• Учитель физики высшей категории
• Сарандаева Валентина Николаевна

Ла́зер (англ. laser , акроним от англ. light amplification by stimulated emission of radiation - усиление света посредством вынужденного излучения)

• Лазер (лаборатория NASA).

• Лазер (красный, зеленый, синий).

Физической основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения. Волоконный лазер - лазер, резонатор которого построен на базе оптического волокна, внутри которого полностью или частично генерируется излучение. Другие виды лазеров, развитие принципов которых на данный момент является приоритетной задачей исследований (рентгеновские лазеры, гамма-лазеры и др.).

• Военно-морской лазер, прожигающий 600-метровый слой стали.

• Боевой рентгеновский лазер на орбите.

Использование лазеров

• Лазерное сопровождение музыкальных представлений (лазерное шоу)

• считыватели штрих-кодов

• лазерные указки

В промышленности лазеры используются для резки, сварки и пайки деталей из различных материалов.

• Высокая температура излучения позволяет сваривать материалы, которые невозможно сварить обычными способами (к примеру, керамику и металл).

Резка металлов Лазеры используются для получения поверхностных покрытий материалов (лазерное легирование, лазерная наплавка, вакуумно-лазерное напыление) с целью повышения их износостойкости. Широкое применение получила также лазерная маркировка промышленных образцов и гравировка изделий из различных материалов

• Лазерная промышленная маркировка: идентификация промышленной продукции

• Гравировка на ювелирных изделиях

Полупроводниковый лазер, применяемый в узле генерации изображения принтера Hewlett-Packard Лазеры применяются в голографии для создания самих голограмм и получения голографического объёмного изображения. С использованием лазера удалось измерить расстояние до Луны с точностью до нескольких сантиметров.

• Оптико – лазерный телескоп

Лазерная локация космических объектов уточнила значения ряда фундаментальных астрономических постоянных и способствовала уточнению параметров космической навигации, расширила представления о строении атмосферы и поверхности планет Солнечной системы Сверхкороткие импульсы лазерного излучения используются в лазерной химии для запуска и анализа химических реакций. Здесь лазерное излучение позволяет обеспечить точную локализацию, дозированность, абсолютную стерильность и высокую скорость ввода энергии в систему

• Лазерная химия - раздел физической химии, изучающий химические процессы, которые возникают под действием лазерного излучения и в которых специфические свойства лазерного излучения

Лазеры используются и в военных целях, например, в качестве средств наведения и прицеливания.

• Рассматриваются варианты создания на основе мощных лазеров боевых систем защиты воздушного, морского и наземного базирования

• Револьвер , оснащённый лазерным целеуказателем

• Противоракетный твердотельный лазер

В медицине лазеры применяются как бескровные скальпели, используются при лечении офтальмологических заболеваний (катаракта, отслоение сетчатки, лазерная коррекция зрения и др.). Широкое применение получили также в косметологии (лазерная эпиляция, лечение сосудистых и пигментных дефектов кожи, лазерный пилинг, удаление татуировок и пигментных пятен)

• установка для удаления татуировок

В настоящее время бурно развивается так называемая лазерная связь .

• Известно, что чем выше несущая частота канала связи, тем больше его пропускная способность. Поэтому радиосвязь стремится переходить на всё более короткие длины волн. Длина световой волны в среднем на шесть порядков меньше длины волны радиодиапазона, поэтому посредством лазерного излучения возможна передача гораздо большего объёма информации. Лазерная связь осуществляется как по открытым, так и по закрытым световодным структурам, например, по оптическому волокну. Свет за счёт явления полного внутреннего отражения может распространяться по нему на большие расстояния, практически не ослабевая

• Восьмилучевой лазерный приемопередатчик для атмосферной оптической связи. Скорость передачи - до 1 Gbit/с на расстоянии около 2 км. Диск в центре - приемник, малые диски - передатчики, сверху - окно оптического монокуляра для выставления двух блоков по общему лучу зрения.

Для изучения взаимодействия лазерного излучения с веществом и получения управляемого термоядерного синтеза строят большие лазерные комплексы, мощность которых может превосходить 1 ПВт.

• Вот так выглядят сами лазеры.

1 из 10

Презентация на тему: Лазер

№ слайда 1

Описание слайда:

№ слайда 2

Описание слайда:

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.

№ слайда 3

Описание слайда:

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.

№ слайда 4

Описание слайда:

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.

№ слайда 5

Описание слайда:

№ слайда 6

Описание слайда:

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.

№ слайда 7

Описание слайда:

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».

№ слайда 8

Описание слайда:

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.

Описание слайда:

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.

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.

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.

Применение лазера
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 для
резки, 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 записи
информации. 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 в
хирургии, 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 его
энергии 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.

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.

Применение лазера Уникальные свойства лазерного излучения сделали квантовые генераторы незаменимым инструментом в самых разных областях науки и техники. Например: 1.Технические лазеры 2.Лазерная связь 3.Лазеры в медицине 4.Лазеры в научных исследованиях 5.Военные лазеры

Технические лазеры Мощные лазеры непрерывного действия применяются для резки, 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 записи информации. 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 в хирургии, 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 его энергии 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.

Военные лазеры Военное применение лазеров включает как их использование для обнаружения целей и связи, так и применение в качестве оружия. Лучами мощных химических и эксимерных лазеров наземного или орбитального базирования планируется разрушать или выводить из строя боевые спутники и самолеты противника. Созданы образцы лазерных пистолетов для вооружения экипажей орбитальных станций военного назначения.