Принцип работы лазеров

Один поставщиков защитного слоя толщиной 0,1 мм, используемых в дисках, компания Plexiglas Degussa, сообщил, что они разработали пленку из поликарбоната, которая отвечает всем требованиям к представленным дискам, но его производство не будет более экономичным, чем производство других защитных пленок.

Пленка продается под маркой Europlex PC.

Другая компания, Bayer MaterialScience, разработала программу для улучшения диска Blu-ray. Успехи непосредственно влияют на их линию поликарбонатов Makrolon.

 

 

 

 
Рисунок 4.Blu-ray диск PHILIPS 50 гб.

2.2 ТЕХНИЧЕСКИЕ ДЕТАЛИ

Лазер и оптика

В технологии Blu-ray для чтения и записи используется сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм. Обычные DVD и CD используют красный и инфракрасный лазеры с длиной волны 650 нм и 780 нм соответственно. 
Такое уменьшение позволило сузить дорожку вдвое по сравнению с обычным DVD-диском — до 0,32 микрон — и увеличить плотность записи данных. 
Более короткая длина волны сине-фиолетового лазера позволяет хранить больше информации на 12 см дисках того же размера, что и у CD/DVD.

 

 

 
Рисунок 5.Сравнение эффективного "размера пятна".

 

Эффективный «размер пятна» на котором лазер может сфокусироваться ограничен дифракцией и зависит от длины волны света и числовой апертуры линзы используемой для его фокусировки. Уменьшение длины волны, использование большей числовой апертуры (0,85, в сравнении с 0,6 для DVD), высококачественной двухлинзовой системы, а также уменьшение толщины защитного слоя в шесть раз ( 0,1 мм вместо 0,6 мм ) предоставило возможность проведения более качественного и корректного течения операций чтения/записи. Это позволило записывать информацию в меньшие точки на диске, а значит, хранить больше информации в физической области диска, а также увеличить скорость считывания до 36 Мбит/с. В дополнение к оптическим улучшениям диски Blu-ray также имеют улучшенную технологию кодирования данных, позволяющую хранить больший объём информации.

 

Табл. 1. Сравнительные характеристики оптических носителей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 СРАВНЕНИЕ

Табл.2. Отличия Blu Ray от HD-DVD

 

 

Несмотря на то, что Blu-ray и HD DVD - форматы высокой четкости, основанные на технологии синего лазера, есть несколько важных отличий между ними. 
Первое - размер. Blu-ray проигрыватель использует лазер с более короткой длиной волны, чем HD DVD. Поэтому на единицу поверхности помещается больше данных. Вследствие этого однослойный диск может содержать 25 Гб данных (HD DVD - 15Гб), двухслойный - 50Гб (HD DVD - 30Гб) 
Второе отличие - контент. Несколько крупных студий заявили, что они будут поддерживать только один формат носителей. Например, Sony Pictures Home Entertainment (в том числе и MGM и Tri-Star), Twentieth Century Fox и Disney будут выпускать фильмы только на Blu-ray, когда как Warner Bros., Universal Pictures, и HBO - только на HD DVD, Paramount объявила о выпуске фильмов у обоих. 
Хотя форматы несовместимы друг с другом, их объединяет высокое качество видео и звуковой дорожки, новые дополнения к фильмам, интуитивно понятное и более интерактивное управление диском, по сравнению со стандартным DVD.

 

3.Практическое применение  лазеров

 

3.1.Применение лазеров  в медицине

Широкое распространение лазеры в медицине начали получать в 80-х годах в больницах и клиниках США. В большинстве своем тогда использовались углекислотные и аргоновые лазеры и применялись они в хирургии и офтальмологии. В недостатки лазеров того времени можно записать то, что у них было постоянное непрерывное излучение, которое исключало возможность более точной работы, что приводило к тепловым поражениям тканей вокруг обрабатываемой зоны. Успешное применение лазерных технологий в то время требовало колоссального опыта работы.

В офтальмологии лазерное излучение с энергией 0,2 – 0,3 дж позволяет осуществлять ряд сложных операций, не нарушая целостности самого глаза. Одной из таких операций является приварка и укрепление отслоившейся сетчатки с помощью коагуляционных спаек. Кроме того, лазерный луч применяется для выжигания злокачественных и доброкачественных опухолей. В хирургии сфокусированный световой луч непрерывного лазера (мощностью до 100 Вт) служит чрезвычайно острым и стерильным скальпелем, осуществляющим бескровные операции даже на печени и селезенке. Весьма перспективно использование непрерывных и импульсных лазеров для прижигания ран и остановки кровотечений у больных с пониженной свертываемостью крови.

Следующим шагом в разработке лазерных технологий для медицины стало изобретение импульсного лазера. Такой лазер позволял воздействовать исключительно на проблемную зону, без повреждения окружающих тканей. И в 80-х годах появились первые импульсные лазеры на красителях. Это стало началом применения лазеров в косметологии. Такие лазерные системы могли удалять капиллярные гемангиомы и родимые пятна. Чуть позже появились лазеры способные удалять татуировки. Это были лазеры с модуляцией добротности (Q-switched lser).

Сегодня область применения лазеров в медицине очень широкая. Это хирургия, офтальмология, стоматология, нейрохирургия, косметология, урология, гинекология, кардиология и т.д. Вы можете себе представить, что когда-то лазер лишь был неплохой альтернативой скальпелю, а сегодня с его помощью можно удалять раковые клетки, производить очень точные операции на различных органах, диагностировать серьезные заболевания на самых ранних стадиях, такие как рак. Сейчас лазерные технологии в медицине идут в сторону развития комбинированных методов лечения, когда наряду с лазерной терапией применяют физиотерапию, медикаменты, УЗ. К примеру, в лечении гнойных заболеваний был разработан комплекс мероприятий, который включает лазерную обработку, использование антиоксидантов и различных биологически активных материалов.

 

 

 

3.2.Применение  лазеров в вооружении

 

С середины 50-х годов XX века в СССР осуществлялись широкомасштабные работы по разработке и испытанию лазерного оружия высокой мощности, как средства непосредственного поражения целей в интересах стратегической противокосмической и противоракетной обороны. Среди прочих были реализованы программы «Терра» и «Омега». Испытания лазеров осуществлялись на полигоне Сары-Шаган (ПВО, ПРО, ПКО,СККП, СПРН) в Казахстане. После распада Советского Союза работы на полигоне Сары-Шаган были остановлены.

В середине марта 2009 года американская корпорация Northrop Grumman объявила о создании твердотельного электрического лазера мощностью около 100 кВт. Разработка данного устройства была произведена в рамках программы по созданию эффективного мобильного лазерного комплекса, предназначенного для борьбы с наземными и воздушными целями.

 

Рисунок 6.Револьвер, оснащённый лазерным прицелом.

 

В большинстве военных применений лазер используется для облегчения прицеливания с помощью какого-нибудь оружия. Например, лазерный прицел — это маленький лазер, обычно работающий в видимом диапазоне и прикреплённый к стволу пистолета или винтовки так, что его луч параллелен стволу. Благодаря слабой расходимости лазерного луча, даже на больших расстояниях прицел даёт маленькое пятнышко. Человек просто наводит это пятно на цель и таким образом видит, куда именно направлен его ствол.

Большинство лазеров используют красный лазерный диод. Некоторые используют инфракрасный диод, чтобы получить пятно, не видимое невооруженным глазом, но различимое приборами ночного видения. В 2007 году компания Lasermax, специализирующаяся на выпуске лазеров для военных целей, объявила о начале первого массового производства зелёных лазеров, доступных для стрелкового оружия. Предполагается, что зеленый лазер будет лучше, чем красный, видим в условиях яркого света по причине более высокой чувствительности сетчатки человеческого глаза к зеленой области спектра.

Системы обнаружения снайперов

Принцип данных систем основывается на том, что луч, проходя через линзы, будет отражаться от какого-либо светочувствительного объекта (оптические преобразователи, сетчатка глаза и т. д.). 
Как преимущество — подобные системы являются активными, то есть обнаруживают снайперов до выстрела, а не после. С другой стороны эти системы демаскируют себя, так как являются излучателями.

Такие системы выпускаются как в России, так и в других странах.

Постановка помех снайперам

Возможна постановка помех путем «сканирования» лазерным лучом местности, не позволяя вражеским снайперам вести прицельную стрельбу или даже наблюдение в оптические приборы.

Введение противника в заблуждение

В данном случае подразумевается «несмертельное» вооружение, главное назначение которого — предотвратить нападение со стороны противника. Устройство создаёт лазерный луч небольшой мощности, направляемый в сторону противника (в основном, эта технология используется против авиации и танков). Противник полагает, что на него нацелено высокоточное оружие, он вынужден спрятаться или отступить вместо нанесения собственного удара. 

Дальномеры

Лазерный дальномер — устройство, состоящее из импульсного лазера и детектора излучения. Измерив время, за которое луч преодолевает путь до отражателя и обратно и зная значение скорости света, можно рассчитать расстояние между лазером и отражающим объектом. Лазерный дальномер — простейший вариант лидара. Значение расстояния до цели может использоваться для наведения оружия, например, танковой пушки.

Лазерное наведение

Другое военное применение лазеров — оружейные системы наведения. Такие системы представляют собой лазер небольшой мощности, «подсвечивающий» цель для боеприпасов с лазерным наведением —«умных» бомб или ракет, запускаемых с самолёта. Ракета автоматически меняет свой полет, ориентируясь на отраженное пятно лазерного луча на цели, обеспечивая, таким образом, высокую точность попадания. Лазерный излучатель может находиться как на самом самолёте, так и на земле. В устройствах лазерного наведения обычно используются инфракрасные лазеры, так как их работу проще скрыть от противника.

Лазерное стрелковое оружие (потенциально)

Первым военным применением лазеров, которое всем приходит на ум, обычно становится использование их в конструкции лазерного стрелкового оружия, способного уничтожать пехоту, танки и даже самолёты. На практике такие идеи сразу наталкиваются на серьёзное препятствие — при современном уровне технологий лазер, способный нанести повреждение человеку (с учётом источника питания) окажется слишком тяжёлым для переноски в одиночку, а устройство, обладающее достаточной мощностью для выведения из строя танка, будет крайне громоздким и чувствительным к вибрациям устройством, что сделает невозможным его полевое применение. В первую очередь это объясняется чрезвычайно низким КПД лазера: для получения достаточного (для повреждения цели) количества излучаемой энергии, необходимо затратить в десятки (иногда сотни) раз больше энергии для накачки рабочего тела лазера. В частности, для нанесения повреждения, аналогичного удару пули тридцатого калибра (в энергетическом соотношении) требуется лазерный импульс мощностью около 5 килоджоулей; 1,6 килоджоуль будет эквивалентен 9-мм пуле соответственно. Лучевой импульс продолжительностью в секунду, таким образом, должен иметь мощность 1600 ватт. При этом следует учесть указанный выше фактор низкого КПД лазера, соответственно, источник питания должен выдать мощность минимум в десять раз большую (в лучшем случае). Именно масса источников энергии для накачки, в значительной степени, определит тяжесть подобного оружия. На настоящее время портативных источников энергии с такой плотностью энергии не существует. Следует также отметить, что не излучённый в лазерном импульсе остаток энергии выделится в виде тепла в конструкции оружия, что потребует весьма эффективной и тяжёлой системы охлаждения для сброса тепла. А потребное время остывания, в свою очередь, чрезвычайно уменьшит скорострельность оружия. Оговоримся, что проблема теплоотвода отчасти решена в лазерах с химической накачкой (в частности, кислородно-йодном и дейтерий-фторном лазерах большой мощности, выдающих мегаватты в секундном импульсе), где отработанные химические компоненты выбрасываются из системы после импульса, унося тепло. В то же время, излучателю требуется большой запас этих, зачастую агрессивных, реагентов и соответствующие ёмкости для хранения.

Остаётся только возможность использования лазера для ослепления противника, потому что для этой цели нужны лазеры совсем небольшой мощности, которые можно сделать портативными. В настоящее время использование таких устройств запрещено международными правилами ведения войн. Тем не менее, лазеры малой мощности, в том числе лазерные указки, ограниченно используются для ослепления снайперов противника и выявления скрытых огневых точек.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Лазер – один из мощнейших инструментов сегодняшней науки. Невозможно перечислить все области его применения, так как каждый день для лазера находятся новые задачи.

В настоящей работе были рассмотрены основные виды лазеров и их принцип работы. Были также охвачены основные сферы применения, а именно: промышленность, медицина, информационные технологии, наука.

Лазерные технологии и основные сферы их применения должны идти рука об руку в будущее. Уже сегодня новейшие разработки в лазерной медицине помогают в удалении раковых опухолей, применяются в коррекции тела в косметологии и зрения в офтальмологии. Малоинвазивная хирургия, когда с использованием лазера делаются очень сложные операции.

Такие разнообразные задачи могут выполняться с помощью лазера благодаря его свойствам. Когерентность, монохроматичность, высокая энергетическая плотность позволяют решать сложные технологические операции.

Лазер – инструмент будущего, уже прочно вошедший в нашу жизнь.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

 

1.Айден К. Аппаратные средства PC: перевод с нем. - Санкт-Петербург.: BHV-СПб,1996.-544с.

2.Китайгородский А. И. Физика  для всех: Фотоны и ядра. - М.: Наука, 1982- 208с. 
3.Ландсберг Г.С. Оптика.-М.:Наука,1976.-928с.

4.Ландсберг Г. С. Элементарный  учебник физики. - М.: Наука, 1986. - Т.3.- 656с.

5.Матвеев А. Н. Оптика. - М.: Высшая школа, 1985. - 351с.

6.Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б. Физика. - М.: Просвещение, 1998. - 254 с.

7.Сивухин В. А. Общий курс  физики. Оптика. - М.: Наука, 1980. - 752 с.

8.Тарасов Л. В. Лазеры. Действительность  и надежды. - М. Наука, 1985. -176 с.

9.http://www.php-web.info/articles/video-info/HD-DVDvsBluRay.html#_Toc211846895

10. http://tech.onliner.by/2006/04/01/hd_dvd_about/

 

 

 

 

 

 

Приложение А

(обязательное)

Длины лазеров