20464 (Основи пристрою лазера і застосування його у військовій техніці)

Міністерство освіти и науки України

Горлівський технікум Донецького національного університету

Реферат

З дисципліни: “Військова справа”

На тему: «Основи пристрою лазера і застосування його у військовій техніці»

Виконав студент

групи 2 ПМ-10

Ахметов Сергій Сергійович

Зміст

Введення

1. Причина дивних властивостей лазерного променя. Когерентне світло

1.1 Анатомія лазера

1.2 Типи лазерів: газорозрядні; ексимерні; електроіонізаціонние; хімічні

2. Застосування лазерів у військовій справі

2.1 Лазерна локація - характерні параметри

2.2 Наземні лазерні далекоміри і їх застосування в арміях

Висновок

Література

Введення

Настло ХХ століття. Вже саме його початок було відзначено найбільшими досягненнями людського розуму. 7 травня 1895 на засіданні Російського фізико-хімічного товариства Попов А. С. продемонстрував винайдений ним пристрій зв'язку без проводів, а рік по тому аналогічний пристрій зв'язку без проводів, а рік по тому аналогічний пристрій запропонував італійський технік і підприємець Г. Марконі. Так народилося радіо. В кінці минулого століття бал створений автомобіль з бензиновим двигуном, який прийшов на зміну винайденому ще в ХVШ столітті парового автомобіля. Не менш вражаючим виявилися досягнення у фізиці. Тільки за одне десятиріччя на рубежі двох століть було зроблено п'ять відкриттів. У 1895 році німецький фізик Рентген відкрив новий вид випромінювання, названий пізніше його ім'ям. У 1896 р. французький фізик Антуан Анрі Беккерель відкрив явище радіоактивності, в 1897 році англійський фізик Дж. Дж. Томсон відкрив електрон і в наступному році виміряв його заряд, 14 грудня 1900 року на засіданні німецького фізичного товариства Макс Планк дав висновок формули для іспускательной здібності чорного тіла, цей висновок спирався на абсолютно нові ідеї, що стали фундаментом квантової теорії - однієї з основних фізичних теорій ХХ століття. У 1905 р. молодий А. Ейнштейн - йому тоді було всього 26 років - опублікував спеціальну теорію відносності. Всі ці відкриття виробляли приголомшливе враження і багатьох піддавали в замішання - вони ніяк не вкладалися в рамки існування фізики, вимагала перегляду її основних уявлень. Ледь почавшись, нове століття сповістив про народження нової фізики, позначив невидиму межу, за якою залишилася колишня фізика, отримала відтепер назву, класична.

Нові фундаментальні знання привели і до нових технічних досягнень почалося те, що ми сьогодні називаємо науково-технічною революцією. Розвиток вакуумної, а пізніше - з початку 50-х років - напівпровідникової електроніки дозволило створити досить досконалі системи радіозв'язку, радіоуправління, радіолокації. У 1948 році був винайдений транзистор, на початку 60-х років на зміну йому прийшли інтегральні схеми - народилася мікроелектроніка. Розвиток атомної та ядерної фізики призвело до створення атомної електростанції (з 1954 р.) і судів з атомними двигунами (з 1959 р). Телебачення, швидкодіючі обчислювальні машини, різноманітні комп'ютери, промислові роботи - така наша сьогоднішня дійсність.

Перший лазер був створений в 1960 році - і відразу почався бурхливий розвиток лазерної техніки. У порівняно короткий час з'явилися різні типи лазерів і лазерних пристроїв, призначених для вирішення конкретних наукових і технічних завдань.

Людина ніколи не хотів жити в темряві, він винайшов багато різноманітних джерел світла - від канули в минуле стеаринових свічок, газових ріжків, і гасових ламп до ламп розжарювання і ламп денного світла, які сьогодні висвітлюють наші вулиці та будинки. І ось з'явився ще одне джерело світла - лазер.

Це джерело світла абсолютно незвичайний. На відміну від усіх інших джерел, він зовсім не призначається для освітлення. Звичайно при бажанні лазери можуть застосовуватися в якості екстравагантних світильників. Однак використовувати лазерний промінь з метою висвітлення настільки ж нераціонально, як опалювати кімнату спалюється в каміні асигнуваннями. На відміну від інших джерел світла лазер генерує світлові промені, здатні гравірувати, зварювати різати матеріали, передавати інформації., Здійснювати вимірювання, контролювати процесу, отримувати особливо чисті речовини, направляти хімічні реакції ... Так що це справді дивовижні промені.

1. Причина дивних властивостей лазерного променя. Когерентне світло

Для пояснення цих властивостей у науковому мові є спеціальний термін когерентність. Вчені скажуть, що світло від лампи розжарювання некогерентен, а лазерне випромінювання когерентно - і все їм зрозуміло. Людині ж, недостатньо освіченому в галузі фізики, треба очевидно, пояснити, що таке некогерентне або когерентне світло.

У загальних рисах таке пояснення дати начебто нескладно. Цілком зрозуміло, що потік світла, що поширюється від будь-якого джерела є сумарний результат висвічування безлічі елементарних випромінювачів, якими є окремі атоми або молекули світиться тіла. У разі лампи розжарювання кожен атом - випромінювач висвічується, ніяк не узгоджуючи з іншими атомами-випромінювачами, тому в цілому виходить світловий потік, який можна називати внутрішньо непорядним, хаотичним. Це є некогерентне світло. У лазері ж гігантську кількість атомів випромінювачів висвічується погоджено в результаті виникає внутрішньо упорядкований світловий потік. Це є когерентний світло.

Коли ми говоримо про лазерному промені, то зазвичай уявляємо собі яскравий і тонкий світловий шнур або світлову нитку. Щось подібне можна побачити в дійсності якщо включити гелій-неоновий лазер. Але цей лазер малопотужний настільки, що його промінь можна спокійно,, ловити,, в руку. До того ж промінь не, сліпучо-білий, а соковитого червоного кольору. Щоб він був краще видно, треба створити в лабораторії напівтемрява і легку задимленість. Промінь майже не розширюється і скрізь має практично однакову інтенсивність. Можна розмістити на його шляху ряд дзеркал і змусити його описати. складну ламану траєкторію в просторі лабораторії. У результаті виникне ефективне видовище - кімната, як би, перекреслена,, в різних напрямках яскравими червоними прямими нитками.

Однак не завжди лазерний промінь виглядає настільки ефектно. Наприклад, промінь лазера СО2 взагалі невидимий - адже його довжина хвилі потрапляє в інфрачервону область спектру. Крім того, не слід думати, що лазерний промінь - це обов'язкові безперервний потік світлової енергії. У більшості випадків лазери генерують не безперервний світловий пучок, а світлові імпульси.

1.1 Анатомія лазера

Як виглядає лазер? На що він схожий? Лазери відрізняються великою різноманітністю. Існує величезна кількість різних типів лазерів, вони розрізняються не тільки характеристиками генерується ними випромінювання, але також зовнішнім виглядом, розмірами, особливостями конструкції.

"Серце лазера" - його активний елемент. В одних лазерів він являє собою кристалічний або склянний стрижень циліндричної форми. В інших це відпаятися скляна трубка, всередині якої перебуває спеціально підібрана газова суміш. У третіх - кювета зі спеціальною рідиною.

1.2 Типи лазерів

Продовжуючи знайомитися з лазерами, зробимо екскурсію по великому лазерному господарству. Зупинимося на деяких типах лазерів.

Газорозрядні лазери. Так називають лазери на розряджених газових сумішах (тиск суміші 1-10 мм рт. Ст) які порушуються самостійним електричним розрядом. Розрізняють три групи газорозрядних лазерів: - лазери, в яких генерується випромінювання народжується на переходах між енергетичними рівнями вільних іонів (застосовується термін "іонні лазери").

- Лазери, генеруючі на переходах між рівнями вільних атомів.

- Лазери, генеруючі на переходах між рівнями молекул (так звані молекулярні лазери) З величезного числа газорозрядних лазерів виділимо три: гелій-неоновий (як приклад лазера, що генерує на переходах в атомах), аргоновий (іонів лазер) і СО2-лазер (молекулярний лазер ). Гелій-неонової лазер має три основних робочих переходу, на довжинах хвиль 3,39 та 1,15 і 0,63 мкм.

У аргоновому лазері генерація відбувається на переходах між рівнями одноразового іона аргону (Ar) основними є переходах на довжинах хвиль 0,488 (блакитний колір) і 0,515 мкм (зелений колір).

Генерація в СО2-лазері відбувається на переходах між коливальними рівнями молекули вуглекислого газу (СО2) основними є переходи на довжинах хвиль 9,6 і 10,6 мкм. Основними складовими газової суміші є вуглекислий газ і молекулярний азот.

Ексимерні лазери. Так називають газові лазери генерують на переходах між електронними станами ексимерних (разлетних) молекул. До таких молекул відносяться, наприклад молекули Ar2, Kr2, Xe2, ArF, KrCl, XeBr та ін Ці молекули містять атоми інертних газів.

Зауважимо, що в ексимерних лазерах реалізовані найбільш низькі значення генеруються довжин хвиль. Так. в лазері на молекулах Хе2 спостерігалася генерація на довжині хвиль 0,172 мкм, в лазері на молекулах Kr2 0,147 мкм, в лазері на Ar2 0,126 мкм.

Електроіонізаціонние лазери. В якості іонізуючого випромінювання використовують ультрафіолетове випромінювання, електронний пучок з прискорювача, пучки заряджених частинок, що є продуктами ядерних реакцій.

Хімічні лазери. Реакції йдуть з вивільненням енергії, називають екзоенергетічсекімі. Вони-то і становлять інтерес для хімічних лазерів. У цих лазерах, що вивільняється при хімічних реакціях, йде на порушення активних центрів і в кінцевому рахунку перетворюється в енергію когерентного світла.

Наведемо приклад реакцій заміщення, які використовуються в хімічних лазерах: F H2 -> HF H, F D2 -> DF D, H Cl2 -> Hcl Cl, Cl HJ -> HCl J.

Зірочка вказує на те, що молекула утворюється у збудженому коливальному стані.

Існує ще ряд ознак класифікації лазерів, але віднесемо їх розгляд до спеціальної літератури.

2. Застосування лазерів у військовій справі

До теперішнього часу склалася основні напрями, за якими йде впровадження лазерної техніки у військову справу. Цими напрямками є:

1. Лазерна локація (наземна, бортова, підводна).

2. Лазерний зв'язок.

3. Лазерні навігаційні системи.

4. Лазерна зброя.

5. Лазерні ситний ПРО і ПКО, створювані в рамках стратегічної оборонної ініціативи - СОІ.

Зараз, отримані такі параметри випромінювання лазерів, які здатні істотно підвищити тактико-технічні дані різних зразків військової апаратури (стабільність частоти порядку 10 в -14, пікова потужність 10 в -12 Вт, потужність безперервного випромінювання 10 у 4 Вт, кутовий розчин променя 10 в -6 радий, t = 10 в -12 с, ... = 0,2 ... 20 мкм.

2.1 Лазерна локація

Лазерної локацією називають область оптікоелектронікі, що займається виявленням і визначенням місця розташування різних об'єктів за допомогою електромагнітних хвиль оптичного діапазону, випромінюваного лазерами. Об'єктами лазерної локації можуть бути танки, кораблі, ракети, супутники, промислові та військові споруди. Принципово лазерна локація здійснюється активним методом. Нам вже відомо, що лазерне випромінювання відрізняється від температурного тим, що воно є вузьконаправленим, монохроматичного, має велику імпульсивну потужність і високу спектральну яскравість. Все це робить оптичну локацію конкурентоспроможною в порівнянні з радіолокації, особливо при її використанні в космосі (де немає поглинаючого впливу атмосфери) і під водою (де для ряду хвиль оптичного діапазону існують вікна прозорості).

В основі лазерної локації, так само як і радіолокації, лежать три основні властивості електромагнітних хвиль:

1. Здатність відбиватися від об'єктів. Мета і фон, на якому вона розташована, по-різному відображають впало на них випромінювання. Лазерне випромінювання відбивається від всіх предметів: металічних і неметалічних, від лісу, ріллі, води. Більш того, воно відбивається від будь-яких об'єктів, розміри яких менше довжини хвилі, краще, ніж радіохвилі. Це добре відомо з основної закономірності відображення, за якою слід, що чим коротше довжина хвилі, тим краще вона відбивається. Потужність відображеного в цьому випадку випромінювання обернено пропорційна довжині хвилі в четвертого ступеня. Лазерному локатору принципово притаманна і велика знаходжувальної здатність, ніж радіолокатори - чим, коротше хвиля, тим вона вища. Тому-то виявлялася в міру розвитку радіолокації тенденція переходу від довгих хвиль до більш коротким. Проте виготовлення генераторів радіодіапазону, випромінюючих понад короткі радіохвилі, ставало все більш важкою справою, а потім і зайшло в глухий кут.