Лазерный эффект

Температура эксплуатации

Размеры и вес сканеры

Питание

Тип36В, постоянного или переменного тока, "горячая" замена, два порта для подключения источников питания

Потребляемая мощность< 80 W

Тип батареиГерметичная свинцово-кислотная, сухая

Порты подключения питанияДва порта для одновременного использования

Время работыНе менее 6 часов (2 аккумулятора при комнатной температуре)

Сканер, вес18,5 кг

Сканер, размеры265 х 370 х 510 (без ручки и подставки) мм

Аккумулятор внешний, вес12 кг

Аккумулятор внешний, размер165 х 236 х 215 (без ручки) мм

Рабочая температура0°С до +40°С

Температура хранения-25°С до +65°С

ОсвещениеПолная работоспособность в абсолютной темноте и при ярком солнечном свете

ВлажностьБез конденсата

ЗащищенностьIP52 (IEC 60529)

ПроизводительLeica Geosystems

Артикул производителя6001212

Гарантия1 год

Страна производительШвейцария

Лазер – сложное современное техническое устройство. Когда-то, лет 50 тому назад, его можно было найти только в хорошо оснащённых физических лабораториях. Сейчас – это бытовой прибор: практически в каждом компьютере есть устройство для считывания информации с компакт-диска, необходимым элементом которого является лазер. Диапазон использования лазеров необычайно широк: от сложнейшей и мощнейшей военной техники до эстрадных представлений. Именно лазерные шоу познакомили с лазером практически каждого человека. Лазерные указки и брелки с полупроводниковым лазером держал в руках каждый школьник. Но оттого, что лазер превратился в предмет бытовой техники и им пользуется множество людей, он не стал менее сложным прибором и принцип его работы понимает очень ограниченное число людей[1].

Я убеждён, что человек, имеющий высшее техническое образование должен знать принцип работы лазера. Да и человеку с высшим так называемым гуманитарным образованием совсем не лишним будет это знание, поскольку оно носит принципиальный, мировоззренческий характер. В университетских и даже в школьных учебниках физики один-два параграфа обязательно посвящены описанию работы лазера, но, как показывает практика, это мало что даёт для понимания принципа его работы. Почему? Да потому что для понимания принципа работы любого лазера нужно знать основные принципы квантовой механики, а изучение квантовой механики отнюдь не является любимым занятием большинства наших школьников и студентов. Я утверждаю, что объяснить работу лазера «на пальцах», используя представления классической физики и, тем более, «здравый смысл», невозможно – знание основных принципов квантовой механики совершенно необходимо. Кстати, именно поэтому никакой там Кулибин или Левша, символы нашей изобретательности, никогда не смогли бы придумать и сделать лазер. Эта ситуация вообще характерна для современных технологий – они в своём большинстве основаны на современных физических представлениях, которые, в свою очередь, немыслимы без квантовой механики[2]. Но предположим, что некто (хороший студент) проникся важностью проблемы и возжелал понять принцип работы лазера. Что ему делать? Изучать квантовую механику, читать хорошие учебники, а лучше сказать книги по физике[3]. Эта лекция ни в коем случае не призвана заменить хороший учебник физики, задача этой лекции – возможно понятнее, без привлечения математики и сложных формул, дать основные принципы работы лазера так, как они видятся автору. Автору хотелось изложить здесь некие идейные предпосылки работы лазера, указать на самое существенное в его работе. А за сутью физики этого процесса и, тем более, за техническими подробностями устройства лазеров, коих в настоящее время известно великое множество: газовые, твердотельные, инфракрасные, рентгеновские, полупроводниковые, гидродинамические и т. д., конечно надо обращаться к хорошим книгам.

Лазер – это, по сути, источник света, говоря точнее, источник электромагнитного излучения. Но не вполне обычного света (электромагнитного излучения), свет лазера не похож на свет обыкновенной лампочки. Лазерное излучение обладает следующими свойствами:

1. Временная и пространственная когерентность. Время когерентности составляет 10^-3 с, что соответствует длине когерентности 10⁵ м, т. е. на семь порядков выше, чем для обычных источников света.
2. Строгая монохроматичность (Δλ<10^-11 м).
3. Большая плотность потока энергии. Если, например, рубиновый стержень при накачке получил энергию W=20 Дж и высветился за 10^-3 с, то поток излучения Ф_е= 2·10⁴ Вт. Фокусируя это излучение на площади 1 мм², получаем плотность потока энергии Ф_е/S=2·10¹⁰ Вт/м².
4. Очень малое угловое расхождение в пучке. Например, при использовании специальной фокусировки луч лазера, направленный с Земли, дал бы на поверхности Луны световое пятно диаметром примерно 3 км; для сравнения, луч прожектора осветил бы поверхность диаметром примерно 40000км.

Все эти очень точные и определённые физические понятия, характеризующие лазерное излучение, на «обычном» языке превращаются в следующее: свет лазера согласованный [4], одного цвета, мощный, и летящий в одном направлении (остронаправленный). Те, кто видел, как светит лазер, вполне согласятся с такой характеристикой лазерного излучения. Но почему оно такое?

Свет (электромагнитное излучение) с точки зрения квантовой механики – это поток особых частиц, фотонов, сгустков энергии электромагнитного поля[5]. Когда мы смотрим на что-то, в наши глаза влетает чудовищное количество фотонов, но каждый фотон рождается индивидуально, и физики могут зарегистрировать и один, и два и любое количество фотонов. Как же рождаются фотоны? Это сугубо квантовый процесс. Рассмотрим его на примере атома водорода. Квантовая схема разрешённых уровней энергии электрона в этом атоме приведена на рис. 1[6]. В исходном состоянии единственный электрон атома водорода обладает наименьшей возможной для него энергией и располагается поэтому на самом нижнем энергетическом уровне (n=1). Если теперь ему сообщить каким-нибудь образом дополнительную порцию энергии, то он может перебраться на более высокий энергетический уровень (n=2, 3 и т. д.). Но это произойдёт только в том случае, если дополнительная порция энергии будет в точности равна разности разрешённых уровней энергии в атоме (см. схему). Дополнительную энергию электрону может сообщить, например, прилетевший откуда-нибудь фотон. Ещё раз напомним, что фотон – это порция энергии. Если энергия фотона в точности равна разности энергий двух каких-либо уровней в атоме, этот фотон передаст свою энергию электрону, сам при этом исчезнет, а электрон переберётся на более высокий энергетический уровень. Это процесс называется поглощением света. Если энергия фотона не равна разности энергий двух уровней, такой фотон не поглотится электроном атома и пролетит мимо[7].

Посмотрим, что будет дальше. Электрон имеет теперь избыток энергии, такое состояние с лишней энергией согласно физическим представлениям неустойчиво, и рано или поздно (обычно через 10^-8 с) такой электрон избавится от излишка энергии, «спрыгнет» на более низкий разрешённый энергетический уровень, а излишек энергии в виде нового фотона улетит[8]. Этот процесс называется испускание света. Вот теперь мы знаем, как рождаются фотоны: если электроны атома каким-либо образом приобрели лишнюю энергию и находятся на более высоких энергетических уровнях атома, то, избавляясь от излишка энергии, они переходят на более низкие энергетические уровни, и этот процесс сопровождается рождением фотонов, т. е. света. Эти процессы – поглощение и испускание света по описанной выше схеме - происходят вокруг нас в каждое мгновение в громаднейших количествах.

Дата добавления: 2015-06-27