ЛАМПА С ВТОРИЧНОЙ ЭМИССИЕЙ, приёмно-усилительная лампа (обычно пентод),
а к-рой благодаря вторичной электронной эмиссии с поверхности дополнит.
электрода (наз д и иодом) достигается большее усиление анодного тока.
Динод, изготовленный из материалов с высоким ко эф вторичной эмиссии,
располагают за анодом на пути управляемого сеткой потока первичных
эл-нов (рис.). При этом создается вторичный электронный поток,
направленный к аноду и превышающий по интенсивности первичный поток а
неск. раз. Иногда в качестве Л. с а. э. используют пентоды с двумя
динодами, действующими последовательно В Л с а э удаётся получить
крутизну характеристики до неск десятков мА В, что определило
применение лампы для усиления сигналов с широким спектром частот (а 2—3
раза большим, чем а обычных ПУЛ), а также для генерирования импульсов
длительностью до единиц не (см также Широкополосная лампа).
ЛАМПА ОБРАТНОЙ ВОЛНЫ (ЛОВ), реже кар синотрон, электровакуумный СВЧ прибор, работа к-рого осноаана на длительном аэанмодейстаии обратной аолны эл.-магн. поля и электронного потока (разновидность лампы бегущей аолны). ЛОВ а основном используется как перестраиваемый по частоте генератор, реже—как усилитель Идея создания ЛОВ высказана 1948 сов. ученым М. Ф. Степь махом. Явление генерирования колебании СВЧ в результате взаимодействия электронного потока и обратной аолны впервые наблюдал и описал амер физик С. Мильман а 1950. Термин «Л. о. т.» введён амер. учеными Р. Компфнером и Н. У иль ямсом а 1953, давшими первое теоретич. описание работы прибора.
Принцип действия генераторной ЛОВ поясняется на рис 1 Поток эл-ноа, сформированный электронной пушкой, проходит вблизи поверхности замедляющей системы (ЗС). Как и а ЛБВ, в ЛОВ взаимодействие эл.-магн. аолны и электронного потока происходит при условии, что ср скорость эл-ноа близка к фазовой скорости аолны (условие синхронизма электронов и волн). В этом случае поле аолны приводит к образованию сгустков эл-нов, к-рые, затормаживаясь полем, отдают ему свою энергию. После взаимодействия эл-ны попадают на коллектор (см. Коллектор электровакуумного прибора) Конец ЗС со стороны электронной пушки снабжен выводом энергии коллекторный конец — т. н. оконечной нагрузкой (клин из спец. керамики, слой акаадага) для поглощения эл.-магн. волн, отразившихся от выхода генератора. Существенным для ЗС ЛОВ (а отличие от ЛБВ) является то, что фазовая и групповая скорости эл.-магн. аолны направлены а противоположные стороны, и, следовательно, в ЛОВ энергия эл. магн. аолны распространяется навстречу электронному потоку. Раэнонапрааленность скоростей эл-ноа и групповой скорости волны создаёт положит, обратную связь. Если ток электронного пучка превышает нек-рое критич. значение (т н пусковой ток), то возникают автоколебания, амплитуда к-рых нарастает от коллекторного к противоположному концу ЗС. С увеличением скорости эл-ноа возрастает частота, на к-рои наблюдается взаимодействие, что обусловливает возможность электронной перестройки частоты В предпусковом режиме при подача сигнала на коллекторный конец ЗС ЛОВ работает как перестраиваемый уэкополосныи регенеративный усилитель.
Если а генераторной ЛОВ оконечная нагрузка отсутствует и ЗС представляет собой отрезок распределенной резонансной системы за счёт отражений от коллекторного конца и вывода энергии, то электронный поток взаимодействует с эл.-магн. волной на дискретных частотах, соответствующих реэонансам отрезка ЗС (т н. резонансная ЛОВ)
ЗС существующих ЛОВ всегда являются периодич. структурами. Предпочтение отдаётся встречно-штыревым системам, хотя в ряде случаев используются спирали, гребен ки и т. д.
Различают ЛОВ О-тнпа (ЛОВО) и М-типа (ЛОВМ). В ЛОВО эл-ны отдают волне кинетич. энергию, а фокусировка потока осуществляется либо продольным магнитным (рис. 2), либо периодич. электростатическим (рис. 3) полем Генера торные ЛОВО работают а диапазоне частот 1—1500 ГГц, их выходная мощность составляет от единиц до сотен мВт при электронной перестройке частоты от 10—15% до октавы; кпд не превышает 3%. ЛОВО с электростатич фокусировкой в диапазоне частот до 40 ГГц выпускают только а СССР. Генераторные ЛОВО находят применение в качест ае гетеродинов радиолокац. станций, перестраиваемых задающих генераторов, генераторов качающейся частоты предназначены для радиотехн. измерений, радиоспектроскопии и т. д ЛОВО-усилители применяют а качестве входных приселекторов супергетеродинных приемников, перестраиваемых фильтров и т. д.
В ЛОВМ (см. Мвгнетронного типа приборы) электронный поток отдает эл.-магн. волне часть своей потенциальной энергии. Как и а магнетроне, электронный поток формируется а скрещенных электрич. и магн полях (рис 4). ЛОВМ работают а диапазоне частот 0,5—18 ГГц, выходная мощн. составляет 0,1—1 кВт при электронной перестройке частоты до 30%, кпд ЛОВМ лежит а пределах 5—50%. Достоинством ЛОВМ является также линейная зависимость частоты от ускоряющего напряжения. ЛОВМ применяют а системах связи, радиопротиводействия, в измерительной аппаратуре и т д
ЛАМПА НАКАЧКИ, источник оптич. излучения, предназначенный для оптической накачки активного элемента лазера. Л. н. преобразует а энергию оптич излучения разл. виды энергии: электрическую (газоразрядные лампы, лампы накаливания), хим. энергию горения илн взрыва (пиротехн. лампы; см. Пиротехническая накачка) и др. Наиболее широко распространены газоразрядные Л. н., к-рые различают по режиму работы (импульсный, непрерывный), по наполнению (ксенон, криптон, пары металлов), по материалу баллона (кварцевые, сапфировые), по форме баллона (прямые, трубчатые, спиральные, полостные). Долговечность газоразрядных Л. н. импульсного режима определяется энергией разряда, непрерывного режима — величиной разрядного тока. Эффективности преобразования энергии в оптич. излучение а Л. н. достигает 70%; доля полезного излучения (в полосах поглощения активного элемента лазера) составляет 15— 20%.
ЛАМПА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ (ЛБВ), электровакуумный СВЧ прибор, работа к-рого осноаана на длительном взаимодействии бегущей эл.-маги. волны и электронного потока, движущихся а одном направлении. ЛБВ предназначена гл. обр. для широкополосного усиления СВЧ колебаний в диапазоне частот от 300 МГц до 300 ГГц, а также для првобрезоаания и умножения частоты и др. целей. Идея создания ЛБВ принадлежит амер. инж. А. Гаеау, к-рый а 1936 апераые предложил и запатентовал ЭВП, работающий на принципе азаимодейстаия потока эл-иоа с электрич. полем бегущей аолны. Первая ЛБВ создана амер. учёным Р. Компфнером а 1943; первые теоретич. работы по ЛБВ опубликованы амер. физиком Дж. Пирсом а 1947.
К осн. узлам ЛБВ относятся: электронная л ушка, формирующая электронный поток; замедляющая система, понижающая скорость бегущей аолны вдоль оси ЛБВ до скорости, близкой к скорости эл-ноа; фокусирующие устройства (лериодич. система пост, магнитов, соленоид и др.) для удержания магн. полем электронного потока а заданных границах поперечного сечения по всей его длине; коллектор для улавливания эл-нов; вводи вывод энергии эл.-мвгн. колебаний, с помощью к-рых усиливаемый сигнал соответственно вводится в замедляющую систему и выводится из нее, и поглотитель энергии СВЧ колебаний (на небольшом участке замедляющей системы) для устранения самовозбуждения ЛБВ нэ-эа отражений волн от концов замедляющей системы (рис. 1).
Усиление СВЧ колебаний а ЛБВ происходит след. образом. Ускоренные а электронной пушке эл-ны влетают в пространстао азаимодейстаия замедляющей системы. В это же пространстао через ввод энергии подаются усиливаемые СВЧ колебания. Благодаря определенной конфигурации металлич. элементов замедляющей системы электрич. поле аолны в пространстве взаимодействия имеет составляющую, направленную вдоль оси прибора, с к-рой и происходит взаимодействие зл-ноа. В замедляющей системе фазовая скорость эл.-магн. аолны понижается до скорости, близкой к продольной скорости эл-ноа, что позволяет осуществить синхронизм электронов и волн. Выполнение условия синхронизма— одна из отличит, особенностей ЛБВ.
В результате взаимодействия с электрич. полем бегущей аолны эл-ны тормозятся или ускоряются — а зависимости от фазы электрич. поля. При этом происходит модуляция электронного потока по плотности: образование сгустков, сопровождающееся возбуждением а замедляющей системе эл.-магн. поля, тормозящего эл-ны а сгустке. При торможении эл-ны отдают свою энергию, увеличивая энергию лоля аолны, т. е. усиливая входной сигнал. Если ср. скорость эл-ноа несколько превышает скорость распространения волны, то фаза возбуждаемого сгустками поля близка к фазе поля аолны в замедляющей системе и усиление больше, чем при точном синхронизме эл-ноа и волны.
Область значений скоростей эл-ноа, при к-рых происходит усиление, обычно невелика. В результате торможения сгустков условие синхронизма нарушается, что является одной из причин относительно низкого электронного кпд ЛБВ. Поэтому а режиме большого сигнала ср. скорость эл-ноа должна несколько превышать оптимальную скорость по усилению малого сигнала. По способу преобразования Энергии источников питания в энергию СВЧ колебаний ЛБВ относятся к О-типа приборам.
Гл. достоинство ЛБВ по сравнению с др. усилит. ЭВП СВЧ (клистронами и магнетронного типа усилителями) — широкая полоса усиливаемых частот. Способность ЛБВ усиливать а широкой полосе частот обусловлена са-вом замедляющей системы сохранять постоянным значение скорости распространения бегущей аолны при изменении частоты входного сигнала в широких пределах. Наиболее широкополосными являются ЛБВ со спиральными замедляющими системами; скорость распространения бегущей волны в них сохраняется практически постоянной при изменении частоты входного сигнала в пределах 1—2 октав и более.
В мощных ЛБВ широкое применение нашли замедляющие системы типа цепочек связанных резонаторов, к-рые обеспечивают наиболее эффективный отвод тепла, выделяющегося а результате оседания части электронного потока иа их поверхности (см. Динамическое токооседаиие). Недостатком таких ЛБВ является сравнительно узкая полоса частот — обычно до 10% от ср. частоты. Замедляющие системы др. типов широкого распространения в ЛБВ не получили.
Дла достижения больших коэф. усиления (30—50 дБ и более) с целью предотвращения самовозбуждения замедляющую систему ЛБВ разделают по длине на 2—3 секции. Секции не имеют связи по СВЧ полю, т. е. эл.-магн. аолны не проникают из одной секции а другую. Во второй и третьей секциях СВЧ поле возбуждается сгруппированным потоком эл-ноа.
Наряду с обычными усилит. ЛБВ разработаны преоб-разовательно-усклительные (ПУ) ЛБВ, для к-рых характерно наличие дополнит, модулирующей секции (расположенной между электронной пушкой и первой усилит, секцией), обычно представляющей собой резонатор со своим вводом энергии, имеющий отверстие для пролёта эл-ноа (рис. 2). В ПУ ЛБВ электронный поток сначала модулируется по скорости в модулирующей секции СВЧ сигналом с частотой R, а затем поступает а пространстао взаимодействия замедляющей системы. Через ввод энергии а пространстао взаимодействия ааодятся также СВЧ колебания с частотой ц>, примерно на порядок превосходящей 12. Взаимодействие промодулироааиного (двумя частотами) электронного потока с полем бегущей волны приводит к образованию сложной пернодич. последовательности сгустков эл-ноа, к-рые а дальнейшем возбуждают а замедляющей системе СВЧ поля с частотами и» и ui^fcrnii (где m — целое число). Интенсивность каждого из этих СВЧ колебаний нв аыходе ЛБВ зависит от св-а замедляющей системы на этих частотах. Поскольку практич. интерес представляют, как правило, лишь колебания одной составляющей из всего спектра (чаще всего с частотой ui-f-12), то параметры замедляющей системы оптимизируются для работы именно на этих частотах. В результате на аыходе ПУ ЛБВ интенсианость колебаний на частоте ш-г-12 ао много раз преаышает интенсивность колебаний на всех остальных частотах.
В зависимости от назначения ЛБВ разделяют на две группы: усилители входных СВЧ сигналов приёмных устр-а и усилители СВЧ сигналов выходных устр-в. К первой группе приборов относятся преим. маломощные ЛБВ с низким коэф. шума, т. н. малошумящие ЛБВ- В малошумящик ЛБВ устранение осн. причины шума — флуктуации тока, вызываемых дробовым эффектом и отражениями эл-ноа от замедляющей системы а области входа, достигается путём выравнивания скоростей эл-ноа и плотности тока а прикатодной области многоэлектродной электронной пушки, а также благодаря устранению оседания эл-нов на входной части замедляющей системы.
В зависимости от режима работы различают ЛБВ импульсного, непрерывного и квазинепрерывного действия. В импульсных ЛБВ модуляция тока (выходной мощности) осуществляется изменением напряжения на аноде или сетке (см. Сеточное управление); в ЛБВ квазинепрерывного действия—-только иа сетке. Существуют также даухрежим-ные ЛБВ, к-рые могут работать как в импульсном, так и а непрерывном режиме, причём их мощность а импульсном режиме на 5—10 дБ преаышает мощность а непрерыаном (кпд таких ЛБВ в обоих режимах одинаков). При переходе даухрежимной ЛБВ из одного режима работы а другой изменяется ток катода, а то время как ускоряющее напряжение остаётся постоянным. Управление током катода и импульсная модуляция а таком приборе осуществляются с помощью управляющих электродов и сеток.
По уровню выходной мощности различают ЛБВ большой, средней и малой мощности. В зависимости от длины волны к ЛБВ малой мощности обычно относят ЛБВ с выходной мощностью до 1—10 Вт, средней мощности — до 10—100 Вт и большой мощности — св. 100 Вт. По способу компоновки с магн. фокусирующей системой выделяют конструкции ЛБВ двух видов — пакетированные и непакетироевнные- В пв-кетнр. конструкции магн. фокусирующая система и собственно ЛБВ объединены а одно устр-ао, а отличие от не пакетированной, а к-рой они представляют собой два самостоят устр-аа.
Т. к. электронный кпд ЛБВ сравнительно невелик (обычно 15—20%), в ЛБВ иногда осуществляется режим рекуперации энергии электронов, что позволяет увеличить кпд прибора до 30—45%.
ЛБВ находят широкое применение а передающих и приёмных устр-а ах радиолокац. станций, систем саяэи через искусств, спутники Земли и радиорелейных линий связи. Сочетвние высокого коэф. усиления, низкого уровня собсте. шумов, относительно небольших габаритных размеров и массы с широкой полосой усиливаемых частот, позволяющей передавать большой объём информации, делает ЛБВ одним из наиболее удобных источников СВЧ энергии для РЛС, устанавливаемых на самолётах, кораблях и др. движущихся установках.
Наряду с рассмотренными ЛБВ применяются ЛБВ М-типа (ЛБВМ). В таких ЛБВ замедляющая система свёрнута в кольцо, а электронный поток движется по круговой траектории. О механизме работы этих приборов см. а ст. Маг нетронного типа приборы. Широкого распространения ЛБВМ ие получили.
ЛАЗЕРНЫЙ ЗАТВОР, устройство для управления процессом генерации лазера с целью получения мощных коротких импульсов лазерного излучения. Действие Л. э. основано на модуляции добротности резонатора лазере за счёт изменения саетопропускания затвора или отклонения им лазерного луча в резонаторе на нек-рый угол от оси. Когда Л. э. закрыт, добротность резонатора мала, при этом а активной среде лазера происходит поглощение энергии накачки и создание инверсии населённостей. Когда Л. з. открыт, добротность резонатора резко увеличивается, а активной среде происходит высвечивание возбуждённых ч-ц, а результате чего рождается короткий и мощный лазерный импульс. Л. э. либо располагается внутри резонатора как отд. устр-ао, либо является составной частью конструкции резонатора.
Наибольшее распространение в лазерной технике получили электрооптич., пассивные, акустооптич. и оптико-механич. Л. 3. Электрооптический Л. э. представляет собой крист. элемент с электродами и одним или двумя поляризаторами (рис. 1). В основе модуляции добротности резонатора с помощью такого Л. з. лежит электрооптич. Поккельса эффект. Когда на электроды не подано управляющее напряжение, свет проходит через затвор (Л з.
открыт). При подаче на электроды управляющего напряжения происходит поворот на 90 плоскости поляризации света, проходящего через элемент, а результате свет через Л. э. не проходит (Л. э. закрыт). В качестве крист. элементов в электрооптич. Л. з. обычно используют кристаллы диги-дрофосфата калия, ниобата лития и др., а к-рых поворот плоскости поляризации происходит при относительно невысоких значениях управляющего напряжения (напр., для ниобата лития оно составляет 2—3 кВ). В силу малой инерционности электрооптич. эффекта время переключения Л. э. из открытого состояния а закрытое составляет ~И0—в с.
Пассивный Л. э. представляет собой кювету с жидкостью или твёрдую пластину с невысоким начальным коэф. саетопропускания на длине волны лазерного излучения. Под действием лазерного излучения происходит быстрое просветление такого Л. э. и как следствие — почти мгновенное увеличение добротности резонатора. Пассивные Л. э., а отличие от Л. э. др. типов, не требуют управления извне. Они выполняются на основе органич. красителей а жидком растворителе или а твёрдом полимере. Напр., а рубиновых лазерах используют фталоцианиноаые, а неоди-моаых лазерах — полиметиноаые пассивные Л. з.
В основе работы акустооптического Л. з. лежит Дифракция лазерного луча на акустич. (УЗ) волне, распространяющейся а оптически прозрачном материале (зау-ко про воде). V3 волна возбуждается льеэоэлектрич. преоб-реэоаателем (рис. 2) при подаче на преобразователь ВЧ электрич. сигнала Проходя через УЗ аолну под углом Брэгга И (см. Брэгга — By ль фа условие), лазерный луч отклоняется от оси резонатора на угол 2Н (что соответствует низкой добротности резонатора) При выключении ВЧ сигнала УЗ волна не возбуждается и лазерный луч распространяется вдоль оси резонатора (высокая добротность). Быстродействие акустооптич. Л. з. определяется временем, эа к-рое УЗ волна пересекает лазерный луч (~~10- с). Заукопроаод акустич. Л. э. изготовляют из высоко прозрачного материала (напр., плавленого кварца), пьеэопреобраэователь — из крист. кварца, ниобата лития и др.
Оптико-механический Л. з. изменяет добротность резонатора посредством механич. перемещения оптич. элементов резонатора. Наиболее распространены оптико-механич. Л. э. с прямоугольной призмой полного внутр. отражения из стекла или кварца, вращающейся от высокоскоростного электродвигателя или воздушной турбинки. Применение призмы в качестве вращающегося зеркала резонатора позволяет избежать раэъюстироаок, вызванных биениями оси двигателя.
Возможность применения Л. з. того нли иного типа зависит от требовании к параметрам лазерного излучения. Так, электрооптич. Л. з. обеспечивает высокую стабильность и малую длительность лазерных импульсоа (~~ 10~ с); оптико-механич. Л. з.— несколько большую длительность импульсоа (не св. 5-10 с); пассивные Л. з. применяют а тех случаях, когда ие требуется высокая стабильность лазерных импульсоа по частоте и длительности. Все перечисленные Л. з. используют а лазерах с импульсной накачкой и значит, мощностью излучения (от неск. МВт до неск. сотен МВт). Акустооптич. Л. з. обычно применяют а лазерах с непрерывно действующей накачкой. При этом длительность лазерных импульсоа составляет 10——10 * с, мощность — неск. сотен кВт.
ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, совокупность способов обработки, изменения состояния, свойств и формы материала или полуфабриката, осуществляемых посредством лазерного излучения. В большинстве процессов Л. т. используется термич. действие света, вызываемое поглощением энергии лазера в обрабатываемом материале. Эффективность Л. т. обусловлена локальностью воздействия и высокой плотностью потока энергии лазерного излучения в зоне обработки, возможностью ведения техиологич. процессов в любой прозрачной среде (в вакууме, газе, жидкости, твёрдом теле), а также возможностью бесконтактной подачи энергии к зоне обработки в замкнутом объёме через прозрачные стенки или спец. окна в непрозрачной оболочке, что значительно облегчает выполнение требований, предъявляемых к чистоте техиологич. процессов.
Особенно большое значение имеет Л. т. в произ-ве ИЭТ, т. к. она обеспечивает необходимую техиологич. чистоту и высокую точность обработки, зачастую недостижимые при др. способах воздействия на обрабатываемый материал (изделие). Наиболее часто используются лазеры на алюмо-иттриевом гранате и лазеры на ниодимояом стекле, а также лазеры на углекислом газе со ср. мощностью от единиц до неск сотен Вт.
Лазерная сварка позволяет соединять металлы и сплавы с сильно отличающимися теплофиз. св-вами. С помощью лазерной сварки можно получать высококачеств. и высокопрочные соединения деталей из Ni, Mo, нержавеющей стали, из материалов с высокой теплопроводностью (Си, Ag, AI н сплавов на их основе), а также материалов, плохо поддающихся сварке др. способами (W, Nb). Плотность потока излучения на поверхности свариваемых деталей от 0,1 до 1 МВт см , глубина проплавления достигает 0,05—2 мм (что позволяет получать надёжное соединение деталей толщиной 0,01—1,5 мм). Используемое в электронной пром-сти оборудование для лазерной сварки обеспечивает энергию лазерного излучения в импульсе 0,1—50 Дж при длительности импульса 0,5—10 мс и днем, светового пятна 0,05—1,5 мм. Производительность точечной сварки до 100 операций мин, шовной — до 1,5—2 м мин (при глубине проплавления 0,5 мм). Наиболее эффективно применение лазерной сварки в труднодоступных местах конструкций, при соединении миниатюрных и легкодеформи-руемых деталей, лри необходимости обеспечить мин, зону термич. влияния. Широко применяют лазерные установки для сварки деталей ЭВП, а также для герметизации корпусов ИС, кварцевых резонаторов, миниатюрных конденсаторов и др изделий.
Сверление отверстий лазерным лучом возможно в любых материалах. Обычно для этого используют импульсные лазеры с энергией в импульсе 0,1—30 Дж при длительности импульса 0,1—1 мс и плотности потока излучения в зоне обработки до 10 МВт см и более. Макс, производительность достигается при сверлении отверстий однократными импульсами большой энергии; однако точность обработки таким способом невысокая (10—20% от диаметра отверстия) Наибольшая точность обработки (1—5%) достигается при воздействии на материал серией импульсов (многоимпульсный метод) относительно небольшой энергии (0,1—1 Дж) и малой длительности (0,1—0,5 мс). При таком режиме зона термич. влияния мала (до (0 мкм) и возможен активный контроль процесса обработки. Лазеры позволяют получать отверстия диам. 0,003—1 мм. Шероховатость поверхности стенок отверстий в зависимости от режима обработки и св-в материала соответствует 6—10-му классам чистоты. В электронной пром-сти лазерные установки применяют для сверления диафрагм электронно-лучевых приборов, для обработки отверстий в подложках гибридных ИС, для сверления деталей из керамики, ситалла, инструментальных сталей и др. труднообрабатываемых материалов (рис.).
Лазерная резка осуществляется как в импульсном, так и в непрерывном режиме, с поддувом в зону резки струи газа (чаще воздуха или кислорода). В произ-ве электронных приборов импульсную лазерную резку применяют для разделения дизлектрич. и ПП подложек толщиной 0,3—1 мм. Скорость резки в зависимости от толщины материала и параметров излучения составляет 0,1—0,5 м мин Лазерную поверхностную резку успешно применяют для скрайбирования ПП пластин; скорость скраибирования при глубине прорези 0,05 мм достигает 250 мм с. Благодаря большей глубине получаемой прорези (канавки) лазерное скрайбирование по сравнению с обычным скраибированнем алмазным резцом обеспечивает значительно большую точность разделенив ПП пластин и способствует повышению выхода годных изделий. Лазеры непрерывного действие применяют длв резки хрупких изделии из стекла, ситалла и др. материалов методом управляемого термич раскалывания. (Возникающая трещина развивается вслед за лазерным Лучом.) Скорость резки достигает 2—3 м мии при толщине материала до 3 мм Управляемое термич. раскалывание применяется при резке стеклянных труб, листового стекла, ситалловых подложек ИС и др.
Лазерное излучение применяют также при подгонке в номинал резисторов ИС, для нарезки спиральных дискретных резисторов, ретуши фотошаблонов и при др. операциях. Наиболее часто для этих целей используют импульсные лазеры со ср мощи, излучения 5—15 Вт при частоте повторения импульсов 1—40 кГц и длительности 200—600 не Для особо точной обработки тонких пленок применяют импульсные лазеры на азоте с длительностью импульса порядка 10 не и импульсной мощи, более 10 кВт. С помощью таких лазеров можно удалять тонкие плёнки с поверхности подложек на участках размером в неск. мкм при неровности обрабатываемого контура менее 1 мкм практически без к -л. повреждения подложки.
Перспективными направлениями лазерной технологии в проиэ-ве изделии электронной техники являются поверхностный отжиг ПП пластин с целью восстановления структуры их крист. решётки при ионном легировании, осуществление поверхностных хим. реакции в ПП для создания активных структур, получение р — п-переходов методом локальной диффузии с лазерным нагревом, нанесение тонких металлич и диэлектрич. плёнок путём лазерного испарения, эпитакснальное выращивание тонких ПП пленок из паровой фазы и ряд др. операций.
ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНИКА, совокупность техн. средств для генерации, преобразования, передачи, приема и использования лазерного излучения. Л. т. включает в себя: собственно лазеры; их элементы — излучатели (рис. 1, 2), активные элементы, оптические резонаторы, лазерные затворы, источники накачки, блоки питанив и управления, системы охлаждения и др.; устр-ва управления лазерным пучком — модуляторы света, дефлекторы, преобразователи частоты и др.; приборы, системы, установки, в к-рых использование лазеров определяет их функцнон. назначение,— лазерные технологич. установки, лазерные дальномеры, лазерные звуко- и видеопроигрыватели и т. п.
В процессе развития и совершенствования Л. т были решены сложные техн. и технологич. проблемы, в т. ч. созданы новые крист. и аморфные материалы с заданными св-вами (рубин, алюмоиттриевый гранат с Nd, лазерные стёкла, электрооптич. и нелинейные кристаллы, гетеро-структуры GaAs— AlAs и др.); разработаны лазерные затворы, модуляторы, дефлекторы, преобразователи, приёмники лазерного излучения разл. типов; созданы новые высо-кокачеств. многослойные интерференц. отражающие, про-светлвющие, поляризац. покрытие для оптич. элементов Л. т., найдены спец. охлаждающие жидкости, прозрачные в оптич. диапазоне и устойчивые в разл. условиях эксплуатации (см. Охлаждение электронных приборов); созданы конструкции лазеров и приборов иа их основе, способные стабильно работать в разл. условиях эксплуатации, в т. ч. при воздействии собств. лазерного излучения.
В основе практич. применения Л. т. лежит использование таких принципиальных отличий лазерного излучения от излучения др. источников света, как когерентность и монохроматичность, высокие направленность и яркость, возможность получения световых импульсов коротких длительностей, недостижимых при использовании иных техн. средств (см. Лазера режимы работы). Возможность сфокусировать лазерное излучение с помощью оптич. систем позволяет осуществлять бесконтактное локальное воздействие на материалы с размерами зоны облучения ~1—10 мкм, что широко используется в технологии электронных приборов для подгонки резисторов в номинал, скрайбирова-иия пластин, изготовления фотошаблонов, маркировки изделий и т. п. (см. Лазерная технология). Создание первых лазерных технологич. установок в нач. 60-х гг. 20 в. послужило началом становления Л. т. Локальное воздействие лазерного излучения легло в основу создания оптич. систем памвти для ЭВМ, лазерных систем звуко- и видеозаписи. Лазерный звуковой проигрыватель, считывающий цифровую информацию с компакт-диска диам. 120 мм с помощью ПП лазера, является иыне самым массовым изделием бытовой Л. т.
Когерентность и монохроматичность лазерного излучения используется в лазерных интерферометрах, устр-вах лазерной спектроскопии, системах оптич. связи. Так, на основе ПП инжекционных лазеров созданы передающие оптич. модули, используемые в волоконно-оптич. системах передачи информации (рис. 3) В электроэнергетике иижекц. лазеры используют, напр., для управления высоковольтными тиристорными вентилями в линиях передачи пост, тока (рис. 4).
Короткие и сверхкороткие лазерные импульсы (длительность до 10~ с) широко используют в оптич. локации и светодальнометрии, при исследовании быстро протекающих процессов, в измерит, технике и др.
Воздействие лазерного излучения иа биоткани человека легло в основу лазерных хирургич. и терапевтич. средств, таких, как «лазерный скальпель» для получение бескровных и асептич. разрезов биоткани; лазерная офтальмологич. установка для приваривания отслоившейся сетчатки и заварияания кровеносных сосудов глазного дна; лазерные установки для коагуляции острых кровоточащих язв желудочно-кишечного тракта (лазерное излучение направляется внутрь тела больного по гибкому световоду, пропущенному через пищевод); импульсные лазерные установки для лечения глаукомы, катаракты (в СССР для операций такого рода создана офтальмологнч. установка «Ятаган» на рубиновом лазере) и др.
Для задания направления и определения координат протяжённых объектов (напр., при прокладке туннелей, каналов, трассировке шоссейных и железных дорог, укладке трубопроводов) используют лазерные визиры. Для изучения деформаций сооружений применяют лазерные интерферометры и доплеровские измерители скорости.
Тепловое или фотохим. воздействие сфокусир. лазерного луча на материалы положено в основу работы установок для лазерной печати, используемых в вычислит, технике (при выводе информации из ЭВМ), полиграфии (при изготовлении диапозитивов и печатных форм), пром. произ-ве (для маркировки пром изделий, напр. печатных плат), системах космич связи (для записи телеметрич. информации и изображений, иапр. изображения поверхности планет), фотографии (при однопроцессорном проявлении фото-снимков на бессеребряных фотоматериалах) и др Резонансное воздействие лазерного излучения на в-во используется для лазерного разделения изотопов; явления комбинационного и резонансного рассеяния, деполяризации, искажения формы и изменения интенсивности лазерного луча с заданными параметрами при прохождении его через газовую или конденсир. среду лежат в основе лазерного зондирования; хим. реакции, стимулированные лазерным излучением, используют в лазерной химии для изучения кинетики хим. реакций, получения сверхчистых в-в, нанесения разл рода покрытий и т д Перспективной областью применение Л. т является лазерный термоядерный синтез. Сфера применения Л. т постоянно расширяется.
ЛАЗЕРА РЕЖИМЫ РАБОТЫ, определяются характером действия источника накачки лазера и законом изменения добротности оптич. резонатора лазера- Если резонатор имеет пост, уровень потерь (и, соответственно, пост, добротность), то лазер работает в режиме т. н. свободной генерации. При этом временной характер выходного излучения лазера определяется временным характером накачки: при непрерывной накачке излучение непрерывно, при импульсной оно носит импульсный характер. В газовых, жидкостных и ПП лазерах форма импульса излучения близка к форме импульса накачки, в твердотельных лазерах в начале лазерного импульса имеются переходные пульсации, затухающие за время жизни верх, лазерного уровня (для рубинового лазера ~-10~ с, для лазера на гранате с Nd--2'10 * с) Часто в излучении твердотельных лазеров наблюдаются хвотич. пульсации интенсивности, связанные с флуктуациями добротности или длины оптич. резонатора.
Для получения коротких мощных импульсов излучения лазера используют режим модуляции добротности резонатора: во время действия накачки лазерный затвор вводит я резонатор дополнит, потери, препятствующие возникновению свободной генерации, после выключения потерь (выключения лазерного затвора) энергия возбуждения, запасённая я активной среде, излучается в виде ко-роткого (10~—10 с) и мощного (10—10 Вт) импульса лазерного излучения. Режим модуляции добротности удается получить в твердотельных лазерах и нек-рых видах газовых лазеров, имеющих достаточно продолжит время жизни верх, лазерного уровня, позволяющее накапливать на нём возбужденные атомы активной среды. Режим модуляции добротности можно осуществить как при импульсной накачке лазера (затвор открывается только в конце действие импульса накачки), так и при непрерывной накачке (затвор открывается и закрывается периодически с частотами от неск. десятков Гц до иеск. десвтков кГц).
Дальнейшее сокращение длительности лазерных импульсов (до неск. десятков пс) достигается в режиме модуляции добротности при синхронизации мод оптич. резонатора, осуществляемой с помощью акустооптич. или электро-оптич. лазерного затвора либо т. н. насыщающегося поглотителя. Интерференция многих (до 1000) продольных одновременно существующих мод колебаний в резонаторе лазера приводит к появлению вместо короткого лазерного импульса наиосекуидной длительности серии сверхкоротких лазерных пичков пикосекундной длительности. Самые короткие импульсы удаётсв получить при синхронизации мод в лазерах с большой шириной спектральной линии лазерного перехода (лазер на стекле с Nd, лазеры на р-рах органич. красителей). Предельно достижимая длительность сверхкоротких лазерных импульсов при полной Синхронизации мод равна обратной полуширине спектра генерируемых мод (т 1 \\).
ЛАЗЕР НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ, генератор когерентных эл.-магн. колебаний оптич. диапазона длин воли (ИК, видимого), принцип работы к-рого основан на взаимодействии пучка свободных релятивистских электронов с пространственно-периодич. элекгрич. или магн. полем. Относится к приборам релятивистской высокочастотной электроники. Пучок релятивистских эл-нов в Л. на с э создаётся с помощью ускорителя заряженных частиц. Взаимодействие этих эл-нов с пространственно-периодич электрич. или маги, полем происходит в ондуляторе, располагаемом между секциями ускорителя так, что эл-ны движутся вдоль оси ои дул втора. Под действием пространственно-периодич. поля поступательно перемещающиеся с релятивистской скоростью эл-ны совершают поперечные по отношению к оси ондулятора колебания и излучают первичную (затравочную) эл.-магн. волну. Из-за Доплера эффекта длина волны / первичного излучения в направлении движения эл-иов равна к—ка 2у , где >.Q — пространств, период злектрич. или магн. поля в ондуляторе (обычно К0 составляет неск. см); у — отношение кииетич. энергии эл-нов к их энергии покоя. Если у^>1, то благодаря эффекту Доплере величина > А0 (частота первичного излучения во много раз превышает частоту поперечных колебании эл-нов)
В открытом резонаторе, куда далее поступают зл-ны и создаваемая ими первичная эл.-маги. волиа, последняя усиливается, превращаясь в направленное когерентное лазерное излучение Согласно классич. электродинамике, такое излучение возникает в результате самосогласованного процесса, включающего в себя группирование электронов в сгустки под действием резонансной первичной волны и последующее её усиление за счёт когерентного излучения образовавшихся электронных сгустков. Эффективное группирование эл-нов возможно при угловой расходимости пучка эл-нов, не превышающей неск. миллирадиан и при моноэнергетичиости эл-нов в пучке не хуже долей процента. Согласно квантовой теории, усиление первичной эл.-магн. волны происходит потому, что вероятность индуцир. излучения эл-иом кванта hv (v — частота излучения) всегда несколько больше, чем вероятность индуцир. поглощения того же кванта. Это различие обусловлено отдачей, испытываемой эл-ном при излучении или поглощении кванта. Одно из гл. преимуществ Л. на с. э. перед лазерами др. типов состоит в возможности плавной перестройки длины волны излучения путём изменения величины кинетич энергии эл-нов (и, следовательно, у) при фиксир. значении у0. В совр. Л. на с. э. получена генерация на длинах волн 10,8; 3,4 и 0,65 мкм. Ср. мощн. излучения не превышает 4 Вт при кпд ок. 1%. С использованием устр-в возврата эл-нов в резонатор кпд Л. на с. э. может быть повышен до 20—40%.
ЛАЗЕР (оптический квантовый генератор), источник когерентного эл.-магн. излучения оптич. диапазона, действие к-poro основано иа использовании вынужденного излученив атомов и молекул. Слово «Л.» (LASER) — аббревиатура слов англ. выражения «Light Amplification by Sty-mulated Emission of Radiation» — усиление света вынужденным излучением. Первый Л. создан в I960 (Т. ЛДейман, США) на кристалле рубина (синтетич. корунд, активированный ионами Сг). Создание Л. и несколько ранее мазеров (1955) послужило основой зарождения и развития нового
направления в физике и технике — квантовой электроники. Существующие Л. охватывают широкий диапазон длин волн — от вакуумного УФ до длинноволнового ИК и субмиллиметрового.
Принцип работы Л. В основе работы Л. лежит способность возбуждённых атомов (молекул) под действием внеш. эл.-магн. излучения соответствующей частоты совершать вынужденные квантовые переходы и усиливать это излучение. Система возбуждённых атомов (активная среда) может усиливать падающее излучение, если она находится в состоянии с т. и. инверсией насвлённостей, когда число атомов на возбуждённом энергетич. уровне превышает число атомов на нижерасположенном уровне.
Во всех ранее существовавших традиц. источниках света использовалось слонтанное излучение системы возбуждённых атомов, складывающееся из случайных процессов излучения множества атомов в-ва. При вынужденном излучении все атомы когерентно излучают кванты света, тождественные по частоте, направлению распространения и поляризации квантам внеш. поля. В активной среде Л., помещённой в оптический резонатор (образованный, напр., двумя плоскими параллельными друг другу зеркалами), за счет усиления при многократных проходах излучения между зеркалами формируется мощный когерентный пучок лазерного излучения, направленный перпендикулярно плоскости зеркал. Обычно лазерное излучение выводится из резонатора через одно из зеркал, к-рое делают частично прозрачным. Энергия возбуждения подводится к Л. через систему накачки, обеспечивающую инверсию населеиностей 1нергетич. уровней и необходимый коэф. усиления активной среды. Для создания и поддержания в активной среде инверсии населённостей применяются спец. методы, зависящие от структуры активной среды. Так, в Л. на кристалле рубина инверсия населённостей осуществляется посредством оптич. иакачки по т. и. трёхуровневой схеме (рис. 1, а)- В энергетич. спектре атомов Сг в кристалле рубина наряду с узкими уровнями f i (оси. состовние) и ? з (возбуждённое метастабильиое состояние) имеется расположенная выше уровня 1'2 сравнительно широкая полоса энергетич. состояний ? i (полоса поглощения), играющая роль третьего уровня. Под действием оптич. иакачки атомы Сг переходят из осн. состояния ? в состояние ?3. Через очень короткий промежуток времени (--10 с) атомы безызлучательно переходят в состояние ? .
Время жиэни атомов в метастабильном состоянии ?и существенио выше, чем в состоянии См (—- 10-1 с). При достаточно быстром переводе атомов из осн. состояния в состояние ?, (при высокой мощности источника накачки) плотность числа ч-ц иа уровне ?> окажется выше, чем на уровне ?, т. е. возникнет инверсия населённостей уровней ?' и ? пРн переходе между к-рыми осуществляется лазерная генерация.
Существуют активные среды, работающие по четырёхуровневой схеме (рис. 1, б); к ним относятся, напр., кристаллы алюмоиттриеяого граната с Nd. В энергетич. спектрах таких сред между метастабильным С\ и основным &[ уровнями имеется промежуточный рабочий уровень &_•, к-рый расположен настолько яыше основного, что в условиях термодинамич. равновесия его заселённость незначительна. Лазерная генерация осуществляется при переходе Сл—*&. Малая населённость уровня &? облегчает создание инверсии населённостей, что является осн. преимуществом активных сред, работающих по четырёхуровневой схеме. По четырёхуровневой схеме работает большинство Л. на твёрдых активных средах, многие Л. на газовых средах, а также нек-рые Л. др. типов-
Основой любого Л. яяляется активный элемент, в к-ром непосредственно происходит процесс вынужденного излучения и формируется лазерный луч. Активный элемент, зеркала резонатора, система возбуждения часто объединяются в единую конструкцию, наз. излучателем. В состав Л. кроме излучателя входят блок электропитания и система охлаждения (для мощных Л.).
Л. могут излучать в разл. режимах; непрерывно в течение длит, времени; однократно в виде одиночной вспышки; в импульсном режиме с разными частотами повторения импульсов. Как источник излучение Л- преобразует мощность источника возбуждения в когерентное оптич. излучение с определённым кпд (отношение мощности лазерного излучения к мощности возбуждения, подводимой к излучателю). Важной характеристикой Л. яяляется также угловая расходимость лазерного излучения.
Классификация Л. По типу активной среды различают (рис. 2): газовые лазеры; жидкостные лазеры; твердотельные лазеры, к к-рым можно отнести также полупроводниковые лазеры. В газовых Л. (ГЛ) активной средой яяляется газ или смесь газов, возбуждаемые газовым разрядом. Инверсия населённостей создаётся в результате иэбират. возбуждения энергетич. уровней, находящихся вблизи резонансных переходов разл. атомов, за счёт неупругих соударений ч-ц газа. Наиболее распространенным ГЛ является гелии-неоиояый Л., излучающий на квантовых переходах между энергетич. уровнями атомов Ne с длиной волны Х=0,6328 мкм. Др. важный представитель ГЛ — Л. на смеси газов СО*— Na, излучающий в ИК диапазоне (>.= 10,6 мкм). ,
1
Лазерная генерация в Л. на СОг — N-. происходит на коле-бате ль но-вращат. переходах молекулы СО?. Этот Л. имеет наиболее высокий кпд среди всех Л., достигающий 20—30%, а также наибольшую мощность непрерывного излучения, достигающую неск. десятков кВт. Широкое распространение среди ГЛ получили также ионные Л., в частности аргоновый Л., использующий генерации на иоиах Аг, возбуждаемых мощным дуговым разрядом. Помимо ГЛ с возбуждением газовым разрядом получили развитие гаэодинамич. Г Л, в к-рых инверсия населённостей возникает при резком охлаждении нагретой газовой смеси, а также хим. ГЛ, в к-рых яозбуждёниая актияная среда образуется в результате протекания ким. реакций.
В жидкостных Л. (ЖЛ) активной средой служат р-ры оргаиич. или неорган и ч. соединений. В получивших наибольшее распространение ЖЛ иа р-рах оргаиич. красителей удаётся осущестяить плаяиую перестройку частоты излучения в пределах широкой (до 100 им) полосы люминесценции красителя. Перестройка осуществляется с помощью дисперсионных элементов (призм, дифракц. решёток), расположенных внутри резонатора Л. ЖЛ на разл. орган и ч. соединениях перекрывают диапазон длин волн 0,3—1,2 мкм. Накачка осуществляется лампами-вспышками или др. Л. В процессе накачки р-р красителя непрерывно прокачивается через область возбуждения.
В твердотельных Л. (ТЛ) активной средой являются оптич. монокристаллы и стёкла, содержащие примеси ионов-активаторов, такие, как Сг, Nd, Ег, ионы металлов переходных групп. Возбуждаются ТЛ внеш. источником света: импульсными и дуговыми газоразрядными лампами, светодиодами, полупроводниковыми Л. (ПЛ) и др. Большую известность среди ТЛ получили Л. на рубине, излучающий видимый свет с длиной волны Х= 0,6943 мкм, и Л. на алюмоиттриевом гранате и стёклах разл. составов с примесью Nd, дающие ИК излучение с Х=1,06 мкм. Относительно большое время жизни возбуждённых энергетич. уровней (~~10~ —Ю-4 с) обусловливает важную способность ТЛ работать в режиме модулированной добротности резонатора, при к-ром запасённая в активной среде энергия возбуждения излучается я виде короткой ( — 10 с) мощной вспышки. Применение Л. Узкий лазерный луч, сфокусированный на поверхности материала, может плавить, резать, испарять любые материалы Такие возможности Л легли в основу лазерной технологии- Наиболее эффективна лазерная технология в электронной технике, особенно в произ-ве интегральных схем (изготовление фотошаблонов, лодгоика резисторов, лазерное скраибнрование, заварка корпусов
ИС и др.). Использование Л. на СОг позволяет достигнуть высокой точности и чистоты поверхности при изготовлении узлов и сборке стеклянных оболочек СВЧ ЭВП, фотоэлектронных умножителей, видиконов и др. Мощные Л. на СОг успешно используются также в автомобильной пром-сти, судостроении, машиностроении для резки стальных листов, закалки трущихся поверхностей, сварки конструкций, закалки инструмента.