Реферат: Лазеры. Основы устройства и их применение
ЛАЗЕР.
1)Краткие исторические данные.
Лазер,источник электромагнитного излучения видимого, инфракрасного иультрафиолетового диапазонов, основанный на вынужденном излучении атомов имолекул. Слово "лазер"составлено из начальных букв (аббревиатура) слов английской фразы «LightAmplification by Stimulated Emission of Radiation», что означает«усиление света в результате вынужденного излучения». Первый лазербыл создан в 1960 году- и сразу началось бурное развитие лазерной техники. Всравнительно короткое время появились различные типы лазеров и лазерныхустройств предназначенных для решения конкретных научных и технических задач.
2)Строение лазера
Лазер- источник света. По сравнению с другими источниками света лазер обладаетрядом уникальных свойств, связанных с когерентностью и высокой направленностьюего излучения. Излучение «нелазерных» источников света не имеет этихособенностей.
”Сердцелазера” — его активный элемент. У одних лазеров он представляет собойкристаллический или стеклянный стержень цилиндрической формы. У других — этоотпаянная стеклянная трубка, внутри которой находится специально подобраннаягазовая смесь. У третьих — кювета со специальной жидкостью. Соответственно различаютлазеры твердотельные, газовые и жидкостные.
При нагревании любое тело начинает испускать тепло.Однако излучение теплового источника распространяется по всем направлениям отисточника, т. е. заполняет телесный угол 2p рад. Формирование направленногопучка от такого источника, осуществляемое с помощью системы диафрагм илиоптических систем, состоящих из линз и зеркал, всегда сопровождается потерейэнергии. Никакая оптическая система не позволяет получить на поверхностиосвещаемого объекта мощность излучения большую, чем в самом источнике света.
3)Принцип работы лазера.
Возбуждённый атом может самопроизвольно (спонтанно) перейти на один изнижележащих уровней энергии, излучив при этом квант света (см. Атом).Световые волны, излучаемые нагретыми телами, формируются именно в результатетаких спонтанных переходов атомов и молекул. Спонтанное излучение различныхатомов некогерентно. Однако, помимо спонтанного испускания, существуютизлучательные акты др. рода. При распространении в среде световой волны счастотой v, соответствующей разности каких-либо двух энергетических уровней E1,E2 атомов или молекул среды (hn = E2 — E1,где h — Планка постоянная), к спонтанному испусканию частиц добавляютсядр. радиационные процессы. Атомы, находящиеся на нижнем энергетическом уровне E1,в результате поглощения квантов света с энергией hn переходят на уровеньE2 (рис. 2, а). Число таких переходовпропорционально r (n) N1, где r (n)- спектральная плотность излучения в эрг/см3, N1 — концентрация атомов, находящихся на уровне E1 (населённостьуровня). Атомы, находящиеся на верхнем энергетическом уровне E2,под действием квантовhn вынужденно переходят на уровень E1(рис. 2, б). Число таких переходов пропорционально r(n)N2, где N2 — концентрация атомовна уровне E2. В результате переходов E1?E2 волна теряет энергию, ослабляется. В результате же переходов E2?E1 световая волна усиливается. Результирующее изменениеэнергии световой волны определяется разностью (N2 — N1).В условиях термодинамического равновесия населённость нижнего уровня N1всегда больше населённости верхнего N2. Поэтому волна теряетбольше энергии, чем приобретает, т. е. имеет место поглощение света. Однако внекоторых специальных случаях оказывается возможным создать такие условия,когда возникает инверсия населённостей уровней E1 и E2,при которой N2 > N1. При этом вынужденныепереходы E2?E1 преобладают и поставляют всветовую волну больше энергии, чем теряется в результате переходов E1?E2. Световая волна в этом случае не ослабляется, аусиливается.
4)Виды лазеров.
Рубиновый лазер работает в импульсномрежиме. Существуют также лазеры непрерывного действия.
В газовых лазерах этого типа рабочим веществом является, газ.Атомы рабочего вещества возбуждаются электрическим разрядом.
Применяются и полупроводниковые лазеры непрерывного действия. Онисозданы впервые в нашей стране. В них энергия для излучения заимствуется отэлектрического тока.
Созданы очень мощные газодинамическиелазеры непрерывного действия на сотни киловатт. В этих лазерах«перенаселенность» верхних энергетических уровней создается! прирасширении и адиабатном охлаждении сверхзвуковых газовых потоков, нагретых донескольких тысяч кельвин.
5)Применение лазеров.
Лазерыиспользуют во многих сферах деятельности. Ведь лазер это удивительный источниксвета. Лазеры, конечно, при желании могут применяться в качествеэкстравагантных светильников. Однако использовать лазерный луч в целяхосвещения нерационально.
Большие возможностиоткрываются перед лазерной техникой в биологии и медицине. Лазерный лучприменяется не только в хирургии (например, при операциях на сетчатке глаза)как скальпель, но и в терапии.
Интенсивноразвиваются методы лазерной локации и связи. Локация Луны с помощью рубиновыхЛ. и спец. уголковых отражателей, доставленных на Луну, позволила увеличитьточность измерения расстояний Земля — Луна до нескольких см.
Полученыобнадёживающие результаты в направленном стимулировании химических реакций. Спомощью Л. можно селективно возбуждать одно из собственных колебаний молекулы.Оказалось, что при этом молекулы способны вступать в реакции, которые нельзяили затруднительно стимулировать обычным нагревом.
С помощью лазернойтехники интенсивно разрабатываются оптические методы обработки передачи ихранения информации, методы голографической записи информации, цветноепроекционное телевидение.
6)Заключение.
Запоследнее время в России и за рубежом были проведены обширные исследования вобласти квантовой электроники. созданы разнообразные лазеры, а также приборы,основанные на их использовании. Лазеры теперь применяются в локации и в связи,в космосе и на земле, в медицине и строительстве, в вычислительной технике ипромышленности, в военной технике. Появилось новое научное направление — голография, становление и развитие которой также немыслимо без лазеров.
Созданиелазеров- пример того, как развитие фундаментальной науки приводит к гигантскомупрогрессу в самых различных областях техники и технологии.
Министерство общего образования
Российской Федерации
МОУ СИВИНСКАЯ СРЕДНЯЯ ШКОЛАНаправление: «Физика»РЕФЕРАТ НА ТЕМУ: ЛАЗЕРЫ. ОСНОВЫ УСТРОЙСТВА И ИХ
ПРИМЕНЕНИЕ
Выполнилученик Миронов Евгений. 11 «б» класс. Предмет Физика. Преподаватель
___________________________________
Сива 2003 год.