Слайд 2
Цель: познакомиться с принципом действия квантовых источников света.
Слайд 3
1. Спонтанное и вынужденное излучение.
2.
Квантовые генераторы.
3. Трёхуровневый лазер.
4. Применение лазеров.
Слайд 4
1. Какое состояние атома называется основным, а какое
– возбуждённым?
2. В каком состоянии атом будет существовать дольше
– в основном или возбуждённом?
3. При каких условиях атом излучает?
Слайд 5
Спонтанное излучение
В возбуждённом состоянии атом находится около 10-8
с, после чего самопроизвольно (спонтанно) переходит в основное состояние,
излучая при этом квант света.
Слайд 6
Спонтанное излучение происходит при отсутствии внешнего воздействия на
атом и объясняется неустойчивостью его возбуждённого состояния.
Слайд 7
Вынужденное излучение
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.
Слайд 8
Вынужденное излучение
Вынужденное излучение происходит в результате воздействия на
возбуждённый атом кванта света, частота которого совпадает с частотой
его спонтанного излучения. Атом при этом переходит на более низкий энергетический уровень, и к первичному фотону добавляется ещё один фотон, ничем не отличающийся от первого. Падающее на атом излучение удваивается, затем может образоваться «лавина» фотонов.
Слайд 9
Квантовые генераторы
Оптические квантовые генераторы, излучение которых лежит в
видимой и инфракрасной области спектра, называются лазерами.
Слайд 10
Трёхуровневая система лазера
При работе лазера часто используется система
трёх энергетических уровней атома, второе из которых – метастабильное
со временем жизни атома в нём до 10-3 с.
Слайд 11
Рубиновый лазер
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.
Слайд 12
Рубиновый лазер
На стержень навита трубка газоразрядной лампы, называемой
лампой накачки. Служит для передачи атомам хрома квантов энергии
для перехода из основного состояния в метастабильное. Очень быстро образуется «перенаселённость» метастабильного уровня.
Слайд 13
Рубиновый лазер
Один из торцов стержня зеркальный (для как
можно большей задержки фотонов внутри стержня и вызывания как
можно большего числа актов вынужденного излучения), другой – полупрозрачный (через него выходит лазерное излучение). Боковая поверхность стержня непрозрачная.
Слайд 14
Свойства лазерного излучения
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 109 Вт, т.е. больше мощности крупной электростанции).
Слайд 15
Применение лазеров
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.