Презентація на тему «Лазери та їх застосування» (варіант 3)
Лазеры
Содержание:
Что такое лазер?
История создания
Принцип работы
Устройство лазера
Виды лазеров
Применение
Воздействие на организм
Light
Amplification by
Stimulated
Emission of
Radiation
«усиление света посредством вынужденного излучения»
Лазер представляет собой источник монохроматического когерентного света с высокой направленностью светового луча.
Что такое лазер?
Как получить когерентное излучение, стало в общих чертах понятно в 1918 г. когда Альберт Эйнштейн предсказал явление вынужденного излучения. Если создать среду, в которой атомы находятся в возбуждённом состоянии, и запустить в неё слабый поток когерентных фотонов, то его интенсивность станет расти.
В начале 50-х гг. российские исследователи Николай Басов, Александр Прохоров и независимо от них американский физик Чарлз Таунс создали усилитель радиоволн высокой частоты на молекулах аммиака.Новорождённое устройство получило название мазер.
История создания
Первый квантовый генератор (мазер)
В 1960 г. американский физик Теодор Гарольд Мейман сконструировал первый квантовый генератор оптического диапазона - лазер.
В качестве активной среды использовался кристалл искусственного рубина, а вместо объёмного резонатора служил резонатор Фабри-Перо, образованный серебряными зеркальными покрытиями, нанесёнными на торцы кристалла. Этот лазер работал в импульсном режиме на длине волны 694,3 нм. В декабре того же года был создан гелий-неоновый лазер, излучающий в непрерывном режиме (А. Джаван, У. Беннет, Д. Хэрриот).
Теодор Мейман
Физической основой работы лазера служит явление вынужденного (индуцированного) излучения.
Индуцированное излучение — генерация нового фотона при переходе квантовой системы из возбуждённого в стабильное состояние под воздействием индуцирующего фотона, энергия которого была равна разности энергий уровней.
Принцип работы
Условное изображение процессов (a) поглощения, (b) спонтанного испускания и (c) индуцированного испускания кванта.
На рисунке схематически представлены возможные механизмы переходов между двумя энергетическими состояниями атома с поглощением или испусканием кванта света.
1) Узконаправленностью:
2) Монохроматичностью;
3) Значительной выходной мощностью;
4) Когерентностью пространственной;
5) Когерентностью временной.
Лазерное излучение характеризуется следующими особенностями:
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.
Устройство лазера
На схеме обозначены: 1 — активная среда; 2 — энергия накачки лазера; 3 — непрозрачное зеркало; 4 — полупрозрачное зеркало; 5 — лазерный луч.
1) Газовые лазеры;
2) Лазеры на красителях;
3) Лазеры на парах металлов;
4) Твердотельные лазеры;
5) Полупроводниковые лазеры;
6) Другие типы лазеров;
Виды лазеров:
Газовый лазер — лазер, в котором в качестве активной среды используется вещество, находящееся в газообразном состоянии.
Состоит из сосуда с газом, помещенного в оптический резонатор. Накачка производится с помощью высоковольтных электрических разрядов, электроны, соударяясь с атомами газа, переводят их на возбужденные энергетические уровни. К достоинствам газовых лазеров относятся дешевизна вещества рабочей среды, высокая энергетическая эффективность и возможность работы в непрерывном режиме.
Лазеры на красителях — лазеры, использующие в качестве лазерного материала органические красители, обычно в форме жидкого раствора. Они принесли революцию в лазерную спектроскопию и стали родоначальником нового типа лазеров c длительностью импульса менее пикосекунды.
Существует две возможности использовать такую большую рабочую область лазера:
перестройка длины волны на которой происходит генерация -> лазерная спектроскопия
генерация сразу в широком диапазоне -> генерация сверх коротких импульсов
Лазеры на парах металлов используют в качестве активной среды пары металлов, возбуждённых и нагреваемых электрическим разрядом. Средняя мощность излучения может превышать 100 Вт.
Твердотельный лазер — лазер, в котором в качестве активной среды используется вещество, находящееся в твёрдом состоянии.
Разновидностями твердотельного лазера являются волоконный лазер и полупроводниковый лазер. К твердотельным относятся также лазеры, в которых в качестве активной среды используются различные стекла и кристаллы, активированные редкоземельными элементами. Самым первым твердотельным лазером был излучатель на рубине, накачка осуществлялась газоразрядной лампой.
Полупроводниковый лазер — твердотельный лазер, в котором в качестве рабочего вещества используется полупроводник. В полупроводниковом лазере накачка осуществляется:
непосредственно электрическим током (прямая накачка);
электронным пучком;
электромагнитным излучением.
Лазеры нашли применение в самых различных областях — от коррекции зрения до управления транспортными средствами, от космических полётов до термоядерного синтеза. Лазер стал одним из самых значимых изобретений XX века.
Применение
В науке
Спектроскопия
Измерение расстояния до Луны
Создание искусственных опорных "звезд"
Фотохимия
Лазерное намагничивание
Лазерное охлаждение
Термоядерный синтез
Оптический (лазерный) пинцет
Вооружения
Лазерное оружие
Целеуказатели
Лазерный прицел
Дальномеры
Лазерное наведение
Лазерный целеуказатель
Револьвер, оснащённый лазерным прицелом.
Промышленность
Поверхностная лазерная обработка
Лазерная термообработка
Лазерная закалка (термоупрочнение)
Лазерный отжиг
Лазерный отпуск
Лазерное оплавление
Получение поверхностных покрытий
Вакуумно-лазерное напыление
Ударное упрочнение
Лазерная сварка
Лазерная маркировка и гравировка
Медицина
Косметическая хирургия (удаление татуажа и пр.);
Коррекция зрения
Хирургия
Стоматология
Диагностика заболеваний
Удаление опухолей, особенно головного и спинного мозга
Термооптоакустический эффект позволяет удалять зубной камень в режиме генерации ударной волны и кавитации.
Информационные технологии
Хранение информации на оптических носителях (компакт-диск, DVD и т.д.)
Оптическая связь
Оптические компьютеры
Голография, Лазерные дисплеи
Лазерные принтеры
Считыватели штрих-кодов
В культуре
Лазерное шоу
Мультимедийные демонстрации и презентации
Объемное гравирование прозрачных материалов
гравировка внутри стекла
проектор
Лазерное шоу
Воздействие на организм
Свет от мощных лазеров имеет высокую плотность мощности, которой достаточно для испарения ткани, металла или керамики. Поскольку наши глаза очень чувствительны к свету, они подвержены риску повреждения. Фактически, при одном взгляде на прямой или отраженный лазерный луч это может вызвать необратимую травму глаз, даже при низких уровнях выходной мощности.
Воздействие на организм
Свет от мощных лазеров имеет высокую плотность мощности, которой достаточно для испарения ткани, металла или керамики. Поскольку наши глаза очень чувствительны к свету, они подвержены риску повреждения. Фактически, при одном взгляде на прямой или отраженный лазерный луч это может вызвать необратимую травму глаз, даже при низких уровнях выходной мощности.
Презентацию подготовили
ученицы 11-а класса
Алчевской ИТГ
Мозолевская Анастасия
и
Ткаченко Анастасия