• Вчитель фізики вищої категорії
• Сарандаєва Валентина Миколаївна

Лазер (англ. laserакронім від англ. light amplification by stimulated emission of radiation- посилення світла за допомогою вимушеного випромінювання)

• Лазер (лабораторія NASA)

• Лазер (червоний, зелений, синій).

Фізичною основою роботи лазера є квантовомеханічне явище вимушеного (індукованого) випромінювання.Волоконний лазер - лазер, резонатор якого побудований з урахуванням оптичного волокна, всередині якого повністю чи частково генерується випромінювання. Інші види лазерів, розвиток принципів яких на даний момент є пріоритетним завданням досліджень (рентгенівські лазери, гамма-лазери та ін.).

• Військово-морський лазер, що пропалює 600-метровий шар сталі.

• Бойовий рентгенівський лазер на орбіті.

Використання лазерів

• Лазерний супровід музичних вистав (лазерне шоу)

• зчитувачі штрих-кодів

• лазерні указки

У промисловості лазери використовуються для різання, зварювання та паяння деталей з різних матеріалів.

• Висока температура випромінювання дозволяє зварювати матеріали, які неможливо зварити звичайними способами (наприклад, кераміку та метал).

Різання металів Лазери використовуються для отримання поверхневих покриттів матеріалів (лазерне легування, лазерне наплавлення, вакуумно-лазерне напилення) з метою підвищення їх зносостійкості. Широке застосування отримало також лазерне маркування промислових зразків та гравірування виробів з різних матеріалів.

• Лазерне промислове маркування: ідентифікація промислової продукції

• Гравіювання на ювелірних виробах

Напівпровідниковий лазер, який використовується у вузлі генерації зображення принтера Hewlett-Packard Лазери застосовуються в голографії для створення самих голограм та отримання об'ємного голографічного зображення. З використанням лазера вдалося виміряти відстань до Місяця з точністю до кількох сантиметрів.

• Оптико – лазерний телескоп

Лазерна локація космічних об'єктів уточнила значення ряду фундаментальних астрономічних постійних і сприяла уточненню параметрів космічної навігації, розширила уявлення про будову атмосфери та поверхні планет Сонячної системи. Надкороткі імпульси лазерного випромінювання використовуються в лазерній хімії для запуску та аналізу. Тут лазерне випромінювання дозволяє забезпечити точну локалізацію, дозованість, абсолютну стерильність та високу швидкість введення енергії в систему.

• Лазерна хімія - розділ фізичної хімії, що вивчає хімічні процеси, що виникають під дією лазерного випромінювання та в яких специфічні властивості лазерного випромінювання

Лазери використовуються і у військових цілях, наприклад, як засоби наведення та прицілювання.

• Розглядаються варіанти створення на основі потужних лазерів бойових систем захисту повітряного, морського та наземного базування

• Револьвер, оснащений лазерним цілепокажчиком

• Протиракетний твердотільний лазер

У медицині лазери застосовуються як безкровні скальпелі, що використовуються при лікуванні офтальмологічних захворювань (катаракта, відшарування сітківки, лазерна корекція зору та ін.). Широке застосування отримали також у косметології (лазерна епіляція, лікування судинних та пігментних дефектів шкіри, лазерний пілінг, видалення татуювань та пігментних плям)

• установка для видалення татуювань

В даний час бурхливо розвивається так звана лазерний зв'язок.

• Відомо, що чим вище несуча частота каналу зв'язку, тим більша його пропускна здатність. Тому радіозв'язок прагне переходити на дедалі короткі довжини хвиль. Довжина світлової хвилі в середньому на шість порядків менша за довжину хвилі радіодіапазону, тому за допомогою лазерного випромінювання можлива передача набагато більшого обсягу інформації. Лазерний зв'язок здійснюється як по відкритим, так і закритим світловодним структурам, наприклад, по оптичному волокну. Світло рахунок явища повного внутрішнього відображення може поширюватися у ньому великі відстані, мало слабшаючи

• Восьмипроменевий лазерний приймач для атмосферного оптичного зв'язку. Швидкість передачі – до 1 Gbit/с на відстані близько 2 км. Диск у центрі – приймач, малі диски – передавачі, зверху – вікно оптичного монокуляра для виставлення двох блоків за загальним променем зору.

Для вивчення взаємодії лазерного випромінювання з речовиною та отримання керованого термоядерного синтезу будують великі лазерні комплекси, потужність яких може перевищувати 1 ПВт.

• Отак виглядають самі лазери.

1 із 10

Презентація на тему:Лазер

№ слайду 1

Опис слайду:

№ слайду 2

Опис слайду:

Історія створення лазера Історія винаходу лазера почалася з припущення. А саме: в 1916 Альберт Енштейн створив теорію взаємодії випромінювання з речовиною, з якої випливала принципова можливість створення квантових підсилювачів і генераторів електромагнітних хвиль, та і Олексій Толстой, у своєму знаменитому романі "Гіперболоїд інженера Гаріна", писав приблизно про це ж. Однак перша спроба експериментально виявити індуковане випромінювання була тільки в 1928 році, коли Ланденбург, вивчаючи негативну дисперсію світла, сформулював умови виявлення індукованого випромінювання як переважання його над поглинанням (умова інверсії), відзначивши, що для цього необхідне спеціальне виборче випромінювання. До 50-х років були лише передумови створення лазера, поки в 1955 році вчені Микола Басов та Олександр Прохоров не розробили квантовий генератор – підсилювач мікрохвиль за допомогою індукованого випромінювання, активним середовищем якого є аміак.

№ слайду 3

Опис слайду:

Історія створення лазера Винахід лазера, що використовує аміак, дозволило американським ученим Ч. Таунсу та А. Шавлову через два роки розпочати розробку принципів лазера. Працюючи паралельно в тому ж напрямку, Олександр Прохоров у 1958-му використовував для створення лазера резонатор Фабрі-Перо, що є двома паралельними дзеркалами, одне з яких напівпрозоре. У травні 1960 р. співробітник дослідницького центру фірми Hughes, американський фізик Теодор Мейман, ґрунтуючись на роботах Н. Басова, А. Прохорова та Ч. Таунса, сконструював перший лазер на рубіні з довжиною хвилі 0,69 мкм. Через півроку в лабораторіях корпорації IBM запрацював інфрачервоний лазер на фториді кальцію з добавкою іонів урану, побудований Пітером Сорокіним та Міреком Стівенсоном. Це був унікальний прилад, який діяв лише за температури рідкого водню і практичного значення не набув. Нарешті, у грудні того ж року дослідники з Bell Laboratories Алі Джаван, Вільям Беннетт та Дональд Харріот продемонстрували перший у світі газовий лазер на суміші гелію та неону, який повсюдно застосовується й у наші дні. Після цього фізики та інженери всього світу включилися в гонку зі створення різноманітних лазерів, яка йде й донині.

№ слайда 4

Опис слайду:

Що таке лазер? Лазер (англ. laser, скор. від Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - "Посилення світла за допомогою вимушеного випромінювання") - пристрій, що використовує квантовомеханічний ефект вимушеного (стимульованого) випромінювання для створення когерентного потоку світла. Промінь лазера може бути безперервним, з постійною амплітудою, або імпульсним, що досягає екстремально великих пікових потужностей. У багатьох конструкціях робочий елемент лазера використовується як оптичний підсилювач для випромінювання від іншого джерела. Посилений сигнал дуже точно збігається з вихідним по довжині хвилі, фазі та поляризації, що дуже важливо в пристроях оптичного зв'язку.

№ слайду 5

Опис слайду:

№ слайду 6

Опис слайду:

Перші лазери Перший працюючий лазер було зроблено Т. Майманом в 1960 р. в дослідницькій лабораторії компанії Хьюза, яка знаходилася в Малібу, штат Каліфорнія із залученням груп Таунсу з Колумбійського Університету та Шалоу з компанії Bell laboratories. Майман використовував рубіновий стрижень з імпульсним накачуванням, який давав червоне випромінювання з довжиною хвилі 694 нанометри. Приблизно водночас іранський фізик Алі Яван представив газовий лазер. Пізніше свою роботу він отримав премію імені А. Ейнштейна. Основна ідея роботи лазера полягає в інверсії електронного населення шляхом «накачування» робочого тіла енергією, що підводиться до нього, наприклад, у вигляді світлових або електричних імпульсів. Робоче тіло міститься в оптичний резонатор, при циркуляції хвилі у якому її енергія експоненційно зростає завдяки механізму вимушеного випромінювання. При цьому енергія накачування повинна перевищувати певний поріг, інакше втрати в резонаторі перевищуватимуть посилення і вихідна потужність буде вкрай малою.

№ слайду 7

Опис слайду:

Принцип роботи Гелій-неоновий лазер. Промінь, що світиться, в центрі - це не власне лазерний промінь, а електричний розряд, що породжує світіння, подібно до того, як це відбувається в неонових лампах. Промінь проектується на екран праворуч у вигляді червоної точки, що світиться. Інверсія електронної населення також лежить в основі роботи лазерів, які принципово схожі на лазери, але працюють в мікрохвильовому діапазоні. Перші мазери були виготовлені в 1953-1954 роках. Н. Г. Басовим та А.М. Прохоровим, і навіть незалежно від нього американцем Ч. Таунсом та її співробітниками. На відміну від квантових генераторів Басова та Прохорова, які знайшли вихід у використанні більш ніж двох енергетичних рівнів, мазер Таунса не міг працювати у постійному режимі. У 1964 р. Басов, Прохоров і Таунс отримали Нобелівську премію з фізики «За основну роботу у галузі квантової електроніки, дозволила створити генератори і підсилювачі, засновані на принципі мазера і лазера».

№ слайду 8

Опис слайду:

Властивості лазерного випромінювання Випромінювання лазера може бути настільки потужним, що можна різати сталь та інші метали. Незважаючи на те, що лазерний промінь можна сфокусувати в дуже маленьку точку, вона завжди матиме кінцевий ненульовий розмір внаслідок дифракції. З іншого боку, розмір сфокусованого лазерного променя завжди буде значно менше променя, створеного будь-яким іншим способом. Наприклад, промінь невеликого лабораторного гелій-неонового лазера розійдеться приблизно на 1,5 кілометра на відстані від Землі до Місяця. Звичайно, деякі лазери, особливо напівпровідникові, завдяки малим розмірам, створюють промінь, що сильно розходиться. Однак цю проблему можна вирішити застосуванням лінз. Вплив дифракції можна обійти, застосовуючи хвилеводи, у разі оптоволоконні лінії.

Опис слайду:

Застосування лазера в медицині В галузі медицини можливості лазерів стали розвиватися швидше після 1964 р., коли був винайдений лазер на діоксиді вуглецю, який невдовзі дав хірургам можливість виконувати дуже складні операції, використовуючи фотони замість скальпеля, для проведення операцій. Лазерне світло може проникати всередину тіла, виконуючи операції, які кілька років тому було майже неможливо виконати, за мінімального ризику або дискомфорту для пацієнта. У галузі стоматології, на додачу до хірургії рота, Голдман та інші в 1964 р. припустили можливість застосування рубінового лазера для лікування карієсу, що привернула увагу всього світу. У 1967 р. Гордон спробував видалити карієс і підготувати порожнину за допомогою рубінового лазера, але не зміг уникнути пошкодження пульпи зуба, незважаючи на добрі результати, отримані на зубах. З сьогоднішніми лазерами практично немає небажаного нагрівання, немає шуму та вібрації. Залишаючи стоматологічне крісло, більшість пацієнтів не відчували болю, їм не треба було чекати, поки пройдуть дію анестетика та оніміння, і не відчували майже ніякого післяопераційного дискомфорту.

Учня Абалуєва Єгора 11 «б»

Оптичні квантові генератори, випромінювання яких лежить у видимій та інфрачервоній ділянці спектра, називаються лазерами.

Лазер – це пристрій, у якому енергія, наприклад теплова, хімічна, електрична, перетворюється на енергію електромагнітного поля – лазерний промінь

У збудженому стані атом знаходиться близько 10 -8 с, після чого мимоволі (спонтанно) перетворюється на основний стан, випромінюючи при цьому квант світла.

Спонтанне випромінювання відбувається за відсутності зовнішнього на атом і пояснюється нестійкістю його збудженого стану.

Якщо ж атом піддається зовнішньому впливу, то час його життя у збудженому стані скорочується, а випромінювання вже буде вимушеним чи індукованим. Поняття про вимушене випромінювання було запроваджено 1916 р. А. Ейнштейном.

Під індукованим випромінюванням розуміється випромінювання збуджених атомів під впливом падаючого світла Індуковане випромінювання.

1940 В. А. Фабрикант (можливість використання явища вимушеного випромінювання) 1954 М. Г. Басов, А. М. Прохоров і Ч. Таунс (створення мікрохвильового генератора) 1963 М. Г. Басов, А. М .Прохоров і Ч. Таунс були удостоєні Нобелівської премії Історія винаходу лазера.

Спрямованість Монохроматичність Когерентність Інтенсивність Властивості лазерного випромінювання.

p align="justify"> При роботі лазера часто використовується система трьох енергетичних рівнів атома, друге з яких - метастабільний з часом життя атома в ньому до 10 -3 с.

Трирівнева схема оптичного накачування Вказані «часи життя» рівнів E2 та E3. Рівень E2 – метастабільний. Перехід між рівнями E3 та E2 безвипромінний. Лазерний перехід здійснюється між рівнями E2 та E1.

Лазер зазвичай складається з трьох основних елементів: * Джерело енергії (механізм "накачування") * Робоче тіло; * Система дзеркал («оптичний резонатор»).

Основна деталь рубінового лазера – рубіновий стрижень. Рубін складається з атомів Al і O з домішкою атомів Cr. Саме атоми хрому надають рубіну кольору і мають метастабільний стан.

Лазери здатні створювати пучки світла з дуже малим кутом розбіжності. Всі фотони лазерного випромінювання мають однакову частоту (монохроматичність) і один і той же напрямок (узгодженість). Лазери є потужними джерелами світла (до 109 Вт, тобто більше потужності великої електростанції).

Обробка матеріалів (різання, зварювання, свердління); У хірургії замість скальпеля; в офтальмології; Голографія; Зв'язок за допомогою волоконної оптики; Лазерна локація; Використання лазерного променя як носій інформації.

ЛАЗЕР (оптичний квантовий генератор) – пристрій,
генеруюче
когерентні
і
монохроматичні
електромагнітні хвилі видимого діапазону за рахунок
вимушеного випромінювання або розсіювання світла атомами
(іонами, молекулами) активного середовища.
Слово «лазер» – абревіатура слів англійської фрази «Light
Amplification by Stimulated Emission of Radiation» – посилення
світла вимушеним випромінюванням. Розглянемо ці поняття
докладніше.

Застосування лазера
Унікальні властивості лазерного випромінювання зробили квантові генератори
незамінним інструментом у різних галузях науки і техніки.
Наприклад:
1.
2.
3.
4.
5.
Технічні лазери
Лазерний зв'язок
Лазери в медицині
Лазери у наукових дослідженнях
Військові лазери

Технічні лазери

Потужні лазери безперервної дії застосовуються для
різання, зварювання та паяння деталей з різних матеріалів.
Висока температура випромінювання дозволяє зварювати
матеріали, які іншими методами з'єднати не можна
(Наприклад, метал з керамікою). Висока монохроматичність
випромінювання дозволяє сфокусувати промінь у точку діаметром
порядку мікрона.

Технічні лазери

Ідеально прямий лазерний промінь є зручною «лінійкою».
У геодезії та будівництві імпульсні лазери застосовують
для вимірювання відстаней на місцевості, розраховуючи їх по
часу руху світлового імпульсу між двома точками
Точні вимірювання в промисловості виробляють при
допомоги інтерференції лазерних променів, відбитих від
кінцевих поверхонь виробу.

Лазерний зв'язок

Поява лазерів зробила переворот у техніці зв'язку та запису
інформації. Існує проста закономірність: чим вище несуча
частота (менша довжина хвилі) каналу зв'язку, тим більше його
пропускну здатність. Саме тому радіозв'язок спочатку
що освоїла діапазон довгих хвиль, поступово переходила на все
Коротші довжини хвиль. По лазерному променю можна передати в
десятки тисяч разів більше інформації, ніж по високочастотному
радіоканалу. Лазерний зв'язок здійснюється за оптичним волокном
- тонким скляним ниткам, світло в яких за рахунок повного
внутрішнього відображення поширюється практично без втрат на
багато сотень кілометрів. Лазерним променем записують та
відтворюють зображення (у тому числі рухоме) і звук на
компакт-диски.

Лазери в медицині

Лазерна техніка широко застосовується і в
хірургії, та в терапії. Лазерним променем,
введеним
через
очний
зіниця,
«приварюють» сітківку, що відшарувалася, і
виправляють дефекти очного
дна.
Хірургічні операції, які проводяться
«лазерним
скальпелем»
менше
травмують живі тканини. А лазерне
випромінювання малої потужності прискорює
загоєння ран і впливає,
аналогічне
акупунктурі,
практикованому східною медициною
(Лазерна акупунктура).

Наукові дослідження

Надзвичайно висока температура випромінювання та висока щільність його
енергії дає можливість досліджувати речовину в екстремальному
стані, що існує тільки в надрах гарячих зірок. Робляться
спроби здійснити термоядерну реакцію, стискаючи ампулу із сумішшю
дейтерію з тритієм системою лазерних променів (т.зв. інерційний)
термоядерний синтез). У генній інженерії та нанотехнології
(технології, що має справу з об'єктами з характерними розмірами 10–9
м) лазерними променями розрізають, пересувають та з'єднують фрагменти
генів, біологічних молекул та деталі розміром близько мільйонної
частки міліметра (10-9 м). Лазерні локатори (лідери) застосовуються для
дослідження атмосфери.

ЛАЗЕР (оптичний квантовий генератор) – пристрій, що генерує когерентні та монохроматичні електромагнітні хвилі видимого діапазону за рахунок вимушеного випромінювання або розсіювання світла атомами (іонами, молекулами) активного середовища. Слово "лазер" - абревіатура слів англійської фрази "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" - посилення світла вимушеним випромінюванням. Розглянемо ці поняття докладніше.

Застосування лазера Унікальні властивості лазерного випромінювання зробили квантові генератори незамінним інструментом у різних галузях науки і техніки. Наприклад: 1.Технічні лазери 2.Лазерний зв'язок 3.Лазери в медицині 4.Лазери в наукових дослідженнях 5.Військові лазери

Технічні лазери Потужні лазери безперервної дії застосовуються для різання, зварювання та паяння деталей із різних матеріалів. Висока температура випромінювання дозволяє зварювати матеріали, які не можна з'єднати іншими методами (наприклад, метал з керамікою). Висока монохроматичність випромінювання дозволяє сфокусувати промінь у точку діаметром порядку мікрона.

Технічні лазери Ідеально прямий лазерний промінь є зручною «лінійкою». У геодезії та будівництві імпульсні лазери застосовують для вимірювання відстаней на місцевості, розраховуючи їх за часом руху світлового імпульсу між двома точками. Точні вимірювання промисловості виробляють з допомогою інтерференції лазерних променів, відбитих від кінцевих поверхонь вироби.

Лазерний зв'язок Поява лазерів зробила переворот у техніці зв'язку та запису інформації. Існує проста закономірність: що вище несуча частота (менше довжина хвилі) каналу зв'язку, то більше вписувалося його пропускна спроможність. Саме тому радіозв'язок, що спочатку освоїв діапазон довгих хвиль, поступово переходив на все більш короткі довжини хвиль. По лазерному променю можна передати в десятки тисяч разів більше інформації, ніж високочастотному радіоканалу. Лазерний зв'язок здійснюється по оптичному волокну - тонким скляним ниткам, світло в яких за рахунок повного внутрішнього відображення поширюється практично без втрат на багато сотень кілометрів. Лазерним променем записують та відтворюють зображення (у тому числі рухоме) та звук на компакт-дисках.

Лазери в медицині Лазерна техніка широко застосовується і в хірургії, і в терапії. Лазерним променем, введеним через очну зіницю, «приварюють» сітківку, що відшарувалася, і виправляють дефекти очного дна. Хірургічні операції, що проводяться «лазерним скальпелем», менше травмують живі тканини. А лазерне випромінювання малої потужності прискорює загоєння ран і впливає, аналогічне акупунктурі, що практикується східною медициною (лазерна акупунктура).

Наукові дослідження Надзвичайно висока температура випромінювання та висока щільність його енергії дає можливість досліджувати речовину в екстремальному стані, що існує лише у надрах гарячих зірок. Робляться спроби здійснити термоядерну реакцію, стискаючи ампулу із сумішшю дейтерію з тритієм системою лазерних променів (т.зв. інерційний термоядерний синтез). У генній інженерії та нанотехнології (технології, що має справу з об'єктами з характерними розмірами 10 –9 м) лазерними променями розрізають, пересувають та з'єднують фрагменти генів, біологічних молекул та деталі розміром близько мільйонної частки міліметра (10 –9 м). Лазерні локатори (лідери) застосовуються на дослідження атмосфери.

Військові лазери Військове застосування лазерів включає як використання для виявлення цілей і зв'язку, і застосування як зброї. Променями потужних хімічних та ексимерних лазерів наземного чи орбітального базування планується руйнувати чи виводити з ладу бойові супутники та літаки супротивника. Створено зразки лазерних пістолетів для озброєння екіпажів орбітальних станцій військового призначення.