Что называют лазером их свойства применения и место

Что называют лазером, их свойства, применения и место в нашей жизни

Что такое лазер Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation когерентный источник излучения в диапазоне l=100 нм-10 мкм когерентные источники излучения СВЧ некогерентные источники излучения в диапазоне l=100 нм 10 мкм 2

Краткая история лазеров 1954 Аммиачный мазер: реализация идеи инверсии населенностей в СВЧ (l=1. 25 см) 19551956 Басов, Прохоров, Townes – идея оптической накачки 1958 Townes and Shawlow - идея открытого резонатора с размером >> длины волны 1960 Maiman - первый лазер (рубин) 1961 Javan, Bennett, Harriott – газовый лазер (He-Ne) 1961 Johnson, Nassau – лазер на неодиме 1962 Hall, General – полупроводниковый лазер 1963 Patel – CO 2 -лазер 1963 Bell – ионный лазер (пары ртути) 1964 Bridges – аргоновый лазер 1966 Silfvast, Fowles, Hopkins – голубой лазер (He-Cd) 19671966 Sorokin, Lankard - лазер на органических красителях 1968 Walter - лазер на парах меди 1970 Hodgson – ВУФ лазер (молекулярный водород) 1975 Ewing, Braw – эксимерный лазер (ксенон) 1976 Madey - лазер на свободных электронах 1979 Walling - перестраиваемый лазер на александрите 1985 Mathews – ренгеновский лазер (плазма селена) 1986 Moulton - титан-сапфировый лазер 1988 Шестаков - лазер на кристалле АИГ с хромом 19891995 Ikesue – лезер на керамике с неодимом 19901996 Naramura – голубой полупроводниковый лазер на Ga. N 3

Свойства лазерного излучения l=100 нм-10 мкм мягкий Рентген (1 -20 нм) экстремальный УФ (10 -100 нм) ВУФ (100 -200 нм) УФ (200 -400 нм) видимый (400 -700 нм) ближний ИК (700 -2000 нм) средний ИК ( 2 -10 мкм) дальний ИК (10 -100 мкм)=Терагерцовый диапазон ЭМВ 4

Свойства лазерного излучения Когерентность во времени (монохроматичность) Фурье-ограниченный импульс tpulse. Dw» p (Fourier transform-limited pulse) Время сбоя фазы > длительности импульса Узкополосность: <0. 1 Гц (Dw/w=10 -16) 5

Свойства лазерного излучения Когерентность в пространстве (направленность) Дифракционно ограниченный пучок DDk» p Фаза =const на всей апертуре пучка Расходимость Jdiff =2. 44 l/D (П-образный пучок) 2 l/p. D (гауссов пучок) l/D=1 мкм/10 см=10 -5 рад Передача энергии (информации) на большие расстояния D Dfar z Концентрация энергии при фокусировке d D F 6

Свойства лазерного излучения Средняя мощность максимальная средняя мощность 10 МВт Airborne Laser COIL l=1. 3 mm 1 MВт 300 тонн 7

Свойства лазерного излучения Средняя мощность максимальная средняя мощность 10 МВт Airborne Laser COIL l=1. 3 mm 1 MВт 300 тонн 8

Свойства лазерного излучения Энергия импульса максимальная энергия – МДж 9

Свойства лазерного излучения Длительность импульса Фурье-ограниченный импульс tpulse. Dw» p (Fourier transform-limited pulse) длительность импульса 5 фс - стационарный режим (CW) One Computer Camera Human existence month Age of clock cycle flash 10 femtosecond pyramids Age of universe light pulse 1 minute -14 10 -9 10 -4 1 6 10 10 10 Time (seconds) 11 10 16 10 10 fs is to 1 minute as 1 minute is to the age of the universe Иформационная емкость России 1012 байт/с 10

Свойства лазерного излучения Мощность излучения максимальная мощность – 1. 3 ПВт Lamp 1 10 All power sources in the world Atomic power Car engine station 6 11 10 10 Power (Watts) Petawatt laser 16 10 12

Свойства лазерного излучения Мощность излучения максимальная мощность – 1. 3 ПВт CPA 13

Свойства лазерного излучения Сверхсильные поля максимальная интенсивность – 1022 Вт/cм 2 e. A a = mc 2 Atomic intensity а≈0. 1 (Field equals one at first Bohr orbit) 14 10 16 10 Nonlinearity of Relativistic ions in vacuum а≈200000 plasma wake а≈50 Relativistic electrons а≈1 ions а≈2000 18 20 22 24 10 10 Intensity (Watt/cm 2) 26 10 Focusing 100 TW pulse with 1 μm spot size results in 1022 W/cm 2 , the optical field exceeding the atomic one in almost 3 orders of magnitude 14

Применение лазеров Научные исследования. 15

Применение лазеров Научные исследования. 16

Применение лазеров Научные исследования. 17

Применение лазеров Научные исследования. 18

Light Interferometer Gravitation-Wave Observatories (LIGO) Hanford (H 1=4 km, H 2=2 km) VIRGO (France –Italy) 3000 m GEO (Germany – GB) 600 m TAMA (Japan) 300 m ACICA (Australia) 80 m Livingston (L 1=4 km) 19

Применение лазеров Технологии, в том числе информационные. CD – диски Лазерные принтеры Штрих-коды Волоконно-оптические линии связи. .

Применение лазеров Технологии, в том числе информационные.

Применение лазеров Технологии, в том числе информационные.

Применение лазеров Медицина и биология (биофотоника). • Хирургия • глаза • общая • стоматология • дерматология • и т. д. • Диагностика • Soft lasers 23

Оптическая когерентная томография в ларингологии Здоровая слизистая Раковая опухоль Граница опухоли 24

Оптическая когерентная томография в стоматологии Дефекты пломб Хорошее качество запечатывания фиссуры 25

Источники ионов для протонной и адронной терапии ● Мотивация: Для протонной и адронной терапии используются ионы с энергией ~ 100 -200 Мэв для локализованного воздействия на глубоко лежащие опухоли. Источниками ионов являются дорогостоящие циклотроны и синхротроны, что делает данное лечение малодоступным для пациентов. По оценкам, стоимость лазерного источника 100 Мэв ионов с системой доставки на порядок ниже. ● Задача: Создать компактный лазерный комплекс для производства ~ 100 Мэв протонов с достаточной наработкой в единицу времени ● Возможные решения: Использовать взаимодействие с твердотельными мишенями петаваттных фемтосекундных лазерных импульсов с частотой повторения 10 -100 Гц

Particle beam in medicine : Radiotherapy 99% Radiotherapy with X ray 27

28

Применение лазеров Военные Химические тактические лазеры Advanced Tactical Laser COIL l=1. 3 mm 70 к. Вт Space Based Laser Airborne Laser COIL l=1. 3 mm 1 MВт 300 тонн Mobile Tactical HEL DF l=3. 8 mm 100 к. Вт 29

Применение лазеров Военные Mobile Tactical High Energy Laser Успешные полигонные испытания по уничтожению различных целей, например “Катюши”: 30

Применение лазеров Военные Указатель целей • Бомбы с лазерным наведением “Ослепители” людей и техники Дальномеры и доплеровские измерители скорости Гироскопы 31

Применение лазеров Военные Laser traking • 32

Применение лазеров Военные Laser traking • 33

Применение лазеров Военные Laser traking • 34

Применение лазеров Военные 35

Современный мир не мыслим без лазеров Современый физик не мыслим без знания физики лазеров