Презентация на тему "Принцип работы лазера"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИЛЕКЦИЯ№4Принцип работы лазера и основные свойства лазерного излучения. Лидары.

  Астапенко В.А., д.ф.-м.н. 1 pptcloud.ru

• 
  Слайд 2

  Основные резонансные фотопроцессыв дискретном энергетическом спектре

  2 Фотопоглощение (а), спонтанноеизлучение (b) и вынужденное излучение (c)

• 
  Слайд 3

  Свойства вынужденного излучения

  Наиболее характерная черта вынужденного излучения заключается в том, что возникший поток фотонов распространяется в том же направлении, что и первоначальный возбуждающий фотонный поток. Частоты и поляризация вынужденного и первоначального излучений также равны. Вынужденный поток фотонов когерентен возбуждающему, т.е. имеет те же фазовые характеристики 3

• 
  Слайд 4

  Принцип работы лазера

  Li g h t A m p l i f i c a t i o n by S t i m u l a t e d E m i s si o n of R a d i a t i o n Физической основой работы лазера служит явление вынужденного (индуцированного) излучения. Суть явления состоит в том, что возбуждённый атом способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения, если энергия последнего равняется разности энергий уровней атома до и после излучения. При этом излучённый фотон когерентен фотону, вызвавшему излучение (является его «точной копией»). 4

• 
  Слайд 5

  Рабочий переход в лазерной активной среде

  5

• 
  Слайд 6
  

  а - трёхуровневая и б - четырёхуровневая схемы накачки активной среды лазера

  6

• 
  Слайд 7

  Условие лазерного усиления

  7

• 
  Слайд 8

  Развитие процесса генерации в лазере

  8

• 
  Слайд 9

  Оптический резонатор

  9

• 
  Слайд 10

  Пичковый режим работы лазера

  10 Временные зависимости нормированной инверсии населенностей (сплошная кривая) и нормированной концентрации фотонов (пунктир), являющиеся решением системы балансных уравнений, T1 = 100 τc , Ne = 10 Nth

• 
  Слайд 11
  

  Временные зависимости нормированной инверсии населенностей (сплошная кривая) и нормированной концентрации фотонов (пунктир), являющиеся решением системы балансных уравнений, T1 = 103τc , Ne = 10 Nth 11

• 
  Слайд 12

  Основные свойства лазерного излучения

  Высокая спектральная яркость Монохроматичность Временная когерентность Узкая угловая направленность Возможность генерации ультракоротких импульсов 12

• 
  Слайд 13
  

  13 Параметры мощных лазерных установок со сверхкороткой длительностью импульса

• 
  Слайд 14
  

  Петаваттный лазер в Техасском университете. Слева - усилитель (синие блоки)

  14

• 
  Слайд 15

  Типы лазеров

  Газовые Твердотельные Полупроводниковые Жидкостные (на красителях) Эксимерные (Eximer – excited dimer) Лазеры на парах металлов Лазеры на свободных электронах 15

• 
  Слайд 16

  Первый лазер на рубине

  Спектры излучения рубина: (а) спонтанное излучение при слабой накачке, (б) стимулированное излучение при сильной накачке (из оригинальной статьи Т. Меймана, Nature, v.187, p.494, 1960) 16

• 
  Слайд 17

  Схема рубинового лазера

  17

• 
  Слайд 18

  Устройство и принцип работы гелий-неонового лазера

  18

• 
  Слайд 19
  

  19 Различные виды твердотельных лазеров и их области применения

• 
  Слайд 20

  Лазеры на красителях

  20

• 
  Слайд 21
  

  Простейшая реализация п/п лазера на прямозонном полупроводнике типа GaAsс фотонной накачкой

  21

• 
  Слайд 22

  ДИОДНЫЙЛАЗЕРНОВОГОПОКОЛЕНИЯ

  Многократное увеличение области излучения (в 10 раз) Снижение порога катастрофического разрушения (в 10 раз) Уменьшение угловой расходимости излучения (в 3-5 раз) Увеличение выходной мощности (в 5-10 раз) Обеспечение надежности работы при больших мощностях Создана принципиально новая конструкция диодных лазеров Стандартный ДЛ ДЛ нового типа 30-50° 5-10°

• 
  Слайд 23

  Принцип действия импульсного лазерного дальномера

  23 Лазерные дальномеры различаются по принципу действия на импульсные и фазовые. Импульсный лазерный дальномер это устройство, состоящее из импульсного лазера и детектора излучения. Измеряя время, которое затрачивает луч на путь до отражателя и обратно и зная значение скорости света, можно рассчитать расстояние между лазером и отражающим объектом. 

• 
  Слайд 24

  Лидар

  24 Определение: лидар транслитерация с английского выражения Light Detection and Ranging Назначение: прибор, реализующий технологию получения и обработки информации об удалённых объектах с помощью активных оптических систем, использующих явления отражения излучения и его рассеяния в прозрачных и полупрозрачных средах. Лазерный дальномер – одна из реализаций лидара. В отличие от радиоволн, эффективно отражающихся только от достаточно крупных металлических целей, световые волны подвержены рассеиванию в любых средах, в том числе в воздухе, поэтому возможно не только определять расстояние до непрозрачных (отражающих свет) дискретных целей, но и фиксировать интенсивность рассеивания света в прозрачных средах. Возвращающийся отражённый сигнал проходит через ту же рассеивающую среду, что и луч от источника, подвергается вторичному рассеиванию, поэтому восстановление действительных параметров распределённой оптической среды — достаточно сложная задача, решаемая как аналитическими, так и эвристическими методами.

• 
  Слайд 25

  Применение лидаров

  25 Исследования атмосферы: Измерение скорости и направления воздушных потоков; Измерение температуры атмосферы. Исследования Земли: Космическая геодезия; Авиационная геодезия. Строительство и горное дело. Морские технологии: Измерение глубины моря; Поиск рыбы. Транспортные применения: Определение скорости транспортных средств; Системы активной безопасности. Промышленные и сервисные роботы.

• 
  Слайд 26

  ЛАЗЕРНЫЙ ДАЛЬНОМЕР ИМПУЛЬСНЫЙ ЛДИ-3-1М

  Малогабаритный переносной лазерный дальномер-бинокль предназначен: для измерения расстояния до различных морских, наземных и воздушных целей, как при хорошей видимости, так и в сложных метеоусловиях (дождь, туман, снегопад); для ведения наблюдений за окружающей обстановкой. Технические характеристики: диапазон измерения дальности 60 … 15000 м; среднее квадратическое отклонение определения дальности не более 3,5 м; увеличение визирного канала 7,5 крат; длина волны лазерного излучения 1079 нм; масса прибора 1,3 кг.

• 
  Слайд 27

  ЛАЗЕРНЫЙ ПРИЦЕЛ-ДАЛЬНОМЕР ЛПД

  Лазерный прицел-дальномер предназначен для работы в составе унифицифированного прибора-наводчика объектов бронетанковой техники. Позволяет вести визуальное наблюдение с переменной кратностью и определять дальность до быстродвижущихся целей. Технические характеристики: диапазон измерения дальностидо 20 км; средняя квадратическая погреш­ность измерения дальности ± 5 м; частота измерений 5 Гц; увеличение визирного канала 2,5 и 12 крат; длина волны лазерного излучения 1064 нм; масса прибора 5 кг.

• 
  Слайд 28

  ЛАЗЕРНЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ ТАХЕОМЕТР КТД-3

  Лазерный электронный тахеометр предназначен для измерения расстояния до естественных объекта и его угловых координат с высокой точностью при топографической съемке местности. Технические характеристики: диапазон измерения дальности 100 … 10000 м; средняя квадратическая погрешность измерения: дальности не более 0,2 м; горизонтальных углов 2”; вертикальных углов 3”; увеличение визирного канала 25 крат; длина волны лазерного излучения 1079 нм; масса прибора 8 кг.