snímka 1
snímka 2
Laser ako fyzické zariadenie. Laser (optický kvantový generátor) (skratka slov Anglická fráza: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - zosilnenie svetla ako výsledok stimulovanej emisie), zdroj optického koherentného žiarenia, vyznačujúci sa vysokou smerovosťou a vysokou hustotou energie. Existujú plynové lasery, kvapalné a pevné (na dielektrických kryštáloch, sklách, polovodičoch). Laser sa transformuje rôzne druhy energie na laserovú energiu. Existujú kontinuálne a pulzné lasery.Lasery majú široké využitie vo vedeckom výskume (vo fyzike, chémii, biológii a pod.), v praktickej medicíne (chirurgia, oftalmológia a pod.), ale aj v technike (laserová technika). Lasery umožnili realizovať optickú komunikáciu a lokalizáciu, sú perspektívne pre realizáciu riadenej termonukleárnej fúzie.
snímka 3
Spontánna a nútená emisia. 1917 A. Einstein: Mechanizmy vyžarovania svetla hmotou Spontánne (nekoherentné) Stimulované (koherentné)
snímka 4
Lasery A.M. Prochorov N.G. Basov C. Mestá V roku 1954 boli prvýkrát vytvorené generátory elektromagnetická radiácia pomocou mechanizmu núteného prechodu. T. Meiman V roku 1960 vytvoril laser v optickej oblasti pracujúci na rubíne.
snímka 5
snímka 6
Snímka 7
Typy laserov Plyn hélium-neón argón kryptón xenón dusík sek-vodík kyslík-jód oxid uhličitý (CO2) na oxid uhoľnatý (CO) excimer kov para -hélium-kadmium -hélium-ortuť -hélium-selén - na pare meď - na zlatých parách Pevné skupenstvo - rubín - hliník-ytrium - na fluorid ytrium-lítny - na vanadičnanu ytria - na neodymovom skle - titán-zafír - alexandrit - optické vlákna - na fluoride vápenatom Iné typy - polovodičová laserová dióda - na farbivá - na voľné elektróny - pseudo-nikel-samarium
Snímka 8
RUBY LASER Prvý generátor kvantového svetla vytvoril v roku 1961 Meiman (nar. 1927) s použitím rubínu. Rubín je pevný kryštál, ktorého základom je korund, t.j. kryštál oxidu hlinitého (Al2O3), v ktorom je malá časť atómov hliníka (asi 0,05 %) nahradená iónmi chrómu Cr+++. Na vytvorenie inverznej populácie sa používa optické čerpanie, t.j. osvetlenie rubínového kryštálu silným zábleskom svetla. Rubín má tvar valcovej tyčinky, ktorej konce sú starostlivo vyleštené, postriebrené a slúžia ako zrkadlá pre laser. Na osvetlenie rubínovej tyče sa používajú pulzné xenónové plynové výbojky, cez ktoré sa vybíjajú batérie vysokonapäťových kondenzátorov. Zábleskové svietidlo má tvar špirálovej trubice omotanej okolo rubínovej tyče. Pôsobením silného svetelného impulzu sa v rubínovej tyči vytvorí inverzná populácia a v dôsledku prítomnosti zrkadiel sa excituje generovanie lasera, ktorého trvanie je o niečo kratšie ako trvanie záblesku čerpania. lampa.
Snímka 9
snímka 10
Hélium-neónový laser. Hélium-neo nový laser je laser, ktorého aktívnym médiom je zmes hélia a neónu. Hélium-neónové lasery sa často používajú v laboratórnych experimentoch a optike. Má prevádzkovú vlnovú dĺžku 632,8 nm, ktorá sa nachádza v červenej časti viditeľného spektra. Hélium-neónový laser. Žiariaci lúč v strede nie je v skutočnosti laserový lúč, ale elektrický výboj, ktorý generuje žiaru, podobne ako sa to deje v neónových lampách. Lúč sa premieta na obrazovku vpravo ako žiariaca červená bodka.
snímka 11
Všetky lasery sa skladajú z troch hlavných častí: - aktívne (pracovné) médium; - čerpacie systémy (zdroj energie); - optický rezonátor (môže chýbať, ak laser pracuje v režime zosilňovača). Každý z nich zabezpečuje fungovanie lasera na vykonávanie jeho špecifických funkcií. Pracovným médiom héliovo-neónového lasera je zmes hélia a neónu v pomere 5:1, umiestnená v sklenenej banke pod nízkym tlakom (zvyčajne okolo 300 Pa). Energia čerpadla je dodávaná z dvoch elektrických výbojov s napätím asi 1000 voltov, umiestnených na koncoch banky. Rezonátor takéhoto lasera sa zvyčajne skladá z dvoch zrkadiel - úplne nepriehľadných na jednej strane žiarovky a druhého, prechádzajúceho cez seba asi 1% dopadajúceho žiarenia na výstupnej strane zariadenia. Hélium-neónové lasery sú kompaktné, typická veľkosť dutiny je od 15 cm do 0,5 m, ich výstupný výkon sa pohybuje od 1 do 100 mW.
snímka 12
Aplikácia laserov Veda Výzbroj Medicína Priemysel a život Spektroskopia Meranie vzdialenosti Fotochémia Magnetizácia Interferometria Holografia Chladenie Termonukleárna fúzia Laserové zbrane hviezdne vojny» Označenie cieľa Laserový zameriavač Laserové navádzanie Skalpel Bodové zváranie tkanivová chirurgia Diagnostika Odstraňovanie nádorov Rezanie, zváranie, značenie, gravírovanie CD, DVD prehrávače, tlačiarne, displeje Fotolitografia, čítačka čiarových kódov Optická komunikácia, navigačné systémy (l.gyroskop) Manipulácia s mikroobjektmi
snímka 13
snímka 14
snímka 15
Laserový sprievod hudobných vystúpení (laserová show) -Pevné a kvapalné lasery.
snímka 16
Polovodičový laser používaný v zobrazovacej jednotke tlačiarne Hewlett-Packard
snímka 17
snímka 18
V súčasnosti je ťažké si predstaviť pokrok v medicíne bez laserových technológií, ktoré otvorili nové možnosti pri riešení mnohých medicínskych problémov. Štúdium mechanizmov pôsobenia laserového žiarenia rôznych vlnových dĺžok a úrovní energie na biologické tkanivá umožňuje vytvárať laserové medicínske multifunkčné zariadenia, ktorých rozsah použitia v klinickej praxi je taký široký, že je veľmi ťažké odpovedať otázka: na aké choroby sa lasery nepoužívajú? Vývoj laserovej medicíny prebieha v troch hlavných odvetviach: laserová chirurgia, laserová terapia a laserová diagnostika. Našou oblasťou činnosti sú lasery pre aplikácie v chirurgii a kozmeteológii, ktoré majú dostatočne vysoký výkon na rezanie, vaporizáciu, koaguláciu a iné štrukturálne zmeny v biologickom tkanive. Využitie laserov v medicíne.
snímka 2
Slovo LASER je skratka, ktorá znamená zosilnenie svetla stimulovanou emisiou žiarenia ((L) zosilnenie svetla (A) (S) stimulované (E) emisiou (R) žiarenia) a opisuje, ako sa svetlo generuje. Všetky lasery sú optické zosilňovače, ktoré fungujú tak, že pumpujú (budia) aktívne médium umiestnené medzi dvoma zrkadlami, z ktorých jedno prepúšťa časť žiarenia. Aktívne médium je súbor špeciálne vybraných atómov, molekúl alebo iónov, ktoré môžu byť v plynnom, kvapalnom alebo pevnom skupenstve a ktoré po vybudení pumpovacím pôsobením budú generovať laserové žiarenie, t.j. emitujú žiarenie vo forme svetelných vĺn (nazývaných fotóny). Čerpanie kvapalín a pevných látok sa dosahuje ich ožiarením svetlom zábleskovej lampy a plyny sú čerpané pomocou elektrického výboja. Čo je laser?
snímka 3
Vlastnosti laserového svetla Svetelný lúč je kolimovaný, čo znamená, že sa pohybuje jedným smerom s veľmi malou divergenciou aj na veľmi veľké vzdialenosti Laserové svetlo je monochromatické, pozostáva z jednej farby alebo úzkeho rozsahu farieb. Bežné svetlo má veľmi široký rozsah vlnových dĺžok alebo farieb Laserové svetlo je koherentné, čo znamená, že všetky svetelné vlny sa pohybujú vo fáze spoločne v čase aj priestore Laser je zariadenie, ktoré vytvára a zosilňuje úzky, intenzívny lúč koherentného svetla
snímka 4
Dnes sú lasery široko používané v medicíne, výrobe, stavebnom priemysle, geodézii, spotrebná elektronika vedecké vybavenie a vojenské systémy. Dnes sa používajú doslova miliardy laserov. Sú súčasťou bežných zariadení ako sú skenery čiarových kódov používané v supermarketoch, skenery, laserové tlačiarne a CD prehrávače. Aplikácia laserov
snímka 5
Od Maimanovho vynálezu rubínového lasera v roku 1960 bolo navrhnutých mnoho potenciálnych aplikácií. V oblasti medicíny sa možnosti laserov začali rýchlo rozvíjať po roku 1964, kedy bol vynájdený laser s oxidom uhličitým, ktorý čoskoro dal chirurgom možnosť vykonávať veľmi zložité operácie pomocou fotónov namiesto skalpelu na vykonávanie operácií. Laserové svetlo môže preniknúť do vnútra tela a vykonávať operácie, ktoré bolo pred niekoľkými rokmi takmer nemožné vykonať, s minimálnym rizikom alebo nepohodlím pre pacienta. Kratšie (zelené) lasery sa používajú na "zváranie" oddelenej sietnice a používajú sa na naťahovanie molekúl proteínov na meranie ich sily atď. Využitie laserov v medicíne
snímka 6
V roku 1964 bola navrhnutá možnosť použitia rubínového lasera na liečbu zubného kazu, čo pritiahlo pozornosť celého sveta. V roku 1967, keď sa pokúšal odstrániť kaz a pripraviť dutinu rubínovým laserom, napriek dobrým výsledkom získaným na extrahovaných zuboch sa nevyhol poškodeniu zubnej drene. Neskôr na tento problém narazili aj podobné základné štúdie s CO2 laserom. Aby sa minimalizovalo nahromadenie tepla, namiesto kontinuálneho žiarenia sa použili pulzné lasery. Ďalšie štúdie ukázali, že laser môže vyvolať malý lokálny anestetický účinok. Ďalší vývoj viedol k vytvoreniu lasera, ktorý úplne prevŕta sklovinu a dentín. Zároveň laser šetrí viac zdravého zubného tkaniva. Pri dnešných laseroch prakticky nedochádza k nežiaducemu teplu, hluku a vibráciám. Pri odchode zo zubárskeho kresla väčšina pacientov nepociťovala žiadnu bolesť, nemuseli čakať na vymiznutie anestetika a znecitlivenia a nepociťovali takmer žiadne pooperačné nepohodlie. Lasery sú presné a prakticky bezbolestné a môžu zmeniť váš názor na návštevu zubára. Môžu zmeniť všetko. Využitie laserov v zubnom lekárstve
Snímka 7
Lasery predstavujú významný prelom v zubnom lekárstve, a to ako pre ďasná a iné mäkké tkanivá, tak aj pre samotné zuby. V súčasnosti sa široko používa značný počet laserových technológií a ošetrení. Dnes sa lasery používajú v týchto oblastiach stomatológie: Prevencia Parodontológia Kozmetická stomatológia Endodoncia Chirurgia Implantodoncia
Snímka 8
V súčasnosti sú lasery široko používané v drevospracujúcom priemysle av posledných rokoch sa oblasť ich distribúcie výrazne rozšírila. Použitie laserov uľahčuje polohovanie obrobkov (videoklip), vyrovnávanie vonkajších vzorov dvoch obrobkov, minimalizáciu odpadu, inštaláciu zložitých konštrukčných prvkov budov a stavieb. Lasery používané pri obrábaní dreva môžu vytvárať čiaru, priesečník čiar (označujúci stred) alebo 2D alebo 3D obraz (projektory). Laserové systémy v obrábaní dreva
Snímka 9
ako logické prvky na vstup a čítanie z pamäťových zariadení v počítačoch laserová tlačiareň optický prenos informácií Lasery v počítačová veda
Snímka 10
Laser je možné použiť aj na bezkontaktné meranie geometrických rozmerov (medzera, dĺžka, šírka, hrúbka, výška, hĺbka, priemer). Pomocou lasera je možné získať aj zložité merania: odchýlka od zvislosti; hodnota rovinnosti povrchu; presnosť profilu; Je možné získať odvodené veličiny, ako je priehyb a konvexnosť. Laserové meracie systémy umožňujú automatickú kontrolu parametrov produktov a okamžitú zmenu parametrov výrobnej linky, ak dôjde k odchýlke. Produkt je v tejto oblasti exkluzívny, pretože má nasledujúce vlastnosti: Vysoko presný Umožňuje kontrolovať kvalitu a vlastnosti geometricky zložitých častí Nepoškodzuje ani nezničí povrch produktu Funguje v akýchkoľvek podmienkach na akomkoľvek povrchu Ľahko sa integruje do existujúceho výrobná linka Lasery v meraniach
snímka 11
Klasifikácia laserov Lasery triedy I Nepredstavujú nebezpečenstvo pri nepretržitom pozorovaní alebo sú navrhnuté tak, aby zabránili vystaveniu ľudí laserovému žiareniu (napr. laserové tlačiarne) Viditeľné lasery triedy 2 (400 až 700 nm) Lasery vyžarujúce viditeľné svetlo, ktoré v dôsledku prirodzeného ľudského nepriaznivého vplyvu reakcie zvyčajne nie sú nebezpečné, ale môžu byť, ak sa dlhší čas pozeráte priamo do laserového svetla. Lasery triedy 3a, ktoré bežne nespôsobujú poškodenie pri krátkom očnom kontakte, ale môžu byť nebezpečné pri pozorovaní pomocou zbernej optiky (lupa z optických vlákien alebo teleskop) Lasery triedy 3b, ktoré pri priamom vystavení laserovému svetlu predstavujú riziko pre oči a pokožku. Lasery triedy 3b negenerujú nebezpečné difúzne odrazy s výnimkou laserov triedy 4 na blízko Lasery, ktoré predstavujú riziko pre oči prostredníctvom priamych, zrkadlových a difúznych odrazov. Okrem toho môžu byť takéto lasery horľavé a spôsobiť popáleniny kože.
snímka 12
OCHRANA OČÍ – Každý v operačnej sále musí nosiť ochranné okuliare. Svetlo vyžarované laserom môže vážne poškodiť rohovku a sietnicu nechránených očí. Okuliare musia mať bočnú ochranu a musia sa nosiť cez bežné okuliare. K laserovým ochranným okuliarom musí mať prístup a musí ich nosiť všetok personál v nebezpečnej oblasti triedy 3b a triedy 4, kde môže dôjsť k expozícii presahujúcej maximálnu povolenú hodnotu. Absorpčný koeficient optickej hustoty laserových ochranných okuliarov pre každú vlnovú dĺžku lasera určuje LaserSafetyOfficer (LSO). Všetky laserové ochranné okuliare sú jasne označené optickou hustotou a vlnovou dĺžkou, pred ktorou majú okuliare chrániť. Laserové bezpečnostné okuliare je potrebné pred použitím skontrolovať, či nie sú poškodené. ODRAZ - Laserové svetlo sa ľahko odráža a je potrebné dávať pozor, aby lúč nesmeroval na leštené povrchy. ELEKTRICKÉ RIZIKO - Vnútorné časti lasera sú pod vysokým napätím a vyžarujú neviditeľné laserové lúče bez akéhokoľvek tienenia. Vnútornú údržbu môžu vykonávať iba odborníci vyškolení v oblasti elektrickej a laserovej bezpečnosti. Bezpečnostné opatrenia
snímka 13
- druh zbrane s usmernenou energiou založený na využití elektromagnetického žiarenia vysokoenergetických laserov. Nápadný účinok LO je určený najmä termomechanickým a nárazovo-pulzným účinkom laserového lúča na cieľ. V závislosti od hustoty toku laserového žiarenia môžu tieto dopady viesť k dočasnému oslneniu osoby alebo k zničeniu tela rakety, lietadla a pod. lúčom sa obal cieľového objektu roztaví alebo odparí. Pri dostatočne vysokej hustote energie v pulznom režime spolu s tepelným efektom dochádza k šokovému efektu v dôsledku vzhľadu plazmy. V súčasnosti sa v Spojených štátoch pracuje na tvorbe letecký komplex laserové zbrane. Spočiatku sa plánuje vypracovať demonštračný model pre dopravné lietadlo Boeing-747 a po dokončení predbežných štúdií sa presťahovať do roku 2004. do úplného štádia vývoja. Od polovice 90-tych rokov boli za najrozvinutejšie považované taktické laserové zbrane, ktoré zabezpečovali ničenie optoelektronických prostriedkov a ľudských orgánov zraku. laserové zbrane
snímka 2
História vzniku kvantových generátorov; Princíp činnosti laserov; Typy laserov; Aplikácia.
snímka 3
Max Planck
1900 - M. Planck predložil myšlienku, že hmota vyžaruje a absorbuje svetlo v oddelených častiach - kvantách.
snímka 4
Niels Bohr
1913 – N. Bohr ukázal, že energia atómu je kvantovaná, t.j. môže nadobúdať množstvo diskrétnych hodnôt. Keď sa atóm pohybuje z energetickej úrovne na úroveň, vyžaruje sa fotón
snímka 5
Albert Einstein
1917 – A. Einstein predpovedal možnosť indukovanej (nútenej) emisie svetla atómami.
snímka 6
V. A. Fabrikant
1940 - V. A. Fabrikant poukázal na možnosť využitia fenoménu stimulovanej emisie na zosilnenie elektromagnetických vĺn.
Snímka 7
A. M. Prochorov, N. G. Basov, C. Townes
1954 - Sovietski akademici N. G. Basov a A. M. Prochorov a americký fyzik C. Towns vyvinuli "maser" - výkonný žiarič rádiových vĺn. Toto vynikajúce vedecká práca získal v roku 1960 Nobelovu cenu za fyziku. Prvý laser vo viditeľnom rozsahu spektra bol vytvorený v Spojených štátoch. V súčasnosti sa pracuje na vytvorení laserov v oblasti röntgenového a gama žiarenia, ktoré umožnia využívať lasery na riadenú termonukleárnu fúziu.
Snímka 8
Princíp činnosti laserov
Lasery produkujú koherentné žiarenie s veľmi vysokým výkonom. Nevyhnutná podmienka koherentné žiarenie - vytvára inverziu populácií energetických hladín (na úrovni je viac atómov ako na úrovni)
Snímka 9
rubínový laser
Snímka 10
Lampa čerpadla je xenónová výbojka s modro-zeleným svetlom, ktorá sa používa na excitáciu iónov chrómu.
snímka 11
Rubínový kryštál (s prímesou chrómu - 0,05%) umožňuje realizovať stav inverzie. Konce rubínovej tyče sú 2 vzájomne rovnobežné zrkadlá, jedno je priesvitné, pôsobia ako optický rezonátor. Smer osi rubínovej tyče je smer, pozdĺž ktorého sa bude generovať laserové žiarenie.
snímka 12
Druhy laserov
Keď už hovoríme o laseroch, väčšinou uvádzajú spôsob činnosti (pulzný laser, kontinuálny laser), druh pracovnej látky (pevnolátkový, kvapalinový alebo plynový laser), jej materiál (hélium-neónový laser, rubín, laser na skle) resp. farba jeho žiarenia (modrý laser, červený, infračervený).
Snímka 14
Plynový dynamický laser
Vo výkonnom plynovo-dynamickom laseri sa svetlo generuje prúdom horúceho plynu pod tlakom desiatok atmosfér.
snímka 15
polovodičový laser
V polovodičovom laseri vyžaruje vrstvu medzi dvoma polovodičmi typu P a n. Celý laser spolu s elektrickými kontaktmi je o niečo väčší ako tlačidlo.
snímka 16
Farbiace lasery
Pracovnou látkou farbiaceho lasera je kvapalina: roztok organických farbív alebo solí vzácnych kovov.
Snímka 17
Aplikácia laserov
Laser je skutočne skvelým vynálezom dvadsiateho storočia, ktorý našiel uplatnenie v mnohých oblastiach ľudskej činnosti.
Študent Abaluev Egor 11 "b"
Optické kvantové generátory, ktorých žiarenie leží vo viditeľnej a infračervenej oblasti spektra, sa nazývajú lasery.
Laser je zariadenie, v ktorom sa energia, ako je tepelná, chemická, elektrická energia, premieňa na energiu elektromagnetického poľa – laserový lúč.
Atóm je v excitovanom stave asi 10 -8 s, potom spontánne (spontánne) prechádza do základného stavu, pričom vyžaruje kvantá svetla.
Spontánna emisia sa vyskytuje pri absencii vonkajšieho pôsobenia na atóm a vysvetľuje sa nestabilitou jeho excitovaného stavu.
Ak je atóm vystavený vonkajšiemu pôsobeniu, potom sa jeho životnosť v excitovanom stave zníži a žiarenie už bude stimulované alebo indukované. Koncept stimulovanej emisie zaviedol v roku 1916 A. Einstein.
Stimulovaná emisia sa chápe ako emisia excitovaných atómov pri pôsobení dopadajúceho svetla Stimulovaná emisia.
1940 V. A. Fabrikant (možnosť využitia fenoménu stimulovanej emisie) 1954 N. G. Basov, A. M. Prochorov a C. Towns (vývoj mikrovlnného generátora) 1963 N. G. Basov, A. M Prochorov a C. Towns získali Nobelovu cenu za históriu vynálezu lasera.
Smerovosť Monochromatickosť Koherencia Intenzita Vlastnosti laserového žiarenia.
Pri použití lasera sa často používa systém troch energetických hladín atómu, z ktorých druhá je metastabilná so životnosťou atómu až 10 -3 s.
Schéma trojúrovňovej optickej pumpy Uvádza sa "životnosť" úrovní E2 a E3. Úroveň E2 je metastabilná. Prechod medzi úrovňami E3 a E2 je nežiarivý. Laserový prechod sa uskutočňuje medzi úrovňami E2 a E1.
Laser sa zvyčajne skladá z troch hlavných prvkov: * Zdroj energie (čerpací mechanizmus) * Pracovná kvapalina; * Systém zrkadiel ("optický rezonátor").
Hlavnou časťou rubínového lasera je rubínová tyčinka. Rubín je zložený z atómov Al a O s prímesou atómov Cr. Sú to atómy chrómu, ktoré dávajú rubínu jeho farbu a majú metastabilný stav.
Lasery sú schopné produkovať lúče svetla s veľmi malým uhlom divergencie. Všetky fotóny laserového žiarenia majú rovnakú frekvenciu (monochromatickosť) a rovnaký smer (konzistenciu). Lasery sú výkonné zdroje svetla (až 10 9 W, t.j. viac ako je výkon veľkej elektrárne).
Spracovanie materiálov (rezanie, zváranie, vŕtanie); V chirurgii namiesto skalpelu; V oftalmológii; Holografia; Komunikácia pomocou optických vlákien; Laserová lokalizácia; Použitie laserového lúča ako nosiča informácií.
Čo je laser? LASER (optický kvantový generátor) je zariadenie, ktoré premieňa energiu čerpadla (svetelnú, elektrickú, tepelnú, chemickú atď.) na energiu koherentného, monochromatického, polarizovaného a úzko smerovaného toku žiarenia. Slovo "laser" je skratkou slov anglickej frázy "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" - zosilnenie svetla stimulovanou emisiou.
Krátky príbeh vzhľad lasera 1916 - A. Einstein predpovedá existenciu javu stimulovanej emisie fyzikálneho základu pre činnosť akéhokoľvek lasera d. - teoretické zdôvodnenie tohto javu P. Diracom d. - experimentálne potvrdenie javu stimulovaného emisie R. Ladenburga a G. Kopfermanna d. - prvý mikrovlnný generátor (masér amoniaku), tvorcovia Ch. Townsa a nezávisle od neho A. Prochorov a N. Basov, pán T. Meiman demonštrovali činnosť prvého optický kvantový laserový generátor. V nasledujúcich rokoch dochádza k prudkému rozvoju a vynájde sa stále viac nových typov laserov (chemické, polovodičové, farbiace lasery a iné).
