Презентация на Тему Лазеры Физика

Презентация на Тему Лазеры Физика.rar
Закачек 688
Средняя скорость 6960 Kb/s
Скачать

Презентация на Тему Лазеры Физика

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

Предварительный просмотр:

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

Лазер Работа ученика 11 М классаСОШ № 288 г.ЗаозерскаТимонина А.А.

История создания лазера История изобретения лазера началась с предположения.А именно: в 1916 году Альберт Энштейн создал теорию взаимодействия излучения с веществом, из которой вытекала принципиальная возможность создания квантовых усилителей и генераторов электромагнитных волн, да и Алексей Толстой, в своем знаменитом романе «Гиперболоид инженера Гарина», писал примерно об этом же. Однако первая попытка экспериментально обнаружить индуцированное излучение была только в 1928 году, когда Ланденбург, изучая отрицательную дисперсию света, сформулировал условия обнаружения индуцированного излучения как преобладание его над поглощением (условие инверсии), отметив, что для этого необходимо специальное избирательное возбуждение квантовой системы. До 50-х годов были только предпосылки создания лазера, пока в 1955 году ученые Николай Басов и Александр Прохоров не разработали квантовый генератор — усилитель микроволн с помощью индуцированного излучения, активной средой которого является аммиак.

История создания лазера Изобретение лазера, использующего аммиак, позволило американским ученым Ч. Таунсу и А. Шавлову через два года начать разработку принципов лазера. Работая параллельно в том же направлении, Александр Прохоров в 1958-м использовал для создания лазера резонатор Фабри-Перо, представляющий собой два параллельных зеркала, одно из которых полупрозрачно. В мае 1960 г. сотрудник исследовательского центра фирмы Hughes, американский физик Теодор Мейман, основываясь на работах Н.Басова, А.Прохорова и Ч.Таунса, сконструировал первый лазер на рубине с длиной волны в 0,69 мкм. Спустя полгода в лабораториях корпорации IBM заработал инфракрасный лазер на фториде кальция с добавкой ионов урана, построенный Питером Сорокиным и Миреком Стивенсоном. Это был уникальный прибор, который действовал лишь при температуре жидкого водорода и практического значения не приобрел. Наконец, в декабре того же года исследователи из Bell Laboratories Али Джаван, Уильям Беннетт и Дональд Хэрриот продемонстрировали первый в мире газовый лазер на смеси гелия и неона, который повсеместно применяется и в наши дни. После этого физики и инженеры всего мира включились в гонку по созданию всевозможных лазеров, которая идет и по сей день.

Что такое лазер? Лазер (англ. laser, сокр. от Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation — «Усиление света с помощью вынужденного излучения») — устройство, использующее квантовомеханический эффект вынужденного (стимулированного) излучения для создания когерентного потока света. Луч лазера может быть непрерывным, с постоянной амплитудой, или импульсным, достигающим экстремально больших пиковых мощностей. Во многих конструкциях рабочий элемент лазера используется в качестве оптического усилителя для излучения от другого источника. Усиленный сигнал очень точно совпадает с исходным по длине волны, фазе и поляризации, что очень важно в устройствах оптической связи.

Как устроен лазер. На схеме обозначены:1. Рабочая среда2. Энергия накачки лазера3. Непрозрачное зеркало4. Полупрозрачное зеркало5. Лазерный луч

Первые лазеры Первый работающий лазер был сделан Т. Майманом в 1960 г. в исследовательской лаборатории компании Хьюза, которая находилась в Малибу, штат Калифорния с привлечением групп Таунса из Колумбийского Университета и Шалоу из компании Bell laboratories. Майман использовал рубиновый стержень с импульсной накачкой, который давал красное излучение с длиной волны 694 нанометра. Примерно в то же время иранский физик Али Яван представил газовый лазер. Позднее за свою работу он получил премию имени А. Эйнштейна. Основная идея работы лазера заключается в инверсии электронной населённости путём «накачки» рабочего тела энергией, подводящейся к нему, например, в виде световых или электрических импульсов. Рабочее тело помещается в оптический резонатор, при циркуляции волны в котором её энергия экспоненциально возрастает благодаря механизму вынужденного излучения. При этом энергия накачки должна превышать определённый порог, иначе потери в резонаторе будут превышать усиление и выходная мощность будет крайне мала.

Принцип работы Гелий-неоновый лазер. Светящийся луч в центре — это не собственно лазерный луч, а электрический разряд, порождающий свечение, подобно тому, как это происходит в неоновых лампах. Луч проецируется на экран справа в виде светящейся красной точки. Инверсия электронной населённости также лежит в основе работы лазеров, которые принципиально похожи на лазеры, но работают в микроволновом диапазоне. Первые мазеры были сделаны в 1953—1954 гг. Н. Г. Басовым и А.М. Прохоровым, а также независимо от них американцем Ч. Таунсом и его сотрудниками. В отличие от квантовых генераторов Басова и Прохорова, которые нашли выход в использовании более чем двух энергетических уровней, мазер Таунса не мог работать в постоянном режиме. В 1964 г. Басов, Прохоров и Таунс получили Нобелевскую премию по физике «За основополагающую работу в области квантовой электроники, позволившую создать генераторы и усилители, основанные на принципе мазера и лазера».

Свойства лазерного излучения Излучение лазера может быть настолько мощным, что им можно резать сталь и другие металлы. Несмотря на то, что луч лазера можно сфокусировать в очень маленькую точку, она всегда будет иметь конечный ненулевой размер вследствие дифракции. С другой стороны, размер сфокусированного лазерного луча всегда будет значительно меньше луча, созданного любым другим способом. Например, луч небольшого лабораторного гелий-неонового лазера разойдётся всего примерно на 1,5 километра на расстоянии от Земли до Луны. Конечно, некоторые лазеры, особенно полупроводниковые, благодаря малым размерам, создают сильно расходящийся луч. Однако эту проблему можно решить применением линз. Влияние дифракции можно обойти, применяя волноводы, в данном случае оптоволоконные линии.

Применение лазеров Сегодня лазеры широко применяются в медицине, производстве, строительной промышленности, геодезии, бытовой электронике, научной аппаратуре и военных системах. Сегодня используются буквально биллионы лазеров. Они являются составляющей таких привычных устройств, как сканеры штрих-кода, используемые в супермаркетах, сканеры, лазерные принтеры и проигрыватели компакт-дисков.

Применение лазера в медицине В области медицины возможности лазеров стали развиваться быстрее после 1964 г., когда был изобретен лазер на диоксиде углерода, который вскоре дал хирургам возможность выполнять очень сложные операции, используя фотоны вместо скальпеля, для проведения операций. Лазерный свет может проникать внутрь тела, выполняя операции, что несколько лет назад было почти невозможно выполнить, при минимальном риске или дискомфорте для пациента. В области стоматологии, вдобавок к хирургии рта, Голдман и другие в 1964 г. предположили возможность применения рубинового лазера для лечения кариеса, что привлекло внимание всего мира. В 1967 г. Гордон попытался удалить кариес и подготовить полость при помощи рубинового лазера, но не смог избежать повреждения пульпы зуба, несмотря на хорошие результаты, полученные на извлеченных зубах. С сегодняшними лазерами практически нет нежелательного нагревания, нет шума и вибрации. Покидая стоматологическое кресло, большинство пациентов не ощущали боли, им не надо было дожидаться, пока пройдут действие анестетика и онемение, и не испытывали почти никакого послеоперационного дискомфорта.

Успейте воспользоваться скидками до 70% на курсы «Инфоурок»

Описание презентации по отдельным слайдам:

«Энергия пирамидок настолько уже велика, что, помещенные в аппарат… и зажженные, они дают «лучевой шнур», способный в несколько секунд разрезать железнодорожный мост… Вы представляете, какие открываются возможности? В природе не существует ничего, что бы могло сопротивляться силе «лучевого шнура»… Здания, крепости, дредноуты, воздушные корабли, скалы, горы, кора земли – все пронижет, разрушит, разрежет мой луч…» А.Н. Толстой «Гиперболоид инженера Гарина»

ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ЛАЗЕРОВ 1916 год: А.Эйнштейн – предсказание явления вынужденного излучения – физической основы работы любого лазера

1940 год: В.Фабрикант – предсказание использования вынужденного излучения среды для усиления электромагнитного излучения

А.М. Прохоров Н.Г. Басов Ч. Таунс 1954 г.: А.Прохоров, Н.Басов и независимо от них Ч.Таунс – молекулярный квантовый усилитель – мазер, работающий при низких температурах и в СВЧ-диапазоне

1960 год: Т.Мейман – первый работающий в импульсном режиме лазер на рубине

ПРОЦЕССЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АТОМА С ФОТОНОМ а) поглощение фотона; б) спонтанное излучение; в) вынужденное излучение

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ КВАНТОВОГО ГЕНЕРАТОРА Генерирование интенсивной электромагнитной волны вследствие вынужденного излучения (лавинообразный процесс)

ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ЛАЗЕРА Активная среда – в ней создается состояние с инверсной заселенностью. Система накачки – устройство для создания инверсии в активной среде. Оптический резонатор – устройство, выделяющее в пространство избирательное направление пучка фотонов и формирующее выходящий световой пучок.

ТРЕХУРОВНЕВЫЙ ЛАЗЕР Под действием интенсивного внешнего излучения атомы переходят с основного уровня на уровень 3.

СХЕМАТИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ РУБИНОВОГО ЛАЗЕРА

Развитие лавинообразного процесса генерации в лазере.

Устройство рубинового лазера Фотоны отражаются назад Каждый фотон может вновь возбудить атом Полупрозрачный торец стержня Корпус Лампа-вспышка Испускаемое излучение когерентно Рубиовый стержень Отражающий тарец стержня

УСТРОЙСТВО ГАЗОВЫХ И ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРОВ

ОСОБЕННОСТИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Лазер излучает световую энергию на одной частоте и длине волны, что дает возможность создать узконаправленные и сфокусированные лучи. Лазерное излучение обладает очень высокой стабильностью, оно распространяется без изменений на большие расстояния. Лазерное излучение имеет очень высокую температуру, достигающую миллионов градусов.

Применение лазеров Наука Вооружение Медицина Промышленность и быт Спектроскопия Измерение расстояний Фотохимия Намагничивание Интерферометрия Голография Охлаждение Термоядерный синтез Лазерное оружие «Звездные войны» Целеуказатели Лазерный прицел Лазерное наведение Скальпель Точечная сварка тканей Хирургия Диагностика Удаление опухолей Резка, сварка, маркировка, гравировка CD, DVD-проигрыватели, принтеры, дисплеи Фотолитография, считыватель штрихкода Оптическая связь, системы навигации (л.гироскоп) Манипуляции микрообъектами

ЛАЗЕРНОЕ СВЕРЛЕНИЕ В промышленности высокотемпературные лазерные лучи применяют для сверления особо твердых и с повышенной хрупкостью материалов.

ЛАЗЕРНАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ: ЛАЗЕРНАЯ СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

ЛАЗЕРЫ В МЕДИЦИНЕ: ЛАЗЕРНАЯ ХИРУРГИЯ – ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРНОГО СКАЛЬПЕЛЯ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ПАТОЛОГИЧЕСКИХ ОБРАЗОВАНИЙ (а) И ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ДЕФЕКТОВ ЗРЕНИЯ (б); ЛАЗЕРНАЯ ТЕРАПИЯ (в)

ВНЕДРЕНИЕ ЛАЗЕРНОЙ ТЕХНИКИ В ВОЕННОЕ ДЕЛО: Лазерная локация (наземная, бортовая, подводная). Лазерная связь. Лазерные навигационные системы. Лазерное оружие. Лазерные системы ПРО. Боевые лазеры

ГОЛОГРАФИЯ – ПОЛУЧЕНИЕ ОБЪЕМНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ГОЛОГРАММА ОБЪЕКТА ФОТО ОБЪЕКТА

Лазеры или оптические квантовые генераторы – это современные источники когерентного излучения, обладающие целым рядом уникальных свойств. Создание лазеров явилось одним из самых замечательных достижений физики второй половины XX века, которое привело к революционным изменениям во многих областях науки и техники. К настоящему времени создано большое количество лазеров с различными характеристиками – газовых, твердотельных, полупроводниковых, излучающих свет в различных оптических диапазонах. Лазеры могут работать в импульсном и непрерывном режимах. Мощность излучения лазеров может изменяться в пределах от долей милливатта до 1012–1013 Вт (в импульсном режиме). Лазеры находят широкое применение в военной технике, в технологии обработки материалов, в медицине, оптических системах навигации, связи и локации, в прецизионных интерференционных экспериментах, в химии, просто в быту и т. д. Хотя первый оптический квантовый генератор был построен сравнительно недавно (1960 г.), современную жизнь уже невозможно представить без лазеров.


Статьи по теме