slide1
Download
Skip this Video
Download Presentation
Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia)

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 67

Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia) - PowerPoint PPT Presentation


  • 162 Views
  • Uploaded on

Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia). Nazwa szkoły: Zespół Szkół Ponadgimnazjalnych ID grupy: 97/55\_mf\_g1 Kompetencja: Matematyczno-fizyczna Temat projektowy: Laser, atomowe światło – pół wieku od odkrycia Semestr/rok szkolny: Semestr III, rok szkolny 2010/2011. Spis treści :.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia)' - glynn


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
dane informacyjne do uzupe nienia
Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia)
  • Nazwa szkoły:
  • Zespół Szkół Ponadgimnazjalnych
  • ID grupy:
  • 97/55_mf_g1
  • Kompetencja:
  • Matematyczno-fizyczna
  • Temat projektowy:
  • Laser, atomowe światło – pół wieku od odkrycia
  • Semestr/rok szkolny:
  • Semestr III, rok szkolny 2010/2011
spis tre ci
Spis treści :
  • Budowa atomu.
  • Postulaty Bohra.
  • Co to jest laser.
  • Historia lasera.
  • Rodzaje laserów.
  • Opis wybranych laserów.
  • Budowa, zasada działania lasera.
  • Zastosowanie laserów.
  • Rodzaje spójności światła laserowego.
  • Doświadczenia:
  • Wyznaczenie długości światła za pomocą siatki dyfrakcyjnej.
  • Wyznaczenie odległości między ścieżkami zapisu na płycie CD.
  • Doświadczenie obserwacyjne zjawiska fotoelektrycznego zewnętrznego.
  • Zadania.
  • Podsumowanie.
budowa atomu
BUDOWA ATOMU
  • Atom zbudowany jest z dodatnio naładowanego jądra i zajmujących przestrzeń poza jądrem elektronów. Jądro składa się z protonów i neutronów, czyli nukleonów.
postulaty bohra
Postulaty Bohra
  • W roku 1911 Rutherford odkrył istnienie jądra atomu. Dwa lata później, Niels Bohr, udoskonalił model Rutherforda i w ten sposób powstał model atomu wodoru.
  • Według Bohra atom wodoru ma dodatnie jądro o ładunku +e, wokół którego po orbicie kołowej porusza się elektron o ładunku –e.
  • Bohr, budując swój model atomu, przyjął dwa postulaty, bez których model ten nie byłby zgodny z doświadczeniem. Postulaty te miały w istocie charakter kwantowy.
slide7
1. Pierwszy postulat Bohra

Dla elektronu krążącego wokół jądra dozwolone są tylko takie orbity, dla których moment pędu, zwany inaczej krętem(będący iloczynem pędu elektronu i promienia orbity, po której krąży), jest całkowitą wielokrotnością stałej Plancka podzielonej przez 2

h – najmniejsza ze wszystkich stałych, stała Plancka, która wynosi

2. Drugi postulat Bohra

Kiedy elektron krąży po jednej z dozwolonych orbit i nie promieniuje energii w postaci fal elektromagnetycznych. Energia jest emitowana podczas przeskoku elektronu z jednej dozwolonych orbit na inną.

- energia elektronu, odpowiednio, końcowa i początkowa.

serie widmowe dla atomu wodoru
Serie widmowe dla atomu wodoru
  • 1. Seria Lymana, seria linii widmowych emitowanych przez atomy wodoru. Linie te powstają w wyniku emisji fotonów przez elektron w atomie wodoru przechodzący z wyższego orbitalu na orbital 1. Wszystkie linie serii leżą w dalekim ultrafiolecie
  • 2. Seria Balmera, seria linii widmowych powstająca w wyniku emisji fotonów przez elektron w atomie wodoru przechodzący z wyższego orbitalu na orbital 2 (seria L). Znajdują się one w bliskim nadfiolecie oraz w zakresie światła widzialnego. Bezpośrednio widoczne są linie - czerwona , niebiesko-zielona i dwie fioletowe.
  • 3. Seria Paschena, seria widm powstająca w wyniku emisji fotonów przez elektron w atomie wodoru przechodzący z wyższego orbitalu na orbital 3 (seria M). Znajdują się one wszystkie w podczerwieni.
  • 4. Seria Bracketta, seria widm powstająca w wyniku emisji fotonów przez elektron w atomie wodoru przechodzący z wyższego orbitalu na orbital 4 (seria N). Znajdują się one wszystkie w podczerwieni.
  • 5. Seria Pfunda, seria widm powstająca w wyniku emisji fotonów przez elektron w atomie wodoru przechodzący z wyższego orbitalu na orbital 5 (seria O). Znajdują się one wszystkie w podczerwieni.
  • 6. Seria Humphreysa, seria linii widmowych emitowanych przez atomy wodoru. Linie te powstają w wyniku emisji fotonów przez elektron w atomie wodoru przechodzący z wyższego orbitalu na orbital 6 (seria P).Znajdują się one wszystkie w podczerwieni.
co jest laser
Co jest laser?
  • Laser to generator promieniowania, wykorzystujący zjawisko emisji wymuszonej. Nazwa jest akronimem od Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation — wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania.
  • Niezwykłe właściwości promieniowania laserowego, jak wysoka spójność, mała rozbieżność wiązki i duża moc, wpłynęły na jego szerokie zastosowanie.
historia lasera
Historia lasera
  • Zjawisko wymuszonej emisji odkrył w drodze teoretycznych rozważań Albert Einstein
  • W 1940 roku radziecki uczony W. A. Fabrikant uzasadnił możliwość otrzymania zjawiska wymuszonej emisji promieniowania elektromagnetycznego na drodze eksperymentalnej
  • W latach 1952 - 53 z koncepcją budowy wzmacniacza mikrofal działającego na zasadzie wymuszonej emisji wystąpili, niezależnie od siebie, Charles H. Townes i jego współpracownicy w USA.
  • W 1954 roku zostało zbudowane pierwsze urządzenie, noszące nazwę lasera.
  • Z pierwszym projektem urządzenia wystąpił w 1958 roku Townes wraz z innym fizykiem amerykańskim Arthurem L. Schawlowem. Pierwszy czynny laser został zbudowany po kilku miesiącach.
  • W maju 1960 roku młody amerykański badacz Theodor H. Maiman zademonstrował laser rubinowy, wytwarzający niezwykle spójną i monochromatyczna wiązkę światła.
  • 1962 rok - laser półprzewodnikowy
  • 1963 rok - laser cieczowy
slide12
W roku następnym Snitzer uruchomił laser na bazie szkła neodymowego, a w roku 1964 Gaisik i Karkos skonstruowali laser na bazie granatu itrowo-glinowego domieszkowanego neodymem.
  • W tym samym roku zbudowany został pierwszy laser półprzewodnikowy z pompowaniem diodowym.
  • W latach 1967-69 Bagdasarow i Kamiński zbudowali laser na bazie kryształu perowskitu itrowo-glinowego domieszkowanego neodymem, a Homer, Linz i Gabbe wykorzystali fluorek litowo-itrowy (YLF).
  • Kilka lat później (w 1979 roku) skonstruowano laser z przestrajaniem częstotliwości na krysztale aleksandrytu, a w roku 1982 Moulton zaprezentował laser na bazie tikoru.
rodzaje laser w
Rodzaje laserów
  • Podział laserów w zależności od mocy
  • Lasery małej mocy
  • Lasery o średniej mocy
  • Podział laserów w zależności od sposobu pracy
  • Lasery pracy ciągłej, emitujące promieniowanie o stałym natężeniu
  • Lasery impulsowe, emitujące impulsy światła
    • szczególnym rodzajem lasera impulsowego jest laser femtosekundowy
  • Podział laserów w zależności od widma promieniowania, w których laser pracuje
  • Lasery w podczerwieni
  • Lasery w części widzialnej
  • Lasery w nadfiolecie
slide14
Podział laserów w zależności od ośrodka czynnego

Ośrodek czynny decyduje o najważniejszych parametrach lasera, określa długość emitowanej fali, jej moc, sposób pompowania, możliwe zastosowania lasera.

W nawiasach podano długości fal emitowanego światła.

Lasery gazowe:

    • He-Ne laser helowo-neonowy (543nm lub 633nm)
    • Ar laser argonowy (458nm, 488nm lub 514,5nm)
    • laser azotowy (337,1nm)
    • laser kryptonowy (jonowy 647,1nm, 676,4nm)
    • laser na dwutlenku węgla (10,6μm)
    • laser na tlenku węgla
    • laser tlenowo-jodowy
slide15
Lasery na ciele stałym
    • laser rubinowy (694,3 nm)
    • laser neodymowy na szkle
    • laser neodymowy na YAG-u (Nd:YAG)
    • laser erbowy na YAG-u (Er:YAG) (1645 nm)
    • laser tulowy na YAG-u (Tm:YAG) (2015 nm)
    • laser holmowy na YAG-u (Ho:YAG) (2090 nm)
    • laser tytanowy na szafirze (Ti:Al2O3)
    • laser na centrach barwnych
  • Lasery na cieczy
    • lasery barwnikowe - ośrodkiem czynnym są barwniki rozpuszczone w nieaktywnym ośrodku przezroczystym, np. rodamina
    • lasery chylatowe
    • lasery neodymowe
slide16
Lasery półprzewodnikowe
    • złączowe (diody laserowe)
      • laser na materiale objętościowym
      • laser na studniach kwantowych
      • laser na kropkach kwantowych
    • bezzłączowe
      • kwantowy laser kaskadowy

Lasery na wolnych elektronach

    • laser promieniowania X
  • Podział laserów w zależności od zastosowań

Specjalne lasery gazowe wytwarzające ultrafiolet o możliwie jak najmniejszej długości fali używane do produkcji półprzewodnikowych układów scalonych:

    • F_2 (157 nm)
    • ArF (193 nm)
    • KrCl (222 nm)
    • XeCl (308 nm)
    • XeF (351 nm)
slide17
Lasery używane w stomatologii i dermatologii, w tym do usuwania tatuaży, znamion oraz włosów:
  • laser rubinowy (694nm)
  • Aleksandrytowy (755nm)
  • pulsacyjna matryca diodowa (810nm)
  • Nd:YAG (1064nm)
  • Ho:YAG (2090nm)
  • Er:YAG (2940nm)

Półprzewodnikowe diody laserowe:

  • małej mocy - używane we wskaźnikach laserowych, drukarkach laserowych, CD/DVD
  • dużej mocy - używane w przemyśle do cięcia i spawania, występują o mocach do 10 kW
opis niekt rych typ w laser w
Opis niektórych typów laserów
  • Laser kryptonowy i ksenonowy
  • Wypełnione kryptonem lub ksenonem z domieszką fluoru lub chloru, emitują promieniowanie ultrafioletowe, zastosowania badawcze i do pompowania optycznego laserów barwnikowych. Laser kryptonowy jonowy ma wiele linii w paśmie widzialnym - dwie najintensywniejsze linie to linie 647,1 i 676,4nm czerwone.
  • Laser półprzewodnikowy
  • Nazywany również laserem diodowym lub diodą laserową - laser, którego obszarem czynnym jest półprzewodnik. Najczęściej laser półprzewodnikowy ma postać złącza p-n w którym obszar czynny jest pompowany przez przepływający przez złącze prąd elektryczny. Są to najbardziej perspektywiczne lasery z punktu widzenia ich zastosowań w fotonice ze względu na małe wymiary, dość wysokie moce, łatwość modulacji prądem sterującym o wysokiej częstotliwości (rzędu gigaherców) i możliwość uzyskania promieniowania od pasma bliskiej podczerwieni (diody laserowe dla telekomunikacji światłowodowej) do skraju fioletowego pasma widzialnego.
slide19
Laser neodymowy Nd:YAG
  • Można wyróżnić mikrolasery objętościowe i cienkowarstwowe. Pompowanie odbywa się za pomocą półprzewodnikowych diod laserowych. Długość aktywnego ośrodka objętościowego jest rzędu 1mm. Możliwość budowy lasera o tak małych wymiarach powstała w wyniku opanowania technologii diod generujących wiązkę o mocy rzędu watów z możliwością dopasowania pasma emisji tych diod do pasma maksymalnej absorpcji neodymu (λ=0.81 μm). Długość fali emitowanej przez laser wiązki λ=1.06 μm. Przejścia kwantowe realizowane są na jonach neodymu. Dichroiczne zwierciadła tworzą układ rezonatora otwartego dla mikrolasera objętościowego i falowodowego. Wiązka pompująca (λ=0.81 μm) powinna być transmitowana przez pierwsze zwierciadło i całkowicie odbijana przez drugie. Natomiast wiązka generowana przez laser (λ=1.06 μm), jak w typowym rezonatorze, powinna być całkowicie odbijana przez drugie zwierciadło i częściowo transmitowane przez pierwsze.
  • Mikrolaser objętościowy w połączeniu z kryształem nieliniowym tworzy laser o zwartej budowie, emitujący linię zieloną (druga harmoniczna, λ = 0,533 μm) o mocy nawet kilkunastu miliwatów. Tą drogą można uzyskać również harmoniczne wyższe niż druga i uzyskać promieniowanie w nadfiolecie.
slide20
Laser barwnikowy
  • Substancją czynną jest tak zwany barwnik, pompowany optycznie przez inny laser, z reguły o krótszej długości fali (najczęściej jest to silny laser argonowy, kryptonowy lub neodymowy).
  • Cząsteczki barwnika mogą oddawać pochłoniętą na skutek pompowania energię między innymi w drodze emisji wymuszonej, w dość szerokim zakresie długości fal. O powstaniu akcji laserowej decydują dodatkowe warunki zewnętrzne - na przykład odpowiedni układ luster i siatek dyfrakcyjnych, zwany rezonatorem. Dobierając parametry rezonatora, można uzyskać akcję laserową w określonym kierunku padania światła, o określonej długości fali. Przestrajanie może odbywać się poprzez przesuw luster, obrót siatki dyfrakcyjnej, a nawet zmianę ciśnienia. Aby nie doprowadzić do przegrzania barwnika (lub spadku jego aktywności wskutek przeniesienia większości oświetlonych cząsteczek na metastabilne poziomy energetyczne nieprzydatne w akcji laserowej), należy zadbać o jego właściwą cyrkulację - może to być na przykład ciągły przepływ barwnika przez aktywny obszar lub jego intensywne mieszanie. Dzięki szerokiemu zakresowi przestrajania, zarówno płynnego (poprzez regulację rezonatora) jak i skokowego (poprzez wymianę barwnika na inny) lasery barwnikowe znajdują zastosowania wszędzie tam, gdzie potrzebne jest uzyskanie ściśle określonej długości fali, trudnej do uzyskania przy użyciu konwencjonalnego lasera. Zakres dostępnych długości fal powiększa się dodatkowo za sprawą optyki nieliniowej, np. generacja harmonicznej pozwala na emisję fal o połowę krótszych od fal generowanych przez czynnik roboczy lasera.
  • Lasery barwnikowe stosuje się w spektroskopii, medycynie, fotochemii i wielu innych dziedzinach.
laser rubinowy
LASER RUBINOWY
  • Laser rubinowy - laser na ciele stałym, którego obszarem czynnym jest rubin.
  • Ten skład chemiczny zapewnia występowanie trójpoziomowego układu stanów energetycznych w rubinie.
  • Emitowana długość fali jest równa 694,3 nm. Laser ten pracuje w trybie impulsowym.
  • Laser rubinowy był pierwszym działającym typem lasera. Został skonstruowany przez Theodore'a Maimana w 1960.
laser rubinowy zasada dzia ania
Laser rubinowy: Zasada działania
  • Fotony emitowane w wyniku emisji spontanicznej, które nie poruszają się wzdłuż osi, uciekają przez ścianki boczne zanim są w stanie wywołać emisję wymuszoną. Ale te fotony, które poruszają się dokładnie w kierunku osi, mogą być parokrotnie odbijane od krańcowych zwierciadeł i są w stanie wielokrotnie wywołać emisję wymuszoną. W ten sposób liczba fotonów gwałtownie rośnie, a te które uciekają przez częściowo odbijającą powierzchnie czołową tworzą jednokierunkową wiązkę o dużym natężeniu i ściśle określonej długości fali.
laser helowo neonowy
Laser helowo - neonowy
  • Laser helowo-neonowy (He-Ne) - laser gazowy o działaniu ciągłym. Substancją roboczą wewnątrz rury próżniowej jest mieszanina neonu pod ciśnieniem parcjalnym 0,1mm Hg i helu pod ciśnieniem parcjalnym 1 mm Hg.
  • Laser helowo-neonowy emituje wiązkę światła o długości fali λ = 632,8 nm (czerwień) lub w podczerwieni o długości fali 1,15 μm.
budowa i zasada dzia ania lasera
Budowa i zasada działania lasera
  • Zasadniczymi częściami lasera są: ośrodek czynny, rezonator optyczny, układ pompujący.
  • Układ pompujący dostarcza energię do ośrodka czynnego, w ośrodku czynnym w odpowiednich warunkach zachodzi akcja laserowa, czyli kwantowe wzmacnianie (powielanie) fotonów, a układ optyczny umożliwia wybranie odpowiednich fotonów.
slide26
Promieniowanie lasera ma charakterystyczne właściwości, trudne lub wręcz niemożliwe do osiągnięcia w innych typach źródeł promieniowania. Jest ono spójne w czasie i przestrzeni, zazwyczaj spolaryzowane i ma postać wiązki o bardzo małej rozbieżności.
  • W laserze łatwo jest otrzymać promieniowanie o bardzo małej szerokości linii emisyjnej, co jest równoważne bardzo dużej mocy w wybranym, wąskim obszarze widma.
  • W laserach impulsowych można uzyskać bardzo dużą moc w impulsie i bardzo krótki czas trwania impulsu.
w a ciwo ci wiat a laserowgo
Właściwości światła laserowgo
  • Rozbieżność wiązki,
  • Spójność,
  • Moc promieniowania i gęstość energii,
  • Propagacja promieniowania laserowego w środowisku,

Rozbieżność jest to powiększanie się pola przekroju poprzecznego wiązki wraz z odległością. Rozbieżność wiązki promieniowania określa się kątem rozbieżności Θ. Dzięki małym rozbieżnościom wiązki prawie całą energię promieniowania możemy skierowywać w określonym kierunku.

zastosowanie lasera
Zastosowanie lasera
  • Przemysł
  • Lasery znalazły zastosowanie w nowoczesnej poligrafii:

- w naświetlarkach filmów poligraficznych

- w naświetlarkach offsetowych form drukowych

- w naświetlarkach zintegrowanych z maszyną drukarską

- w jednym z typów druku cyfrowego, tj. w technologii analogicznej do używanych w cyfrowych kserokopiarkach

  • Znakowanie produktów

Lasery znalazły również zastosowanie przy znakowaniu produktów. Używa się ich przy liniach produkcyjnych posiadających bardzo wysokiej wydajności (np. 70 000 prod./h) oraz gdy chcemy uzyskać trwały i estetyczny nadruk.

Podstawowym założeniem stosowania lasera do znakowania jest jego trwałość oraz nieusuwalność znaku. Aby „zniszczyć” np. datę przydatności do produkcji na towarze spożywczym wykonaną laserem, należałoby zniszczyć także opakowanie lub usunąć etykietę.

slide31
Laserowe cięcie metali
  • Cięcie laserowe stanowi nowoczesną metodę obróbki o podobnych parametrach wymiarowych jak klasyczna obróbka mechaniczna. Podstawowa różnica tkwi w stosowanym czynniku tnącym, który w przypadku cięcia laserowego stanowi promień lasera oraz gaz techniczny o dużej czystości. W zależności od stosowanego urządzenia (przede wszystkim jego mocy) cięcie przeprowadza się na następujące sposoby:
  • - przez odparowanie;
  • - przez topnienie i wydmuchiwanie;
  • - przez wypalenie;
  • - poprzez generowanie pęknięć termicznych;
  • - poprzez zarysowanie;
  • - przez tzw. zimne cięcie.
  • Laserowe spawanie metali
  • Spawanie laserowe polega na łączeniu detali przez stopienie obszarów ich styku przy pomocy skoncentrowanej wiązki lasera. Duża gęstość mocy wiązki laserowej gwarantuje, że energia spawania jest na poziomie minimalnym potrzebnym do stopienia złącza. Strefy wpływu ciepła i stopienia są bardzo wąskie
slide32
Laserowe drążenie

Za pomocą lasera można drążyć bardzo małe otwory w bardzo twardych materiałach np. w diamencie, a także w bardzo kruchych np. w ceramice. Otwory są wykonywane z dużą prędkością i mają powtarzalny kształt. Wiązka laserowa topi metal, tworzy się jeziorko płynnego metalu, a strumień gazu częściowo spala i usuwa stopiony metal z obszaru oddziaływania wiązki laserowej. Materiał musi być usuwany na tę samą stronę, z której działa gaz.

  • Laserowa obróbka cieplna metali

Właściwości wiązki laserowej można wykorzystać do cieplnej obróbki powierzchniowej metali. Wiązkę można skupić na małej powierzchni, dzięki czemu tą metodą da się obrabiać cieplnie określone fragmenty powierzchni.

Za pomocą wiązki laserowej można zastąpić klasyczne metody obróbki cieplnej lub stopować powierzchnie metali innymi pierwiastkami dzięki czemu następuje zmiana składu i właściwości warstwy wierzchniej.

slide33
2. Technologia wojskowa

Dalmierze laserowe, stosowane do oceny odległości od celu, wchodzą w skład systemów kierowania ogniem lub systemów rozpoznawczych czołgów i niektórych innych pojazdów bojowych, samolotów i śmigłowców, mogą być także przenośne.

W systemach naprowadzających cel jest oświetlany wiązką laserową, promieniowanie odbite jest emitowane praktycznie we wszystkich kierunkach (z uwagi na rozpraszanie wiązki na powierzchni). Pocisk rakietowy, artyleryjski lub bomba kierowana, wyposażony w czujnik laserowy, określa źródło odbitej wiązki, i za pomocą układów elektronicznych naprowadza się na podświetlony cel.

Podobne zastosowanie ma laserowy wskaźnik celu, lecz w tym przypadku laser wskazuje cel, a operator broni (strzelec) samodzielnie naprowadza promień lasera na cel.

slide34
3. Medycyna

Lasery są wykorzystywane w medycynie do takich celów jak:

  • diagnostyka (lasery diagnostyczne);
  • terapia schorzeń (lasery stymulacyjne i chirurgiczne);
  • oświetlanie pola operacji.

Lasera używa się w medycynie przede wszystkim do "twardej" obróbki tkanek:

  • cięcia,
  • koagulacji,
  • odparowania (fotoablacji oraz ablacji stymulowanej plazmą),
  • obróbki mechanicznej (rozrywania, fragmentacji czy kawitacji).

Lasery w okulistyce wykorzystywane są m.in. do przyklejenia siatkówki do dna

oka, która może się odkleić na skutek np. uderzenia w tył głowy.

W dermatologii laserów używa się do usuwania niektórych nowotworów i naczyniaków powstałych np. po odmrożeniach. Wiązką można zniszczyć chore komórki nie naruszając zdrowych. Skalpel laserowy pomocny jest przy leczeniu oparzeń. Przy jego pomocy można zdejmować naskórek lub warstwę spalonej skóry i odsłonić zdrową aby mogła się zagoić. Laser pomocny jest też przy usuwaniu tatuaży i włosów, rozjaśnianiu skóry, przywracaniu jej gładkości i sprężystości.

slide35
4. Telekomunikacja
  • Nadajniki laserowe przy transmisji światłowodowej,
  • Odczyt i zapis informacji na płytach kompaktowych.

5. Efekty wizualne

Lasery są wykorzystywane do tworzenia efektów wizualnych np. w spektaklach teatralnych, reklamach, koncertach i dyskotekach.

Tanie lasery diodowe są wykorzystywane jako wskaźniki podczas prezentacji dydaktycznych, konferencyjnych, reklamowych itp.

6. Geodezja, budownictwo

Prostoliniowy bieg wiązki lasera wykorzystywany jest w pomiarach geodezyjnych(dalmierze), a także w budownictwie(poziomnice laserowe, generatory linii).

rodzaje sp jno ci wiat a laserowego
Rodzaje spójności światła laserowego
  • Spójność czasowa - spójność (korelacja fazowa) wiązek światła wychodzących z danego punktu źródła w różnych momentach czasu.
  • Spójność przestrzenna - spójność drgań wywołanych przez falę w różnych punktach powierzchni falowej.
do wiadczenie nr 1 wyznaczenie d ugo ci wiat a laserowego za pomoc siatki dyfrakcyjnej
DOŚWIADCZENIE nr 1: WYZNACZENIE DŁUGOŚCI ŚWIATŁA LASEROWEGO ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ
  • 1. Przyrządy:
  • laser He-Ne
  • linijka
  • siatka dyfrakcyjna L200
slide39
2. Część teoretyczna do doświadczenia

Wyprowadzenie wzoru do obliczeń:

oraz

więc:

λ - długość światła czerwonego

a - odległość między rzędami prążków jasnych

d – stała siatki dyfrakcyjnej

l – odległość siatki dyfrakcyjnej od ekranu

n – numer prążka jasnego

slide40
3. Wyniki pomiarów i obliczenia.

4. Obliczenia niepewności pomiarowej.

slide41
Dla I rzędu prążka jasnego
  • Dla II rzędu prążka jasnego
  • Dla III rzędu prążka jasnego

5. Wniosek z doświadczenia

Na podstawie obliczeń długości światła czerwonego lasera

helowo - neonowego i niepewności pomiarowych można stwierdzić, że

długość światła dla tego lasera jest stała i wynosi 633nm.

do wiadczenie nr 2 wyznaczenie odleg o ci mi dzy cie kami zapisu na p ycie cd
Doświadczenie nr 2: Wyznaczenie odległości między ścieżkami zapisu na płycie CD

1. Przyrządy:

  • Laser helowo – neonowy,
  • Linijka,
  • Ekran,
  • Płyta CD.

2. Część teoretyczna do doświadczenia

slide43
Wyprowadzenie wzoru do obliczeń:

oraz

więc:

W doświadczeniu ustawiono płytę, laser i ekran w jednej linii.

slide45
Obliczenia niepewności pomiarowych

dla l=0,5m

bł%dśr=76%

dla l=0,5m

bł%dśr=31%

slide47
Obliczenia niepewności pomiarowych

dla l=1,5m

bł%dśr=72%

dla l=0,5m

bł%dśr=30%

slide48
4. Wnioski z doświadczenia.
  • Obliczone wartości w doświadczeniu w porównaniu z wielkością tablicową stwierdzamy, że odległość miedzy ścieżkami zapisu na płycie CD wynosi 1600nm.
  • Porównując otrzymane wyniki w doświadczeniu z tablicową odległością pomiędzy ścieżkami zapisu dla płyty CD stwierdzamy, że niepewności pomiarowe otrzymaliśmy stosunkowo duże. Przyczyną jest duże rozmycie prążków interferencyjnych, zwłaszcza dla odległości 1,5m.
  • Pomiary wykonywaliśmy wielokrotnie w zaciemnionym pomieszczeniu po lewej i prawej stronie względem prążka zerowego. Do obliczeń wzięliśmy wartości średnie arytmetyczne.
do wiadczenie nr 3 do wiadczenie obserwacyjne zjawiska fotoelektrycznego zewn trznego
Doświadczenie nr 3: Doświadczenie obserwacyjne zjawiska fotoelektrycznego zewnętrznego

1. Przyrządy:

  • lampa kwarcowa,
  • elektroskop,
  • płytka cynkowa,
  • laseczka ebonitowa i szklana do elektryzowania.

2. Przebieg doświadczenia:

  • płytkę cynkową mocujemy w elektroskopie,
  • płytkę cynkową elektryzujemy laseczką szklaną,
  • naświetlamy ją światłem z lampy kwarcowej,
  • następnie elektryzujemy płytę cynkową, obojętną elektrycznie, laseczką ebonitową i ponownie naświetlamy światłem z lampy kwarcowej,
  • obserwujemy położenie listków elektroskopu.
slide50
3. Obserwacje z doświadczenia:
  • Podczas naświetlania płytki naelektryzowanej dodatnio, listki elektroskopu nie zmieniły swojego położenia,
  • Podczas naświetlania płytki cynkowej naelektryzowanej ujemnie, listki elektroskopu opadły, co świadczy, że elektroskop rozładował się elektrycznie.

4. Wniosek z doświadczenia:

Podczas naświetlania płytki cynkowej, wcześniej naelektryzowanej ujemnie, światłem z lampy kwarcowej, elektroskop się rozładował. Było to spowodowane tym, że światło z lampy kwarcowej wybiło z płytki elektrony.

5. Podsumowanie

Wyjaśnienie zjawiska na gruncie kwantowej teorii światła:

  • Światło jest strumieniem biegnących maleńkich cząstek – fotonów,
  • Foton padając na fotokatodę(płytkę metalową), dostarcza energii (foton straci całą swoją energię i przestaje istnieć). Część tej energii(nazywaną pracą wyjścia W), zostaje zużyta na wybicie elektronu z fotokatody. Pozostała część stanowi energię kinetyczną elektronu, wylatującego z fotokatody. Zjawisko to zachodzi, gdy .
slide51
Rysunek obrazujący zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne
  • Objaśnienia wielkości fizycznych:
    • Ef -Energia fotonu
    • W -Praca wyjścia elektronu z powierzchni metalu
    • Ek -Energia kinetyczna fotoelektronów
    • c -Prędkość światła w próżni
    • h -Stała Plancka
    •  -Długość fali elektromagnetycznej
    • m -Masa elektronu
    • v -Prędkość fotoelektronu
zadanie nr 1
Zadanie nr 1
  • Ile wynosi stosunek długości fali, odpowiadającym granicom serii Paschena(n1=3) i Balmera(n2=2)?
  • Dane:
  • n1=3
  • n2=2

Szukane:

Rozwiązanie:

Wzory:

zadanie nr 2
Zadanie nr 2
  • Korzystając z teorii Bohra, oblicz promień pierwszej orbity elektronu w atomie wodoru.
  • Dane :
  • Szukane :
  • r = ? dla n = 1

Wzory:

-

zadanie nr 3
Zadanie nr 3
  • Wiedząc, że wyjścia elektronu dla cezu W=1,8 eV, oblicz maksymalną prędkość wybitych elektronów przy oświetleniu płytki cezowej monochromomatycznym światłem o długości fali λ=560 nm.

Dane:

Szukane:

Wzory:

slide59
Po oświetleniu siatki dyfrakcyjnej laserem rubinowym zaobserwowano na ekranie jasne i ciemne prążki. Na rysunku (bez zachowania skali odległości) zaznaczono jasne prążki.
slide60
a ) zapisz nazwy dwóch zjawisk, które spowodowały powstanie prążków na ekranie
  • b) na przedstawionym powyżej rysunku zaznacz przybliżone położenia jasnych prążków dla lasera helowo –neonowego. Odpowiedź uzasadnij zapisując odpowiednie zależności
  • c) wykaż, zapisując odpowiednie zależności, że wartość pędu pojedynczego fotonu emitowanego przez laser helowo-neonowy jest większa od wartości pędu fotonu emitowanego przez laser rubinowy
slide61
Rozwiązania:
  • a) Zjawiska które spowodowały powstanie prążków na ekranie, to :
  • zjawisko dyfrakcji
  • zjawisko interferencji
  • b)
  • c)

>

zadanie nr 5
Zadanie nr 5

Laser o mocy 0,1W emituje w próżni monochromatyczną wiązek światła o długości fali 633nm i kołowym przekroju:

  • Oszacuj liczbę fotonów zawartych w elemencie wiązki światła o długości 1m.
  • Oblicz wartość siły, jaką wywierałyby ta wiązka światła laserowego padająca w próżni prostopadle na wypolerowaną metalową płytkę. Do obliczeń przyjmij, że w ciągu 1s na powierzchnię płytki pada fotonów. Załóż, że płytka odbija w całości padające na nią promieniowanie.
  • Oblicz najwyższy rząd widma jaki można zaobserwować po skierowaniu tej wiązki prostopadle na siatkę dyfrakcyjną posiadającą 400rys/mm.
slide63
a)

Wzory i rozwiązanie:

slide64
b)

Wzory i rozwiązanie:

slide65
c)

Wzory i rozwiązanie:

podsumowanie
podsumowanie
  • Laser pomimo swojego szerokiego zastosowania w technice, które służy ludziom, niesie ze sobą różnego rodzaju zagrożenia.
  • Należy pamiętać:
  • nigdy nie wolno patrzeć bezpośrednio na wiązkę laserową, może ona uszkodzić oczy, a nawet spowodować ślepotę.
  • laser może rozmaicie oddziaływać na skórę, w zależności od rodzaju promieniowania emitowanego przez dany rodzaj lasera i czasu jego działania. Najcięższym powikłaniem jest oparzenie i głębokie zniszczenie skóry.
  • Dużym zagrożeniem, dla istnienia ludzkości jest broń laserowa, która już od dłuższego czasu jest stosowana w praktyce.
ad