Реферат: Принцип работы лазера и его применение

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УДМУРТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

 УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ПРАВА, СОЦИАЛЬНОГО

УПРАВЛЕНИЯ И БЕЗОПАСНОСТИ

КАФЕДРА ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Р Е Ф ЕР А Т

по Концепциям современного естествознания

на тему:

«Принцип работы лазера и его применение»

Выполнила:

Студентка гр. 12-11

Чиркова С. С.

ИЖЕВСК

1999

 ПЛАН:

1. Особенности лазерногоизлучения.

2. Лазерная технология.

3. Газовые лазеры.

4. Краткий историческийобзор.

5. Полупроводниковыелазеры:

а) принцип работы МОнакопителя

б) область применения МОнакопителя

в) перспективы развития

6. Применение лазеров ввоенной технике (лазерная локация)

а) наземная локация

б) голографическиеиндикаторы на лобовом стекле

1. Особенности лазерного излучения

Одним из самых замечательных достижений физики второйполовины двадцатого века было открытие физических явлений, послуживших основойдля создания удивительного прибора -оптического квантового генератора, илилазера.

Лазер представляет собой источник монохроматическогокогерентного света с высокой направленностью светового луча. Само слово “лазер”составлено из первых букв английского словосочетания, означающего усилениесвета в результате вынужденного излучения”.                                                                                                                          

  Действительно, основной физический процесс,определяющий действие лазера, — это вынужденное испускание излучения. Онопроисходит при взаимодействии        фотона с возбужденным атомом при точномсовпадении энергии фотона с энергией возбуждения атома (илимолекулы)                                  

  В результате этого взаимодействия атом переходит вневозбужденное состояние, а избыток  энергии излучается в виде нового фотона сточно такой же энергией, направлением  распространения  и поляризацией, как и упервичного  фотона.  Таким  образом, следствием данного процесса являетсяналичие уже двух абсолютно   идентичных   фотонов. При   дальнейшемвзаимодействии этих фотонов с возбужденными атомами, аналогичными  первому атому, может  возникнуть “цепная реакция” размножения одинаковых фотонов,“летящих” абсолютно точно в одном направлении, что приведет к появлениюузконаправленного светового луча. Для возникновения  лавины  идентичных фотонов необходима среда, в  которой   возбужденных  атомов было бы больше, чемневозбужденных, поскольку  при взаимодействии фотонов с невозбужденнымиатомами  происходило бы поглощение фотонов. Такая  среда называется  средой  с инверсной  населенностью  уровнейэнергии.                                                                                                

  Итак,  кроме  вынужденного  испускания  фотонов возбужденными  атомами  происходят  также   процесс  самопроизвольного,спонтанного   испускания  фотонов  при переходе возбужденными атомами вневозбужденное состояние и процесс поглощения фотонов при переходе атомов изневозбужденного состояния в возбужденное. Эти три процесса, сопровождающиепереходы атомов в возбужденные состояния и обратно, были постулированы  А.Эйнштейном в 1916 г.

  Если число возбужденных атомов велико и существуетинверсная выделенность уровней (в верхнем, возбужденном состоянии атомовбольше, чем в нижнем,  невозбужденном), то первый же фотон, родившийся врезультате спонтанного излучения, вызовет всенарастающую лавину  появления идентичных фотонов. Произойдет усиление спонтанного излучения.                

На  возможность  усиления  света  в  среде с инверснойнаселенностью за счет  вынужденного  испускания  впервые  указал  в  1939  г.советский физик

В.А.Фабрикант, предложивший создавать  инверсную населенность в  электрическом разряде в газе.                             

При  одновременном  рождении ( принципиально   этовозможно) большого    числа  спонтанно  испущенных фотонов  возникнет большое число  лавин,   каждая  из которых  будет  распространяться  в   своем направлении, заданном     первоначальным  фотоном  соответствующей лавины. В результате  мы  получим  потоки   квантов  света, но  не  сможем  получить  ни  направленного   луча,  ни высокой   монохроматичности,   так   как  каждая  лавина инициировалась  собственным   первоначальным   фотоном.  Для того  чтобы  среду  с  инверсной населенностью можно   было    использовать  для  генерации   лазерного луча, т. е.  направленного  луча с  высокоймонохроматичностью, необходимо  “снимать” инверсную  населенность с помощью первичных  фотонов,  уже  обладающих одной и  той   же  энергией , совпадающей с   энергией  данного перехода  в  атоме.  В  этом случае  мы будем  иметьлазерный усилитель света.                                      

  Существует,   однако,   и   другой    вариант  получения лазерного   луча,   связанный   с   использованием  системы обратной связи.  Спонтанно родившиеся   фотоны,   направление   распространения  которых  не перпендикулярно плоскости зеркал, создадут лавины фотонов,выходящие за пределы среды.  В то  же время  фотоны, направлениераспространения  которых перпендикулярно плоскости зеркал, создадут  лавины,многократно усиливающиеся  в среде  вследствие многократного отражения отзеркал. Если одно из  зеркал будет      обладать небольшим пропусканием, точерез него будет выходить направленный  поток   фотонов  перпендикулярноплоскости  зеркал. При  правильно подобранном пропускании зеркал, точной ихнастройке относительно  друг  друга  и относительно  продольной оси  среды синверсной  населенностью  обратная связь  может оказаться  настолько эффективной, что  излучением “вбок” можно  будет  полностью  пренебречь  по сравнению  с излучением,  выходящим  через  зеркала.   На  практике  это, действительно,  удается  сделать.   Такую  схему обратной  связи  называют оптическим  резонатором,  и именно  этот тип  резонатора используют  в большинствесуществующих лазеров.                               

   В 1955 г. одновременно и независимо Н.Г. Басовым иА. М. Прохоровым  в  СССР  и  Ч.  Таунсом в  США был  предложен принципсоздания  первого в  мире генератора квантов   электромагнитного   излучения на   среде  с  инверсной   населенностью,   в   котором   вынужденное испускание в  результате использования  обратной связи приводило  к генерации   чрезвычайно  монохроматическогоизлучения.                                     

   Спустя несколько лет, в 1960 г.,  американскимфизиком  Т.  Мейманом был  запущен первый  квантовый генератор оптическогодиапазона — лазер, в  котором обратная  связь  осуществлялась  с помощью описанного выше оптического резонатора, а инверсная  населенность возбуждалась в  кристаллах  рубина,  облучаемых  излучением  ксеноновой  лампы-вспышки.  Рубиновый  кристалл  представляет  собой кристалл  оксида алюминия  АL2О3 снебольшой  добавкой  =  О,05%  хрома.  При  добавлении атомов  хрома прозрачные  кристаллы  рубина  приобретают розовый цвет и поглощают  излучениев  двух полосах  ближней  ультрафиолетовой области  спектра. Всегокристаллами   рубина   поглощается  около   15%  света лампы-вспышки. При поглощении  света   ионами  хрома происходит  переход  ионов  в  возбужденное состояние В результате внутренних  процессов возбужденные ионы  хромапереходят  в основное  состояние не сразу, а через  два возбужденных  уровня.На  этих уровнях происходит  накопление  ионов,  и при  достаточно мощной вспышке   ксеноновой  лампы   возникает  инверсная населенность междупромежуточными    уровнями и основным уровнем ионов хрома.                    

  Торцы  рубинового  стержня   полируют, покрываютотражающими     интерференционными    пленками, выдерживая  при  этом строгую   параллельность торцов  другдругу.                                      

При   возникновении   инверсии   населенностей уровней ионов  хрома  в  рубине  происходит  лавинное нарастание числавынужденно испущеных фотонов, и обратной связи на оптическом резонаторе,образованном зеркалами на торцах рубинового стержня, обеспечивает формированиеузконаправленного луча красного света. Длительность лазерного импульса==0.0001с, немного короче длительности вспышки ксеноновой лампы. Энергия импульса рубиновоголазера около 1ДЖ.

   С помощью механической системы (вращающеесязеркало) или быстродействующего электрического затвора можно “включить “обратную связь (настроить одно из зеркал) в момент достижения максимальной инверсии населенностей и, следовательно, максимального усиления активной среды.В этом случае мощность индуцированного излучения будет чрезвычайно велика иинверсия населенности “снимется” вынужденным излучением за очень короткоевремя.             

   В этом режиме модулированной добротности резонатораизлучается гигантский импульс лазерного излучения. Полная энергия этогоимпульса останется приблизительно на том же уровне, что и в режиме “свободнойгенерации”, но вследствие сокращения в сотни раз длительности импульса также всотни раз возрастает мощность излучения, достигая значения =100000000Вт.

   Рассмотрим некоторые уникальные свойства лазерногоизлучения.                             

   При спонтанном излучении атом излучает спектральнуюлинию конечной ширины. При лавинообразном нарастании числа вынужденноиспущенных фотонов в среде с инверсной населенностью интенсивность излученияэтой лавины будет возрастать  прежде всего  в центре спектральной  линии данного  атомного  перехода, и в результате этого  процесса ширина спектральнойлинии первоначального  спонтанного  излучения  будет  уменьшаться. На практике  в специальных  условиях удается сделать относительную ширинуспектральной  линии лазерного излучения в 1*10000000-1*100000000 раз меньше,чем ширина самых  узких  линий  спонтанного  излучения, наблюдаемых вприроде.                                       

  Кроме  сужения  линии  излучения  в   лазере удается получить расходимость луча менее 0,00001 радиана, т.  е. на уровнеугловых секунд.                               

  Известно,  что  направленный  узкий  луч  светаможно получить в принципе от  любого источника,  поставив на пути световогопотока ряд экранов с  маленькими отверстиями,  расположенными  на  одной прямой. Представим себе, что мы взяли нагретое черное  тело и  с помощьюдиафрагм получили луч света, из которого посредством призмы  или  другого спектрального  прибора  выделили луч  с  шириной   спектра,   соответствующей ширине спектра лазерного  излучения. Зная  мощность лазерного излучения, ширинуего  спектра и  угловую расходимость луча,  можно  с   помощью  формулы  Планка  вычислить температуру  воображаемого черного  тела, использованного вкачестве источника светового  луча, эквивалентного лазерному лучу. Этот расчетприведет нас к фантастической  цифре:  температура  черного   тела  должна бытьпорядка десятков миллионов  градусов! Удивительное свойство  лазерного луча  — его  высокая эффективная температура (даже  при относительно  малой среднеймощности   лазерного   излучения  или  малой  энергии лазерного  импульса) открывает  перед исследователями большие  возможности,  абсолютно  неосуществимые  без использования лазера.                                

Лазеры   различаются:   способом  создания   в  средеинверсной  населенности,  или, иначе  говоря, способом накачки  (оптическая накачка,  возбуждение  электронным ударом, химическая накачка и т. п.); рабочей средой (газы,  жидкости, стекла,  кристаллы, полупроводники и т.д.);конструкцией     резонатора; режимом работы   (импульсный,   непрерывный).  Эти различия определяются   многообразием  требований  к  характеристикамлазера в связи  с его  практическими применениями. 

2. Лазерная технология

 

   Лазеры нашли широкое применение, и в частностииспользуются  в  промышленности  для  различных  видов обработки материалов:металлов, бетона, стекла, тканей, кожи и т.п.                                    

   Лазерные  технологические  процессы   можно условно разделить на два вида. Первый  из них  использует возможность чрезвычайно  тонкой   фокусировки  лазерного луча и точного дозирования энергии как  в импульсном, так и  в непрерывном  режиме. В  такихтехнологических процессах  применяют  лазеры   сравнительно  невысокой средней мощности: это  газовые  лазеры  импульсно--периодического действия, лазеры на кристаллах иттрий-алюминиевого  граната  с  примесью неодима.  С помощьюпоследних были  разработаны технология  сверления тонких отверстий (диаметром 1- 10 мкм и глубиной до 10 -100  мкм) в  рубиновых и  алмазных камнях  для часовойпромышленности  и  технология   изготовления  фильеров для протяжки тонкой проволоки. Основная  область применения  маломощных   импульсных  лазеров  связана  с резкой  и  сваркой  миниатюрных деталей  в микроэлектронике  и электровакуумной  промышленности,  с маркировкой  миниатюрных  деталей, автоматическим  выжиганием  цифр, букв, изображений для  нужд полиграфическойпромышленности.                                  

   В  последние  годы  в  одной  из  важнейшихобластей микроэлектроники -        фотолитографии,  без  применения которой практически  невозможно  изготовление  сверхминиатюрных  печатных плат, интегральных схем  и других   элементов   микроэлектронной   техники, обычныеисточники  света  заменяются  на  лазерные.  С помощью лазера на ХеСL (1=308нм) удается  получить разрешение в фотолитографической технике до 0,15 — 0,2мкм.     

   Дальнейший   прогресс   в   субмикронной литографии связан  с применением  в   качестве  экспонирующего источника света  мягкого рентгеновского  излучения из плазмы,  создаваемой  лазерным лучом.  В  этом случае предел  разрешения,  определяемый  длиной  волнырентгеновского  излучения  (1= 0,01 — О,001  мкм), оказывается простофантастическим.

Второй вид лазерной технологии основан на применениилазеров с большой средней мощностью: от 1кВт и выше.  Мощные лазеры используютв таких энергоемких технологических процессах, как резка  и сварка толстыхстальных листов, поверхностная закалка, наплавление и легированиекрупногабаритных деталей, очистка зданий от поверхностей загрязнений, резкамрамора, гранита, раскрой тканей, кожи и других материалов. При лазерной сваркеметаллов достигается высокое качество шва и не требуется применение вакуумныхкамер, как при электроннолучевой сварке, а это очень важно в конвейерномпроизводстве.

   Мощная лазерная технология нашла применение вмашиностроении, автомобильной промышленности, промышленности строительныхматериалов. Она позволяет не только повысить качество обработки материалов, нои улучшить технико-экономические показатели производственных процессов. Так,скорость лазерной сварки стальных листов толщиной 14  мКм достигает 100м\ч прирасходе электроэнергии 10 кВт.ч.                        

                         

3. Газовые лазеры                   

                                                         

   Газовые лазеры  представляют собой,  пожалуй,наиболее широко используемый в настоящее время тип лазеров и, возможно, в этомотношении они превосходят даже рубиновые лазеры.  Газовым лазерам  также,по-видимому, посвящена большая часть  выполненных исследований. Среди различных  типов  газовых  лазеров  всегда можно  найти  такой,  который будет  удовлетворять  почти любому   требованию,  предъявляемому   к  лазеру,за  исключением очень большой  мощности  в   видимой  области спектра  в импульсном   режиме.  Большие   мощности  необходимы   для  многих  экспериментов  при   изучении  нелинейных   оптических   свойств  материалов.В  настоящее время  большие  мощности  в  газовых  лазерах  не  получены потой  простой причине,  что плотность  атомов в  них недостаточно  велика. Однако  почти  для  всех  других целей можно  найти  конкретный  тип газового   лазера,  который будет  превосходить  как  твердотельные  лазеры  с оптической  накачкой,  так   и  полупроводниковые   лазеры. Много усилий  было направлено  на  то,  чтобы  эти  лазеры могли конкурировать с газовымилазерами, и в ряде случаев был достигнут  определенный успех,  однако он всегда оказывался  на  грани  возможностей, в  то время  как газовые лазеры не   обнаруживают  никаких   признаков уменьшенияпопулярности.                                        

   Особенности   газовых   лазеров   большей   часто обусловлены  тем,  что  они,  как  правило,  являются  источниками атомных  или   молекулярных   спектров.    Поэтому   длины волн   переходов    точно  известны    они   определяются атомной  структурой  и  обычно   не  зависят  от условий окружающей  среды.  Стабильность  длины   волны  генерации  при определенных  усилиях может  быть значительно улучшена  по  сравнению  со  стабильностью  спонтанного    излучения.  В  настоящее  время  имеются лазеры с монохроматичностыо,  лучшей,  чем  в  любом  другом приборе. При  соответствующем   выборе  активной   среды  может быть осуществлена  генерацияв  любой части  спектра, от ультрафиолетовой  (~2ООО  А)  до  далекой инфракрасной области  (~ 0,4 мм),  частично  захватывая  микроволновую область.  Нет также  оснований сомневаться,  что в  будущем  удастся  создать лазеры для  вакуумной ультрафиолетовой  области  спектра.  Разреженностьрабочего газа обеспечивает оптическую  однородность среды  с низким коэффициентом  преломления,  что  позволяет  применять   простую  математическую  теорию   для  описания        структуры мод резонатора и даетуверенность в  том, что  свойства  выходного  сигнала  близки  к теоретическим. Хотя к. п. д. превращения электрической энергии в энергиювынужденного излучения в  газовом лазере  не может быть  таким  большим,  какв  полупроводниковом лазере, однако  благодаря  простоте  управления  разрядомгазовый лазер оказывается  для большинства  целей наиболее  удобным  в  работекак  один из  лабораторных приборов.        Что  касается  большой   мощности в   непрерывном  ре жиме  (в  противоположность  импульсной  мощности),  то природа  газовых  лазеров позволяет  им в  этом отношении превзойти все другиетипы лазеров.                        


4. Краткий исторический обзор

                                                               

   Первые расчеты, касающиеся возможности создания лазеров, и первые патенты относились главным образом к газовым лазерам, так каксхемы энергетических уровней и условия возбуждения в этом случае более понятны,чем для веществ в твердом состоянии. Однако первым  был открыт рубиновый лазер,хотя вскоре был создан и газовый лазер. В конце 1960 г. Джаван, Беннет и Херриотт  создали гелий-неоновый лазер, работающий  в инфракрасной области наряде линий в районе 1 мк. В последующие два года гелий-неоновый лазер былусовершенствован, а также были открыты другие газовые  лазеры,.работающие винфракрасной области, включая лазеры с использованием других благородных газови  атомарного кислорода. Однако наибольший интерес к газовым лазерам был вызваноткрытием генерации гелий-неонового лазера на красной линии 6328 А  приусловиях, лишь незначительно отличавшихся от условий, при которых была полученагенерация в первом газовом лазере. Получение генерации в видимой областиспектра стимулировало интерес не только к поискам дополнительным  переходовтакого типа, но и к лазерным применениям, так  как  при этом  были открыты многие новые  и неожиданные явления, а лазерный луч получил новые применения вкачестве лабораторного инструмента. Два года,          последовавшие заоткрытием генерации на линии 6328 А, были насыщены большим количествомтехнических усовершенствований, направленных главным образом на достижениебольшей мощности и большей компактности  этого типа лазера. Тем временемпродолжались поиски  новых длин волн и были открыты многие инфракрасные  инесколько новых переходов в видимой области спектра.  Наиболее  важным  из  нихявляется  открытие Матиасом и  сотр. импульсных  лазерных переходов  вмолекулярном азоте  и в окиси углерода.                       

   Следующим  наиболее  важным  этапом  в  развитии лазеров  было,  по--видимому, открытие  Беллом  в конце 1963 г. лазера,работающего на  ионах ртути.  Хотя лазер на ионах ртути  сам по  себе не оправдал первоначальных       надежд  на  получение  больших мощностей  внепрерывном   режиме  в  красной  и   зеленой  областях   спектра,  этооткрытие  указало  новые  режимы  разряда,   при  которых могут  быть обнаружены   лазерные  переходы   в  видимой области  спектра.  Поиски  такихпереходов  были проведены  также  среди  других  ионов. Вскоре  былообнаружено, что  ионы  аргона  представляют  собой  наилучший  источник лазерных  переходов  с  большой  мощностью в  видимой области и  что на  нихможет  быть получена генерация в  непрерывном режиме . В  результатедальнейших  усовершенствований  аргонового  лазера  в  непрерывном  режиме была  получена  наиболее   высокая  мощность,  какая только  возможна в видимой области.  В результате  поисков  была открыта  генерация на  200 ионныхпереходах,  сосредоточенных  главным  образом  в видимой, а также  вультрафиолетовой  частях спектра.  Такие поиски,  по-видимому,  еще  неокончены;  в журналах  по прикладной  физике  и в  технических журналах  частопоявляются сообщения о генерации на новых длинах волн,        

   Тем временем.технические усовершенствованиялазеров быстро расширялись,  в результате  чего исчезли многие  “колдовские” ухищрения  первых  конструкций гелий-неоновых  и других  газовых  лазеров. Исследования  таких  лазеров,  начатые  Беннетом , продолжались до  тех  пор, пока не  был создан  гелий-неоновый лазер, который  можно  установить  на обычном  столе  с полной уверенностью  в  том,  что  лазер  будет функционировать так,  как  это  ожидалось  при  его  создании.  Аргоновыйионный  лазер  не  исследован  столь  же  хорошо; однако большое число оригинальных  работ   Гордона  Бриджеса и сотр.  позволяет  предвидеть в разумных пределах возможные параметры такого лазера.                  

   На  протяжении  последнего  года появился рядинтересных  работ,  посвященных   газовым  лазерам, однако  еще  слишком  рано определять   их  относительную  ценность.  Ко  всеобщему  удивлению   наиболее важным  достижением  явилось  открытие  Пейтелом    генерации вынужденного  излучения в  СО2  на  полосе  1,6 мк  с высоким  к.п.д.выходная  мощность в  этих лазерахможет быть доведена до сотен ватт, что обещает открыть целую новую область лазерных  применений. 

5. Полупроводниковые лазеры.

 

   Основным примером работы полупроводниковых лазеровявляется магнитно-оптический накопитель(МО).   

               

а) Принципы работы МО накопителя.

    МО накопитель построен на совмещении магнитного иоптического принципа хранения информации. Записывание информации производитсяпри помощи луча лазера и магнитного поля, а считование при помощи одного тольколазера.

   В  процессе  записи  на  МО  диск  лазерный   луч нагревает определенные  точки  на  диски,  и  под  воздейстием  температурысопротивляемость изменению полярности, для нагретой точки,  резко падает, чтопозволяет магнитному полю изменить полярность  точки.После окончания нагревасопротивляемость снова  увеличивается  нополярность нагретой точки  остается в  соответствии  с  магнитным полем  примененным  к  ней  в  момент  нагрева. В  имеющихся  на сегодняшний день МО накопителях для записи информацииприменяются два цикла, цикл стирания  и  цикл  записи.  В  процессе  стираниямагнитное  поле  имеет  одинаковую   полярность,   соответствующую двоичным нулям.  Лазерный  луч  нагревает  последовательно  весь стираемый  участок  и   таким   образом  записывает   на   диск последовательность нулей. В цикле записи  полярность  магнитного поля  меняется  на  противоположную,  что соответствует  двоичной единице. В этом цикле  лазерный  луч  включается только  на  тех участках, которые должны содержать двоичные единицы,  и оставляя участки с двоичными нулями без изменений.

   В процессе чтения  с  МО  диска  используется эффект  Керра, заключающийся  в  изменении  плоскости  поляризации  отраженного лазерного луча, в  зависимости  от  направления  магнитного  поляотражающего  элемента.  Отражающим  элементом  в  данном   случае являетсянамагниченная при записи  точка  на  поверхности  диска, соответствующая одномубиту хранимой информации.  При  считывании используется лазерный луч небольшойинтенсивности, не  приводящий к нагреву считываемого  участка,  таким  образом при  считывании хранимая информация не разрушается.

   Такой способ в отличии от обычного применяемого в оптических дисках не деформирует поверхность  диска  и  позволяет  повторнуюзапись без дополнительного оборудования. Этот способ также  имеет преимущество перед  традиционной  магнитной  записью   в   плане надежности. Так какперемагничеваниие  участков  диска  возможно только  под  действием  высокой  температуры,   то   вероятность случайного  перемагничевания   очень  низкая,   в   отличии   от традиционной магнитной записи, к потери  которой могут  привести случайные магнитные поля.

                      

б) Область применения МО

Область  применения  МО  дисков  определяется  его   высокими характеристиками по надежности, объему  и  сменяемости.  МО диск необходим для задач, требующих  большого  дискового  объема,  это такиезадачи,  как  САПР,  обработка  изображений  звука.  Однако небольшая скорость  доступа  к  данным,  не   дает   возможности применять МО диски длязадач с  критичной  реактивностью  систем.Поэтому применение МО дисков в такихзадачах сводится к  хранению на них временной или резервной информации. Для МО  дисков  очень выгодным использованием является  резервное  копирование жестких дисков или баз данных. В отличии от традиционно  применяемых  для этихцелей стримеров, при хранение  резервной  информации  на  МО дисках,существенно увеличивается скорость восстановления  данных после  сбоя.  Это объясняется  тем,  что   МО   диски   являются устройствами   с   произвольным    доступом,    что    позволяет восстанавливать только те данные  в  которых  обнаружился  сбой.Кроме этого при таком  способе восстановления  нет  необходимости полностью останавливать систему до полноговосстановления данных.Эти  достоинства  в  сочетании  с  высокой  надежностью  хранения информации делают применение МО дисков при резервном  копированиивыгодным, хотя и более дорогим по сравнению со стримерами.

   Применение  МО  дисков,  также  целесообразно  при работе  с приватной информацией больших объемов. Легкая сменяемость  дисковпозволяет использовать их только во время работы, не заботясь  об охранекомпьютера в нерабочее  время,  данные  могут  хранится  в отдельном,охраняемом месте. Это же  свойство  делает  МО  диски незаменимыми  в ситуации  когда  необходимо  перевозить  большие объемы с места на место,например с работы домой и обратно.

в) Перспективы развития.

   Основные перспективы развития МО дисков связанныпрежде всего с  увеличением  скорости  записи   данных.   Медленная   скоростьопределяется в первую очередь  двухпроходным  алгоритмом  записи. В этомалгоритме нули и единицы пишутся за разные проходы,  из-за того,  что магнитное  поле,  задающие  направление   поляризации конкретных точек надиске, не  может  изменять  свое  направление достаточно быстро.

   Наиболее реальная альтернатива  двухпроходной записи  -  это технология, основанная на  изменение  фазового  состояния. Такая система  уже  реализована  некоторыми  фирмами   производителями.Существуют еще несколько разработок в этом направлении, связанные с полимерными  красителями  и  модуляциями  магнитного  поля   и мощностиизлучения лазера.

   Технология  основанная  на  изменении   фазового  состояния, основана на способности вещества переходить  из  кристаллическогосостояния в аморфное. Достаточно  осветить  некоторую  точку  на поверхности диска  лучом  лазера  определенной   мощности,   как вещество в этой точкеперейдет в  аморфное  состояние.  При  этом изменяется отражающая способность диска  в  этой  точке.  Запись информации происходит значительно быстрее, нопри  этом  процессе деформируется поверхность диска, что  ограничивает  число циклов перезаписи.

    Технология  основанная  на   полимерных  красителях,   также допускает повторную запись. При этой технологии поверхностьдиска покрывается   двумя   слоями   полимеров,   каждый   из   которыхчувствителен   к   свету   определенной   частоты.   Для   записи используетсячастота, игнорируемая верхним слоем, но  вызывающая реакцию в нижнем. В точкепадения луча нижний  слой  разбухает  и образует выпуклость, влияющую наотражающие свойства  поверхности диска.  Для  стирания  используется  другая частота,  на  которую реагирует только верхний слой полимера,  при  реакции выпуклость сглаживается. Этот метод  как  и  предыдущий  имеет  ограниченноечисло циклов записи, так как  при  записи  происходит  деформация поверхности.

   В настоящие время уже разрабатывается технология позволяющая менять полярность магнитного поля  на  противоположную  всего  занесколько  наносекунд.  Это  позволит  изменять  магнитное   поле синхронно споступлением данных на запись. Существует  также   технология   построенная  на   модуляции излучения лазера. В этой технологии  дисковод  работает  в  трехрежимах — режим чтения с низкой интенсивностью, режим  записи  со среднейинтенсивностью и режим записи с  высокой  интенсивностью. Модуляцияинтенсивности  лазерного  луча  требует  более  сложной структуры    диска, и    дополнения    механизма     дисковода инициализирующим магнитом,установленным перед магнитом  смещения и имеющим противоположную полярность. Всамом простом случае диск имеет  два  рабочих  слоя  -  инициализирующий  и  записывающий. Инициализирующий   слой   сделан   из   такого   материала,   чтоинициализирующий  магнит  может  изменять  его   полярность   бездополнительного   воздействия   лазера.   В    процессе    записиинициализирующий слой  записывается  нулями,  а  при  воздействии лазерного  луча   средней   интенсивности   записывающий    слой намагничиваетсяинициализирующим, при  воздействии  луча  высокой интенсивности, записывающийслой намагничивается в соответствии  с полярностью магнита смещения. Такимобразом  запись  данных  может происходить за один проход, при переключениимощности лазера.

   Безусловно  МО  диски  перспективные  и  бурно развивающиеся устройства, которые могут решать назревающие проблемы с  большимиобъемами информации. Но их дальнейшее развитие зависит не  только от технологиизаписи на них, но и от прогресса в области  других носителей информации. И еслине будет изобретен более эффективный способ хранения информации, МО дискивозможно займут доминирующие роли.

6. Применение лазеров в военнойтехнике (лазерная локация)

а) наземная локация

                Как сообщаетпечать, за рубежом разрабатывается ряд стационарных лазерных локаторов. Этилокаторы предназначены для слежения за ракетами на начальном этапе полета, атакже для слежения за самолетами и спутниками. Большое значение придаетсялазерному локатору, включенному в систему  ПРО и ПКО. По проекту американскойсистемы именно оптический локатор обеспечивает выдачу точных координат головнойчасти или спутника в систему лазерного поражения цели. Локатор типа«ОПДАР» предназначен для слежения  за ракетами на активном участке ихполета. Тактические требования определяют незначительную дальность действия локатора,поэтому на нем установлен  газовый лазер, работающий на гелий-неоновой смеси,излучающий электромагнитную энергию на волне 0.6328мкм при входноймощности всего 0.01Вт. Лазер работает в непрерывном режиме, но егоизлучение модулируется с частотой100МГц. Передающая оптическая системасобрана из оптических элементов по схеме Кассагрена, что обеспечивает оченьнезначительную ширину расходимости луча. Локатор монтируется на основании,относительно которого он может с помощью следящей системы устанавливаться в нужномнаправлении с высокой точностью. Эта следящая система управляется сигналами,которые поступают через кодирующее устройство. Разрядность кода составляет 21единицу двоичной информации, что позволяет устанавливать локатор в нужномнаправлении с точностью около одной угловой секунды. Приемная оптическаясистема имеет диаметр входной линзы 300мм. В ней  установленинтерференционный фильтр, предназначенный для подавления фоновых помех, а такжеустройство, обеспечивающее фазовое детектирование отраженной ракетой сигналов.В связи с тем, что локатор работает по своим объектам, то с целью увеличенияотражательной способности ракеты на нее устанавливается зеркальный уголковыйотражатель, который представляет собой систему из пяти рефлекторов,обеспечивающих распределение упавшей на них световой энергии таким образом, чтоосновная ее часть идет в сторону лазерного локатора. Это повышает эффективностьотражающей способности ракеты в тысячи раз. Локатор имеет три устройстваслежения по углам: точный и грубый  датчики по углам и еще инфракраснуюследящую систему. Технические данные первого датчика определяются в основномоптическими характеристиками приемо-передающей системы. А так как диаметрвходной оптической системы равен 300мм и фокусное расстояние равно 2000м,то это обеспечивает угловую разрешающую способность 80 угловых секунд.Сканирующее устройство имеет полосу пропускания 100Гц. Второй датчикимеет оптическую систему с диаметром150мм и меньшее фокусноерасстояние. Это дает разрешающую способность по углу всего 200 угловыхсекунд, т.е. обеспечивает меньшую точность, чем первый. В качестве приемниковизлучения оба канала оснащены фотоумножителями, т.е. наиболее чувствительнымиэлементами из имеющихся. Перед приемником излучения располагаетсяинтерференционный фильтр с полосой пропускания всего в1.5 ангстрема.Это резко снижает долю приходящего излучения от фона. Полоса пропусканиясогласована с длиной волны излучения лазера, чем обеспечивается прохождение наприемник только своего лазерного излучения. Локатор позволяет работать впределах от 30 до 30000м. Предельная высота полета ракеты 18000м.Сообщается, что этот локатор обычно располагается от ракеты на расстоянии около1000м  и на линии,

составляющей сплоскостью полета ракеты 45 градусов. Измерение параметров движения ракеты стакой высокой точностью на активном участке полета дает возможность точнорассчитать точку ее падения. Локатор для слежения. Рассмотрим локатор созданныйпо заказу НАСА и предназначенный для слежения за спутниками. Он предназначался дляслежения за собственными спутниками и работал совместно с радиолокатором,который выдавал координаты спутника с низкой точностью. Эти координатыиспользовались для предварительного наведения лазерного локатора, которыйвыдавал координаты с высокой точностью. Целью эксперимента было определениетого, насколько отклоняется истинная траектория спутника от расчетной, — чтобыузнать распределение поля тяготения Земли по всей ее сфере. Для этого наполярную орбиту был запущен спутник «Эксплорер-22». Его орбита быларассчитана с высокой точностью, но в качестве исходных данных вложилиинформацию, что поле тяготения определяется формой Земли, т.е. использовалиупрощенную модель. Если же теперь в процессе полета  спутника наблюдалосьуменьшение высоты его относительно расчетной  траектории, то очевидно, что наэтом участке имеются аномалии в поле тяготения. По спутнику«Эксплорер-22» была, по сообщению НАСА, проведена  серияэкспериментов и часть этих данных была опубликована. В одном из сообщенийговорится, что на расстоянии960 км. ошибка в дальности составляла 3м.Минимальный угол, считываемый с кодируемого устройства, был равен всего пятиугловым секундам. Интересно, что в это время появилось сообщение, чтоамериканцев опередили в их работе французские инженеры и ученые. Сотрудникилаборатории Сан-Мишель де Прованс провели серию экспериментов по наблюдению затем же спутником, используя лазерный локатор своего производства.

б) голографические индикаторы на лобовом стекле

Дляиспользования в прицельно-навигационной системе ночного видения,предназначенной для истребителя F-16 и штурмовика A-10 был разработанголографический индикатор на лобовом стекле. В связи с тем, что габариты кабинысамолетов невелики, то с тем, что-бы получить большое мгновенное поле зрения индикатораразработчиками было решено разместить коллимирующий элемент под приборнойдоской. Оптическая система включает

три раздельныхэлемента, каждый из которых обладает свойствами дифракционных оптическихсистем: центральный изогнутый элемент выполняет

функции коллиматора, два другихэлемента служат для изменения положения  лучей. Разработан метод отображения наодном экране объединенной  информации: в форме растра и в штриховой форме, чтодостигается благодаря использованиюобратного хода луча при формировании растра с интервалом времени1.3мс,в течении которого на ТВ-экране воспроизводится информация в буквенно-цифровойформе и в виде графических данных, формируемых штриховым способом. Для экранаТВ-трубки индикатора используется узкополосный  люминофор, благодаря чемуобеспечивается хорошая селективность голографической системы привоспроизведении изображений и пропускание света без розового оттенка от внешнейобстановки. В процессе этой работы решалась проблема приведения наблюдаемогоизображения в соответствие с изображением на индикаторе при полетах на малыхвысотах в ночное время (система ночного видения давала несколько увеличенноеизображение), которым летчик не мог пользоваться, поскольку при этом несколькоискажалась картина, которую можно бы было получить при визуальном обзоре.Исследования показали, что в этих случаях летчик теряет уверенность, стремитсялететь с меньшей скоростью и на большой высоте. Необходимо было создатьсистему,  обеспечивающую получение действительного изображения достаточнобольшого размера, чтобы летчик мог пилотировать самолет визуально ночью и всложных метеоусловиях, лишь изредка сверяясь с приборами. Для этогопотребовалось широкое поле индикатора, при котором расширяются возможностилетчика по пилотированию самолета, обнаружению целей в стороне от маршрута ипроизводству противозенитного маршрута и маневра атаки целей. Для обеспеченияэтих маневров необходимо большое поле зрения по углу места и азимуту. Сувеличением угла крена самолета летчик должен иметь широкое поле зрения вовертикали. Установка коллимирующего элемента как можно выше и ближе к глазамлетчика была достигнута за счет применения голографических элементов в качествезеркал для изменения направления пучка лучей. Это хотя и усложнило конструкцию,однако дало возможность использовать простые и дешевые голографические элементыс высокой  отдачей.

            ВСША разрабатывается голографический координатор для распознавания исопровождения целей. Основным назначением такого коррелятора является выработкаи контроль сигналов управления наведения ракеты на среднем и заключительномучастках траектории полета. Это достигается путем  мгновенного сравненияизображений земной поверхности, находящейся в поле зрения системы в нижней ипередней полусфере, с изображением различных участков земной поверхности позаданной траектории, хранимым в запоминающем устройстве системы… Таким образомобеспечивается возможность непрерывного определения местонахождения ракеты натраектории с использованием близко лежащих  участков поверхности, что позволяетпроводить коррекцию курса в условиях частичного затемнения местности облаками.Высокая точность на заключительном этапе полета достигается с помощью сигналовкоррекции с частотой меньше 1 Гц. Для системы управления ракетой нетребуется инерциальная система координат и координаты точного положения цели.Как сообщается, исходные данные для данной системы должны обеспечиватьсяпреварительной аэро- или космической разведкой и состоять из сериипоследовательных кадров, представляющих собой Фурье-спектр изображения илипанорамные фотографии местности, как это делается при использованиисуществующего площадного коррелятора местности. Применение этой схемы, какутверждают специалисты, позволит производить пуски ракет с носителя,находящегося вне зоны ПВО противника, с любой высоты и точки траектории, прилюбом ракурсе, обеспечит высокую помехоустойчивость, наведения управляемогооружия после пуска по заранее выбранным и хорошо замаскированным стационарнымцелям. Образец аппаратуры включает в себя входной объектив, устройствопреобразования текущего изображения, работающего в реальном масштабе времени,голографической линзовой матрицы, согласованной с голографическим запоминающимустройством, лазера, входного фотодетектора и электронных блоков. Особенностьюданной схемы является использование линзовой матрицы из 100 элементов,имеющих формат 10x10.  Каждая элементарная линза обеспечивает обзор всейвходной аппаратуры и, следовательно, всего сигнала от поступающего на входизображения местности или цели. На заданной фокальной плоскости образуетсясоответственно 100 Фурье спектров этого входного сигнала. Таким образоммгновенный входной  сигнал адресуется одновременно к 100 позициямпамяти. В соответствии в линзовой матрице изготавливается голографическая памятьбольшой емкости с использованием согласованных фильтров и учетом необходимыхусловий применения. Сообщается, что на этапе испытания системы был выявлен рядее важных характеристик.

1. Высокаяобнаружительная способность как при низкой, так и при высокой  контрастностиизображения, способность правильно опознать входную информацию, если дажеимеется только часть ее.

2. Возможностьплавного автоматического перехода сигналов сопровождения при смене одногоизображения местности другим, содержащимся в запоминающем устройстве.

3. Возможность расширения зоны пуска ракеты путемзапоминания несколько близко расположенных участков местности, из которыхкаждая имеет соответствующую ориентацию на цель. В процессе полета ракета можетбыстро переведена на заданную траекторию, зависящую от динамики ракеты.


Список использованной литературы:

1.Энциклопедическийсловарь юного физика (гл.редактор      Мигдал А.Б.)    Москва “Педагогика”1991г.

2.О.Ф.Кабардин“Физика” Москва “Просвещение” 1988г.

3.”Газовые лазеры” (под. ред.Н.Н.Соболева) Москва “Мир” 1968г.

4. Л. В. Тарасов «Лазеры:Действительность и надежды» Москва «Наука», 1985

еще рефераты
Еще работы по естествознанию