Лазеры. Основы устройства и применения их в военной технике

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ УПРАВЛЕНИЯ имени СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ Институт государственного управления Кафедра Управление технологиями, РАСЧЕТНО ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ КОНЦЕПЦИЯ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ НА ТЕМУ ЛАЗЕРЫ. ОСНОВЫ УСТРОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ ИХ В ВОЕННОЙ ТЕХНИКЕ. Выполнила студентка Слепова И.П. ф-та государственного управления группы 1 вечернего отделения Руководитель Москва 1997 год. С О Д Е Р Ж А Н И Е стр. 1. Введение 3-2. Причина удивительных свойств лазерного луча. Когерентный свет. 6-7 а. Анатомия лазера 7-8 б. Типы лазеров 9-10 - газоразрядные - эксимерные - элетроионизационные - химические. 3. Применение лазеров в военном деле 1. Лазерная локация 12-17 - характерные параметры. 2. Наземные лазерные дальномеры и их применение в армиях. 18-4. Заключение 28-5. Использованная литература. 1. ВВЕДЕНИЕ И вот он наступил ХХ век. Уже самое его начало было отмечено величайшими достижениями человеческого ума. 7 мая 1895 г. на заседании Русского физико- химического общества Попов А.С. продемонстрировал изобретенное им устройство связи без проводов, а год спустя аналогичное устройство связи без проводов, а год спустя аналогичное устройство предложил итальянский техник и предприниматель Г.Маркони . Так родилось радио.

В конце уходящего века бал создан автомобиль с бензиновым двигателем, который пришел на смену изобретенному еще в ХVШвеке паровому автомобилю. Не менее потрясающим оказались достижения в физике.

Только за одно десятилетие на рубеже двух веков было сделано пять открытий.

В 1895 году немецкий физик Рентген открыл новый вид излучения, названный позднее его именем. В 1896г. французский физик Антуан Анри Беккерель открыл явление радиоактивности, в 1897году английский физик Дж. Дж. Томсон открыл электрон и в следующем году измерил его заряд, 14 декабря 1900 года на заседании немецкого физического общества Макс Планк дал вывод формулы для испускательной способности черного тела, этот вывод опирался на совершенно новые идеи, ставшие фундаментом квантовой теории - одной из основных физических теорий ХХ века. В 1905г. молодой А.Эйнштейн - ему тогда было всего 26 лет - опубликовал специальную теорию относительности.

Все эти открытия производили ошеломляющее впечатление и многих подвергали в замешательство - они никак не укладывались в рамки существования физики, требовала пересмотра ее основных представлений.

Едва начавшись, новый век возвестил о рождении новой физики, обозначил невидимую грань, за которой осталась прежняя физика получившая отныне название классическая Новые фундаментальные знания привели и к новым техническим достижениям - началось то, что мы сегодня называем научно-технической революцией. Развитие вакуумной, а позднее - с начала 50-х годов -полупроводниковой электроники позволило создать весьма совершенные системы радиосвязи, радиоуправления, радиолокации.

В 1948 году был изобретен транзистор, в начале 60-х годов на смену ему пришли интегральные схемы - родилась микроэлектроника. Развитие атомной и ядерной физики привело к созданию атомной электростанции с1954г и судов с атомными двигателями с 1959г. Телевидение, быстродействующие вычислительные машины, разнообразные компьютеры, промышленные роботы - такова наша сегодняшняя действительность.

Первый лазер был создан в 1960 году - и сразу началось бурное развитие лазерной техники. В сравнительно короткое время появились различные типы лазеров и лазерных устройств предназначенных для решения конкретных научных и технических задач. Человек никогда не хотел жить в темноте, он изобрел много разнообразных источников света - от канувших в прошлое стеариновых свечей, газовых рожков, и керосиновых ламп до ламп накаливания и ламп дневного света, которые сегодня освещают наши улицы и дома. И вот появился еще один источник света - лазер.

Этот источник света совершенно необычен. В отличие от всех других источников, он вовсе не предназначается для освещения. Конечно при желании лазеры могут применяться в качестве экстравагантных светильников. Однако использовать лазерный луч в целях освещения столь же нерационально, как отапливать комнату сжигаемыми в камине ассигнованиями. В отличие от других источников света лазер генерирует световые лучи, способные гравировать, сваривать резать материалы, передавать информации осуществлять измерения. контролировать процесса, получать особо чистые вещества, направлять химические реакции Так что это поистине удивительные лучи. П. ПРИЧИНА УДИВИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ ЛАЗЕРНОГО ЛУЧА . КОГЕРЕНТНЫЙ СВЕТ. Для объяснения этих свойств в научном языке есть специальный термин - когерентность.

Ученые скажут, что свет от лампы накаливания некогерентен, а лазерное излучение когерентно - и все им понятно. Человеку же, недостаточно просвещенному в области физики, надо очевидно, пояснить, что такое некогерентный или когерентный свет. В общих чертах такое пояснение дать вроде бы несложно. Вполне понятно, что поток света, распространяющийся от любого источника есть суммарный результат высвечивания великого множества элементарных излучателей, каковыми являются отдельные атомы или молекулы светящегося тела. В случае лампы накаливания каждый атом -излучатель высвечивается, никак не согласуясь с другими атомами-излучателями, поэтому в целом получается световой поток, который можно называть внутренне непорядочным, хаотическим.

Это есть некогорентный свет. В лазере же гигантское количество атомов излучателей высвечивается согласованно- в результате возникает внутренне упорядоченный световой поток.

Это есть когерентный свет. Когда мы говорим о лазерном луче, то обычно представляем себе яркий и тонкий световой шнур или световую нить. Нечто подобное можно увидеть в действительности если включить гелий-неоновый лазер.

Правда этот лазер маломощный настолько, что его луч можно спокойно ловить в руку. К тому же луч не ослепительно белый а сочного красного цвета. Чтобы он был лучше виден, надо создать в лаборатории полумрак и легкую задымленность. Луч почти не расширяется и везде имеет практически одинаковую интенсивность. Можно разместить на его пути ряд зеркал и заставить его описать. сложную изломанную траекторию в пространстве лаборатории. В результате возникнет эффективное зрелище - комната, как бы, перечеркнутая в разных направлениях яркими красными прямыми нитями.

Однако не всегда лазерный луч выглядит столь эффектно. Например, луч СО2 - лазера вообще невидим - ведь его длина волны попадает в инфракрасную область спектра. Кроме того, не следует думать, что лазерный луч - это обязательные непрерывный поток световой энергии. В большинстве случаев лазеры генерируют не непрерывный световой пучок, а световые импульсы. 1. Анатомия лазера. Как выглядит лазер На что он похож Лазеры отличаются большим разнообразием.

Существует огромное число разных типов лазеров, они различаются не только характеристиками генерируемого ими излучения, но также внешним видом, размерами, особенностями конструкции. Сердце лазера - его активный элемент. У одних лазеров он представляет собой кристаллический или стеклянный стержень цилиндрической формы. У других - это отпаянная стеклянная трубка, внутри которой находится специально подобранная газовая смесь. У третьих - кювета со специальной жидкостью. Соответственно различают лазеры твердотельные, газовые и жидкостные. см. табл. стр. 88. 2. Типы лазеров.

Продолжая знакомиться с лазерами, совершим экскурсию по обширному лазерному хозяйству. Остановимся на некоторых типах лазеров. Газоразрядные лазеры. Так называют лазеры на разряженных газовых смесях давление смеси 1-10мм рт.ст которые возбуждаются самостоятельным электрическим разрядом. Различают три группы газоразрядных лазеров - лазеры, в которых генерируемое излучение рождается на переходах между энергетическими уровнями свободных ионов применяется термин ионные лазеры лазеры, генерирующие на переходах между уровнями свободных атомов лазеры, генерирующие на переходах между уровнями молекул так называемые молекулярные лазеры Из огромного числа газоразрядных лазеров выделим три гелий-неоновый как пример лазера, генерирующего на переходах в атомах, аргоновый ионовый лазер и СО2- лазер молекулярный лазер. см.таблицы 113-115 Гелий -неоновой лазер имеет три основных рабочих перехода, на длинах волн 3,39 и1,15 и 0,63 мкм. В аргоновом лазере генерация происходит на переходах между уровнями однократного иона аргона Ar основными являются переходах на длинах волн 0,488голубой цвет и 0,515 мкм зеленый цвет. Генерация в СО2 -лазере происходит на переходах между колебательными уровнями молекулы углекислого газа СО2 основными являются переходы на длинах волн 9,6 и 10,6 мкм. Основными составляющими газовой смеси являются углекислый газ и молекулярный азот. Эксимерные лазеры. Так называют газовые лазеры генерирующие на переходах между электронными состояниями эксимерный разлетных молекул.

К таким молекулам относятся, например молекулы Ar2, Kr2, Xe2 , ArF, KrCl, XeBr и др. Эти молекулы содержат атомы инертных газов.

Заметим, что в эксимерных лазерах реализованы наиболее низкие значения генерируемых длин волн. Так. в лазере на молекулах Хе2 наблюдалась генерация на длине волн 0,172 мкм, в лазере на молекулах Kr2 0,147 мкм, в лазере на Ar2 0,126 мкм. Электроионизационные лазеры.

В качестве ионизирующего излучения используют ультрафиолетовое излучение, электронный пучок из ускорителя, пучки заряженных частиц, являющихся продуктами ядерных реакций.

Химические лазеры. Реакции идущие с высвобождением энергии, называют экзоэнергетичсекими. Они-то и представляют интерес для химических лазеров. В этих лазерах, высвобождающаяся при химических реакциях, идет на возбуждение активных центров и в конечном счете преобразуется в энергию когерентного света.

Приведем пример реакций замещения, которые используются в химических лазерах F H2 - HF H , F D2 - DF D, H Cl2 - Hcl Cl, Cl HJ - HCl J. Звездочка указывает на то, что молекула образуется в возбужденном колебательном состоянии. Существует еще ряд признаков классификации лазеров, но отнесем их рассмотрение к специальной литературе. Ш.

Применение лазеров в военном деле

Это свойство локатора сохранять свои характеристики и установленных пр... Оценим погрешность фазового дальномера, пригодного работать в полевых ... Приемником служит портативный фотодиод, чувствительность которого имее... Расходимость лазерного луча 10 мрад. Приемное устройство состоит из оптической системы, а фокальной плоскос...

Заключение

Заключение. За последнее время в России и за рубежом были проведены обширные исследования в области квантовой электроники. созданы разнообразные лазеры, а также приборы, основанные на их использовании. Лазеры теперь применяются в локации и в связи, в космосе и на земле, в медицине и строительстве, в вычислительной технике и промышленности, в военной технике.

Появилось новое научное направление - голография, становление и развитие которой также немыслимо без лазеров.

Однако, ограниченный объем этой работы не позволил отметить такой важный аспект квантовой электроники, как лазерный термоядерный синтез, об использовании лазерного излучения для получения термоядерной плазмы. Устойчивость светового сжатия. Не рассмотрены такие важные аспекты, как лазерное разделение изотопов, лазерное получение чистых веществ, лазерная химия и многое другое.

Но мы рассмотрели одну из частей употребления лазеров в военной технологии, которые сейчас широким фронтом вторгаются в нашу действительность, обеспечивая подчас уникальные результаты. Человек получил в свое распоряжение инструмент для повседневной научной и производственной деятельности. Мы еще не знаем, а вдруг может произойти научная революция в мире основанная на сегодняшних достижениях лазерной техники. Вполне возможно, что через 50 лет действительность окажется гораздо багаче нашей фантазии Может быть, переместившись в машине времени на 50 лет вперед, мы увидим мир, затаившийся под прицелом лазеров.

Мощные лазеры нацелившись из укрытий на космические аппараты и спутники. Специальные зеркала на околоземных орбитах приготовились отразить в нужном направлении беспощадный лазерный луч, направить его на нужную цель. На огромной высоте зависли мощные гамма-лазеры, излучение которых способно в считанные секунды уничтожить все живое в любом городе на Земле. И негде укрыться от грозного лазерного луча - разве, что спрятаться в глубоких подземных убежищах.

Но это все фантазии. И не дай бог она привратиться в реальность. Все это зависит от нас, от наших действий сегодня, от того, насколько активно все мы будет относиться к достижениям нашего разума правильно, и направлять наши решения в достойное русло этой необъятной реки которая называется - Лазер. Л И Т Е Р А Т У Р А . 1.Тарасов Л.В. Знакомьтесь - лазеры Радио и связь 1993 г 2. Федоров Б.В. Лазеры основы устройства и применение изд ДОСААФ 1990г. 3. Тарасов Л.В. Лазеры действительность и надежды изд Наука 1985г 4. Орлов В.А. Лазеры в военной технике Воениздат 1986г. 5.Реди Дж. Промышленной применение лазеров Мир 1991г. 6. Авиация и космонавтика 5 1981г. с 44-45 7. Петровский В.И. Локаторы на лазерах Воениздат 8. Федоров Б.Ф. Лазерные приборы и системы летательных аппаратов Машиностроение 1988г. 9. Лазеры в авиации. под ред. Сидорина В.М. Воениздат 1982г.