ЛАЗЕР (оптический квантовый генератор) – устройство, генерирующее когерентные и монохроматические электромагнитные волны видимого диапазона за счет вынужденного испускания или рассеивания света атомами (ионами, молекулами) активной среды. Слово «лазер» – аббревиатура слов английской фразы «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation» – усиление света вынужденным излучением. Рассмотрим эти понятия подробнее.

Применение лазера Уникальные свойства лазерного излучения сделали квантовые генераторы незаменимым инструментом в самых разных областях науки и техники. Например: 1.Технические лазеры 2.Лазерная связь 3.Лазеры в медицине 4.Лазеры в научных исследованиях 5.Военные лазеры

Технические лазеры Мощные лазеры непрерывного действия применяются для резки, сварки и пайки деталей из различных материалов. Высокая температура излучения позволяет сваривать материалы, которые иными методами соединить нельзя (например, металл с керамикой). Высокая монохроматичность излучения позволяет сфокусировать луч в точку диаметром порядка микрона.

Технические лазеры Идеально прямой лазерный луч служит удобной «линейкой». В геодезии и строительстве импульсные лазеры применяют для измерения расстояний на местности, рассчитывая их по времени движения светового импульса между двумя точками. Точные измерения в промышленности производят при помощи интерференции лазерных лучей, отраженных от концевых поверхностей изделия.

Лазерная связь Появление лазеров произвело переворот в технике связи и записи информации. Существует простая закономерность: чем выше несущая частота (меньше длина волны) канала связи, тем больше его пропускная способность. Именно поэтому радиосвязь, вначале освоившая диапазон длинных волн, постепенно переходила на все более короткие длины волн. По лазерному лучу можно передать в десятки тысяч раз больше информации, чем по высокочастотному радиоканалу. Лазерная связь осуществляется по оптическому волокну – тонким стеклянным нитям, свет в которых за счет полного внутреннего отражения распространяется практически без потерь на многие сотни километров. Лазерным лучом записывают и воспроизводят изображение (в том числе движущееся) и звук на компакт-дисках.

Лазеры в медицине Лазерная техника широко применяется и в хирургии, и в терапии. Лазерным лучом, введенным через глазной зрачок, «приваривают» отслоившуюся сетчатку и исправляют дефекты глазного дна. Хирургические операции, производимые «лазерным скальпелем» меньше травмируют живые ткани. А лазерное излучение малой мощности ускоряет заживление ран и оказывает воздействие, аналогичное иглоукалыванию, практикуемому восточной медициной (лазерная акупунктура).

Научные исследования Чрезвычайно высокая температура излучения и высокая плотность его энергии дает возможность исследовать вещество в экстремальном состоянии, существующем только в недрах горячих звезд. Делаются попытки осуществить термоядерную реакцию, сжимая ампулу со смесью дейтерия с тритием системой лазерных лучей (т.н. инерционный термоядерный синтез). В генной инженерии и нанотехнологии (технологии, имеющей дело с объектами с характерными размерами 10 –9 м) лазерными лучами разрезают, передвигают и соединяют фрагменты генов, биологических молекул и детали размером порядка миллионной доли миллиметра (10 –9 м). Лазерные локаторы (лидары) применяются для исследования атмосферы.

Военные лазеры Военное применение лазеров включает как их использование для обнаружения целей и связи, так и применение в качестве оружия. Лучами мощных химических и эксимерных лазеров наземного или орбитального базирования планируется разрушать или выводить из строя боевые спутники и самолеты противника. Созданы образцы лазерных пистолетов для вооружения экипажей орбитальных станций военного назначения.

Третьякова Анастасия

Свойства, устройство, принцип действия, применение и виды лазеров.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Презентация по физике на тему: «Лазеры » ученицы 11 класса ГБОУ СОШ №1465 Третьяковой Анастасии Учитель физики Л.Ю. Круглова

Лазеры Оптические квантовые генераторы

Лазер - устройство, в котором энергия (тепловая, химическая, электрическая) преобразуется в энергию электромагнитного поля - лазерный луч. Слово лазер образовано как сочетание первых букв слов английского выражения “Light Amplification by Stimulated Emission Radiation”- «усиление света при помощи индуцированного излучения» Что же такое лазер?

Под индуцированным (вынужденным) излучением понимается излучение возбужденных атомов под действием падающего на них света. Замечательной особенностью этого излучения является то, что возникшая при индуцированном излучении волна не отличается от волны, падающей на атом ни частотой, ни фазой, ни поляризацией.

В 1916 г Эйнштейн высказал идею о существовании эффекта вынужденного излучения. В 1940 г советский физик В.А. Фабрикант указал на возможность использования вынужденного излучения для усиления электромагнитных волн. В 1954 г Н.Г. Басов, А.М. Прохоров и независимо от них Ч. Таунс разработали принцип генерации и усиления радиоволн, используя явление индуцированного излучения. В 1963 г за разработку нового принципа генерации и усиления радиоволн Н.Г. Басов, А.М. Прохоров и Ч. Таунс были удостоены Нобелевской премии. 1916 – 1960 г - «Золотой век» создания чудесного луча. В 1960г в США был создан первый лазер в видимом диапазоне спектра (ОКГ). Историческая справка

Историческая справка Впервые в нашей стране созданы полупроводниковые лазеры. Жорес Иванович Алфёров - автор основополагающих работ в области многослойных гетероструктур, ставших основой современных полупроводниковых лазеров. Жорес Алфёров – лауреат Нобелевской премии в области физики за 2000 год.

Перед вами лабораторный лазер. У многих из вас есть и лазерные указки. Что же особенного в этих источниках света? Высокая оценка изобретения лазера, наверное, заслуженная? Дело в том, что лазерные источники света обладают рядом преимуществ по сравнению с другими источниками света.

Свойства лазерного излучения Лазеры способны создавать пучки с очень малым углом расхождения (около радиан). Свет лазера обладает исключительной монохроматичностью. Лазеры являются самыми мощными источниками света. Лазерный луч является самым емким носителем информации.

Устройство лазера Все лазеры состоят из трёх основных частей: активной (рабочей) среды; системы накачки (источник энергии); оптического резонатора (может отсутствовать, если лазер работает в режиме усилителя). Каждая из них обеспечивает для работы лазера выполнение своих определённых функций. Лазеры работают либо в импульсном режиме, либо действуя непрерывно.

Принцип действия В обычных условиях атомы находятся в низшем энергетическом состоянии. За счет поглощения энергии волны часть атомов переходит в высшее энергетическое состояние (на 3 энергетический уровень)

Принцип действия На уровне 3 у атомов «время жизни» около с,после чего они самопроизвольно переходят в состояние 2 без излучения энергии. « В ремя жизни» на уровне 2 составляет с. Создается «перенаселенность» этого уровня возбужденными атомами. Атомы, «перенаселившие» 2 уровень, самопроизвольно переходят на первый уровень с излучением большого количества энергии.

Виды лазеров Рубиновый лазер Импульсная лампа с зеркальным отражателем «накачивает» энергию в рубиновый стержень. В веществе стержня, возбужденном световой вспышкой, возникает лавина фотонов. Отражаясь в зеркалах, она усиливается и вырывается наружу лазерным лучом.

Между зеркалами находится запаянная трубка с газом, который возбуждается электрическим током. Виды лазеров Газовый лазер

Виды лазеров Газово-динамический лазер Похож на реактивный двигатель. В камере сгорания сжигается угарный газ с добавлением керосина или бензина, или спирта. В мощном газодинамическом лазере свет рождает струю раскаленного газа при давлении в десятки атмосфер. Проносясь между зеркалами, молекулы газа начинают отдавать энергию в виде световых квантов, мощность которых 150-200 кВт.

Виды лазеров Полупроводниковый лазер В таком лазере используются излучательные переходы не между изолированными уровнями энергии атомов, молекул и ионов, а между разрешенными энергетическими зонами или подзонами кристалла.

Виды лазеров Жидкостный лазер Жидкость с красителем в специальном сосуде устанавливается между зеркалами. Энергия молекулы красителя «накачивается» оптически с помощью газовых лазеров. В тяжелых молекулах органических красителей вынужденное излучение возникает сразу в широкой полосе длин волн. С помощью светофильтров выделяют свет одной длины волны.

Наука Техника и связь Медицина и биология Военное дело Локация небесных тел Линии связи Лазерная хирургия Лазерное оружие Эталон длины Обработка материалов Лечение опухолей Противоракетные системы Лазерный термоядерный синтез Лазеры в ЭВТ Стимуляция роста растений Оптический локатор Сверхскоростная фотография Лазерный гироскоп Разделение изотопов Голография Спектроскопия Применение лазеров

«Создание лазеров не только коренным образом изменило оптику, но и оказало огромное влияние на многие области современной физики, химии, кибернетики, биологии, медицины, технологии. Сейчас мы видим, что когерентный свет открыл новые, совершенно неожиданные возможности для решения кардинальных проблем нашей бурно развивающейся цивилизации – энергетической, информационной, технологической. Широкое применение лазеров означает качественное преобразование в производительных сферах общества, подобное внедрению в производство и жизнедеятельность человека электричества». (Н. Г. Басов) Подводим итоги

http:// festival.1september.ru/articles/574592/ http://ru.wikipedia.org/wiki/% D0%9B%D0%B0%D0%B7%D0%B5%D1%80 http://ponimai.su/cmspage/842 /----- С.В.Громов Физика. 11класс/ М. «Просвещение». 2002г. С.Д.Транковский. Книга о лазерах / М. «Детская литература». 1988г. Большой энциклопедический словарь школьника / М. «Большая Российская энциклопедия». 2001г. Энциклопедия для детей. Техника. / М. Аванта. 2004г. Энциклопедический словарь юного физика / М. «Педагогика-Пресс». 1997г. Источники информации

• Учитель физики высшей категории
• Сарандаева Валентина Николаевна

Ла́зер (англ. laser , акроним от англ. light amplification by stimulated emission of radiation - усиление света посредством вынужденного излучения)

• Лазер (лаборатория NASA).

• Лазер (красный, зеленый, синий).

Физической основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения. Волоконный лазер - лазер, резонатор которого построен на базе оптического волокна, внутри которого полностью или частично генерируется излучение. Другие виды лазеров, развитие принципов которых на данный момент является приоритетной задачей исследований (рентгеновские лазеры, гамма-лазеры и др.).

• Военно-морской лазер, прожигающий 600-метровый слой стали.

• Боевой рентгеновский лазер на орбите.

Использование лазеров

• Лазерное сопровождение музыкальных представлений (лазерное шоу)

• считыватели штрих-кодов

• лазерные указки

В промышленности лазеры используются для резки, сварки и пайки деталей из различных материалов.

• Высокая температура излучения позволяет сваривать материалы, которые невозможно сварить обычными способами (к примеру, керамику и металл).

Резка металлов Лазеры используются для получения поверхностных покрытий материалов (лазерное легирование, лазерная наплавка, вакуумно-лазерное напыление) с целью повышения их износостойкости. Широкое применение получила также лазерная маркировка промышленных образцов и гравировка изделий из различных материалов

• Лазерная промышленная маркировка: идентификация промышленной продукции

• Гравировка на ювелирных изделиях

Полупроводниковый лазер, применяемый в узле генерации изображения принтера Hewlett-Packard Лазеры применяются в голографии для создания самих голограмм и получения голографического объёмного изображения. С использованием лазера удалось измерить расстояние до Луны с точностью до нескольких сантиметров.

• Оптико – лазерный телескоп

Лазерная локация космических объектов уточнила значения ряда фундаментальных астрономических постоянных и способствовала уточнению параметров космической навигации, расширила представления о строении атмосферы и поверхности планет Солнечной системы Сверхкороткие импульсы лазерного излучения используются в лазерной химии для запуска и анализа химических реакций. Здесь лазерное излучение позволяет обеспечить точную локализацию, дозированность, абсолютную стерильность и высокую скорость ввода энергии в систему

• Лазерная химия - раздел физической химии, изучающий химические процессы, которые возникают под действием лазерного излучения и в которых специфические свойства лазерного излучения

Лазеры используются и в военных целях, например, в качестве средств наведения и прицеливания.

• Рассматриваются варианты создания на основе мощных лазеров боевых систем защиты воздушного, морского и наземного базирования

• Револьвер , оснащённый лазерным целеуказателем

• Противоракетный твердотельный лазер

В медицине лазеры применяются как бескровные скальпели, используются при лечении офтальмологических заболеваний (катаракта, отслоение сетчатки, лазерная коррекция зрения и др.). Широкое применение получили также в косметологии (лазерная эпиляция, лечение сосудистых и пигментных дефектов кожи, лазерный пилинг, удаление татуировок и пигментных пятен)

• установка для удаления татуировок

В настоящее время бурно развивается так называемая лазерная связь .

• Известно, что чем выше несущая частота канала связи, тем больше его пропускная способность. Поэтому радиосвязь стремится переходить на всё более короткие длины волн. Длина световой волны в среднем на шесть порядков меньше длины волны радиодиапазона, поэтому посредством лазерного излучения возможна передача гораздо большего объёма информации. Лазерная связь осуществляется как по открытым, так и по закрытым световодным структурам, например, по оптическому волокну. Свет за счёт явления полного внутреннего отражения может распространяться по нему на большие расстояния, практически не ослабевая

• Восьмилучевой лазерный приемопередатчик для атмосферной оптической связи. Скорость передачи - до 1 Gbit/с на расстоянии около 2 км. Диск в центре - приемник, малые диски - передатчики, сверху - окно оптического монокуляра для выставления двух блоков по общему лучу зрения.

Для изучения взаимодействия лазерного излучения с веществом и получения управляемого термоядерного синтеза строят большие лазерные комплексы, мощность которых может превосходить 1 ПВт.

• Вот так выглядят сами лазеры.