Лазер Оптический квантовый генератор Учитель физики ГБОУ СОШ 305 Фрунзенского района Санкт-Петербурга Стадникова Елена Вячеславовна

Одним из самых замечательных достижений физики второй половины XX в. было открытие физических явлений, послуживших основой для создания удивительного прибора – оптического квантового генератора (лазера) Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation- «усиление света при помощи индуцированного излучения»

Пучок света от лазера может прожечь отверстие в самом твердом материале, расплавить металлическую броню, он помогает хирургам при выполнении самых тонких операций внутри человеческого глаза.

Использование лазеров совершило революцию в электронных средствах связи. Оказалось, что лазер излучает свет определенной частоты, благодаря чему лазер можно использовать как генератор чрезвычайно высокочастотных волн – с частотой, равной частоте света.

С помощью лазеров удалось создать трехмерные изображения, которые называются голографическими. Рассматривая голограмму под разными углами, можно видеть изображенный на ней предмет с разных сторон.

Принцип действия лазера основан на предсказанном Эйнштейном в начале XX в. явлении вынужденного излучения света.

Спонтанное и индуцированное излучение Излучение, испускаемое при самопроизвольном переходе атома из одного состояния в другое, называется спонтанным (самопроизвольным).

В 1916 г. Эйнштейн предсказал, что переход электрона с верхнего энергетического уровня на нижний с излучением фотона может происходить под влиянием внешнего электромагнитного поля с частотой, равной собственной частоте перехода. Такое излучение называют вынужденным или индуцированным.

Прохождение света через вещество h h h

Принцип действия лазера

В 1940 г В.А. Фабрикант указал на возможность использовать вынужденное излучение для усиления электромагнитных волн

Экспериментально явление усиления света при его прохождении через среду с инверсной населенностью уровней было открыто в 1951 г. В.А.ФабрикантМ.М.ВудынскийФ.А.Бутаева

В 1954 г Н.Г. Басов, А.М. Прохоров и независимо от них Ч. Таунс разработали принцип генерации и усиления радиоволн, используя явление индуцированного излучения.

В 1963 г за разработку нового принципа генерации и усиления радиоволн Н.Г. Басов, А.М. Прохоров и Ч. Таунс были удостоены Нобелевской премии Н.Г.БасовА.М.ПрохоровЧ. Таунс

Состояние вещества, в котором меньше половины атомов находится в возбужденном состоянии, называется состоянием с нормальной населенностью энергетических уровней. Состояние вещества, в котором больше половины атомов находится в возбужденном состоянии, называется инверсной населенностью энергетических уровней.

Создание в веществе инверсной населенности уровней Для усиления света используется вещество, в котором имеются метастабильные уровни. Это уровни, на которых атомы могут находиться довольно длительное время, например с ( обычно в возбужденном состоянии атом может находиться – с).

Метастабильный уровень Возбужденный уровень Метастабильный уровень Основное состояние Вынужденное излучение

1916 – 1960 г - «Золотой век» создания чудесного луча Первый лазер на рубине

ЖОРЕС АЛФЁРОВ – ЛАУРЕАТ НОБЕЛЕВСКОЙ ПРЕМИИ В ОБЛАСТИ ФИЗИКИ ЗА 2000 ГОД Жорес Иванович Алферов - автор основополагающих работ в области многослойных гетероструктур, ставших основой современных полупроводниковых лазеров.

Свойства лазерного излучения Когерентность Малый угол расхождения Монохроматичность Большая мощность

В 1960 г. Т. Мейман создал лазер в оптическом диапазоне работающий на рубине.

Устройство рубинового лазера

Виды лазеров Газовые 1.гелий-неоновый 2. аргоновый 3. криптоновый 4. ксеноновый 5. азотный 6.втористо-водородный 7.кислородно-йодный 8. углекислотный (CO 2 ) 9. на монооксиде углерода (CO) 10. эксимерный Газовые 1.гелий-неоновый 2. аргоновый 3. криптоновый 4. ксеноновый 5. азотный 6.втористо-водородный 7.кислородно-йодный 8. углекислотный (CO 2 ) 9. на монооксиде углерода (CO) 10. эксимерный

Виды лазеров Твердотельные 1. рубиновый 2.алюмо-иттриевые 3. на фториде иттрия-лития 4. на ванадате иттрия 5. на неодимовом стекле 6.титан-сапфировые 7. александритовый 8. оптоволоконный 9. на фториде кальция Твердотельные 1. рубиновый 2.алюмо-иттриевые 3. на фториде иттрия-лития 4. на ванадате иттрия 5. на неодимовом стекле 6.титан-сапфировые 7. александритовый 8. оптоволоконный 9. на фториде кальция

Виды лазеров На парах металлов 1.гелий-кадмиевый 2.гелий-ртутный 3.гелий-селеновый 4. на парах меди 5. на парах золота На парах металлов 1.гелий-кадмиевый 2.гелий-ртутный 3.гелий-селеновый 4. на парах меди 5. на парах золота

Виды лазеров Другие типы 1. полупроводниковый 2. лазерный диод 3. на красителях 4. на свободных электронах 5.псевдо-никелево-самариевый Другие типы 1. полупроводниковый 2. лазерный диод 3. на красителях 4. на свободных электронах 5.псевдо-никелево-самариевый

«Профессии» лазера

Применение лазеров

Лазер в медицине

Применение лазеров

Лазер в информационных технологиях Лазерный принтер Лазер, сопряженный с волокном