Презентация к уроку "Лазеры"

Лазеры

L ight A mplification by S timulated E mission of R adiation

(«усиление света при помощи индуцированного излучения»)

Лазер – оптический квантовый генератор, создающий мощный пусконаправленный когерентный монохроматический луч света

Основные идеи, положенные в основу работы лазера:

1. В 1917 г А.Эйнштейн предсказал возможность индуцированного (вынужденного) излучения света атомами.

2. В 1940 г советский физик В.А.Фабрикант указал на возможность использования активных сред с инверсной заселенностью уровней, где возможно не поглощение, а усиление электромагнитных волн.

3. Использование положительно обратной связи, при которой часть сигнала с выхода устройства подается на его вход.

А.М. Прохоров

Н.Г. Басов

Ч. Таунс

В 1954 г. впервые создали генераторы электромагнитного излучения, использующие механизм вынужденного перехода.

В 1960 г. создал лазер в оптическом диапазоне работающий на рубине.

Т. Мейман

Первый отечественный лазер

1. Спонтанное и вынужденное излучение.

1917 г. А. Эйнштейн:

Механизмы испускания света веществом

Спонтанное (некогерентное)

Вынужденное (когерентное)

Вынужденное излучение -

излучение при переходе электрона в атоме с верхнего энергетического уровня на нижний с испусканием фотона под влиянием внешнего электромагнитного поля (падающего фотона)

Образуются два фотона-близнеца

2. Использование активных сред .

Инверсная заселенность энергетических уровней

Нормальная заселенность энергетических уровней

Е 2

Е 2

Е 1

Е 1

Обычная среда

Активная среда

Активная среда с инверсной заселенностью энергетических уровней -

среда, в которой больше половины атомов находится в возбужденном состоянии

16 ф

4 ф

2 ф

8 ф

Трёхуровневая система лазера

Процесс перехода среды в инверсное состояние называется накачкой

3. Положительно обратная связь.

Осуществляется с помощью оптического резонатора , который обычно представляет собой пару параллельных зеркал

Рубиновый лазер

Основная деталь рубинового лазера – рубиновый стержень . Рубин состоит из атомов Al и O с примесью атомов Cr . Именно атомы хрома придают рубину цвет и имеют метастабильное состояние.

Рубиновый лазер

На стержень навита трубка газоразрядной лампы, называемой лампой накачки . Служит для передачи атомам хрома квантов энергии для перехода из основного состояния в метастабильное. Очень быстро образуется «перенаселённость» метастабильного уровня.

Рубиновый лазер

Один из торцов стержня зеркальный (для как можно большей задержки фотонов внутри стержня и вызывания как можно большего числа актов вынужденного излучения), другой – полупрозрачный (через него выходит лазерное излучение). Боковая поверхность стержня непрозрачная.

Свойства лазерного излучения:

• самый мощный источник света;
• исключительная монохроматичность;
• дает очень малую степень расхождения угла;
• когерентность.

Применение лазеров

• Обработка материалов (резание, сварка, сверление);
• В хирургии вместо скальпеля;
• В офтальмологии;
• Голография;
• Связь с помощью волоконной оптики;
• Лазерная локация;
• Использование лазерного луча в качестве носителя информации….

Применение лазеров