16. Лазер на фарбниках.

Унікальними властивостями володіють лазери на фарбниках. Їх робоча рідина - розчин анілінових фарб у воді, спирті, кислоті і інших розчинниках. Енергія молекули фарбника накачується оптично за допомогою рубінового або газового лазера. Лазери на фарбниках володіють однією особливістю: у молекулах органічних фарбників вимушене випромінювання виникає відразу в широкій смузі довжин хвиль. Щоб добитися монохроматічності, на шляху променя ставиться світлофільтр, що є оптичною системою, проникною випромінювання строго певної довжини хвилі. Параметрами фільтру можна управляти. В результаті виходить перебудовуваний лазер, тобто лазер, у якого можна легко змінювати частоту випромінювання, що генерується. Для перебудови частоти в широких межах можна міняти розчин фарбника, отримуючи лазер, що генерує світло на всьому діапазоні хвиль від ультрафіолета до інфрачервоного випромінювання.

Основний недолік, властивий всім рідинним лазерам - відносно мала спрямованість випромінювання (велика розбіжність). Застосуванням активної корекції або методів обернення хвильового фронту можна усунути цей недолік.

17. Застосування лазерів.

Газовые лазеры

Рабочее тело	Применение
Гелий-неоновый лазер	Интерферометрия, голография, спектроскопия, считывание штрих-кодов, демонстрация оптических эффектов.
Аргоновый лазер	Лечение сетчатки глаза, литография, накачка других лазеров.
Криптоновый лазер	Научные исследования, в смеси с аргоном лазеры белого света, лазерные шоу.
Ксеноновый лазер	Научные исследования.
Азотный лазер	Накачка лазеров на красителях, исследование загрязнения атмосферы, научные исследования, учебные лазеры.
Лазер на фтористом водороде	Лазерные вооружения. Способен работать в постоянном режиме в области мегаваттных мощностей.
Химический лазер на кислороде и иоде (COIL)	Научные исследования, лазерные вооружения. Способен работать в постоянном режиме в области мегаваттных мощностей.
Углекислотный лазер (CO2)	Обработка материалов (резка, сварка), хирургия.
Лазер на монооксиде углерода (CO)	Обработка материалов (гравировка, сварка и т. д.), фотоакустическая спектроскопия.
Эксимерный лазер	Ультрафиолетовая литография в полупроводниковой промышленности, лазерная хирургия, коррекция зрения.

Лазеры на красителях

Рабочее тело	Применение
Лазер на красителях	Научные исследования, спектроскопия, косметическая хирургия, разделение изотопов. Рабочий диапазон определяется типом красителя.

Лазеры на пара́х металлов

Рабочее тело	Применение
Гелий-кадмиевый лазер на парах металлов	Полиграфия, УФ детекторы валюты, научные исследования.
Гелий-ртутный лазер на парах металлов	Археология, научные исследования, учебные лазеры.
Гелий-селеновый лазер на парах металлов	Археология, научные исследования, учебные лазеры.
Лазер на парах меди	Дерматология, скоростная фотография, накачка лазеров на красителях.
Лазер на парах золота	Археология, медицина.

Твердотельные лазеры

Рабочее тело	Применение
Рубиновый лазер	Голография, удаление татуировок. Первый представленный тип лазеров (1960).
Алюмо-иттриевые лазеры с неодимовым легированием (Nd:YAG)	Обработка материалов, лазерные дальномеры, лазерные целеуказатели, хирургия, научные исследования, накачка других лазеров. Один из самых распространённых лазеров высокой мощности. Обычно работает в импульсном режиме (доли наносекунд).
Лазер на фториде иттрия-лития с неодимовым легированием (Nd:YLF)	Наиболее часто используются для накачки титан–сапфировых лазеров, используя эффект удвоения частоты в нелинейной оптике.
Лазер на ванадате иттрия (YVO4) с неодимовым легированием (Nd:YVO)	Наиболее часто используются для накачки титан-сапфировых лазеров, используя эффект удвоения частоты в нелинейной оптике.
Лазер на неодимовом стекле (Nd:Glass)	Лазеры сверхвысокой мощности (тераватты) и энергии (мегаджоули). Обычно работают в нелинейном режиме утроения частоты от 351 нм в устройствах лазерной плавки.
	Спектроскопия, лазерные дальномеры, научные исследования.
Алюмо-иттриевые лазеры с тулиевым легированием (Tm:YAG)	Лазерные радары
Алюмо-иттриевые лазеры с иттербиевым легированием (Yb:YAG)	Обработка материалов, исследование сверхкоротких импульсов, мультифотонная микроскопия, лазерные дальномеры.
Алюмо-иттриевые лазеры с гольмиевым легированием (Ho:YAG)	Медицина
Церий-легированный литий-стронций(или кальций)-алюмо-фторидный лазер (Ce:LiSAF, Ce:LiCAF)	Исследование атмосферы, лазерные дальномеры, научные разработки.
Александритовый лазер с хромовым легированием	Дерматология, лазерные дальномеры.
Оптоволоконный лазер с эрбиевым легированием	Оптические усилители в оптоволоконных линиях связи.
Лазеры на фториде кальция, легированном ураном (U:CaF2)	Первый 4-х уровневый твердотельный лазер, второй работающий тип лазера (после рубинового лазера Маймана), охлаждался жидким гелием, сегодня не используется.

Полупроводниковые лазеры

Рабочее тело	Применение
Полупроводниковый лазерный диод	Телекоммуникации, голография, лазерные целеуказатели, лазерные принтеры, накачка лазеров других типов. AlGaAs-лазеры (алюминий-арсенид-галлиевые), работающие в диапазоне 780 нм используются в проигрывателях компакт-дисков и являются самыми распространёнными в мире.

Другие типы лазеров

Рабочее тело	Применение
Лазер на свободных электронах	Исследования атмосферы, материаловедение, медицина, противоракетная оборона.
Псевдо-никелевый самариевый лазер	Первый демонстрационный лазер, работающий в области жесткого рентгеновского излучения. Может применяться в микроскопах сверхвысоко разрешения и голографии. Его излучение лежит в «окне прозрачности» воды и позволяет исследовать структуру ДНК, активность вирусов в клетках, действие лекарств.

Насамперед необхідно відмітити переваги квантових ге­нераторів перед іншими джерелами високочастотної енергії для засобів зв'язку.

Так, при передачі телевізійних зображень несуча хвиля переносить сигнал, який створює ефективну ширину смуги у 4 МГц. Промінь лазера може переносити сигнал з часто­тою або шириною смуги, що дорівнює 100 000 МГц. Лазери генерують дуже вузькі пучки світла, які можна ще більше звузити за допомогою зовнішньої оптичної си­стеми. Розходження променя лазера може бути зроблене менше 20 см/км, тому густина енергії променя буде достатньою для передачі інформації на великі відстані. Оптичні генератори вже використовуються як засоби зв'язку в земних умовах.

Застосовуються лазери і для рятування людей на морі. Розроблений спеціальний мініатюрний лазер на вольфраматі кальцію з домішкою неодима. Вага приладу не перевищує 400 г. Прилад випромінює когерентне світло, яке виявляють з відстані до 50 км.

Лазери можуть також використовуватись для організа­ції оптичного телефонного зв'язку. Сполучаючи лазери з волокнами-світловодами, що передають одночасно все зображення предмета. Така система буде використову­ватись при передачі телевізійних і радіолокаційних зображень, карт погоди і місцевості або контурних карт.

Звичайні радіохвилі майже не проникають через плазму, що оточує космічний корабель під час входження в земну атмосферу. Промені лазера добре проникають через шар іонізованого повітря, забезпечуючи передачу інформації. Таким чином, лазер усуне порушення радіозв'язку з астронавтами в критичні моменти спуску корабля.

Широке застосування найдуть лазери у локації і далекометрії. Далекомірні системи, що працюють на базі світлових генераторів, можуть забезпечити велику точність вимірювання при меншій споживаній потужності порівняно з існуючими радіосистемами. Такі далекоміри мають надзвичайно вузьку діаграму спрямованості і дуже низький рівень теплових шумів порівняно з відповідною за ефективністю радіосистемою. Лазер-далекомір не сприйнятливий до зовнішніх перешкод.

За допомогою імпульсних оптичних локаторів можна вимірювати не тільки координати цілі, але й її швидкість. Найточніші дані про швидкість одержують, використовую­чи лазери у допплерівських навігаційних системах. Лазери передбачається використовувати також у локаційних уста­новках для виявлення підводних цілей. Висока роздільна здатність оптичного локатора дасть можливість подолати недоліки, які властиві акустичним системам.

Велике значення мають оптичні генератори для наукових досліджень. Створюючи потужне джерело інфрачервоного випромінювання певної частоти, можна збуджувати коливання в молекулах одного виду так, щоб інші молекули в суміші залишались у спокої. Оскільки збуджені молекули реагують більш бурхливо, ніж незбуджені, створюється можливість вибіркового керування деякими хімічними ре­акціями.

На основі лазерів можуть бути створені запам'ятовуючі комірки для оптичних обчислювальних машин. Такі маши­ни були б більш швидкодіючими порівняно з обчислюваль­ними пристроями, в яких інформація передається по про­водах або хвилевідних лініях.

Лазери можуть застосовуватись також у спектроскопіч­них дослідженнях. За допомогою оптичних генераторів мож­на перевірити правильність теорії відносності.

Лазери застосовуються у промисловості. У сфокусова­ному пучку рубінового генератора вдається одержати над­звичайно високі густини потужності. Рубіновий генератор, що випромінює імпульс з енергією 100 Дж за 200 мксек, створює у фокусі лінзи (з фокусною відстанню 1 см) потік енергії 10¹⁰ Вт/см². Протягом окремих сплесків потужність досягає 10¹³ — 10¹⁴ кВт/см². Таких великих концентрацій енергії не вдавалось одержати в жодному з приладів. У точ­ці дотикання променя лазерного генератора з речовиною створюються температури, що досягають кількох тисяч градусів. Тому речовина моментально випаровується.

За допомогою лазерів вдається свердлити отвори у над­твердих металах і мінералах. Створено промислові установ­ки для свердлення отворів у алмазах. Промінь лазера мож­на використовувати для різання твердих сплавів.

Останнім часом лазери стали успішно застосовуватись у медицині і біології. Проміння лазера можна використовувати для зашивання, стерилізації і припікання надзвичайно малих ділянок живих тканин, лазери почали лікувати очі людини, збираю­ться використати промінь лазера для видалення пухлин, у тому числі ракових у важкодоступних частинах організ­му. В результаті попередніх досліджень було встановлено, що промінь лазера дуже впливає на певні злоякісні пухлини тканей і мінімально нормальні тканини.

Такий далеко не повний перелік основних застосувань квантових оптичних генераторів.