため、従来の接合技術に適さない材料を溶接することが可能です。これにより、たとえば、セラミックの金属部品からソリッドオブジェクトを作成することが可能になりました。

最新の技術を使用して、レーザービームの焦点を合わせ、結果として得られる点の直径をミクロン単位で推定することができます。これにより、この技術を顕微鏡の電子機器に適用することができます。この機能は現在、スクライビングとして知られています。

他にどこ？

レーザーは、その独自の品質により、コーティングを作成するために業界で非常に積極的に使用されています。これは、さまざまな製品や材料の耐摩耗性を高めるのに役立ちます。レーザーマーキングと彫刻はそれほど重要ではありません-最新の設備の助けを借りて、ほとんどすべての表面をこの方法で処理することができます。これは主に、直接的な機械的影響がないことによるものです。つまり、作業プロセスが引き起こす変形は、他の一般的な方法よりも少なくなります。技術と科学の最新レベルの開発では、高いパフォーマンスレベルとタスク実行の精度の向上を維持しながら、レーザーを使用するすべての段階を完全に自動化することが可能です。

テクノロジーとテクノロジー

近年、染料を用いたレーザーシステムが広く使用されています。それらは異なる波長の単色放射を生成し、パルスは10〜16秒と推定されます。そのような設備の電力は非常に高く、生成されたパルスは巨大であると推定されます。この可能性は、比較的非線形の効果をもたらす光学の分光法や研究にとって特に重要です。

レーザーの使用は、私たちの惑星と最も近い天体である月との間の距離を正確に評価するための基本的な技術になりました。測定精度-最大センチメートル。レーザーを使用した位置特定により、天文学の知識を増やし、宇宙でのナビゲーションを明確にし、大気の特徴やシステムの惑星が何でできているかについてのデータベースを増やすことができます。

化学は脇に立っていませんでした

最新のレーザー技術は、化学反応を開始し、それらがどのように進行するかを研究するために使用されます。このような機能を使用すると、ローカリゼーション、線量、無菌性を非常に正確に識別して、システムの起動時に必要なエネルギー指標を提供することができます。

科学者たちはレーザー冷却システムの形成に積極的に取り組んでおり、そのような放射を使用して熱核反応を制御する可能性を開発しています。

レーザーの設計と誘導放出の特性により、レーザー放射と従来の光源の放射との違いが決まります。レーザー放射（LR）は、次の最も重要な特性によって特徴付けられます。

1. 高いコヒーレンス。放射線は 非常に一貫性があり、これは、誘導誘導放出の特性によるものです。この場合、時間的だけでなく空間的コヒーレンスも発生します。伝搬方向に垂直な平面の2点での位相差は一定のままです（図A）（空間的コヒーレンスにより、放射は非常に集中することができます）少量）。

2. 単色性。レーザー放射は 非常に単色、つまり、ほぼ同じ周波数の波が含まれています（光子のエネルギーは同じです）。これは、誘導放出が光子の複製に関連しているという事実によるものです（誘導された各光子は最初の光子と完全に類似しています）。この場合、一定周波数の電磁波が発生します。スペクトル線幅は0.01nmです。図では。 cは、レーザービームと従来の光ビームの線幅の概略比較です。

レーザーが登場する前は、連続スペクトルから狭いスペクトル間隔（狭い波長帯域）を分離するモノクロメーターを使用して、ある程度の単色性の放射を得ることができましたが、そのような帯域の光パワーは低いです。

3. ハイパワー。レーザーは非常に高い出力の単色光を提供できます - 最大105W連続。パルスレーザーの出力は数桁高くなっています。これは、ネオジムレーザーがエネルギーでパルスを生成する方法です E= 75 J、その持続時間 t= 3・10 –12秒。パルスパワーは R= E / t= 2.5 10 13 W（比較のため：水力発電所の電力 R〜10 9 W）。

4. 高強度。パルスレーザーでは、レーザー放射の強度が非常に高く、到達する可能性があります私= 10 14 -10 16 W / cm 2（地表近くの太陽光の強度を比較します私= 0.1 W / cm 2）。

5. 高輝度。可視範囲で動作するレーザーの場合、輝度レーザー放射（単位表面あたりの光度）は非常に高いです。最も弱いレーザーでさえ、10 15 cd / m2の明るさを持っています（比較のために：太陽の明るさ L〜10 9 cd / m2）。

6. プレッシャー。レーザービームは、表面に当たると、 圧力（p）。表面に垂直に入射するレーザー放射を完全に吸収することで、圧力が発生します R= 私/ s、ここで私-放射強度、と-真空中の光速。全反射では、圧力は2倍になります。強度で私= 10 14 W / cm 2 = 10 18 W / m 2 R= 3.3 10 9 Pa = 33000atm。

7. ビームの小さな発散角。コリメーション。放射線は コリメート、つまり、ビーム内のすべての光線は互いにほぼ平行です（図6）。長距離では、レーザービームの直径はわずかに増加します（ほとんどのレーザーでは、発散角は1分角以下です）。発散角が小さいため、レーザー光線の強度は距離とともに弱く減少します。シャープネスにより、強度をほとんど減衰させることなく、長距離にわたって信号を送信できます。

8. 分極。完全にレーザー放射 分極。