лазеры

Слайд 1

Слайд 2

Лазер — это устройство, в котором энергия, например тепловая, химическая, электрическая, преобразуется в энергию электромагнитного поля — лазерный луч . В 1960 г . Мейманом был создан первый аналогичный прибор, работающий в оптическом диапазоне, — лазер Лазеры называют также оптическими квантовыми генераторами.

Слайд 3

Атомы поглощают световую энергию только определенными порциями — квантами. Когда атом поглощает световой квант — фотон, его внутренняя энергия увеличивается. Атом, у которого запас энергии больше, чем в основном состоянии, называют возбужденным.

Слайд 4

П ервый шаг к лазеру Пучок света, проходя через любое вещество, ослаблялся , но в случае с некоторыми кристаллами выяснилось, что световой луч не ослабляется, а усиливается! В падающем пучке появляется дополнительная энергия. Такой кристалл с дополнительной подсветкой — первый шаг к лазеру . В построенном Мейманом первом лазере рабочим телом был цилиндр из розового рубина. Диаметр стержня был порядка 1 см, длина — около 5 см. Рубин представляет собой окись алюминия (Al2O3), в которой некоторые из атомов алюминия замещены атомами хрома. При поглощении света ионы хрома переходят в возбужденное состояние.

Слайд 5

Схема лазера на рубине

Слайд 6

При достаточной мощности лампы большинство ионов хрома переводится в возбужденное состояние. Процесс сообщения рабочему телу лазера энергии для перевода атомов в возбужденное состояние называется накачкой. Излученный при этом фотон может вызвать вынужденное испускание дополнительных фотонов, которые в свою очередь вызовут вынужденное излучение

Слайд 7

В результате образуется каскад фотонов. До вспышки лампы ионы хрома находятся в основном состоянии (черные кружки на рис.а ). Свет накачки (сплошные стрелки на рис.б ) переводит большинство ионов в возбужденное состояние (светлые кружки). Каскад начинает развиваться, когда возбужденные ионы спонтанно излучают фотоны (штриховые стрелки на рис.в ) в направлении, параллельном оси кристалла . Фотоны размножаются за счет вынужденного излучения. Этот процесс развивается ( рис.г и д), так как фотоны многократно проходят вдоль кристалла, отражаясь от его торцов.

Слайд 8

Процесс образования каскада фотонов

Слайд 9

В 1961 г. Джаваном был создан первый газовый лазер, работающий на смеси гелия и неона. В 1963 г. были созданы первые полупроводниковые лазеры.

Слайд 10

В настоящее время список лазерных материалов насчитывает много десятков твердых, жидких и газообразных веществ. Одни лазеры работают в импульсном, другие—в непрерывном режиме.

Слайд 11

Если цилиндрический сосуд наполнить смесью гелия и у неона, внутрь его поместить металлические электроды и подать на них высокое напряжение, то смесь газов начнет светиться красноватым светом, почти таким же, как и неоновая реклама .

Слайд 12

Гелий-неоновый лазер: а - схема лазера на смеси гелия и неона;

Слайд 13

б - схема энергетических уровней гелия и неона.

Слайд 14

Позже, химики заключили ион неодима в атомную кольчугу . Эта кольчуга позволяет ему удержать энергию возбуждения.

Слайд 15

Было получено такое химическое соединение, в котором ион неодима находится среди связанных с ним атомов кислорода, а они в свою очередь связаны со сложными органическими группами атомов — лигандами . Но лиганды не ограничиваются ролью защитников неодима. Они обладают еще замечательным свойством: поглощая излучение в широких областях спектра, лиганд возбуждается и при этом либо сразу переходит в основное состояние, либо долго остается в возбужденном состоянии. Частота электромагнитных колебаний излучения рубинового лазера 430 ТГц (4,3 • 1014 Гц) — в миллион раз превосходит частоту, на которой работает телевидение в наше время. Поэтому в принципе один лазерный луч способен транслировать миллионы телевизионных программ и миллиарды радиопередач.

Слайд 16

Применение лазеров Он и используются в технике для сварки, резки, и плавления металлов; В медицине - как бескровные скальпели, при лечении глазных и кожных болезней. Лазерная локация позволила измерить скорость вращения планет, уточнить характеристики движения Луны и планеты Венера. Лазеры используются также в различных приборах для тонких физических исследований. Наконец, применяя лазеры для нагрева плазмы, пытаются с их помощью решить проблему управляемого термоядерного синтеза.