EFECTUL LASER

1. EFECTUL LASER Prezentare realizata de elevele: Belu Raluca Alexandra Rotaru Andreea Elena Clasa a XII-a B

2. Efectul laser Laserul este un dispozitiv optic care generează un fascicul coerent de lumină. Fasciculele laser au mai multe proprietăţi care le diferenţiază de luminaincoerentăprodusă, de exemplu de Soare sau de becul cu incandescenţă: - monocromaticitate - un spectru în general foarte îngust de lungimi de undă; - direcţionalitate - proprietatea de a se propaga pe distanţe mari cu o divergenţă foarte mică şi, ca urmare, capacitatea de a fi focalizate pe o arie foarte mică; - intensitate - unii laseri sunt suficient de puternici pentru a fi folosiţi la tăierea metalelor; - coerenţa; - strălucire mare. La origine termenul laser este acronimul LASER format în limba englezăde la denumirea light amplification by stimulated emission of radiation (amplificare a luminii prin stimularea emisiunii radiaţiei), denumire construită pe modelul termenului maser care înseamnă un dispozitiv similar, funcţionând în domeniul microundelor.

3. Principiul functionarii laserului Laserul este un dispozitiv complex ce utilizează un mediu activ laser, ce poate fi solid, lichid sau gazos, şi o cavitate optică rezonantă. Mediul activ, cu o compoziţie şi parametri determinaţi, primeşte energie din exterior prin ceea ce se numeşte pompare. Pomparea se poate realiza electric sau optic, folosind o sursă de lumină (flash, alt laser etc.) şi duce la excitarea atomilor din mediul activ, adică aducerea unora din electronii din atomii mediului pe niveluri de energie superioare. Faţă de un mediu aflat în echilibru termic, acest mediu pompat ajunge să aibă mai mulţi electroni pe stările de energie superioare, fenomen numit inversie de populaţie.

4. Caracteristicile fasciculului laser • Intensitate • Monocromaticitate • Directionalitate

5. Intensitate În funcţie de tipul de laser şi de aplicaţia pentru care a fost construit, puterea transportată de fascicul poate fi foarte diferită. Astfel, dacă diodele laser folosite pentru citirea discurilor compacte este de ordinul a numai 5 mW, laserii cu CO2 folosiţi în aplicaţii industriale de tăiere a metalelor pot avea în mod curent între 100 W şi 3000 W. În mod experimental sau pentru aplicaţii speciale unii laseri ajung la puteri mult mai mari; cea mai mare putere raportată a fost în 1996 de 1,25 PW (petawatt, 1015 W).

6. Monocromaticitate Majoritatea laserilor au un spectru de emisie foarte îngust, ca urmare a modului lor de funcţionare, în care numărul mic de fotoni iniţiali este multiplicat prin „copiere” exactă, producând un număr mare de fotoni identici. În anumite cazuri spectrul este atât de îngust (lungimea de undă este atât de bine determinată) încât fasciculul îşi păstrează relaţia de fază pe distanţe imense. Aceasta permite folosirea laserilor în metrologie pentru măsurarea distanţelor cu o precizie extrem de bună, prin interferometrie. Aceeaşi calitate permite folosirea acestor laseri în holografie.

7. Directionalitate În timp ce lumina unei surse obişnuite (bec cu incandescenţă, tub fluorescent, lumina de la Soare) cu greu poate fi transformată într-un fascicul paralel cu ajutorul unor sisteme optice de colimare, lumina laser este în general emisă de la bun început sub forma unui fascicul paralel. Aceasta se explică prin acţiunea cavităţii optice rezonante de a selecta fotonii care se propagă paralel cu axa cavităţii. Astfel, în timp ce un reflector obişnuit de lumină, orientat de pe Pămînt spre Lună, luminează pe suprafaţa Lunii o suprafaţă de aproximativ 27.000 km în diametru, fasciculul unui laser nepretenţios cu heliu-neon luminează pe Lună o suprafaţă cu diametrul mai mic de 2 km. Folosind laseri mai performanţi şi avînd la dispoziţie pe suprafaţa Lunii retroreflectoare (colţuri de cub, care reflectă lumina incidentă pe aceeaşi direcţie) a fost posibilă determinarea cu foarte mare precizie a distanţei de la Pămînt la Lună.

8. Stralucire Mare • Se referă la faptul că unda laser concentrează o energie foarte mare într-un volum mic. • Tipuri de laser sunt: • Argonul; • Ledul; • Rubinul.

9. Utilizare • Metrologie • Holografie • Geologie, seismologieşi fizica atmosferei • Spectroscopie • Fotochimie • Fuziune nucleară • Microscopie • Aplicaţii militare • Medicină: bisturiu cu laser, înlăturarea tatuajelor, stomatologie, oftalmologie, acupunctură • Industrie şi comerţ: prelucrări de metale si materiale textile, cititoare de coduri de bare, imprimare • Aplicatii industriale: sudarea cu laser, tăierea cu laser, gravarea cu laser, marcare cu laser, crestarea cu laser, sinterizarea selectivă cu laser, sinterizarea prin scânteie cu laser. • Comunicaţii prin fibră optică • Înregistrarea şi redarea CD-urilor şi DVD-urilor

10. Emisia laser • Odata realizata ideea de populatie, atomii aflati in numar mare pe nivelul energetic superior trec brusc pe nivelul inferior emitand fotoni cu aceasi frecventa, intr-un numar mare si cu fazele corelate.Acesta este procesul de emisie stimulata. • Emisia laser este posibila doar daca energia fotonilor emisi egaleaza pierderile de energie prin alte procese ce au loc cand fotonii interactioneaza cu atomii din substanta.Aceasta conditie poarta numele de conditie prag. • Amplificarea radiatiei este proportionala cu drumul parcurs de radiatie prin substanta in care s-a realizat inversia de populatie(mediul laser). • Pentru a asigura un drum mai lung radiatiei prin mediul laser, acesta este inchis intr-un rezonator optic, care are la capete doua oglinzi pa care radiatia se reflecta si revine in mediul laser.Se apreciaza ca radiatia laser paraseste mediul laser dupa cateva drumuri dus-intors intre cele doua oglinzi de la capete.

11. Tipuri de laseri

12. Laserele cu Heliu-Neon (HeNe) • Cele mai raspandite lasere cu gaz. • Tubul lor este închis, conţin oglinzile interne şi sursa de alimentare de putere. Spectrul heliului şi a neonului Tub laser HeNe

13. Diferă de cele cu HeNe prin gaz. Pot fi cu oglinzi interioare sau exterioare. Puterea lor este mult mai mare, de la 10mW până la chiar 100W. Lasere cu ioni de argon şi kripton (Ar/Kr) Diferitele raze ale unui laser Ar/Kr • Acest tip de laser poate produce atat roşu, verde, albastru, care combinat rezultă culoarea albă. • Sunt folosite la imprimare de mare performanţă, medicină legală, operaţii, holografie, lasershow-uri mari, cât şi pentru amorsarea altor lasere. Prismă Brewster folosită pentru ajustarea lung. de undă

14. Lasere cu dioxid de carbon (CO2) • Necesită o sursă electrică de alimentare de foarte mare putere. • Lungimea de unda este în domeniul IR (10.6um). • Calitatea razei este foarte bună.

15. Lasere cu heliu-cadmiu (HeCd) • Au tuburile sigilate, cu oglinzi interne. • Sunt mai complexe decat alte tipuri de lasere. • Lungimea de undă a razei se situeaza spre spectrul violet şi ultraviolet. Laser HeCd

16. Laserul YAG-Nd Timbrul inainte si dupa curatare

17. Bibliografie • The Sci.Electronics.Repair (S.E.R) • Sam's Laser FAQ (SLF) •  Laser Equipment Gallery (LEG) •  Gabriela Cone, “Manual pentru clasa a XII-a”-Editura Plus