| тема, к-рая фиксирует изменение параметров резонаторов и обеспечивает соответствующую компенсацию. Наиболее важным фактором, лимитирующим стабильность частоты Л., являются флуктуации давления в рабочем объёме. Форма спектральной линии в газе зависит от давления, т. к. столкновения атомов и молекул в газе приводят к уширению и сдвигу спектральных линий, пропорциональным давлению. Флуктуации давления приводят к флук- туациям частоты рабочего квантового перехода. Поэтому активный газ должен находиться при возможно более низком давлении. С другой стороны, понижение давления приводит к уменьшению коэфф. усиления среды. Это противоречие частично удаётся разрешить методом стабилизации частоты излучения Л. с помощью поглощающей ячей- к и, помещаемой в резонатор. В поглощающей ячейке находится газ, имеющий спектральную линию поглощения, перекрывающую линию, соответствующую рабочему переходу активной среды. Напр., у гелий-неонового Л. для линии \ = 3,39 мкм таким газом является метан СН4. Оказалось возможным стабилизировать частоту излучения Л. по частоте линии поглощения метана, причём в условиях, когда давление поглощающего газа значительно меньше активного. С помощью поглощающей ячейки достигнута относительная стабильность частоты излучения (см. также Газовый лазер).
Полупроводниковые лазеры. Среди Л. видимого и инфракрасного диапазонов полупроводниковые Л. занимают особое положение по ряду своих характеристик. В полупроводниках удаётся получить очень большие коэфф. усиления ~ 102- 103 см ~', поэтому размеры полупроводникового Л. могут быть сделаны очень малыми - порядка долей мм. Л. на полупроводниках GaAs, CdS, InAs, InSb, ZnS и др. позволяют почти полностью перекрыть видимый и ближний инфракрасный диапазоны. Полупроводниковые инжекционные лазеры характеризуются очень высоким кпд преобразования электрич. энергии в когерентное излучение (близким к 100% ) и могут работать в непрерывном режиме. При темп-ре жидкого гелия достигается мощность ~ 10 вт, при темп-ре жидкого азота 4-5 вт. Особенно перспективные инжекционные Л. на гетеропереходах, к-рые работают в непрерывном режиме при комнатной темп-ре, создавая мощность ~ 5-10~2 вт при кпд до 25%.
В полупроводниковых Л. с возбуждением электронным пучком можно возбуждать большие объёмы полупроводников, чем в случае инжекции через р - n-переходы. Пиковая мощность при этом доходит до 1 Мет при средней мощности ~ 1 вт. Кпд при электронном возбуждении не может превышать 30%.
Общим недостатком всех полупроводниковых Л. является сравнительно невысокая направленность излучения, связанная с их малыми размерами, и трудность получения высокой монохроматичности. Последнее связано с большой шириной спектра спонтанного излучения на рабочих рекомбинационных переходах.
Полупроводниковые Л. используются с наибольшей эффективностью в тех случаях, когда требования к когерентности и направленности не очень велики, но необходимы малые габариты и высокий кпд. Полупроводниковые Л. превосходят Л. всех остальных типов плотностью энергии излучения и величиной кпд. Важным качеством полупроводниковых Л. является возможность перестройки частоты излучения и управления световым пучком, т. е. модуляция интенсивности света с постоянной времени ~ 10~" сек (см. Полупроводниковый лазер).
Применение лазеров. Одновременно с созданием первых Л. начали развиваться различные направления их применений. Создание Л. ликвидировало качественное отличие оптики от радиоэлектроники. Т. о., все радиотехнич. методы принципиально могут быть осуществлены и в оптич. диапазоне, причём малость длины волны лазерного излучения открывает ряд дополнит, перспектив. Л. большой мощности позволяют изучать разнообразные явления при взаимодействии света большой интенсивности со средой, ранее совершенно недоступные для эксперимента. В исследованиях молекулярного рассеяния света лазерные источники значительно расширили возможности экспериментальной техники, в частности позволили исследовать свойства жидкого и твёрдого гелия (затухания второго звука, связанные состояния двух ротонов в жидком гелии и т. п.), провести первые исследования кинетики движения нек-рых биологич. объектов, напр, простейших бактерий. С помощью коротких и сверхкоротких импульсов можно изучать чрезвычайно быстрые релаксационные процессы в конденсированных средах с временем релаксации ~ 10~'э сек. Возможность формировать сверхкороткие импульсы света 10~"-10~12 сек имеет также очень важное значение для скоростной фотографии и ряда др. методов исследования быстропротекаю- щих процессов. С помощью гелий-неонового Л., обладающего высокой стабильностью частоты, возможно создание единого оптич. стандарта длины (длина волны) и времени (частота). Для измерения абс. значения частоты гелий-неонового Л. (3,32 мкм) эта частота после преобразования измеряется в ед. частоты клистрона (0,074230 1012 гг<). Это позволяет получить наиболее точное значение скорости света с = 2,99792456,2 + + 1,1 м/сек (см. Оптические стандарты частоты).
Исключительно высокая эффективная темп-pa излучения Л. и возможность концентрировать энергию в ничтожно малом объёме открыли уникальные возможности испарения и нагрева вещества. Важнейшей задачей является нагрев илазмы до темп-р, достаточных для осуществления термоядерных реакций, т. е. получения термоядерной плазмы. Достигнуты темп-ры 20-106 К. В тех же условиях эксперимента, при соответствующем подборе химич. состава испаряемой мишени, удаётся получить точечный источник рентгеновского излучения высокой интенсивности (мощностью ~ 10" em при длительности импульса в неск. нсек). Существует возможность создания интенсивных точечных источников нейтронов. Нагрев плазмы лазерным лучом оказался эффективным методом получения многозарядных ионов различных элементов. Впервые в лабораторных условиях получены и исследованы спектры ряда многозарядных ионов, представляющих интерес для астрофизики (см. Лазерное излучение).
Мощные Л. начали применяться и в технологии. С их помощью возможны сварка, закалка, резка и сверление различных материалов без возникновения в них механич. напряжений, неизбежных при обычной обработке, и с очень большой точностью, вплоть до неск. длин волн. Обрабатываются материалы любой твёрдости, металлы, алмазы, рубины и т. п. Л. начинают применяться при резке газовых труб и т. п. (см. Лазерная технология).
Большие возможности открываются перед лазерной техникой в биологии и медицине. Лазерный луч применяется не только в хирургии (напр., при операциях на сетчатке глаза) как скальпель, но и в терапии.
Интенсивно развиваются методы лазерной локации и связи. Локация Луны с помощью рубиновых Л. и спец. уголковых отражателей, доставленных на Луну, позволила увеличить точность измерения расстояний Земля - Луна до неск. см. Полная затрата энергии при этом порядка энергии, выделяющейся при сгорании десятка спичек. С помощью полупроводникового Л. осуществлена связь со спутником. Разрабатываются лазерные методы геодезич. измерений и регистрации сейсмич. явлений. Созданы и используются лазерные гироскопы (см. Квантовый гироскоп) и дальномеры.
Большое внимание уделяется созданию Л. с перестраиваемой частотой. Существуют различные типы параметрических генераторов света: Л. на вынужденном рассеянии света и полупроводниковые Л., работающие в одномодовом режиме. В результате перекрыт практически весь диапазон от X = 1 мм до видимой области, причём обеспечивается разрешение 10~2-10~3 см~'. Широкое применение подобных Л. в спектроскопии позволит во многих случаях исключить необходимость в монохроматорах, спектрографах и т. п. Особенно большое значение лазерная спектроскопия должна иметь для исследования короткоживущих продуктов, исследования химич. реакций, биологич. превращений и т. п.
Получены обнадёживающие результаты в направленном стимулировании химич. реакций. С помощью Л. можно селективно возбуждать одно из собственных колебаний молекулы. Оказалось, что при этом молекулы способны вступать в реакции, к-рые нельзя или затруднительно стимулировать обычным нагревом. Для реализации всех имеющихся здесь возможностей необходимы мощные Л. с перестраиваемой частотой в ближней инфракрасной области спектра.
Новые методы получения инверсии населённости (разряд с принудит, ионизацией) позволили поднять давление в активной среде молекулярных газовых Л. до 10-20 am. При таких давлениях колебательно-вращательные уровни молекул перекрываются вследствие столкновений, что открывает новые возможности перестройки частоты Л.
С помощью лазерной техники интенсивно разрабатываются оптич. методы обработки передачи и хранения информации (см. Полупроводниковый лазер); методы голографич. записи информации (см. Голография), цветное проекционное телевидение.
Лит.: Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия, М., 1969. И. И. Собелъман.
ЛАЗЕРНАЯ ЛОКАЦИЯ, см. Оптическая локация.
ЛАЗЕРНАЯ СВЯЗЬ, см. Оптическая связь.
ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, процессы обработки и сварки материалов излучением лазеров. В Л. т. применяют твердотельные и газовые лазеры импульсного и непрерывного действия. В большинстве процессов Л. т. используется термич. действие света, вызываемое его поглощением в обрабатываемом материале. Для увеличения плотности потока излучения и локализации зоны обработки применяют оптич. системы. Особенности Л. т.: высокая плотность потока излучения в зоне обработки, дающая необходимый термич. эффект за короткое время (длительность импульса 1 мсек и менее); локальность воздействия излучения, обусловленная возможностью его фокусировки в световые пучки предельно малого диаметра (порядка длины волны излучения); малая зона термич. влияния, обеспечиваемая кратковременным воздействием излучения; бесконтактный ввод энергии в зону обработки и возможность ведения технологич. процессов в любой прозрачной среде (вакуум, газ, жидкость, твёрдое тело), через прозрачные окна технологич. камер, оболочки электровакуумных приборов и т. д. Наиболее изучены и освоены процессы сварки, сверления и резки.
Лазерная сварка (рис. 1) может быть точечной и шовной. В болшинстве случаев применяют импульсные лазеры, обеспечивающие наименьшую зону термич. влияния. С помощью лазерной сварки можно получать высоко- качеств. соединения деталей из нержавеющей стали, никеля, молибдена, ко- вара и др. Высокая мощность лазерного излучения позволяет сваривать материалы с высокой теплопроводностью (медь, серебро). Возможна лазерная сварка материалов, плохо поддающихся сварке др. методами (вольфрам с алюминием, медь со сталью, бериллиевая бронза с др. сплавами). Плотность потока излучения на поверхности свариваемых деталей в зависимости от их материала находится в пределах 0,1 - 1 Мет/см2. Глубина проплавления материала при сварке импульсным твердотельным лазером может быть 0,05-2 мм при её отношении к диаметру сварной точки или ширине шва от 0,5 до 5, что делает возможным надёжную сварку деталей толщиной от 0,01 до 1 мм. Оборудование для лазерной сварки обеспечивает работу в следующих режимах: энергия излучения в импульсе 0,1- 30 дж, длительность импульса 1- 10 мсек, диаметр светового пятна 0,05- 1,5 мм. Производительность точечной сварки 60 операций в мин, шовной - 1 м/мин при глубине проплавления 0,5 мм. Наиболее эффективно применение лазера для сварки в труднодоступных местах конструкций, при соединении легкодеформируемых деталей, в условиях интенсивного теплоотвода (напр., для материалов с высокой теплопроводностью, при низких темп-pax и т. д.), а также в тех случаях, когда надо обеспечить минимальную зону термич. влияния. Экономически выгодна замена пайки миниатюрных деталей сваркой с помощью лазера, т. к. в этом случае исключается загрязнение свариваемых деталей флюсом, получается соединение более высокого качества, конструкция весит меньше. Области применен..л лазерной сварки: изготовление электровакуумных и полупроводниковых приборов, интегральных схем, приборов точной механики и т. д. Лазерная сварка позволяет повысить производительность труда в 3- 5 раз по сравнению с обычными способами сварки и пайкой.
Рис. 1. Лазерная сварка: а - медно-кон- стантановая термопара, сваренная лучом лазера (диаметр проволоки 0,07 мм)', б - микрофотография шлифа |
