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.

Слайд 2

Слово ЛАЗЕР - это акроним, который расшифровывается, как Усиление Света путем Вынужденной Эмиссии Излучения ((L) light (A) amplification (S) stimulatedbythe (E) emissionof (R) radiation) и описывает способ генерации света. Все лазеры являются оптическими усилителями, которые работают путем накачивания (возбуждения) активной среды, помещенной между двумя зеркалами, одно из которых пропускает часть излучения. Активная среда - это совокупность специально подобранных атомов, молекул или ионов, которые могут быть в газообразном, жидком или твердом состоянии и которые при возбуждении путем нагнетающего действия будут генерировать лазерное излучение, т.е. испускать излучение в виде световых волн (называемых фотонами). Накачка жидкости и твердых тел достигается путем облучения их светом импульсной лампы, а газы накачиваются при помощи электрического разряда. Что такое лазер?

Слайд 3

Свойства лазерного света Световой луч коллимированный, что означает, что он перемещается в одном направлении с очень маленьким расхождением даже на очень большие расстояния Лазерный свет - монохромный, состоящий из одного цвета или узкого диапазона цветов. У обычного света очень широкий диапазон длин волн или цветов Лазерный свет - когерентный, что означает, что все световые волны перемещаются в фазе вместе как во времени, так и в пространстве Лазер - это устройство, которое создает и усиливает узкий, интенсивный луч когерентного света

Слайд 4

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 лазеров

Слайд 5

После изобретения Майманом в 1960 году рубинового лазера, было предложено множество его потенциальных применений. В области медицины возможности лазеров стали развиваться быстрее после 1964 года, 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. Более короткие (зеленые) лазеры используются для "сварки" отслоившейся сетчатки, и используются для растяжения молекул белка для измерения их силы и т.д. Применение лазеров в медицине

Слайд 6

В 1964 году была предположена возможность применения рубинового лазера для лечения кариеса, что привлекло внимание всего мира. В 1967 году при попытке удалить кариес и подготовить полость при помощи рубинового лазера, но не смог избежать повреждения пульпы зуба, несмотря на хорошие результаты, полученные на извлеченных зубах. Позднее, подобные базовые исследования с лазером CO2 также столкнулись с этой проблемой. Чтобы минимизировать накопление тепла, вместо непрерывного излучения использовались импульсные лазеры. Дальнейшие исследования продемонстрировали, что лазер может давать небольшой местный анестезирующий эффект. Дальнейшие разработки привели к созданию лазера, который просверливает эмаль и дентин полностью. При этом лазер сохраняет больше здоровой ткани зуба. 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. Лазеры точны и практически безболезненны и могут изменить Ваше мнение о посещении стоматолога. Они могут изменить все. Применение лазеров в стоматологии

Слайд 7

Лазеры - это значительный прорыв в стоматологии, как для десен и других мягких тканей, так и для самих зубов. В наши дни значительное количество лазерных технологий и методов лечения получили широкое применение. Сегодня лазеры используются в следующих областях стоматологии: Профилактика Пародонтология Эстетическая стоматология Эндодонтия Хирургия Имплантодонтия Протезирование Применение лазеров в стоматологии

Слайд 8

В настоящее время лазеры широко используются в деревообрабатывающей промышленности, причем за последние годы область их распространения значительно расширилась. Применение лазеров облегчает позиционирование заготовок (видеоролик), совмещение наружных рисунков двух заготовок, минимизацию образующихся отходов, монтаж сложных конструкционных элементов зданий и сооружений. Лазеры, применяемые в деревообработке, могут воспроизводить линию, пересечение линий (обозначать центр) или 2-х или 3-х мерное изображение (проекторы). Лазерные системы в деревообработке

Слайд 9

в качестве логических элементов для ввода и считывания из запоминающих устройств в вычислительных машинах лазерный принтер оптическая передача информации Лазеры в вычислительной технике

Слайд 10

Лазер также можно использовать для бесконтактных измерений геометрических размеров (зазор, длина, ширина, толщина, высота, глубина, диаметр). С помощью лазера также можно получать комплексные измерения: отклонение от вертикальности; величину плоскостности поверхности; точность профилей; Существует возможность получать производные величины, такие, как прогиб и выпуклость. Лазерные измерительные системы позволяют в автоматическом режиме контролировать параметры продукции и немедленно изменять параметры производственной линии, если происходит, какое либо отклонение. Продукт в этой области эксклюзивен, поскольку обладает следующими свойствами: Высокоточен Позволяет контролировать качество и характеристики геометрически сложных деталей Не повреждает и не разрушает поверхность продукт Работает в любых условиях на любых поверхностях Легко интегрируется в уже действующую производственную линию Лазеры в измерениях

Слайд 11

Классификация лазеров Лазеры класса IНе представляют опасности при непрерывном наблюдении или разработаны так, чтобы предотвратить попадание человека под лазерное излучение (например, лазерные принтеры) Видимые лазеры класса 2 (от 400 до 700 нм)Лазеры, излучающие видимый свет, который из-за естественной человеческой отрицательной реакции обычно не представляют опасности, но могут представлять, если смотреть прямо на лазерный свет в течение продолжительного времени. Класс 3aЛазеры, которые обычно не причиняют вред при кратковременном попадании в глаза, но могут представлять опасность при наблюдении с использованием собирающей оптики (волоконно-оптическая лупа или телескоп) Класс 3bЛазеры, которые представляют опасность для глаз и кожи при прямом попадании лазерного света. Лазеры класса 3b не генерируют опасное диффузное отражение, за исключением попадания с близкого расстояния Лазеры класса 4Лазеры, которые представляют опасность для глаз в результате прямого, зеркального и диффузионного отражений. Кроме того, такие лазеры могут быть пожароопасными и вызывать ожоги на коже.

Слайд 12

ЗАЩИТА ГЛАЗ - Все, кто находится в операционной, должны надевать специальные защитные очки. Свет, выходящий из лазера, может серьезно повредить роговицу и сетчатку незащищенных глаз. Очки должны иметь боковую защиту и надеваться поверх обычных очков. Лазерные защитные очки должны быть доступны и надеваться всем персоналом, находящимся внутри Номинальной опасной зоны лазеров класса 3 b и класса 4, где может произойти облучение свыше Максимально разрешенного. Коэффициент поглощения оптической плотности лазерных защитных очков для каждой длины волны лазера определяется LaserSafetyOfficer (LSO). На всех лазерных защитных очках четко отмечается оптическая плотность и длина волны, для защиты от которых предназначены очки. Лазерные защитные очки перед использованием должны проверяться на повреждения. ОТРАЖЕНИЕ - Лазерный свет легко отражается и нужно внимательно следить за тем, чтобы луч не направлялся на полированные поверхности. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ОПАСНОСТЬ - Внутренние части лазера находятся под высоким напряжением и излучают невидимым лазерные лучи без всякой экранировки. Только специалисты, обученные электрической и лазерной безопасности, авторизированны проводить внутреннее обслуживание. Меры безопасности

Слайд 13

– вид оружия направленной энергии, основанный на использовании электромагнитного излучения высокоэнергетических лазеров. Поражающий эффект ЛО определяется в основном термомеханическим и ударно – импульсным воздействием лазерного луча на цель. В зависимости от плотности потока лазерного излучения эти воздействия могут привести к временному ослеплению человека или к разрушению корпуса ракеты, самолета и др. В последнем случае в результате теплового воздействия лазерного луча происходит расплавление или испарение оболочки поражаемого объекта. При достаточно большой плотности энергии в импульсном режиме наряду с тепловым осуществляется ударное воздействие, обусловленное возникновением плазмы. В настоящее время в США продолжаются работы по созданию авиационного комплекса лазерного оружия. Вначале предполагается отработать демонстрационный образец для транспортного самолета Боинг‑747 и после завершения предварительных исследований перейти в 2004г. к этапу полномасштабной разработки. По состоянию на середину 90‑х годов наиболее отработанным считалось тактическое лазерное оружие, обеспечивающее поражение оптико‑электронных средств и органов зрения человека. Лазерное оружие

Лазер Выполнил ученик 9А класса МБОУ СОШ № 135 г орода Казани РТ Загидуллин Кирилл Руководитель учитель физики И.Б.Широкова Что такое лазер? Ла ́ зер (усиление света посредством вынужденного излучения) Лазер - источник электромагнитного излучения видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов, основанный на вынужденном излучении атомов и молекул Лазер - источник света. По сравнению с другими источниками света лазер обладает рядом уникальных свойств, связанных с когерентностью и высокой направленностью его излучения Создание лазера Создание Лазера (1960) и несколько ранее мазера(1955) послужило основой развития нового направления в физике и технике, называется квантовой электроникой. В 1964г. Советским физикам Н. Г. Басову, А. М. Прохорову и Американскому физику Ч. Таунсу за работы в области квантовой электроники присуждена Нобелевская премия по физике. Тем временем в лаборатории Николая Геннадьевича Басова разрабатываются мощные лазеры на кристаллах рубина и неодимовом стекле, создается мощный фотодиссоционный йодный лазер наносекундных импульсов. В 1968 году в лаборатории были получены первые нейтроны при лазерном облучении мишеней из дейтерированного лития. Результаты экспериментов послужили мощным стимулом для дальнейшего развития работ по лазерному термоядерному синтезу. советские учёные Николай Геннадьевич Басов Александр Михайлович Прохоров Устройство лазера Устройство лазера На схеме обозначены: 1 - активная среда; 2 - энергия накачки лазера; 3 - непрозрачное зеркало; 4 - полупрозрачное зеркало; 5 - лазерный луч. Все лазеры состоят из трѐх 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 определѐнных функций. Лазер – это устройство, которое вырабатывает лазерное излучение. Лазерное излучение имеет большую мощность, чем обычный свет, потому что все его лучи имеют одинаковую длину волны и движутся вместе. Благодаря этому лазерные лучи можно сфокусировать, превратив с высокой точностью в узкий пучок. (Лучи обычного света состоят из нескольких длин волн, которые, выходя из источника света, распространяются во всех направлениях.) Лазерный луч можно сфокусировать на такой маленькой площади, что он будет способен сделать 200 отверстий на булавочной головке! Виды лазеров Лазеры бывают: Газовые (аргоновые, гелий - неоновые, на монооксиде углерода и углекислом газе, эксимерные). Твердотельные (александритовые, рубиновые, кристаллические с иттербиевым легированием, алюмо - иттриевые, титан - сапфировые, микрочиповые). Полупроводниковые лазерные диоды (в указках, принтерах, CD/DVD). Применение лазеров С помощью лазерных технологий стала возможна сварка, резка, сверление, закалка материалов без появления в них внутреннего напряжения, чего невозможно было достигнуть при механической обработке. Точность такой обработки достигает буквально микрометра, и лазеру без разницы, что именно он обрабатывает – металл или алмаз. В микроэлектронике предпочтительней не пайка соединений, а сварка, и луч лазера отлично справляется со своей задачей. Также существует лазерное охлаждение и намагничивание. Излучатель еще очень успешно применяют в термоядерном синтезе. Сегодня лазер незаменим также и в медицине. Он применяется в хирургии, офтальмологии, гинекологии, онкологии и косметической хирургии. Например, при операциях на глазном яблоке лазер способен приваривать отслоившуюся сетчатку не травмируя сам глаз. Лазер может выжигать как доброкачественные, так и злокачественные опухоли. Также его успешно используют в стоматологии для отбеливания зубов и бескровной имплантации. И очень радует перспектива использования луча для остановки кровотечений у людей с малой свертываемостью крови. Астрономия с помощью лазера также смогла вынести на совершенно иной уровень качество своих исследований. Так, например, с помощью рубиновых лазеров ученые смогли более точно определять расстояние от Земли до других космических тел. Точность картографирования поверхности планет теперь составляет до 1,5 м. А с помощью полупроводниковых лазеров осуществляется связь со спутниками. Незаменим лазер при геодезических измерениях, а также при регистрации сейсмической активности коры Земли. В геофизике с высокой точностью определяют высоту облаков, исследуют такие явления, как турбулентность и инверсионные следы В авиации используют лазерные гироскопы, высотомеры и измерители скорости полета. Немаловажно и то, что лазер помогает точно и правильно посадить самолет, и тем самым обеспечивает безопасность экипажа и пассажиров Все знают о лазерном прицеле, который повышает точность попадания стрелка в цель. Луч повсеместно применяется в вооружении армий самых разных стран мира. С его помощью не только метко стреляют, но и устраивают помехи противнику и системы обнаружения снайперов, а также разрабатывают методы введения врага в заблуждение. Лазеры окружают нас и в повседневной жизни. С их помощью мы прослушиваем компакт - диски, записываем данные, распечатываем информацию на принтерах. Кассиры в супермаркетах лазером считывают штрих - коды с продукции. С его помощью добавляют субтитры на экран, с лазерными указками преподаватели объясняют материал. А молодежь вечером восхищается на дискотеке феерическими лазерными шоу. Интернет - ресурсы http://ru.wikipedia.org/wiki/%D 0 % 9 B%D 0 %B 0 %D 0 %B 7 %D 0 %B 5 %D 1 % 80 #.D 0.9 A.D 0 .BB.D 0 .B 0 .D 1.81 .D 1.81 .D 0 .B 8 .D 1.84 .D 0 .B 8 .D 0 .BA.D 0 .B 0 .D 1.86 .D 0 .B 8 .D 1.8 F_.D 0 .BB.D 0 .B 0 .D 0 .B 7 .D 0 .B 5 .D 1.80 .D 0 .BE.D 0 .B 2 http://www.pochemu - chka.ru/chto - takoe - lazer/ http://www.chemport.ru/laser.shtml http://www.google.ru/imgres?imgurl=http://www.lazershop.ru/images/art/lazery - effecty.jpg&imgrefurl=http://www.lazershop.ru/shop_content.php% 3 FcoID% 3 D 1887 &usg=__dCLy 41 A - _gDy 3 lvebtuovkZ_jq 0 =&h= 300 &w= 400 &sz= 46 &hl=ru&start= 90 &zoom= 1 &tbnid= 0 9 xdEbXZHmIkdM:&tbnh= 93 &tbnw= 124 &ei=PFs_Ua 6 xGvDc 4 QSux 4 HwBg&prev=/ images% 3 Fq% 3 D% 25 D 1 % 2584 % 25 D 0 % 25 BE% 25 D 1 % 2582 % 25 D 0 % 25 BE% 2 B% 2 5 D 0 % 25 BB% 25 D 0 % 25 B 0 % 25 D 0 % 25 B 7 % 25 D 0 % 25 B 5 % 25 D 1 % 2580 % 26 start% 3 D 80 % 26 hl% 3 Dru% 26 newwindow% 3 D 1 % 26 sa% 3 DN% 26 gbv% 3 D 2 % 26 tbm% 3 Disch &itbs= 1 &sa=X&ved= 0 CDsQrQMwCThQ

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. Применение лазера в науке и технологии

Урок в 11 классе

Цели урока

Образовательные: изучениеработы квантового генератора и практического применения.

Развивающие: ознакомление с применением квантовой теории в работе конкретного устройства

и многообразием областей применения.

Воспитательные: ознакомление с революционной ролью значительныхнаучных открытий и миротворческой деятельностью ученых.

Оснащение урока

1.Компъютер, видеопроектор

2.Лазер демонстрационный школьный

3.Учебно – методический комплекс «Физика – 11»

4.Плакат «Лазер»

Этапы урока

Словарь урока:

Аббревиатура ЛАЗЕР

Л - Light

А - Amplification by

З - Stimulated

Е - Emission of

Р – Radiation

Индуцированное излучение

Инверсная заселенность

Повторение

I. Постулаты Бора.

II. Поглощениеизлучения атомом.

III. Излучение света.

IV.Энергия кванта излучения Е = Е2 – Е1

Изложение темы урока

I.Индуцированное излучение.

Альберт Эйнштейн. 1916 г.

II.Инверсная заселенность энергетических уровней.

Советский физикФабрикантв 1940 г. обосновал возможность инверсной заселенности энергетических уровней в атомах, когда при свободных уровнях с меньшей энергией заселены (заполнены) все уровни с большей энергией.

III. Усиление света.

Открытие индуцированного излучения наряду с открытием инверсной заселенности энергетических уровней в атоместало основой нового принципа и типа излучения с усилением.

Индуцированное (вынужденное) излучение – усиление излучения, так каксветовая волна имеет частоту и фазупадающей волны.

В 1954 г. советские физики Басов Н. Г. и Прохоров А. М. и американский физик Таунс Ч. создали микроволновый генератор радиоволн с длиной волны λ = 1,27 см.

В 1963 г. Н.Г.Басову, А. М. Прохорову и Ч. Таунсу была присуждена Нобелевская премия.

В 1960 г.в С.Ш.А. был создан первый лазер –квантовый генератор электромагнитных волн в видимом диапозоне спектра.

Схема энергетическихуровнейрубинового лазера.

Работа рубинового лазера.

Рубиновый стержень с одним зеркальным и вторым полузеркальным торцами, лампа накачки, источник высокого напряжения.

Другие типы лазеров. Полупроводниковые, газовые лазеры

Свойства лазерного излучения

Демонстрация работы лазера и свойств излучения

Свойства лазерного излучения

1.Монохроматическое и когерентное излучение.

2.Малая расходимость луча.

3.Большая мощность излучения.