Муниципальное
Общеобразовательное
Учреждение
Лицей
Информационных
Технологий
РЕФЕРАТ
по ФИЗИКЕ
на
тему: ЛАЗЕРЫ
Выполнил:
ученик
11 «А» класса
Замулин
Михаил.
г.Находка,
1999 г.
ЛАЗЕРЫ.
Человек
изобрел много
разных источников
света - от уже
ушедших в прошлое
свечей до современных
ламп накаливания
и ламп дневного
света. В начале
60-х годов нашего
столетия появились
новые источники
оптического
излучения -
лазеры. В отличие
от прежних
источников
света, применявшихся
в основном для
освещения,
лазеры предназначаются
для совсем иных
целей. Лазерным
лучом разрезают
материалы (от
обычных тканей
до стальных
листов), сваривают,
выполняют
хирургические
операции; лазерное
излучение
применяют для
точнейших
измерений,
используют
в современных
вычислительных
комплексах
и линиях связи.
Принципиальная
схема лазера
крайне проста:
активный элемент,
помещенный
между двумя
взаимно параллельными
зеркалами.
Зеркала образуют
так называемый
оптический
резонатор; одно
из зеркал делают
слегка прозрачным,
сквозь это
зеркало из
резанатора
выходит лазерный
луч. Чтобы началась
генерация
лазерного
излучения,
необходимо
«накачать»
активный элемент
энергией от
некоторого
источника ( его
называют устройством
накачки).
Рассмотрим
для примера
лазер, в котором
активным элементом
служит гранат
с неодимом.
Гранат - прозрачный
кристалл; в
него в качестве
примеси вводят
ионы неодима.
Они-то и являются
так называемыми
активными
центрами. Поглощая
излучение
специальной
газоразрядной
лампы-осветителя,
ионы неодима
возбуждаются
(в этом и состоит
в данном случае
процесс накачки
активного
элемента - оптическая
накачка). Возбужденный
ион возвращается
затем в исходное
состояние,
высвечивая
фотон определенной
частоты. Этот
фотон может
вызвать (вынудить)
возвращение
в исходное
состояние
многих других
возбужденных
ионов - и тогда
родится лавина
фотонов одинаковой
частоты, летящих
в одном и том
же направлении
(явление вынужденного
испускания
света). Возможен
и иной вариант
- фотон поглощается
каким-либо
невозбужденным
ионом (явление
резонансного
поглощения).
Важно, чтобы
вынужденное
испускание
преобладало
над резонансным
поглощением.
А для этого
надо произвести
накачку активного
элемента - так,
чтобы возбужденных
ионов неодима
стало больше,
чем невозбужденных.
Но это еще
не все. Важно
также, чтобы
процессы вынужденного
испускания
развивались
преимущественно
лишь в каком-то
определенном
направлении
в пространстве.
Для этого как
раз и предназначаются
зеркала резонатора.
Их общая оптическая
ось выделяет
в пространстве
направление,
в котором формируется
лазерный луч.
Представим
себе, что первичный
фотон случайно
родился в
направлении,
отличном от
напраления
оси зеркал
резонатора.
Он вынудит
рождение некоторой
лавины фотонов,
но все эти фотоны
довольно скоро
покинут активный
элемент, выйдут
за пределы
среды. Иное
дело, если первичный
фотон случайно
родился в направлении
оси резонатора.
Отразившись
от зеркала, они
возвратятся
в активный
элемент и вынудят
рождение новых
количеств
фотонов. Таким
образом, между
зеркалами будет
двигаться
фотонная лавина,
быстро нарастающая
за счет процессов
вынужденного
испускания.
Выходя из резонатора
через одно из
зеркал, эта
лавина и формирует
лазерный луч.
Такова
вкратце физика
работы лазера.
Теперь становится
понятным и сам
термин «лпзер».
Это слово составлено
из начальных
букв английского
выражения
«Light
Amplification by Stimulated Emission of Radiation»,
что в переводе
означает «усиление
света в результате
вынужденного
излучения».
Лазерв
отличаются
большим
разнообразием
- по внешнему
виду, размерам,
кончтрукции.
Наряду с лазерами
-малютками ,
свободно умещающимися
на ладони, существуют
лазеры-гиганты,
длина которых
достигает
нескольких
десятков метров,
а масса измеряется
тоннами. Разнообразие
лазеров объясняется
применением
разных типов
активных элементов
и разных способов
накачки, а также
разнообразием
тех практических
задач, которые
решаются при
помощи лазеров.
В качестве
активных элементов
используют
кристаллы на
диэлектриках
и специальные
стекла (твердотельные
лазеры), полупроводники
(полупроводниковые
лазеры), жидкие
растворы красителей
( жидкостные
лазеры), газовые
смеси (газоразрядные
лазеры). Газовые
смеси находятся
в специальных
стеклянных
трубках ( газоразрядных
трубках), они
«накачиваются»
за счет электрических
разрядов. В
полупроводниковых
лазерах обычно
используют
накачку либо
за счет бомбардировки
полупроводника
электронным
пучком, либо
за счет создания
электирческого
напряжения
на контакте
двух полупроводников
разного типа.
Среди
твердотельных
лазеров отметим,
кроме лазера
на гранате с
неодимом, лазер
на рубине. Активными
центрами в нем
являются ионы
хрома. Из газоразрядных
лазеров широко
применяют на
практике
гелий-неоновый
лпзер. В нем
активная газовая
среда состоит
из атомов гелия
и неона; роль
активных центров
играют атомы
неона. Длины
волн наиболее
интенсивных
спектральных
линий, генерируемых
различными
лазерами: на
гранате с неодимом
- 1,06 мкм, на рубине
- 0,69 мкм (красная
линия), на гелии
и неоне - 3,39, 1,15 ,
0,63 мкм (красная
линия).
Лазерное
излучение
отличается
необычайно
высокой монохроматичностью
- отношение
разброса длин
волн, «представленных»
в лазерном
луче, к средней
длине волны
крайне мало;
оно составляет
всего 10^-6
- 10^-8,
а специальными
мерами может
бать уменьшено
даже до 10^-10.
Излучение
лазера характеризуется
также исключительной
направленностью
- угол расходимости
луча во многих
случаях не
превышает
долей угловой
минуты. Во всем
этом проявляется
высокая когерентность
излучения
лазера; можно
считать, что
генерируемые
лазером световые
волны имеют
практически
форму идеальных
синусоид - со
строго определенной
частотой и
плоским фонтаном.
По сравнению
с лазерным
излучением
других, обычных
источников
света является
существенно
неупорядоченным;
его можно
рассматривать
как «оптический
шум».
Высокая
когерентность
излучения
лазера объясняется
особенностями
вынужденного
испускания
света - тем фактом,
что все вынужденно
испущенные
фотоны имеют
одинаковую
частоту и одинаковое
направление
движения. В
свою очередь,
когерентность
лазерного
излучения
объясняет те
богатые возможности,
которое оно
обнаруживает
при практическом
использовании.
Приведем
всего два примера.
Превый касается
возможности
использования
лазерного луча
для передачи
информации.
В частотном
диапазоне,
соответствующем
дециметровым
волнам (частоты
от 10^8
до 10^9
Гц), «умещается»
около 100 телевизионных
программ; в
этом же диапазоне
могли бы работать
около 100000 радиостанций.
Использование
когерентного
лазерного
излучения с
частотой 10^15
Гц могло бы
значительно
повысить
информационную
емкость канала
связи. В таком
канале можно,
в принципе,
«уместить»
10^11
радиопрограмм
или 10^8
телепрограмм.
Другой пример
касается возможности
сильной концентрации
световой энергии
в лазерном
луче. Существующие
мощные углекислородные
лазеры могут
непрерывно
генерировать
световую мощность
1 кВт. При диаметре
светового пучка
1 мм интенсивность
такого излучения
оказывается
равной 10^5
Вт/см^2.
Этого достаточно,
чтобы плавить
многие металлы.
Благодаря
когерентности
лазерный световой
пучок можно
сильно сфокусировать
- в пятно диаметром,
скажем, 30 мкм.
Тогда интенсивность
окажется порядка
10^10
Вт/см ^2.
Это позволяет
испарить любой
материал.
Первй лазер
появился в 1960
г. Однако историю
рождения лазерной
техники следует
отсчитывать
от начала 50-х
годов. Дело в
том, что способ
усиления излучения
при помощи
вынужденного
испускания
был сначала
реализован
не в оптическом,
а сверзчачтотнов
диапазоне -
СВЧ-диапазоне.
Соответствующие
генераторы
излучения (их
называли мазерами)
были созданы
в 1955 г. Одновременно
в СССР (Н.Г.Басов,
А.М.Прохоров)
и в США (Ч. Таунс).
Другие работы по теме:
Вредные и опасные факторы при работе лазерных установок
Вопрос Вредные и опасные факторы при работе лазерных установок. Оптические квантовые генераторы или лазеры находят все более широкое применение в промышленности. Их использование возможно благодаря таким уникальным свойствам, как монохроматичность и
Принцип работы и устройство лазеров
Сталкиваясь с микросистемой, квант света возбуждает атомы и молекулы, отдавая им свою энергию. Наиболее сильное (резонансное) взаимодействие происходит тогда, когда частота колебаний кванта света совпадает с одной из собственных частот колебаний электронов микросистемы. При этом атомы и молекулы, находясь в возбужденном состоянии, становятся вторичными излучателями квантов.
Устройство и применение лазера
Лазер - квантовый генератор, излучающий в диапазоне видимого и инфракрасного излучения. Схема устройства лазера и принцип его действия. Временные режимы работы прибора, частота поступления энергии. Применение лазеров в различных отраслях науки и техники.
Атомарные газоразрядные лазеры
Понятие, классификация лазеров по признакам, характеристика основных параметров, их преимущества. Причины конструкции лазеров с внешним расположением зеркал. Описание физических процессов в газовых разрядах, способствующих созданию активной среды.
Исследование тлеющего разряда в СО2-лазере
Понятие и назначение СО2-лазера, его технические характеристики и составляющие части, принцип работы и выполняемые функции. Порядок расчета основных показателей СО2-лазера. Способы организации несамостоятельного разряда постоянного тока, расчет его КПД.
Шкала электромагнитных волн.
Название диапазона Длина волны (м) Частота (Гц) Источник Индикатор Основные свойства Применение Действие на человека 1. Радиоволны 3Ч10 Переменные токи в проводниках и электронных потоках, генератор радиочастот (Солнце, звёзды, галактики, метагалактики)
Лазеры, их применение
Лазеры, их применение Доклад по физике Ученика 11 класса “ ” Гуральского Юрия Слово “лазер” представляет собой абревиатуру английской фразы “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”, переводимой как
Лазеры
Министерство Образования и науки Российской Федерации Благовещенский Государственный Педагогический Университет Реферат. Тема: Лазеры. Выполнил:
Лазер
Вступление. Лазер.… Очень многие про него слышали. А кое – кто даже видел, хотя бы на фотографиях. Ну и что? Ничего интересного: трубка или коробочка, а из неё выходит тоненький лучик, иногда зелёный или синий, чаще – красный. Фонарь и фонарь, ничего особенного. Есть ли о чём тут говорить? Оказывается, есть.
ЛАЗЕРЫ
Острый тонкий пучок лучей рубинового цвета прорезал пространство… Миновав земную атмосферу, он устремляется в космос к далеким звездным мирам. Давление света, сконцентрированного на малой площадке, достигает миллиона атмосфер. Лучом можно проколоть или разрезать металлический лист из самого твердого и тугоплавкого металла.
Лазеры на иттрий-алюминиевом гранате
Общая характеристика уровней легирования и схема энергетических уровней кристалла Nd: YAG. Сущность эффекта Штарка. Особенности работы непрерывного Nd: YAG-лазера. Методика расчета средней выходной мощности лазера, работающего в режиме одной моды ТЕМ00.
Лазеры
Принцип работы и назначение лазерных устройств, история и основные этапы их разработок, значение в данном процессе академиков Н.Г. Басова и А.М. Прохорова. Первое экспериментальное подтверждение возможности усиления света и развитие данных идей.
Лазеры на гетеропереходах полупроводниковые лазеры
1. Введение. Полупроводниковые лазеры отличаются от газовых и твердотельных тем, что излучающие переходы происходят в полупроводниковом материале не между дискретными энергетическими состояниями электрона, а между парой широких энергетических зон. Поэтому переход электрона из зоны проводимости в валентную зону с последующей рекомбинацией приводит к излучению, лежащему в относительно широком спектральном интервале и составляющему несколько десятков нанометров, что намного шире полосы излучения газовых или твердотельных лазеров.
Промышленное применение лазеров
В настоящее время области применения лазеров расширяются с каждым днем. После первого промышленного использования лазеров для получения отверстий в рубинах для часов эти устройства успешно применяются в самых различных областях .
Лазерные телевизоры
Содержание Введение Определение лазера : Классификация лазеров по безопасности Лазерные группы: Твердые лазеры на люминесцентных средах Газовые лазеры
Лазер
Глава четвертая ПРИМЕНЕНИЕ ОВ Прежде всего следует отметить, что исследования взаимодействия лазерного излучения с веществом представляют исключительно большой
Самые важные изобретения XX века. Открытие лазера
Достижения науки и техники XX века. Предсказание Эйнштейном в 1916 г. существования вынужденного излучения - физического базиса действия любого лазера. Широкое применение лазера во всех отраслях науки и техники. Развитие лазерной техники в России.
Лазеры на нейтральных атомах
Одним из самых замечательных достижений физики второй половины двадцатого века было открытие физических явлений, послуживших основой для создания удивительного прибора оптического квантового генератора, или лазера
по дисциплине: Физика на тему: «лазеры»
С помощью лазерного излучения уже удалось достичь самых высоких значений температуры, давления, индукции магнитного поля. Наконец, лазерный луч является самым емким носителем информации и в этой роли — принципиально новым средством ее передачи и обработки
Физические основы работы лазера. Механизм возбуждения
Процесс лазерного излучения. Исследования в области лазеров в диапазоне рентгеновских волн. Медицинское применение CO2–лазеров и лазеров на ионах аргона и криптона. Генерация лазерного излучения. Коэффициент полезного действия лазеров различных типов.
Лазеры в стоматологии
Понятие и назначение лазера, принцип действия и структура лазерного луча, характер его взаимодействия с тканью. Особенности практического использования лазера в стоматологии, оценка основных преимуществ и недостатков данного метода лечения зубов.
Аргоновый лазер
Основные характеристики и применение аргонового лазера. Вынужденное испускание фотонов возбужденными атомами. Процесс поглощения фотонов. Активная среда ионных лазеров. Уровни энергии для лазера на ионах аргона. Характерные значения выходной мощности.
Квантовые компьютеры на ионах в многозонных ловушках
Возможность осуществлений базовых требований для квантового компьютера и квантовых вычислений (одно- и многокубитовые элементы, большие времена декогеренции и т.д.) были продемонстрированы в ходе многочисленных отдельных экспериментов.
Затмение 2
Солнечное затмение — астрономическое явление, которое заключается в том, что Луна закрывает (затмевает) полностью или частично Солнце от наблюдателя на Земле. Солнечное затмение возможно только в новолуния, когда сторона Луны, обращенная к Земле, не освещена, и сама Луна не видна. Затмения возможны только если новолуние происходит вблизи одного из двух лунных узлов (точки пересечения видимых орбит Луны и Солнца), не далее чем примерно в 12 градусах от одного из них.
Лазерное излучение
Физическая сущность лазерного излучения. Воздействие лазерного излучения на организм. Нормирование лазерного излучения. Лазерное излучение-прямое, рассеянное, зеркальное или диффузно отраженное. Методы защиты от лазерного излучения. Санитарные нормы.
Лазерное излучение
Классификация лазеров. Влияние излучения лазера на орган зрения. Нормативные документы, регламентирующие использование лазеров.
Обеспечение лазерной безопасности
Под лазерной безопасностью понимается совокупность технических, санитарно-гигиенических и организационных мероприятий, обеспечивающих безопасные условия труда персонала при использовании лазерных установок.