Исследование принципов действия лазера и способы его применения.

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 5 с углубленным изучением

химии и биологии».

Учебная работа

                  Тема: Исследование принципов действия

                         лазера и способы его применения.

Выполнил:

 Ленок Александр,

обучающийся 10 Т класса                                                                  

Руководитель:

Куракова Надежда Александровна                                                       учитель физики

Старая Русса

2017

                                                Содержание

1.Введение                                                                                             1

2.Историческая справка                                                                       2

3. Принцип действия                                                                            3

4. Устройство                                                                                        4

5.Виды лазеров                                                                                     5

6.Применение                                                                                       6

7.Заключение                                                                                        7

8.Список литературы                                                                           8

                          Введение

Данная работа посвящается изучению лазеров и их применению в различных сферах деятельности человека.

Термин "лазер" появился сравнительно недавно, а кажется, что существует он давным-давно, так широко он вошел в обиход. Появление лазеров - одно из самых замечательных и впечатляющих достижений квантовой электроники, принципиально нового направления в науке, возникшего в середине 50-х годов. Однако в то время никто не обратил внимания на  

ценность этого явления. Никому не были известны способы получения индуцированного излучения и его использования.

    Индуцированное(вынужденное)излучение означает переход атома из высшего энергетического состояния в низшее, но не самопроизвольно, а под действием внешнего воздействия.

Актуальность данной работы обусловлена постоянным ростом темпа развития лазерных технологий и их внедрения в нашу жизнь.

Цель:

исследовать принцип действия лазер и способы его применения.

Задачи:

1.изучить принцип действия.

2.изучить устройство лазера.

3.изучить виды лазеров.

4.узнать о применение лазера.                              

                                                     1

                         Историческая справка

     Лазер- источник излучения, усиливаемого в результате индуцированного излучения.

     Свое название он получил от первых букв английской фразы: 

«Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation».

 Первый лазер был создан в 1960 году- и сразу началось бурное развитие лазерной техники. В сравнительно короткое время появились различные типы лазеров и лазерных устройств предназначенных для решения конкретных научных и технических задач.

 Основные этапы открытия лазерных технологий:

      В 1917 г. А. Эйнштейн предсказывает существование вынужденного излучения – физической основы работы лазера.

1928 год. экспериментальное подтверждение Р. Ладенбургом и

 Г. Копферманном существования вынужденного излучения.

      В 1940г. российский физик В.А. Фабрикант указал на возможность использования явления вынужденного излучения для усиления электромагнитных волн.

      В 1954г. Российские ученые Н.Г. Басов и А.М. Прохоров и независимо от них американский физик Ч. Таунс использовали явление индуцированного излучения для создания микроволнового генератора радиоволн с длиной волны 1,27 см («мазер»).

      В 1963г. Н.Г .Басков и А.М. Прохоров и Ч. Таунс были удостоены Нобелевской премии.

      В 1960г. Американскому ученому Т. Мейману удалось создать квантовый генератор индуцирующий излучение оптического диапазона. Новый генератор назвали «лазер».

                                                    2

                               Принцип действия

1.Электроны каждого атома в выключенном лазере находятся на основном энергетическом уровне.

2. Сразу же после включения лазера энергия из разрядной трубки переводит электроны на более высокие орбиты (внешние окружности).

3. Когда электроны начинают возвращаться на основной уровень, они испускают свет, побуждая другие электроны делать то же самое.

    Результирующий световой пучок имеет одну длину волны и по мере возвращения новых электронов на низкие орбиты, становится более

мощным.

3

Устройство и свойства

Лазер состоит: рубиновая трубка, электрическая разрядная трубка, обычное зеркало, частично прозрачное зеркало)

Свойства лазерного излучения:

1)Лазерное излучение является видом физической энергии, не встречающимся в природных источниках света.

2)Лазеры создают пучки света с малым углом расхождения (10-5 рад.).

3)Свет, излучаемый лазером, монохроматичен, т.е. имеет только одну длину волны, один цвет.

4) Лазеры являются самыми мощными источниками света: сотни и тысячи ватт.    

4

                                                                                                                                                                                                                                                  Виды лазеров

1.Лазер на рубине:                                                                                                                                            

      Импульсная лампа с зеркальным отражателем «накачивает» энергию в рубиновый стержень. В веществе стержня, возбуждённом световой вспышкой, возникает лавина фотонов. Отражаясь в зеркалах, она усиливается и вырывается наружу лазерным лучом.

 2.Газовый лазер:

  В газовых лазерах между зеркалами находится запаянная трубка с газом, который возбуждается электрическим током.

                                                  3.Газодинамический лазер:

                                                                                 В мощном газодинамическом      лазере свет рождает струя раскалённого газа при давлении в десятки атмосфер. Его корпус собран из прочной стали

4.Полупроводниковый лазер:

В полупроводниковом лазере излучает слой между двумя полупроводниками разного сорта.

  Через этот слой – не толще листа бумаги –  пропускают электрический ток, возбуждающий его атомы.

                                             Применение

     Появление лазеров сразу оказало и продолжает оказывать влияние на различные области науки и техники, где стало возможным применение лазеров для решения конкретных научных и технических задач. Проведенные исследования подтвердили возможность значительного улучшения многих оптических приборов и систем при использовании в качестве источника света лазеров и привели к созданию принципиально новых устройств. На глазах одного поколения произошло формирование новых научных и технических направлений - голографии, нелинейной и интегральной оптики, лазерных технологий, лазерной химии, использование лазеров для управляемого термоядерного синтеза и других задач энергетики.

     Ниже приведен краткий перечень применений лазеров в различных областях науки и техники, где уникальные свойства лазерного излучения обеспечили значительный прогресс или привели к совершенно новым научным и техническим решениям.

      Высокая монохроматичность и когерентность лазерного излучения обеспечивают успешное применение лазеров в спектроскопии, инициировании химических реакций, в разделении изотопов, в системах измерения линейных и угловых скоростей, во всех приложениях, основанных на использовании интерференции, в системах связи и светолокации. Особо следует выделить применение лазеров в голографии.

      Высокая плотность энергии и мощность лазерных пучков, возможность фокусировки лазерного излучения в пятно малых размеров используются в лазерных системах термоядерного синтеза, в таких технологических процессах, как лазерная резка, сварка, сверление, поверхностное закаливание и размерная обработка различных деталей. Эти же свойства и направленность лазерного излучения обеспечивают успешное применение лазеров в военной технике.

      Направленность лазерного излучения, его малая расходимость применяются при провешивании направлений (в строительстве, геодезии, картографии), для целенаведения и целеуказания, в локации, в том числе и для измерения расстояний до искусственных спутников Земли, в системах связи через космос и подводной связи.

      Лазеры успешно используются в медицине: в хирургии (в том числе хирургии глаза) и терапии различных заболеваний, в биологии, где фокусировка в малое пятно позволяет действовать на отдельные клетки или даже на их части.

                                  6

                            Заключение        

  Изобретение лазера стало одним из крупнейших открытий 20 века. С древних времен от древнегреческих ученых до современных писателей-фантастов люди мечтали использовать световые лучи в своей практической жизни.

    Всемирно известны романы «Война миров» Г. Уэлса и «Гиперболоид инженера Гарина» А. Толстого. Но в этих романах световой луч оказывался в руках сил зла, которые использовали лучи для разрушения. Люди мечтали о луче-труженике, луче-помощнике, луче-созидателе. И этой мечте суждено было сбыться. Реальностью стали лазеры, которые успешно трудятся в клиниках, на заводах, в научно-исследовательских лабораториях.

    В данной работе прослеживается, как научное открытие Эйнштейна усилиями русских и американских ученых было положено в основу разнообразных направлений практического применения.

   Анализирую данный материал, считаю, что потенциал свойств лазера еще недостаточно раскрыт и применение лазерных установок имеют перспективы в будущем.

                                7                                                                      

                     Список литературы

1.Учебник Физики 11 класс Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин (2008 год) издательсво «Просвещение».

2.Учебник Физики 11 класс С.А Тихимирова, Б.М Яворский (2008 год) издательсво «Мнемозина».

Интернет ресурсы:

1.http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/120.html

2.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D0%B7%D0%B5%D1%80

3.http://information-technology.ru/sci-pop-articles/23-physics/258-chto-takoe-lazer

                                                           8