Билет 3

1. Поляризация света – процесс упорядочения колебаний вектора напряжённости электрического поля световой волны при прохождении света сквозь некоторые вещества (при преломлении) или при отражении светового потока.

Различают линейную и круговую поляризацию. При линейной вектор амплитуды колеблется только в одной плоскости, при круговой вектор амплитуды описывает окружность. Также есть другие частные случаи, например, эллиптическая поляризация – вектор амплитуды описывает эллипс.

Как уже было отмечено, поляризация света происходит при отражении и преломлении света. При этом, чем больше величина угла падения луча на отражающую поверхность, тем более поляризован отражённый луч, максимальная степень поляризации (полная поляризация) наблюдается при некотором угле падения, который носит название угла Брюстера (для стеклянных поверхностей примерно 57 градусов), при этом отражённый и преломлённый лучи ортогональны. При дальнейшем увеличении угла падения степень поляризации опять уменьшается.

Когда свет идет из среды с большим показателем преломления проникает в среду с меньшим показателем преломления (см. рисунок). По мере увеличения угла падения увеличивается и угол преломления. При некотором значении угла падения a_пр(назовем его предельным) преломленный луч распространяется вдоль границы раздела (b = p/2). Если световой луч пустить на границу под углом a > a_пр, то он вообще не проникает во вторую среду. Вся световая энергия отражается, что и является полным внутренним отражением.

2. Газовый лазер - это лазер с газообразной активной средой. Газ закачивается в стеклянную трубку,  и помещается в резонатор. Резонатор это два зеркала, одно из которых глухое, а другое полупрозрачное. Через полупрозрачное зеркало излучение выводится наружу.

В настоящее время в практических целях используются газовые лазеры с длинами волн от 0,3 до 10,6 мкм. Самые известные, это гелий-неоновый лазер с длинной волны 63 мкм, СО2 с длинной волны 10,6 мкм.   Мощность составляет от долей милливатта до сотен киловатт в импульсе. Газовые лазеры широко применяются в оптике, медицине, металлообработке, научных исследованиях. В частности гелий-неоновый лазер был до недавнего времени одним из основных лазеров используемых в голографии. Так же он используется для юстировки резонаторов других лазеров. Эксимерные лазеры используются в медицине. В частности в офтальмологии. Лазер на углекислом газе (СО2) используетя в хирургии, метало обработке, гравировке.

Гелий-неоновый лазер

Гелий-неоновый лазер в основном излучает красный свет на длине волны в 632.8 нм. Возможны варианты исполнения с излучением зелёного света, жёлтого света, оранжевого света на длинах волн 543.5 нм, 594.1 нм и 611.9 нм соответственно, а также на длинах волн инфракрасного диапазона 3.39 и 1.15 мкм. Типичные гелий-неоновые лазеры имеют длину 20 сантиметров, способны генерировать мощность в несколько милливатт на длине волны в 632.8 нм, при этом используя несколько Ватт электроэнергии. Гелий-неоновые лазеры часто используются для визирования и в интерферометрах, и конкурируют с лазерными диодами, которые компактней и эффективней. Некоторые He-Ne лазеры используются в оптических частотных схемах.

СО2-лазер (лазер на углекислом газе)

CO₂ лазеры (углекислотные лазеры) - основанные на газовой смеси лазеры, в которых усиление света происходит за счет молекул углекислого газа.

Лазеры на углекислом газе (CO₂-лазеры) используют смесь углекислого газа (CO₂), гелия (He), азота (N₂), в некоторых случаях водорода (H₂), водяного пара и/или ксенона (Xe). Генерация излучения происходит в основном на длине волны 10.6 мкм. Эффективность таких лазеров выше 10%, и они способны генерировать излучение высокого качества с мощностью в несколько киловатт. Лазеры на углекислом газе широко используются для обработки материалов, например, резки, сварки и маркировки, а также в лазерной хирургии.

На рисунке приведена схема СО₂-лазера с электрической накачкой.

Это лазер с электрической накачкой посредством газового разряда, управляемым постоянным током, переменным током (например, 20-50 кГц) или в радиочастотной области. Возбужденные разрядом молекулы азота находятся на метастабильном вибрационном уровне и передают свою энергию возбуждения молекулам СО₂, сталкиваясь с ними. Гелий необходим для релаксации нижнего лазерного уровня и для отвода тепла. Другие составляющие, такие как водород или водяной пар могут помочь (особенно в лазерах с закрытыми трубами) повторно окислить угарный газ СО (образованный при разряде) в углекислый газ. Излучение CO₂ лазеров обычно происходит на длине волны в 10.6 мкм, но существуют другие линии в диапазоне 9-11 мкм (особенно 9.6 мкм). В основном средние мощности составляют от нескольких десятков ватт до киловатт. Эффективность преобразования энергии таких лазеров может быть значительно выше 10 %, то есть, выше, чем для большинства твердотельных лазеров с ламповой накачкой, но ниже, чем для многих лазеров с диодной накачкой.

Эксимерный лазер - разновидность ультрафиолетового газового лазера, широко применяемая в глазной хирургии (Кератэктомия) и полупроводниковом производстве. Эксимерные лазеры обычно работают в импульсном режиме с частотой 100 Гц и длиной импульса около 10 нс, иногда эти значения могут достигать 200 Гц и 30 нс. Мощное ультрафиолетовое излучение таких лазеров позволяет их широко применять в хирургии (особенно глазной), в процессах литографии в полупроводниковом производстве, а также в дерматологии.