Содержание
Введение 3
1 Физические основы работы лазера 4
2 Схема лазера 9
3 Классификация лазеров 12
4 Применение лазеров 14
Практическое задание 19
Заключение 23
Список литературы 24
Список литературыВведениеВведение
Лазер является одним из наиболее интересных научно-технических достижений XX века. Создание лазеров привело ко второму рождению научной и технической оптики и развитию совершенно новых отраслей промышленности.
Лазеры находят разнообразное применение в технологии обработки материалов, становятся частью многих специализированных информацион-ных систем, используются в научных исследованиях, медицине, военной технике. В обозримом будущем лазерные технологии, связь, химия и энергетика должны привести к революционным преобразованиям в этих областях.
1 Физические основы работы лазера
В любом физическом теле, твердом, жидком или газообразном, молекулы движутся, колеблются, вращаются; то же делают и атомы. А в атомах перескакивают с орбиты на орбиту электроны, при этом они обмениваются энергией.
В соответствии с квантовой теорией излучения энергия элементарных излучателей может изменяться только скачками, кратными некоторому значению, постоянному для данной частоты излучения. Минимальная «порция» энергии называется квантом энергии. Обозначается квант следующим образом: энергия равна произведению частоты на некоторую постоянную, называемую постоянной Планка:
,
Здесь - постоянная Планка, численное значение , - частота электромагнитного излучения.
При этом излучение рассматривается как поток элементарных частиц, которым присвоено название фотона. Фотоны обладают количеством движения
,
где - скорость света.
Эти формулы поражают своей простотой, хотя описывают явления с такими сложными объектами, как фотоны. Формулы являются основными в квантовой теории света, так как они связывают энергию кванта света с частотой, а также и длиной волны, поскольку
,
где - длина плоской монохроматической волны.
Фотон является одновременно и частицей, и волной, т.е. признается возможным соединение в одном объекте волновых и механических свойств, вытекающее из постулатов принципиально новой науки о микромире – волновой, или квантовой, механики.
Взаимодействие элементарных излучателей (микросистема) и света характеризуется энергией и импульсом как микросистемы, так и кванта света. Причем эти параметры оцениваются и до, и после столкновения кванта и микросистемы. Сталкиваясь с микросистемой, квант света возбуждает атомы и молекулы, отдавая им свою энергию. Наиболее сильное (резонансное) взаимодействие происходит тогда, когда частота колебаний кванта света совпадает с одной из собственных частот колебаний электронов микросистемы. В этом случае атомы и молекулы, находясь в возбужденном состоянии, становятся вторичными излучателями квантов. При взаимодействии света и микросистемы происходит обмен энергией, при котором рождаются одни и уничтожаются другие кванты света. В соответствии с законом сохранения энергии возможны три вида взаимодействия. При первом виде взаимодействия наблюдается полное поглощение кванта света микросистемой – энергия микросистемы возрастает. При втором виде взаимодействия происходит лишь частичное поглощение энергии, а часть энергии рассеивается. В третьем случае поглощение энергии идет с последующим испусканием ее – наблюдается излучение света.
Электромагнитное излучение, взаимодействуя с микросистемой, изменяет ее внутреннюю энергию. Так как микросистема включает в себя молекулы, атомы, ионы и электроны, то их энергетическое состояние можно представить в виде дискретного ряда энергии, обозначаемой на рисунке 1 в виде энергетических уровней.
На рисунке показана схема двухуровневой энергетической системы. Энергию частиц, находящихся на нижнем уровне, обозначим через , а энергию частиц, находящихся на верхнем уровне, через .Литература
1. Борейшо А.С. Лазеры: устройство и действие. – СПб: Мех. Ин-т, 1992. – 215 с.
2. Мэйтленд А. Введение в физику лазеров. – М.: Наука, 1978. – 408 с.
3. Федоров Б.Ф. Лазеры: основы устройства и применения. – М.: ДОСААФ, 1988. – 190 с.
|
|
