Научная Петербургская Академия

Доклад: Применение лазеров

Доклад: Применение лазеров

Доклад: Применение лазеров

Доклад

по физике

На тему:

Доклад: Применение лазеров

«Применение лазеров»

Ученика 11 «Б» класса

лицея № 34

г. Костромы

Кудашева Михаила

г. Кострома

2000 г.

План.

1. Введение.________________________________________________________ 1

2. Лазерный луч.____________________________________________________ 2

3. Лазерный луч в роли сверла.________________________________________ 3

4. Лазерная резка и сварка.___________________________________________ 5

5. Лазерный луч в роли хирургического скальпеля._______________________ 7

6. Лазерное оружие.________________________________________________ 10

7. Заключение.____________________________________________________ 14

8. Список литературы._____________________________________________ 14

1. Введение.

Уже самое начало XX века бы­ло отмечено величайшими достижениями

человечес­кого ума. 7 мая 1895 г. на заседании Русского физико-химического

общества А. С. Попов продемонстриро­вал изобретенное им устройство связи без

проводов, а год спустя аналогичное устройство предложил италь­янский техник и

предприниматель Г. Маркони. Так родилось радио. В конце уходящего века был

создан автомобиль с бензиновым двигателем, который при­шел на смену

изобретенному еще в XVIII в. паровому автомобилю. К началу XX столетия уже

действовали линии метро в Лондоне, Нью-Йорке, Будапеште, Вене. 17 декабря

1903 г. американские инженеры братья Орвилл и Уилбор Райт пролетели 260 м на

созданном ими первом в мире аэроплане, а через 12 лет русский инженер И. И.

Сикорский сконструировал и построил первый в мире многомоторный самолет, дав

ему имя «Илья Муромец».

Не менее потрясающими оказались достижения в физике. Только за одно

десятилетие на рубеже двух веков было сделано пять открытий. В 1895 г.

немецкий физик В. Рентген открыл новый вид излучения, на­званный позднее его

именем; за это открытие он получил в 1901 г. Нобелевскую премию, став, таким

образом, первым в истории нобелевским лауреатом. В 1896 г. французский физик

Антуан Анри Беккерель открыл явление радиоактивности —

Нобелевская пре­мия 1903 г. В 1897 г. английский физик Дж. Дж. Томсон открыл

электрон и в следующем году измерил его заряд — Нобелевская премия 1906 г. 14

декабря 1900 г. на заседании Немецкого физического общества Макс Планк дал

вывод формулы для испускательной спо­собности черного тела; этот вывод

опирался на совер­шенно новые идеи, ставшие фундаментом квантовой теории —

одной из основных физических теорий XX века. В 1905 г. молодой Альберт

Эйнштейн — ему тогда было всего 26 лет — опубликовал специальную теорию

относительности. Все эти открытия производили оше­ломляющее впечатление и

многих повергали в за­мешательство — они никак не

укладывались в рамки существовавшей физики, требовали пересмотра ее ос­новных

представлений. Едва начавшись, 20-й век возвестил о рождении новой физики,

обозначил не­видимую грань, за которой осталась прежняя физика, получившая

название «классическая».

И вот сегодня человек получил в своё распоряжение всемогущий луч лазера. На

что употребит он это новое завоевание ума? Чем станет лазер: универсальным

инструментом, надёжным помощником или, напротив, грозным космическим оружием,

ещё одним разрушителем?

2. Лазерный луч.

Человек никогда не хотел жить в темноте; он изобрел много разнообразных

источников света — от канувших в прошлое стеарино­вых свечей, газовых рожков

и керосиновых ламп до ламп накаливания и ламп дневного света, которые сегодня

освещают наши улицы и дома. И вот появился еще один источник света —

лазер.

Этот источник света совершенно необычен. В отли­чие от всех других

источников, он вовсе не предназна­чается для освещения. В отли­чие от других

источников света, лазер генерирует световые лучи, способные гравировать,

сваривать, ре­зать материалы, передавать информацию, осуществ­лять измерения,

контролировать процессы, получать особо чистые вещества, направлять

химические реак­ции... Так что это поистине удивительные лучи.

В чем же причина удивительных свойств лазерного луча? Для объяснения этих

свойств в научном языке есть специальный термин - когерентность.

В общих чертах такое пояснение дать вроде бы несложно. Вполне понятно, что поток

света, распрост­раняющийся от любого источника, есть суммарный результат

высвечивания великого множества элемен­тарных излучателей, каковыми являются

отдельные атомы или молекулы светящегося тела. В случае лам­пы накаливания

каждый атом-излучатель высвечивает­ся, никак не согласуясь с другими

атомами-излучателя­ми, поэтому в целом получается световой поток, кото­рый

можно назвать внутренне неупорядоченным, хао­тическим. Это есть

некогерентный свет. В лазере же гигантское количество атомов-излучателей

высвечива­ется согласованно — в результате возникает внутренне упорядоченный

световой поток. Это есть когерентный свет.

Внутренне упорядоченный, иными словами, когерентный световой пучок отличается,

во-первых, высокой монохроматичностью и, во-вторых, исключительно

малой расходимостью. Это понятно, поскольку разные атомы при взаимной

согласованнос­ти испускают волновые цуги одинаковой (точнее гово­ря, почти

одинаковой) частоты и одинакового (почти одинакового) направления движения.

Когда мы говорим о лазерном луче, то обычно представляем себе яркий и тонкий

световой шнур или световую нить. Эту нить можно увидеть, если включить

гелий-неоновый лазер. Правда, этот лазер маломощный - настолько, что

его луч можно спокойно «ловить» в руку. К тому же луч не «ослепи­тельно белый»,

а сочного красного цвета. Чтобы он был лучше виден, надо создать в лаборатории

полу­мрак и легкую задымленность. Луч почти не расши­ряется и везде имеет

практически одинаковую интен­сивность. Можно разместить на его пути ряд зеркал

и заставить его описать сложную изломанную траекто­рию в пространстве

лаборатории. В результате возник­нет эффектное зрелище-комната, как бы

«перечеркну­тая» в разных направлениях яркими красными прямы­ми нитями.

Однако не всегда лазерный луч выглядит столь эффектно. Например, луч СО2-лазера

вообще неви­дим — ведь его длина волны попадает в инфракрасную область спектра.

Кроме того, не следует думать, что лазерный луч - это обязательно

непрерывный поток све­товой энергии. В большинстве случаев лазеры

генери­руют не непрерывный световой пучок, а световые импульсы.

Современная лазерная техника позволяет регулиро­вать длительность, энергию и

даже форму лазерных импульсов. Регулируется и частота следования им­пульсов;

это очень важно, так как от частоты следова­ния импульсов существенно зависит

средняя мощность лазерного излучения. О том, как управляют лазерны­ми

импульсами, будет рассказано позднее.

3. Лазерный луч в роли сверла.

Сверление отверстий в ча­совых камнях — с этого начиналась трудовая

деятель­ность лазера. Речь идет о рубиновых камнях, которые используются в

часах в качестве подшипников сколь­жения. При изготовлении таких подшипников

требует­ся высверлить в рубине — материале весьма твердом и в то же время

хрупком — отверстия диаметром всего 0,1-0,05 мм. Многие годы эта ювелирная

операция выполнялась обычным механическим способом с ис­пользованием сверл,

изготовленных из тонкой рояль­ной проволоки диаметром 40-50 мкм. Такое сверло

делало до 30 тысяч оборотов в минуту и одновременно совершало при этом около

ста возвратно-поступатель­ных перемещений. Для сверления одного камня

требо­валось до 10-15 мин.

Начиная с 1964 г. малопроизводительное механи­ческое сверление часовых камней

стало повсеместно заменяться лазерным сверлением. Конечно, термин

«ла­зерное сверление» не надо понимать буквально; лазерный луч не сверлит

отверстие — он его пробивает, вызы­вая интенсивное испарение материала. В

настоящее время лазерное сверление часовых камней является обычным делом. Для

этой цели применяются, в частности, лазеры на стекле с неодимом. Отверстие в

камне (при толщине заготовки 0,5-1 мм) пробивается серией из нескольких

лазерных импульсов, имеющих энергию 0,5-1 Дж. Производительность работы

лазер­ной установки в автоматическом режиме —камень в секунду. Это в тысячу раз

выше производительности механического сверления!

Вскоре после своего появления на свет лазер полу­чил следующее задание, с

которым справился столь же успешно, — сверление (пробивание) отверстий в

алмаз­ных фильерах. Для полу­чения очень тонкой проволоки из меди, бронзы,

вольф­рама используется технология протягивания металла сквозь отверстие

соответствующего диаметра. Такие отверстия высверливают в материалах,

обладающих особо высокой твердостью, — ведь в процессе протяги­вания

проволоки диаметр отверстия должен сохра­няться неизменным. Наиболее тверд,

как известно, алмаз. Поэтому лучше всего протягивать тонкую про­волоку сквозь

отверстие в алмазе — сквозь так называе­мые алмазные фильеры. Лишь с помощью

алмазных фильер удается получать сверхтонкую проволоку, имеющую диаметр всего

10 мкм. Но как просверлить тонкое отверстие в таком сверхтвердом материале,

как алмаз? Механически это сделать очень трудно — для механического сверления

одного отверстия в алмазной фильере требуется до десяти часов. Зато, как

оказа­лось, совсем нетрудно пробить это отверстие серией из нескольких мощных

лазерных импульсов.

Сегодня лазерное сверление широко применяется не только для особо твердых

материалов, но и для материалов, отличающихся повышенной хрупкостью. Лазерное

сверло оказалось не только мощным, но и весьма деликатным «инструментом».

Пример: применение лазера при сверлении отверстий в подложках микросхем,

изготавливаемых из глинозем­ной керамики. Керамика необычайно хрупка. По этой

причине механическое сверление отверстий в подложке микросхемы производили,

как правило, на «сыром» материале. Обжигали керамику уже после сверления. При

этом происходила некоторая деформация изде­лия, искажалось взаимное

расположение высверлен­ных отверстий. Проблема была решена с появлением

лазерных сверл. Используя их, можно работать с керамическими подложками,

которые уже прошли обжиг. С помощью лазеров пробивают в керамике очень тонкие

отверстия — диаметром всего 10 мкм. Механическим сверлением такие отверстия

полу­чить нельзя.

Доклад: Применение лазеров То, что сверление — призвание

лазера, ни у кого не вызывало сомнений. Здесь у лазера фактически не оказалось

достойных конкурентов, особенно когда речь шла о сверлении особо тонких и особо

глубоких отверстий, когда отверстия надо сверлить в очень хрупких или очень

твердых материалах.

Доклад: Применение лазеров

4. Лазерная резка и сварка.

Лазерным лучом можно резать решительно все: ткань, бумагу, дерево, фанеру,

резину; пластмассу, керамику, листовой асбест, стекло, листы металла. При этом

можно получать аккуратные разрезы по сложным профилям. При резке возгорающихся

материалов место разреза обдувают струёй инертного газа; в результате

получается гладкий, необожженный край среза. Для резки обычно используют

непрерывно генерирующие лазеры. Нужная мощность излучения зависит от материала

и толщины заготовки. Например, для резки досок толщиной 5 см применялся

СО2-лазер мощностью 200 Вт. Ширина разреза составляла всего 0,7 мм; опилок,

естественно, не было.

Для резки металлов нужны лазеры мощностью в несколько киловатт. Требуемую

мощность можно сни­зить, применяя метод газолазерной резки - когда

одно­временно с лазерным лучом на разрезаемую поверх­ность направляется сильная

струя кислорода. При горении металла в кислородной струе (за счет происхо­дящих

в этой струе реакций окисления металла) выде­ляется значительная энергия; в

результате может использоваться лазерное излучение мощностью всего 100-500 Вт.

Кроме того, струя кислорода сдувает и уносит из зоны разрезания расплав и

продукты сгора­ния металла.

Первый пример такого рода резки — ла­зерный раскрой тканей на ткацкой

фабрике. Установка включает СО2-лазер мощностью 100 Вт, систему фоку­сировки

и перемещения лазерного луча, ЭВМ, устрой­ство для натяжения и перемещения

ткани. В процессе раскроя луч перемещается по поверхности ткани со скоростью

1 м/с. Диаметр сфокусированного светово­го пятна равен 0,2 мм. Перемещениями

луча и самой ткани управляет ЭВМ. Установка позволяет, напри­мер, в течение

часа раскроить материал для 50 костю­мов. Раскрой выполняется не только

быстро, но и весьма точно; при этом края разреза оказываются гладкими и

упрочненными. Второй пример — автомати­зированное разрезание листов алюминия,

стали, тита­на в авиационной промышленности. Так, СО2-лазер мощностью 3 кВт

разрезает лист титана толщиной 5 мм со скоростью 5 см/с. Применяя кислородную

струю, получают примерно тот же результат при мощности излучения 100-300 Вт.

В развитии лазерной сварки выде­ляют два этапа. Вначале развивалась точечная

свар­ка — на основе импульсных лазеров на рубине и на стекле с неодимом. С

появлением мощных СО2-лазе-ров и лазеров на гранате с неодимом, дающих

непре­рывное излучение или последовательность часто пов­торяющихся импульсов,

стала развиваться шовная сварка.

Примеры точечной лазерной сварки: соединение никелевого контакта с зажимом из

никелевого сплава на основании транзистора, приваривание тонких мед­ных

проводов друг к другу или к зажимам, взаимное соединение микроэлектронных

компонентов. Шовная лазерная сварка непрерывным излучением мощностью около

100 Вт применяется для герметизации корпусов приборов, приваривания

наконечников к лопастям га­зовых турбин и кромок из закаленной стали к

полот­нам металлорежущих пил и т. д. С помощью киловаттных лазеров производят

автоматизированную шовную сварку кузовов автомобилей, корпусов судов, труб

газопроводов и т.д. Для сварки деталей из стекла используются лазеры

мощностью 100 Вт, для сварки кварца — мощностью до 300 Вт.

Лазерная сварка успешно конкурирует с известны­ми способами сварки, например

с электродуговой и сваркой электронным лучом. Она обладает весомыми

преимуществами. При лазерной сварке нет контакта со свариваемым образцом, а

значит, нет опасности за­грязнения его какими-либо примесями. В отличие от

электронно-лучевой сварки, для которой нужен ва­куум, лазерная сварка

производится в обычных усло­виях. Она позволяет производить быстро и с

высокой точностью проплавление локально: в данной точке или вдоль данной

линии. Зона, подвергающаяся тепловому воздействию, имеет очень малые размеры.

Это важно, в частности, в тех случаях, когда сварка выполняется в

Доклад: Применение лазеров

непосредственной близости от элементов, чувствитель­ных к нагреву.

Доклад: Применение лазеров

5. Лазерный луч в роли хирургического скальпеля.

Свойством лазерного луча сверлить и сваривать различные материалы

заинтересовались не только инженеры, но и медики. Представьте себе

операционную, где рядом с операционным столом находится СО2-лазер. Излучение

лазера поступает в шарнирный световод — систему полых раздвигающихся трубок,

внутри кото­рых свет распространяется, отражаясь от зеркал. По световоду

излучение попадает в выходную трубку, которую держит в своей руке хирург. Он

может пере­мещать ее в пространстве, свободно поворачивая в разных направлениях

и тем самым посылая лазерный луч в нужное место. На конце выходной трубки есть

маленькая указка; она служит для наведения луча — ведь сам луч невидим. Луч

фокусируется в точке, которая находится на расстоянии 3-5 мм от конца указки.

Это и есть лазерный хирургический скаль­пель.

В фокусе лазерного луча концентрируется энергия, достаточная для того, чтобы

быстро нагреть и испа­рить биологическую ткань. Перемещая «лазерный скальпель»,

хирург рассекает ткань. Его работа отли­чается виртуозностью: вот он почти

неуловимым дви­жением руки приблизил конец указки к рассекаемой ткани, а вот

приподнял, отодвинул его подальше; указка быстро и равномерно перемещается

вдоль линии разреза, и вдруг ее движение слегка замедляется. Глубина разреза

зависит от скорости резания и от степени кровенаполнения ткани. В среднем она

состав­ляет 2-3 мм. Часто рассечение тканей выполняют не в один, а в несколько

приемов, рассекая как бы послойно. В отличие от обычного скальпеля, лазерный

скальпель не только рассекает ткани, но может также сшивать края разреза, иными

словами, может произво­дить биологическую сварку.

Рассечение производят сфокусированным излучени­ем (хирург должен держать

выходную трубку на таком расстоянии от ткани, чтобы точка, в которой

фокуси­руются лучи, оказалась на поверхности ткани). При мощности излучения 20

Вт и диаметре сфокусирован­ного светового пятна 1 мм достигается интенсивность

(плотность мощности) 2,5 кВт/см2. Излучение прони­кает в ткань на

глубину около 50 мкм. Следовательно, объемная плотность мощности, идущая на

нагрев ткани, достигает 500 кВт/см3. Для биологических тка­ней это

очень много. Происходит их быстрое разогре­вание и испарение — налицо эффект

рассечения ткани лазерным лучом. Если же луч расфокусировать (для чего

достаточно немного отодвинуть конец выходной трубки от поверхности ткани) и тем

самым снизить интенсивность, скажем, до 25 Вт/см2, то ткань

испа­ряться не будет, а будет происходить поверхностная коагуляция

(«заваривание»). Вот этот-то процесс и используют для сшивания разрезанной

ткани. Биоло­гическая сварка осуществляется за счет коагуляции жидкости,

содержащейся в рассекаемых стенках опери­руемого органа и специально

выдавливаемой в проме­жуток между соединяемыми участками ткани.

Лазерный скальпель — удивительный инструмент. У него есть много несомненных

достоинств. Одно из них — возможность выполнения не только рассечения, но и

сшивания тканей. Рассмотрим другие достоинства.

Доклад: Применение лазеров

Лазерный луч делает относительно бескровный разрез, так как одновременно с

рассечением ткани коагулирует края раны, «заваривая» встречающиеся на пути

разреза кровеносные сосуды. Правда, сосуды должны быть не слишком крупными;

крупные сосуды необходимо предварительно перекрыть специальными зажимами. В

силу своей прозрачности лазерный луч позволяет хирургу хорошо видеть

оперируемый учас­ток. Лезвие обычного скальпеля всегда в какой-то мере

загораживает хирургу рабочее поле. Лазерный луч рассекает ткань как бы на

расстоянии, не оказывая на нее механического давления. В отличие от операции

обычным скальпелем, хирург в данном слу­чае может не придерживать ткань рукой

или инстру­ментом. Лазерный скальпель обеспечивает абсолют­ную стерильность -

ведь с тканью взаимодействует здесь только излучение. Луч лазера действует

локаль­но; испарение ткани происходит только в точке фокуса. Прилегающие

участки ткани повреждаются при этом значительно меньше, чем при использовании

обычного скальпеля. Как показала клиническая практика, рана от лазерного

скальпеля относительно быстро заживля­ется.

До появления лазеров поиски методов лечения отслоения сетчатки привели к

следующему. Нужно закрыть разрыв сетчатки, но ведь она находится внутри

глаза. Предложили способ, состоя­щий в том, что до больного места добирались

с тыльной стороны глаза. Для чего рассекали веки и вытаскивали глазное яблоко

наружу. Оно висело только на нервных волокнах. Затем через внешнюю оболочку

осуществляли термокоагуляцню, при помощи которой добивались рубцового

сращения краев разрыва с прилегающими тканя­ми. Очевидно, что такая сложная

операция требует, во-первых, виртуозного мастерства хирурга и, во-вторых, что

также очень важно, решимости больного пойти на та­кой шаг.

С появлением лазеров были начаты исследования по их использованию для лечения

отслоения сетчатки. Эти работы проводились в институте имени Г. Гельмгольца в

Москве и в клинике имени В. П. Филатова в Одессе. Ме­тод лечения был выбран

необычный. Для проникновения к больному месту уже не надо производить разрез

века и вытаскивать глазное яблоко. Для этого был использован прозрачный

хрусталик. Именно через него было предложено проводить операцию. Для

технической реа­лизации операции был разработан прибор, называемый

офтальмокоагулятор марки ОК-1. Прибор состоит из ос­нования, на котором

размещены источники питания и электрическая часть аппаратуры с органами

управления. На основании на специальном шланге с помощью гибко­го соединения

подвешена излучающая головка с руби­новым лазером. На одной оптической оси с

лазером рас­полагается система прицеливания, которая позволяет через зрачок

тщательно исследовать глазное дно, найти пораженное место и навести на него

(прицелить) луч лазера. Для этого служат две рукоятки, находящиеся в руках

хирурга. Вспышка обеспечивается нажатием кноп­ки, расположенной на одной из

рукояток. Выдвигающаяся шторка предохраняет глаза хирурга во время вспышки.

Для удобства работы врача-оператора и обслуживающе­го персонала прибор

снабжен световой и звуковой сиг­нализацией. Энергия импульсов регулируется от

0,02 до 0,1 Дж. Сама техника операции состоит в следующем. Сначала врач с

помощью оптического визира исследует глазное дно больного и, определив

границы заболевшего участка, рассчитывает необходимое количество вспышек и

потребную энергию каждой вспышки. Затем, следуя по границам заболевшего

участка, производит их облу­чение. Вся операция напоминает сварку металла

точеч­ным методом.

6. Лазерное оружие.

В середине 80-х годов был получен ряд сообщений о том, что на американских

полигонах было испытано несколько образцов лазерного оружия, часть из которого

была из­готовлена в виде пистолета, часть—в виде ружья. В со­общениях

подчеркивалось, что оно было создано для борьбы с живой силой противника на

поле боя. Дейст­вие оружия основано на использовании большой пиковой мощности

лазера. Для чего применялся твердотельный (рубиновый или на стекле с неодимом)

лазер с модуля­цией добротности. В результате длительность импульса составляла

всего 10~9 с, что при использовании энергии в 1 Дж приводило к

мощности в 109 Вт. В первую оче­редь действие такого оружия, по

замыслам создателей, должно состоять в поражении глаз, вызывая в них обра­тимые

или необратимые процессы. Предположения ос­нованы на том, что, попадая на

хрусталик человеческого глаза, лазерное излучение не должно поражать сам

хрус­талик, так как он прозрачен для этого излучения. Но хрусталик, как всякая

оптическая система, фокусирует излучение в очень маленькое пятно на сетчатке. В

этом пятне плотность энергии возрастает настолько, что при­водит к

кровоизлиянию. Человек либо не успевает моргнуть — настолько короткой является

вспышка, либо даже не видит излучение — если оно на волне 1,06 мкм. Но зре­ние

теряется мгновенно. Образцы такого оружия пред­ставлены на рисунке ниже. В

качестве источника излу­чения используется лазер на рубине, помещенный внутри

съемного патрона. В этом же патроне находится источ­ник возбуждения,

представляющий собой химический элемент, питаемый от батареи. На рисунке

показан патрон отдельно от пистолета. Управление таким оружием максимально

приближено к обычному оружию. Оно на­водится на объект поражения, нажимается

спусковой курок, чем подается импульс от батареи на химический элемент, который

дает питание на рубиновый стержень. Излучаемая энергия выбрасывается в сторону

цели. Дей­ствие показанного на рисунке ружья аналогично. Разра­ботчики считают,

что для поражения органов зрения нет необходимости наведения луча точно в глаз

против­ника. Достаточно облучить голову или весь корпус че­ловека. Но если он

будет расположен лицом в сторону источника излучения, то поражение органов

зрения обеспечено. Механизм воздействия лазерного излучения на сетчатку и

хрусталик подробно рассмотрен в преды­дущем материале и здесь нет надобности

повторяться. В сообщении отмечается, что даже если объект пора­жения находится

к источнику излучения под некоторым углом, все же он может потерять зрение. С

появлением лазеров на СО2, работающих в непрерывном режиме, работы по созданию

наземного оружия были форсированы. Были созданы лазерные «пушки». Если первые

пистолеты и ружья предназначались в основном против человека и только в

отдельных случаях — для поджога легко воспламеняющихся материалов, то лазер­ные

пушки предполагали, в основном, борьбу с техникой.

В печати сообщалось, что для повышения интереса Пентагона к лазерам

американские инженеры выполнили следующий эксперимент. Создали лазерную пушку

для борьбы с низколетящими объектами. Затем запус­тили модель беспилотного

самолета, который на малой высоте прошел над позицией, где размещалась эта

пуш­ка. На глазах наблюдавших была отрезана часть плоскости беспилотного

самолета. Самого луча никто не ви­дел, но самолет был сбит. В опубликованных

материалах, носящих рекламный характер, ничего не говорится о мощности

излучения пушки, о высоте, на которой про­летел самолет, о материале, из

которого были сделаны плоскости самолета, а также о покраске крыла самолета.

После этого эксперимента, как сообщается, работы по созданию лазерного оружия

развернулись с новой силой.

Помимо использования так называемого прямого воз­действия лазерного излучения

на объекты поражения, высокая направленность лазерного излучения применя­ется

за рубежом и для создания лазерных имитаторов стрельбы и тренажеров.

Использование лазеров для тре­нировки стрелков и наводчиков танковых пушек

обос­новывают тем, что лазер, имея малую расходимость пучка, повышает

реальность имитации попадания в цель, обеспечивает «безопасность» стрельбы,

дает возможность проводить тренировки в любое время суток и года. В

со­общении делают вывод, что лазерные имитаторы, кото­рыми предполагают

оснастить танковые подразделения, позволят разыгрывать танковые бои в

условиях, макси­мально приближенных к боевым.

Так как имитаторы стрельбы и тренажеры соответ­ствуют по дальности стрельбы

тем видам оружия, кото­рые они имитируют, т. е. в пределах от сотни метров до

нескольких километров, то предполагают применить маломощные твердотельные

лазеры, газовые и полупро­водниковые лазеры, простые по конструкции, надежные

в эксплуатации, безопасные для «противника». И как отмечают, влияние тумана и

дымки на прохождение ла­зерного излучения в атмосфере дает положительный

эффект для тренировок. Условия стрельбы ухудшаются, но если наводчик видит

цель в пределах возможностей своего оружия, то и излучение лазера достигнет

цели. Быстродействие лазерных имитаторов дает возможность использовать их для

имитации стрельбы любых средств поражения, обладающих любой начальной

скоростью. Сообщают, что в такие имитаторы приходится вводить специальные

устройства, рассчитанные на задержку «выстрела» в целях приведения его в

соответствие с по­летным временем снаряда или пули, а также при стрель­бе по

движущимся целям с упреждением. Здесь представлена схема лазер­ного

тренажера.

Доклад: Применение лазеров

Доклад: Применение лазеров

Она включает в себя два варианта аппаратуры. Первым оборудуется наводчик,

вторым — объект поражения: танк, самолет, вертолет и т. п. Аппаратура

наводчика содержит оптический прицел, через который наводчик наблю­дает

объект поражения и удерживает перекрестье при­цела на цели, лазерный источник

излучения и блок управления его работой, пульт регистрации попадании и

приемник попаданий. На объекте поражения устанав­ливается блок имитатора

попаданий. Он состоит из на­бора фотоприемников, размещенных на объекте в

раз­личных его точках (на башне, на защитном щитке водителя, на баке с

топливом и т. д.), и командного устройства, включающего в работу световой,

звуковой или дымовой имитатор, который указывает экипажу о поражении танка, а

также наводчику — о попадании в объект поражения. На основе такой схемы за

рубежом был разработан ряд тренажеров. Некоторые из них исполь­зуют штатные

средства с небольшими изменениями. Проведенные испытания позволяют сделать

вы­вод, что существенно сокращается стоимость учебных стрельб за счет

экономии боеприпасов, за счет много­кратного использования мишеней и

упрощения трени­ровочного оборудования. Сообщается, что экспертная комиссия

дала свою оценку и показала, что качество подготовки стрелков и наводчиков

повышается, однако и тренажеры продолжают совершенствовать. Если в пер­вых

сериях тренажеров в качестве источника излучения применялся рубиновый лазер,

то впоследствии он был заменен лазером полупроводникового типа на арсениде

галлия. Затем изменениям подверглась прицельная сис­тема. В ней были

установлены дополнительные линзы и зеркала, которые имитируют введение

упреждения при стрельбе по движущимся целям, установку требуемого угла

возвышения. Установка прицела производится по результатам измерения дальности

с помощью дальномерной приставки, которая вводит в логическую схему величину

коррекции направления луча с тем, чтобы ус­тановка прицела соответствовала

истинному расстоянию до цели и баллистике данного снаряда. Имитация вспыш­ки

производится ксеноновым прожектором, который вклю­чается в момент излучения

лазерного импульса. Внутри башни танка смонтирован блок управления, с помощью

которого подаются команды имитатора стрельбы. Панели управления имеются у

командира танка и заряжающего. На панели последнего имеются красная и зеленая

кноп­ки, которые включаются в зависимости от того, какой вид боеприпаса

используется. Приемники лазерного из­лучения расположены по периметру башни

тапка. Их пять штук. Каждый из них по углу ноля зрения пере­крывает 36° по

азимуту и ±15° по углу места. При попа­дании луча лазера, имитирующего

выстрел орудия, на один из приемных фотодетекторов, включается блок

ра­диостанции, который посылает стреляющему танку сиг­нал о поражении цели.

Одновременно в танке-цели вклю­чается сигнальное устройство, информирующее

экипаж о поражении их танка. Кроме того, баллон, смонтирован­ный на башне

танка, начинает дымить в течение 30 с. Иногда вместо одного баллона

устанавливают ряд пе­тард, что дает гораздо больший эффект.

7. Заключение.

За последнее время в России и за рубежом были проведены обширные исследования

в области квантовой электроники, созданы разнообразные лазеры, а так же

приборы, основанные на их использовании. Лазеры применяются в локации и

связи, в космосе и на земле, в медицине и строительстве, в вычислительной

технике и строительстве. Становление и развитие голографии также немыслимо

без лазеров.

Нам, молодому поколению, нужно знать об этом интересном приборе,

переделывающем мир, как можно больше, и быть готовым к его использованию в

учебной, научной и военной деятельности.

8. Список литературы.



(C) 2009