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.
Уникальные свойства лазерного излучения сделали квантовые генераторы
незаменимым инструментом в самых разных областях науки и техники.
Например:
1.
2.
3.
4.
5.
Технические лазеры
Лазерная связь
Лазеры в медицине
Лазеры в научных исследованиях
Военные лазеры
Технические лазеры
Мощные лазеры непрерывного действия применяются длярезки, 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 записиинформации. 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 вхирургии, 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 егоэнергии 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.
Что такое лазер? ЛАЗЕР (оптический квантовый генератор) – устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения. Слово « лазер » – аббревиатура слов английской фразы «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation» – усиление света вынужденным излучением.
Краткая история появления лазера 1916 г. - А. Эйнштейн предсказывает существование явления вынужденного излучения физической основы работы любого лазера г. – теоретическое обоснование этого явления П. Дираком г. – экспериментальное подтверждение явления вынужденного излучения Р. Ладенбургом и Г. Копферманном г. – первый микроволновый генератор (мазер на аммиаке), создатели Ч. Таунс и независимо от него А. Прохоров и Н. Басов г. - Т. Мейман продемонстрировал работу первого оптического квантового генератора лазера. В последующие годы происходит бурное развитие, и изобретаются все новые и новые виды лазеров (химические, полупроводниковые, лазеры на красителях и другие).
Лазеры
Слайдов: 32 Слов: 1496 Звуков: 0 Эффектов: 8Светодиоды и полупроводниковые лазеры. Содержание. Светодиоды П/п лазеры П/п лазеры на фотонных кристаллах. Последние имеют два электронно-дырочных перехода. Светодиоды чаще всего используют как индикаторные устройства. На практике наибольший интерес представляет GaAs(1-x)Px. Светодиоды. Light-Emitting Diode (LED). В прямозонных материалах процесс излучательной рекомбинации является доминирующим. Азот, внедрённый в полупроводник, замещает атомы фосфора в узлах решётки. Полученный таким образом рекомбинационный центр называется изоэлектронным центром. В нормальном состоянии изоэлектронные центры нейтральны. - Лазеры.ppt
Виды лазеров
Слайдов: 13 Слов: 1216 Звуков: 0 Эффектов: 8Лазер. Источник электромагнитного излучения. Свойства лазерного излучения. Усилители и генераторы. Классификация лазеров. Газовый лазер. Твердотельные лазеры. Жидкостный лазер. Полупроводниковый лазер. Химический лазер. Ультрафиолетовый лазер. Применение лазера. - Виды лазеров.ppt
Типы лазеров
Слайдов: 22 Слов: 1300 Звуков: 0 Эффектов: 0Трехуровневая схема оптической накачки. Указаны «времена жизни» уровней E2 и E3. Уровень E2 – метастабильный. Переход между уровнями E3 и E2 безызлучательный. Лазерный переход осуществляется между уровнями E2 и E1. В кристалле рубина уровни E1, E2 и E3 принадлежат примесным атомам хрома. Первый лазер на рубине, созданный в ФИАНе М.Д.Галаниным, А.М.Леонтовичем, З.А.Чижиковой, 1960 год. Схема устройства на примере рубинового лазера. Лазер обычно состоит из трёх основных элементов: Источник энергии (механизм «накачки»); Рабочее тело; Система зеркал («оптический резонатор»). Гелий-неоновый лазер. - Типы лазеров.ppt
Лазеры физика
Слайдов: 22 Слов: 519 Звуков: 0 Эффектов: 11Лазеры. Содержание. Макс Планк. Нильс Бор. При переходе атома с уровня энергии на уровень, излучается фотон. Альберт Эйнштейн. Принцип работы лазеров. Лазеры создают когерентное излучение очень большой мощности. Рубиновый лазер. Кристалл рубина (с примесью хрома – 0,05%) позволяет реализовать состояние инверсии. Виды лазеров. Газовый лазер. Трубка газового лазера во время работы светится, как газосветная реклама. Газодинамический лазер. Полупроводниковый лазер. В полупроводниковом лазере излучает слой между двумя полупроводниками P-и n-типа. Весь лазер вместе с электрическими контактами получается чуть больше пуговицы. - Лазеры физика.ppt
Физика лазеров
Слайдов: 51 Слов: 592 Звуков: 0 Эффектов: 0Лазер. Один из основных приборов квантовой электроники. Лазер в научной лаборатории. Принцип действия лазера. Лазерное излучение. В фокусе лазерного пучка образуется сгусток плазмы - искра. Установка для нагревания плазмы с помощью мощного лазера. Источник когерентного света. Давление света. Схема разделения газов при помощи резонансного светового давления. Возбуждение генерации; а- в трехуровневой системе; б- в четырехуровневой системе. Усиление световой волны в активной среде. Активная среда в оптическом резонаторе. Спектр, линия активной среды и моды оптического резонатора. Рубиновый лазер. - Физика лазеров.ppt
Работа лазера
Слайдов: 38 Слов: 712 Звуков: 1 Эффектов: 44Лазеры. День весеннего равноденствия. Формула Планка. Модель. Кто изображен на портрете. Расскажите, что вам известно об опыте, изображенном на рисунке. Траектории. Размер атома. Противоречия. Легендарный ученый. Постулаты Бора. Частота фотона. Какое из утверждений является верным. Что изображено на рисунках. Поглощение света атомом. Устройство и принцип действия лазера. Индуцированное излучение. Усиление света. Эйнштейн Альберт. Принцип действия. Изобретатели лазера. Трехуровневая схема оптической накачки. Рубиновый лазер. Свойства лазерного излучения. Применение лазеров. Типы лазеров. - Работа лазера.pptx
Действие лазера
Слайдов: 26 Слов: 554 Звуков: 0 Эффектов: 27Тема урока. «Лазеры». Цели урока. План. «Усиление света при помощи индуцированного излучения». “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”. Индуцированное (вынужденное) излучение. В 1916 г Эйнштейн высказал идею о существовании эффекта вынужденного излучения. Н.Г.Басов. А.М.Прохоров. Ч. Таунс. 1916 – 1960 г - «Золотой век» создания чудесного луча. Первый лазер на рубине. Жорес алфёров – лауреат нобелевской премии в области физики за 2000 год. Свойства лазерного излучения. Когерентность Малый угол расхождения Монохроматичность Большая мощность. Принцип действия лазера. - Действие лазера.ppt
Принцип работы лазера
Слайдов: 28 Слов: 1402 Звуков: 0 Эффектов: 3Принцип работы лазера и основные свойства лазерного излучения. Основные резонансные фотопроцессы. Свойства вынужденного излучения. Принцип работы лазера. Рабочий переход в лазерной активной среде. Схемы накачки активной среды. Условие лазерного усиления. Развитие процесса генерации в лазере. Оптический резонатор. Пичковый режим работы лазера. Временные зависимости. Основные свойства лазерного излучения. Параметры мощных лазерных установок. Петаваттный лазер в Техасском университете. Типы лазеров. Первый лазер на рубине. Схема рубинового лазера. Устройство и принцип работы гелий-неонового лазера. - Принцип работы лазера.ppt
«Лазеры» физика 11 класс
Слайдов: 22 Слов: 783 Звуков: 0 Эффектов: 6Полупроводниковые лазеры
Слайдов: 12 Слов: 576 Звуков: 0 Эффектов: 0Полупроводниковые лазеры. Полупроводниковый лазер -. полупроводниковый квантовый генератор, лазер с полупроводниковым кристаллом в качестве рабочего вещества. В П. л. возбуждаются и излучают (коллективно) атомы, слагающие кристаллическую решётку. Важные особенности п.л. Историческая справка: Люминесценция в полупроводниках (а) Инверсия населённостей в полупроводниках (б). Методы накачки в п.л. Наибольшее развитие получили П. л. первых двух типов. Инжекционные лазеры. П.л. с электронной накачкой. Полупроводниковые лазерные материалы: Применение п.л. - Полупроводниковые лазеры.ppt
Применение лазеров
Слайдов: 22 Слов: 882 Звуков: 0 Эффектов: 0Лазеры. Историческая справка. Н.Г.Басков и А.М.Прохоров и Ч.Таунс были удостоены Нобелевской премии. Новый генератор назвали «лазер». Принцип действия лазера. В обычных условиях атомы находятся в низшем энергетиче-ском состоянии. Свойства лазерного излучения. Лазеры являются самыми мощными источниками света: сотни и тысячи ватт. Мощность излучения Солнца - 7·103Вт, а у некоторых лазеров – 1014Вт. Виды лазеров. В веществе стержня, возбужден- ном световой вспышкой, возникает лавина фотонов. Неон светится красным светом, криптон – желтым, аргон – синим. Газо-динамический лазер Похож на реактивный двигатель. - Применение лазеров.ppt
Лазеры и их применение
Слайдов: 22 Слов: 1445 Звуков: 0 Эффектов: 0Лазеры и их применение. Что такое лазер. Свойства лазерного света. Применение лазеров. Применение лазеров в медицине. Применение лазеров в стоматологии. Лазеры. Лазерные системы в деревообработке. Лазеры в вычислительной технике. Лазеры в измерениях. Классификация лазеров. Меры безопасности. Лазерное оружие. Лазерная указка. Лазерная сварка. Лазерный принтер. Использование лазера при обследовании больного. Защитные очки. Лазерное шоу. - Лазеры и их применение.pptx
Виды лазеров и их применение
Слайдов: 16 Слов: 812 Звуков: 0 Эффектов: 1Лазер. Что такое лазер. Создание лазера. Советские учёные. Устройство лазера. Лазерное излучение. Виды лазеров. Применение лазеров. Сварка. Используют в стоматологии. Турбулентность и инверсионные следы. Лазерные гироскопы. Точность попадания. Лазеры. - Виды лазеров и их применение.pptx
Устройство и применение лазера
Слайдов: 32 Слов: 334 Звуков: 0 Эффектов: 0Лазер. Усиление света. Устройство лазера. Рабочие тела. Источники энергии. Схема устройства. Ж.И.Алфёров. Резка металла. Лазерная сварка. Применение лазерной резки. Лазерный дальномер. Купол лазерного дальномера. Лазерный целеуказатель. Лазерный дальномер в строительстве. Боевое оружие на основе применения лазера. Лазер на самолетах. Револьвер, оснащённый лазерным целеуказателем. Боевые лазеры космического базирования. Применение лазера в медицине. Применение лазера при заболеваниях глаз. Применение лазера в фотохимии. Лазерные указки. Лазеры для компакт-дисков. Лазерный принтер. -
Ученика Абалуева Егора 11 «б»
Оптические квантовые генераторы, излучение которых лежит в видимой и инфракрасной области спектра, называются лазерами.
Лазер – это устройство, в котором энергия, например тепловая, химическая, электрическая, преобразуется в энергию электромагнитного поля – лазерный луч
В возбуждённом состоянии атом находится около 10 -8 с, после чего самопроизвольно (спонтанно) переходит в основное состояние, излучая при этом квант света.
Спонтанное излучение происходит при отсутствии внешнего воздействия на атом и объясняется неустойчивостью его возбуждённого состояния.
Если же атом подвергается внешнему воздействию, то время его жизни в возбуждённом состоянии сокращается, а излучение уже будет вынужденным или индуцированным. Понятие о вынужденном излучении было введено в 1916 г А. Эйнштейном.
Под индуцированным излучением понимается излучение возбужденных атомов под действием падающего света Индуцированное излучение.
1940 г. В. А. Фабрикант (возможность использования явления вынужденного излучения) 1954 г. Н. Г. Басов, А. М. Прохоров и Ч. Таунс (создание микроволнового генератора) 1963 г. Н. Г. Басов, А. М. Прохоров и Ч. Таунс были удостоены Нобелевской премии История изобретения лазера.
Направленность Монохроматичность Когерентность Интенсивность Свойства лазерного излучения.
При работе лазера часто используется система трёх энергетических уровней атома, второе из которых – метастабильное со временем жизни атома в нём до 10 -3 с.
Трехуровневая схема оптической накачки Указаны «времена жизни» уровней E2 и E3. Уровень E2 – метастабильный. Переход между уровнями E3 и E2 безызлучательный. Лазерный переход осуществляется между уровнями E2 и E1.
Ла́зер обычно состоит из трёх основных элементов: * Источник энергии (механизм «накачки») * Рабочее тело; * Система зеркал («оптический резонатор»).
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.
Лазеры способны создавать пучки света с очень малым углом расхождения. Все фотоны лазерного излучения имеют одинаковую частоту (монохроматичность) и одно и то же направление (согласованность). Лазеры являются мощными источниками света (до 10 9 Вт, т.е. больше мощности крупной электростанции).
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.