История лазера

История лазера начинается в семидесятых годах двадцатого века. В научной литературе, фантастических романах, и даже в вечерних газетах, всё чаще стало мелькать незнакомое и притягательное слово – Лазер. Этому устройству пророчили большое будущее, огромная мощность и незаурядные характеристики привлекали внимание военных и технологов. Фантасты начали оснащать лазерными пушками космические истребители, а практичные инженеры и конструкторы прикидывали, сможет ли этот лазер резать и сваривать металл.

Альберт Эйнштейн

Да, да он самый. Альберт Эйнштейн, величайший физик двадцатого столетия, стал автором концепции вынужденного излучения. Он описал условия, в которых электроны могут излучать свет с волной одной длины. Было это в 1917 году. Потом последовали 30 лет теоретических разработок, пока в 1947 году американцами Резерфордом и Лемблом не было продемонстрировано вынужденное излучение. Но этот аппарат еще не был квантовым генератором – лазером в правильном понимании.

В 1954 – 1955 годах ученые из США и СССР, физики Николай Басов, Герберт Цайгер, Александр Прохоров, и Джеймс Гордон, практически одновременно представили реально работающий лазер. Это устройство работало в газовой среде и генерировало луч, невидимый человеческому глазу. 

Твердотельный импульсный лазер

В 1960 году появился первый твердотельный лазер. В нем использовался кристалл рубина. Это был импульсный лазер.

В корпусе установлена специальная импульсная лампа. Она имеет спиралевидную форму, внутри, в центре этой лампы находится кристалл рубина, правда ненастоящий, а родившийся в лаборатории. С торцов кристалла установлены зеркала – непрозрачное с одной стороны, и полупрозрачное, там, где появляется лазерный луч. Лампа подключается к батарее конденсаторов, происходит вспышка, а этот момент в кристалле рубина начинается лавинообразный процесс. Фотоны – мельчайшие частички материи – начинают метаться в рубине – резонаторе от стенки к стенке, постепенно приобретая необходимые характеристики. Получается узконаправленный поток света со строго определенной длиной волны. Длительность импульса очень мала – около 0,0001 секунды.

Газовый лазер

История лазера не стоит на месте и спустя несколько месяцев появился лазер, работающий в постоянном режиме. Это газовый лазер, на основе гелий-неоновой смеси. Он генерировал видимый луч красного цвета.

Затем, в течении всего двадцатого века лазерная техника непрерывно развивалась, появлялись новые технологии, упрощающие и удешевляющие использование квантового генератора. Лазерные диоды с различным химическим составом позволили получить весь спектр видимого цвета, а использование мощнейших газовых лазеров на производстве позволяет легко резать металл практически любой толщины.

Наверное, все знают, что у видимого нами света – от красного, до фиолетового, есть одна важная характеристика – длина волны. У красного цвета она составляет около 630 нм, а вот у фиолетового цвета волна короче, примерно 450 наномертов. Обычные лампы светят белым светом – смесью цветов всего видимого диапазона. Такой свет сложно сфокусировать и практически невозможно получить луч необходимой длины. А вот луч лазера, в котором идет излучение волн одной длины не рассеивается на расстоянии, может нести в себе больше энергии. Лазерный луч можно сравнить со строем идущих в ногу солдат, а свет лампы – с толпой школьников на переменке.

Появление лазерных  диодов, недорогих и технологичных, породило целый лазерный бум.

• Лазеры стали использоваться при записи и воспроизведении информации – CD, DVD диски.
• В плеерах и видеопроигрывателях лазерный луч считывает информацию с поверхности диска.
• В дальномерах, уровнях  и нивелирах  тоже использован лазер. С точностью до сантиметра он определяет расстояние, угол места и кривизну поверхности.
• В супермаркетах и  банкоматах лазером считывается информация со штрих-кода.
• В медицине лазер нашел  широчайшее применение. Это деликатные операции на глазах, и удаление татуировок и бородавок и депиляция.
• На производстве мощный лазерный луч легко режет и сваривает металлы. Причем качество резки и сварки на порядок выше, чем при использовании плазмы. Лазерный луч одинаково хорошо режет пластик, древесину, камень. Часто детали, вышедшие из под лазерного резака, не требуют дальнейшей обработки. Это ускоряет и удешевляет выпускаемую продукцию.
•  На концертах и на дискотеках тоже используется лазерное оборудование. Потрясающие шоу Жан-Мишель Жарра собирают стадионы.
•  Проекторы на дискотеках способны проецировать удивительные голографические картинки.
• В принтерах лазер формирует цветное красочное изображение. Лазерные принтеры дают более качественную картинку, по сравнению со своими струйными собратьями.
•  А любители пострелять будут рады лазерному пейнтболу. Оптические автоматы и штурмовые винтовки не оставляют на теле синяков, в отличии от стреляющего шариками с краской пневматического оружия. А поупражняться в меткости можно в лазерном тире.
• Наконец, лазерная указка, устройство, которое многие держали в руках, наблюдая красный или зеленый зайчик на стене дома за несколько десятков или сотен метров. К таким указкам обычно прилагались насадки, проецирующие на стену сердечки, звездочки, кошечек и собачек. Сейчас в продаже есть очень мощные устройства, способные вызвать потерю зрения. Пользоваться такими указками следует с величайшей осторожностью, категорически необходимо пользоваться специальными защитными очками.
•  Лазер используется в астрономии, с его помощью было определено с точностью до метров расстояние до Луны.
•  В химии, физике, геологии, лазер используется в различных экспериментальных установках.

 

Практически сразу после изобретения лазера, им заинтересовались военные. И в самом деле, лазер бесшумен, его можно сделать невидимым. Луч бьёт по прямой,  со скоростью света, это  сильно упрощает прицеливание. Казалось бы, сплошные плюсы. Генералы уже мечтали о боевом лазере — танках с лазерными пушками и пехотинцами со световыми бластерами. Но вмешалась физика.  Коэффициент полезного действия лазера ничтожно мал. Для того, чтобы гарантировано вывести из строя танк или самолет, или даже человека, нужна определенная энергия. Она измеряется десятками и сотнями тысяч Ватт, которые следует донести до объекта лазерному лучу. А для этого лазер требует энергии в десятки раз больше. И придется к танку с лазерной пушкой приставлять целую электростанцию. Но лазерное оружие всё-же есть.

Российский экспериментальный комплекс 1К17 «Сжатие»

Предназначен для подавления оптических систем врага. В автоматическом режиме может производить поиск и наведение на цели – дальномеры, визиры, приборы ночного видения. В установке использован твердотельный лазер. На вооружение, увы, не поставлялся.

Боевой лазер. Лазерный бластер

А это настоящий лазерный бластер. Пистолет создан в 1984 году советскими учеными. Предназначается  для космонавтов. В обойме находятся одноразовые лампы-вспышки со специальным пиротехническим составом. В момент «выстрела» смесь вспыхивала, накачивая активный элемент. Образуется лазерный импульс, энергии которого хватит для ослепления противника. В обойме восемь патронов.

Программа «Терра -3», советский лазерный комплекс противоракетной обороны.

Комплекс был построен в Казахстане. В установке было использовано 19 твердотельных лазеров. Во время испытаний выяснилось, что для гарантированного поражения боеголовок баллистических ракет не хватает мощности излучения. С развалом Советского Союза все работы по комплексу были прекращены.

Программа «Звездные Войны» США

Программа «Звездные Войны» США, начатая в 80-х годах прошлого века. Программа предназначалась для перехвата и уничтожения баллистических ракет и вражеских спутников. Предполагалось использовать в числе других вооружений и лазеры с ядерной накачкой, то — есть в космос выводились миниатюрные атомные бомбы, мощность взрыва которых превращалась в лазерное излучение. Программа не была реализована.

История лазера. Самолет А-60

Самолет А-60, созданный на базе Ил -76МД. В носу самолета расположен прицельный лазерный комплекс, по бортам установлены дополнительные турбореактивные двигатели для обеспечения энергией главного лазера, который укрыт в фюзеляже. При необходимости башенка с лазерной установкой может подниматься. Комплекс предназначен для поражения разведывательных спутников.

Boeing YAI — 1

А это Boeing YAI — 1, коллега нашего лазерного самолета. Устройство и цели идентичны нашему Ил – 76.

Наутилус. Боевой лазер

«Наутилус» — лазерная система противоракетной обороны США. Может перехватывать баллистические и неуправляемые ракеты. Проводились успешные испытания по перехвату артиллерийских снарядов. Может поставляться в морском и сухопутном исполнении. Касательно эффективности системы – Израиль, вместе с США финансировавший разработку установки, в 2001 году вышел из проекта, перейдя на ракеты «Земля-Воздух».

Системы целеуказания

История лазера говорит о том, что наиболее распространенными лазерные технологии оказались в системах целеуказания. Такой прицел генерирует хорошо видимую на цели точку, при расстоянии от 10 до 300-400 метров. Лазерный луч может быть в инфракрасном диапазоне, невидимым невооруженным глазом. В более сложных оптических прицелах лазер так-же играет роль дальномера, помогая точно определить расстояние до цели. Еще лазерные целеуказатели используют в комплексах с управляемым вооружением.

 

В самолете Миг 27 прицельная система «Кайра» на основе лазера позволяла использовать бомбы с лазерным наведением.

Характерные особенности люстр арт деко

 

А на танке Т- 72 лазерный луч подсказывал управляемой ракете направление на цель. 

Так же лазерные дальномеры используются в танках и самолетах для определения расстояния и более точной стрельбы.

Несомненно, у лазерных технологий есть будущее:

• оптические процессоры
• связь
• космические исследования
• передача энергии на расстояние
• термоядерный синтез
• медицина

везде эти лучи энергии найдут себе работу.

Современные технологии, химия, производство – уже давно не могут обойтись без лазеров. Прогресс, новые открытия и достижения, новые бытовые приборы, техника и оборудование – очень часто можно видеть символ  «осторожно, лазерное излучение». Оно не представляет большой опасности при грамотном использовании, а преимуществ дает массу. Поэтому можно смело сказать, что лазерам принадлежит будущее!