poniedziałek 28 lipca 2014 imieniny Aidy i Innocentego 1906 - Urodził się Jerzy Giedroyc
Do końca roku pozostało: 156 dni
Sciaga
Interaktywna mapa szkół
Język polski Historia WOS Sztuka (plastyka i muzyka) Języki obce Religia i etyka
Matematyka Fizyka i astronomia Chemia Biologia Przyroda Geografia Technika Informatyka
Przedmioty zawodowe WF Ścieżki edukacyjne Wychowanie przedszkolne Nauczanie zintegrowane Więcej
Skorzystaj z naszego formularza Więcej
Pamiętaj! Podawaj zawsze swój e-mail.
Język polski
Inne przedmioty
 Poleć stronę znajomemu 
Lasery
Temat: Lasery


Laser - (light amplification by stimulated emission of radiation – wzmacnianie swiatła przez wymuszoną emisję promieniowania) – generator kwantowy optyczny; generator spójnego promieniowania elektromagnetycznego z zakresu widma od nadfioletu do dalekiej podczerwieni. W działaniu lasera wykorzystano zjawisko wzmocnienia promieniowania przez emisję wymuszoną w ośrodku, w którym nastapiło odwrócenie ( inwersja ) obsadzeń.

Zasadniczymi elementami lasera są : ośrodek czynny ( aktywny ) , rezonator optyczny i układ pompujący. Układ pompujący wytwarza w ośrodku czynnym , umieszczonym wewnątrz rezonatora optycznego , odwrócenie obsadzeń. Rezonator jest zbudowany z dwóch równoległych , płaskich lub sferycznych zwierciadeł o dużym współczynniku odbicia i możliwie znikomej absorpcji.

W praktyce stosuje się wielowarstwowe lustra dielektryczne , które składają sie z nieparzystej liczby na przemian ułożonych warstw dielektryków o dużym i małym współczynniku załamania i grubości l/4 ( l - długość fali generowanego promieniowania ). Zwierciadła należy ustawić w odległości L=kl/2n ( gdzie n – to współczynnik załamania ośrodka , a k – to liczba calkowita ) , ponieważ wytwarza sie wówczas w rezonatorze fala stojąca.

Fotony początkowe promieniowania spontanicznego , których wektor falowy jest równoległy do osi optycznej zwierciadeł , przebiegaja wielokrotnie drogę między nimi i wymuszają promieniowanie innych atomów ośrodka czynnego . Jeżeli wzmocnienie promieniowania przekroczy wartość strat , to w rezonatorze optycznym uzyskuje się generację promieniowania . Wyprowadzenie wiązki generowanego promieniowania nastepuje przez jedno ze zwierciadeł , którego współczynnik transmisji promieniowania D a 0 . Poniewaz przejście z niższych poziomów wzbudzenia do stanu podstawowego zachodzi srednio w czasie 10-8 s ( taki jest bowiem czas życia tych poziomów ) , a w atomach neonu w skutek zderzeń z atomami helu wzbudzone sa poziomy wyższe , więc w obszarze wypełnionym atomami neonu ciągle jest spełniony warunek inwersji obsadzeń .

Na rysunku a) ( poniżej ) atomy Ne lasera , znajdujące się w obszarze czynnym zostały wzbudzone na wyższe poziomy energetyczne . Zostały one zaznaczone na rysunku czerwonymi kropkami . Przypadkowa natomiast emisja promieniowania z atomów neonu prowadzi do powstania szeregu lawin . Proces ten zwiazany z emisją wymuszoną został zilustrowany na rysunku b) (poniżej) . Znaczna część lawin ulega zerwaniu po wyjśiu z obszaru wypełnionego mieszaniną gazów , a jedynie lawiny fotonów rozwijające się wzdłuż osi x prowadzą do gwałtownego wzmocnienia natężenia promieniowania , które przez półprzezroczyste zwierciadło może wyjść na zewnątrz patrz rysunki c) , d) , e) , - poniżej . Naturalnie proces ten trwa w sposób ciagły , bowiem cały czas zewnętrzne pole elektryczne o wysokiej częstotliwości powoduje wzbudzenie atomów helu na wyższe poziomy energetyczne .

Światło wysyłane przez laser cechuje duża spójność i monochromatyczność , oprócz tego jest ono w dużym stopniu skolimowane , co zapewnia uzyskanie dużej gęstości powierzchniowej mocy emitowanego promieniowania , rzędu 106 GW/cm2 . Szerokość linii widmowych promieniowania emitowanego przez laser może być mniejsza od szerokości naturalnej linii widmowej.

Ze wzgledu na rodzaj ośrodka czynnego rozróżnia się lasery gazowe , cieczowe ( laser barwnikowy ) , krystaliczne ( laser rubinowy ) lub też szklane ( laser neodymowy ) . Ze wzgledu na charakter pracy lasery można podzielić na pracujące w sposób ciagły ( CW – continuous work ) oraz impulsowo ( P – pulse ) . Lasery impulsowe umożliwiają uzyskanie olbrzymich mocy światła ( ultrakrótkich impulsów gigantycznych ) . Układy laserowe z zastosowaniem nieliniowych zjawisk optycznych umożliwiają otrzymanie wtórnych laserów , emitujących światło o dłlugości fali odpowiednio przetworzonej ( laser ramanowski , powielanie częstotliwości światła ) .

Lasery są stosowane w nowoczesnej telekomunikacji ( łączność satelitarna kosmiczna ) , lokacji i nawigacji ( lidar ) , w miernictwie i kontroli ( interferometryczne kalibratory laserowe ) , technologii ( precyzyjna mikroobróbka materiałów ) , w medycynie i biologii ( lancet świetlny , mikropunkcja komórki ) , w elektronicznej technice obliczeniowej w holografii i fotografii ( fotografia ultraszybka , fotografia we mgle ) , w sejsmografii oraz w technice wojskowej . Lasery dużej mocy są stosowane do wytwarzania wysokotemperaturowej plazmy , w której może zachodzić mikrosynteza jądrowa ( spektroskopia laserowa ) .

Laser , pompowanie – wzbudzanie atomów lub jonów substancji czynnej lasera do poziomów metatrwałych . Energia tych poziomów jest następnie wykorzystywana do emisji wymuszonej przez prom. sterujące laserem i przez samą emisję wymuszoną . W laserach jest stosowane pompowanie optyczne lub pompowanie prądowe . Pompowanie optyczne polega na wykorzystaniu , jako źródła energii wzbudzającej , lamp wyladowczych wytwarzajacych blyski swiatla , które sa pochlaniane przez jony substancji czynnej w laserach krystalicznych , szklanych lub cieczowych .Pompowanie prądowe polega na wykorzystaniu energii prądu elektrycznego przepływającego przez substancję czynną lasera. W laserach gazowych pompowanie prądowe polega na wywołaniu jonizacji gazu przez wyładowanie o wysokiej częstotliwości (pompowanie jonowe).W laserach pólprzewodnikowych pompowanie prądowe polega na jednokierunkowym wprowadzeniu swobodnych nośników ładunku w złącze p-n (pompowanie indukcyjne) lub na bombardowaniu złącza wiazką szybkich elektronów.

Laser barwnikowy – laser o pracy ciagłej lub impulsowej umożliwiający ciagłą zmianę długości fali w zakresie 0,35-1,3 mikrometra przez zastosowanie w nim jako ośrodka czynnego kolejno różnych barwników. Barwniki sa skomplikowanymi związkami organicznymi silnie pochłaniającymi swiatło w obszarze widzialnym , np. : fluoresceina i rodamina ( fluorescencja ) . W typowym schemacie poziomów energetycznych barwnika wystepują dwa rodzaje stanów elektronowych : singletowe S i trypletowe T

Drgania i rotacje cząsteczki powodują rozczepienie każdego poziomu elektronowego na wiele poziomów oscylacyjnych i rotacyjnych , które sa ułożone tak gesto ze tworza niemal ciagłe pasma energetyczne (widmo cząsteczkowe).

Emisja promieniowania laserowego odbywa sie podczas przejść wymuszonych do poziomów stanu S0 z najnizszych poziomów S1 ( o czasie zycia rzedu 10-9 s ), które sa obsadzone w skutek bezpromienistych przejść z wyższych poziomów S1 ( wzbudzanych bezpośrednio dzieki absorbcji światla pompującego ). Do wzbudzenia barwnika używa się specjalnych lamp błyskowych lub laserów impulsowych , np.: azotowych , o błysku krótkim i szybko narastajacym impulsie , tak aby osiagnac próg akcji laserowej zanim znaczna liczba czastek przejdzie do stanów T1. Poniewaz pompowanie optyczne barwnika powoduje w nim pewne zmiany , barwnik zuzyty powinien byc wymieniany przez szybkie przepompowywanie go z duzych zasobników.

Ciagla akcje laserowa uzyskuje sie znacznie trudniej , np.: przez wzbudzenie barwnika ( wiazka swiatla lasera argonowego o dzialaniu ciaglym ) przeplywajacego odpowiednio uformowana struga przez kuwete , która znajduje sie w rezonansie optycznym. Duza szerokosc pasma fluorescencji barwnika umozliwia przestrajanie lasera. Tym celu w rezonatorze optycznym umieszcza sie element dyspersyjny , np.: odbiciowa siatke dyfrakcyjna , pryzmat lub interferometr Fabry`ego - Perota. Taki element zapewnia dobre warunki generacji fali swietlnej , czyli duza dobroc rezonatora , tylko dla jej waskiego przedzialu widmowego. W przypadku zastosowania pryzmatu rezonator wzmacnia wiazke o takiej dlugosci fali , dla której kat padania na sciane pryzmatu jest katem Brewstera. W przypadku zastosowania siatki dyfrakcyjnej ( patrz rysunek 2b ) , która umieszcza sie zamiast jednego zwierciadla , akcja laserowa odbija sie tylko dla wiazki odbitej przez siatke dokladnie wzdluz osi rezonatora. Przy okreslonym polozeniu siatki warunek ten jest spelniony tylko dla jednej dlugosci fali i tylko taka fale moze laser emitowac. Przez obrót siatki ( pryzmatu ) uzyskuje sie plynna zmiane czestotliwosci generowanej fali swietlnej , w granicach okreslonych przez szerokosc pasma fluorescencji barwnika.
Najsubtelniejsze strojenie lasera barwnikowego uzyskuje sie z pomoca interferometru Fabry`ego - Perota .

Rezonator Fabry – Perota ( patrz rysunek powyzej ) sklada sie z dwu odbijajacych lustrzanych plaszczyzn 1 i 2 . Promieniowanie o natezeniu Ioe jest emitowane w srodku wneki w kierunku plaszczyzny 1 . Czesc promieniowania jest odbijana od tej plaszczyzny w kierunku plaszczyzny 2 , a po odbiciu od niej kierowana z powrotem do zródla . Prad przeplywajacy przez zlacze , przy którym wzmocnienie ukladu osiaga wartosc wystarczajaca do tego , aby skompensowac straty promieniowania w rezonatorze , nazywa sie pradem progowym ITO .
Transmisja promieniowania bardzo silnie zalezy od dlugosci fali. Szerokosc linii widmowej swiatla emitowanego przez laser barwnikowy jest wieksza niz dla lasera gazowego. Wynika to z fluktuacji czestotliwosci generowanej fali swietlnej , zwiazanych z mechanizmem zjawisk zachodzacych w barwniku. Jednym z wazniejszych osiagniec technologii lasera barwnikowego jest zastosowanie barwnika w fazie gazowej zamiast roztworu cieklego. Mozna wówczas wzbudzic barwnik na drodze wywolywan elektrycznych , co znacznie poprawia wydajnosc i zweza linie widmowa fali swietlnej. Takie cechy , jak : przestrajalnosc , mozliwosc uzyskania bardzo duzej mocy impulsu ( rzedu setek MW ) oraz zastosowania lasera barwnikowego w wielu dziedzinach , a przede wszystkim w spektroskopii laserowej.

Laser gazowy - laser o pracy ciaglej lub impulsowej , w którym ogniskiem czynnym jest gaz , para lub ich mieszanina. Rozróznia sie lasery gazowe: atomowe , w których osrodkiem czynnym sa atomy gazów szlachetnych ; jonowe , w których osrodkiem czynnym sa jony gazów szlachetnych ; czasteczkowe , w których osrodkiem czynnym sa czasteczki gazów lub par metali. Laser gazowy ma zazwyczaj postac rury wyladowczej wypelnionej mieszanina gazów , która umieszcza sie wewnatrz rezonatora optycznego (patrz rysunek 3 ).Swiatlo przebiegajace wielokrotnie dlugosc rezonatora , przechodzac przez okienka rury nachylone pod katem Brewstera ulega polaryzacji liniowej. Takie ustawienie okienek w duzym stopniu zmniejsza odbicie promieniowania ( straty ) przy przejsciu przez okienko , przy czym jest wymagana plaska powierzchnia okienek ( z dokladnoscia okolo 0,1- 0,03l ; l - dlugosc fali generowanego promieniowania ) oraz ich równoleglosc ( rzedu kilku sekund katowych ) . Wzbudzenie gazu osiaga sie metoda wyladowan elektrycznych , najczesciej pradem stalym. Odwrócenie obsadzen poziomów energetycznych , miedzy którymi zachodzic ma akcja laserowa , uzyskuje sie w wyniku niesprezystych zderzen miedzyatomowych lub zderzen atomów ( jonów ) z elektronami.
Lasery gazowe moga pracowac zarówno w sposób ciagly , jak i impulsowo. Promieniowanie generowane przez laser gazowy o pracy ciaglej odznacza sie wyjatkowo duza monochromatycznoscia ( szerokosc linii widmowej moze byc nawet rzedu kilkudziesieciu kHz ).
Najczesciej stosuje sie lasery gazowe : helowo-neonowy ( He-Ne ) , o dlugosci generowanego promieniowania l = 362,8 nm ; argonowy , l = 514,5 nm i 488 nm ; CO2 , l = 10,6 nm .

Laser krystaliczny - laser na ciele stalym ; w którym osrodek optycznie czynny jest krysztalem ( Al2O3 , CaF2 , YAG ) domieszkowanym jonami pierwiastków ziem rzadkich ( Nd3+ , Er3+ ) lub zelazowców (Cr3+ , Ni2+ ). Najbardziej rozpowszechniony laser krystaliczny to laser rubinowy (Al2O3 ) domieszkowany jonami Cr3+ ( 0,035 % ) , w którym do pompowania optycznego jest stosowana blyskowa lampa ksenonowa. Syntetyczny rubin w postaci walca z dokladnie plaskimi i równoleglymi podstawami stanowi rezonator optyczny , w którym swiatlo jest wzmocnione w wyniku wielokrotnych odbic. Stosuje sie tez niekiedy zewnetrzne zwierciadla plaskie , przy czym jedno jest czesciowo przepuszczalne i sluzy jako wyjscie wiazki laserowej. Praca lasera rubinowego jest impulsowa , z czasem trwania impulsu rzedu 10-3 s i energia do kilku dzuli. W laserach krystalicznych o tzw. modulowanej dobroci jest mozliwe wytworzenie bardzo krótkich impulsów o czasie trwania kilku ns i mocy jednego GW.

Laser pólprzewodnikowy -laser , w którym substancja czynna jest pólprzewodnik ( najczesciej arsenek galu lub jego stop z aluminium AlGaAs w postaci diody n-p. ). Nosniki ladunku (dziury i elektrony ) wprowadzone w obszar zlacza rekombinuja wysylajac promieniowanie , a wypolerowane boczne scianki krysztalów tworza rezonator optyczny tego promieniowania. Glównymi zaletami lasera pólprzewodnikowego sa : male wymiary , prostota konstrukcji i latwosc modulacji promieniowania , co powoduje , ze lasery pólprzewodnikowe znajduja zastosowanie w ukladach logicznych i telekomunikacji swiatlowodowej.
Budowe i charakterystyke lasera pólprzewodnikowego przedstawiaja ponizsze rysunki .

Laser ramanowski - laser w którym spójne promieniowanie wytwarza sie dzieki wymuszonemu zjawisku Ramana w substancji umieszczonej w rezonatorze lasera wzbudzajacego. Umozliwia to uzyskanie wielu nowych linii widmowych swiatla , które ma wlasnosci promieniowania laserowego , o czestotliwosci n odpowiednio przesunietych wzgledem czestotliwosci promieniowania n0 lasera wzbudzajacego :

n = n0 m knR , gdzie :nR to czestotliwosc drgan wlasnych danej substancji , k = 1,2,3,..., .






Przy tworzeniu tego referatu korzystalem z pomocy nastepujacych zródel :
· Ilustrowana encyklopedia dla wszystkich „Fizyka”
· „Fizyka” dla klasy IV technikum i liceum zawodowego
· „Elektronika” – podrecznik dla technikum


Przysłana: 22.04.2001
Autor: Boski (boski@elsat.net.pl)
Wszystkie prace tego autora


Podgląd wydruku
Powrót
Wasza ocena: 4.10


Ocena Eduseeka: szczególnie polecamy
można przeczytać
warto spojrzeć
szczególnie polecamy
Nasi partnerzy:
MEN SchoolNet eTwinning Związek Powiatów Polskich PCSS
Cisco OFEK Przyjazna Szkoła Fundacja Junior FIO CEO
Parafiada net PR Orange IMAX Cinema City WSP TWP
IMAGE PPI-ETC ArcaVir Master Solution Device


Projekt Polski Portal Edukacyjny Interkl@sa
powstał i był realizowany w latach 2000-2011 dzięki wsparciu
Polsko-Amerykańskiej Fundacji Wolności.

W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej "Polityce Prywatności".


Pytania i uwagi: portal@interklasa.pl

Regulamin portalu /  Polityka prywatności /  Ochrona własności intelektualnej /  Zasady korzystania / 
Wyłączenie odpowiedzialności /  Biuro prasowe /  Zasady współpracy /  Redakcja /  Kontakt