Лазеры и лазерные технологии презентация. Презентация "Лазеры и их применение" по физике – проект, доклад

Слайд 2

Слово ЛАЗЕР - это акроним, который расшифровывается, как Усиление Света путем Вынужденной Эмиссии Излучения ((L) light (A) amplification (S) stimulatedbythe (E) emissionof (R) radiation) и описывает способ генерации света. Все лазеры являются оптическими усилителями, которые работают путем накачивания (возбуждения) активной среды, помещенной между двумя зеркалами, одно из которых пропускает часть излучения. Активная среда - это совокупность специально подобранных атомов, молекул или ионов, которые могут быть в газообразном, жидком или твердом состоянии и которые при возбуждении путем нагнетающего действия будут генерировать лазерное излучение, т.е. испускать излучение в виде световых волн (называемых фотонами). Накачка жидкости и твердых тел достигается путем облучения их светом импульсной лампы, а газы накачиваются при помощи электрического разряда. Что такое лазер?

Слайд 3

Свойства лазерного света Световой луч коллимированный, что означает, что он перемещается в одном направлении с очень маленьким расхождением даже на очень большие расстояния Лазерный свет - монохромный, состоящий из одного цвета или узкого диапазона цветов. У обычного света очень широкий диапазон длин волн или цветов Лазерный свет - когерентный, что означает, что все световые волны перемещаются в фазе вместе как во времени, так и в пространстве Лазер - это устройство, которое создает и усиливает узкий, интенсивный луч когерентного света

Слайд 4

Сегодня лазеры широко применяются в медицине, производстве, строительной промышленности, геодезии, бытовой электронике, научной аппаратуре и военных системах. Сегодня используются буквально биллионы лазеров. Они являются составляющей таких привычных устройств, как сканеры штрих-кода, используемые в супермаркетах, сканеры, лазерные принтеры и проигрыватели компакт-дисков. Применение лазеров

Слайд 5

После изобретения Майманом в 1960 году рубинового лазера, было предложено множество его потенциальных применений. В области медицины возможности лазеров стали развиваться быстрее после 1964 года, когда был изобретен лазер на диоксиде углерода, который вскоре дал хирургам возможность выполнять очень сложные операции, используя фотоны вместо скальпеля, для проведения операций. Лазерный свет может проникать внутрь тела, выполняя операции, что несколько лет назад было почти невозможно выполнить, при минимальном риске или дискомфорте для пациента. Более короткие (зеленые) лазеры используются для "сварки" отслоившейся сетчатки, и используются для растяжения молекул белка для измерения их силы и т.д. Применение лазеров в медицине

Слайд 6

В 1964 году была предположена возможность применения рубинового лазера для лечения кариеса, что привлекло внимание всего мира. В 1967 году при попытке удалить кариес и подготовить полость при помощи рубинового лазера, но не смог избежать повреждения пульпы зуба, несмотря на хорошие результаты, полученные на извлеченных зубах. Позднее, подобные базовые исследования с лазером CO2 также столкнулись с этой проблемой. Чтобы минимизировать накопление тепла, вместо непрерывного излучения использовались импульсные лазеры. Дальнейшие исследования продемонстрировали, что лазер может давать небольшой местный анестезирующий эффект. Дальнейшие разработки привели к созданию лазера, который просверливает эмаль и дентин полностью. При этом лазер сохраняет больше здоровой ткани зуба. С сегодняшними лазерами практически нет нежелательного нагревания, нет шума и вибрации. Покидая стоматологическое кресло, большинство пациентов не ощущали боли, им не надо было дожидаться, пока пройдут действие анестетика и онемение, и не испытывали почти никакого послеоперационного дискомфорта. Лазеры точны и практически безболезненны и могут изменить Ваше мнение о посещении стоматолога. Они могут изменить все. Применение лазеров в стоматологии

Слайд 7

Лазеры - это значительный прорыв в стоматологии, как для десен и других мягких тканей, так и для самих зубов. В наши дни значительное количество лазерных технологий и методов лечения получили широкое применение. Сегодня лазеры используются в следующих областях стоматологии: Профилактика Пародонтология Эстетическая стоматология Эндодонтия Хирургия Имплантодонтия Протезирование Применение лазеров в стоматологии

Слайд 8

В настоящее время лазеры широко используются в деревообрабатывающей промышленности, причем за последние годы область их распространения значительно расширилась. Применение лазеров облегчает позиционирование заготовок (видеоролик), совмещение наружных рисунков двух заготовок, минимизацию образующихся отходов, монтаж сложных конструкционных элементов зданий и сооружений. Лазеры, применяемые в деревообработке, могут воспроизводить линию, пересечение линий (обозначать центр) или 2-х или 3-х мерное изображение (проекторы). Лазерные системы в деревообработке

Слайд 9

в качестве логических элементов для ввода и считывания из запоминающих устройств в вычислительных машинах лазерный принтер оптическая передача информации Лазеры в вычислительной технике

Слайд 10

Лазер также можно использовать для бесконтактных измерений геометрических размеров (зазор, длина, ширина, толщина, высота, глубина, диаметр). С помощью лазера также можно получать комплексные измерения: отклонение от вертикальности; величину плоскостности поверхности; точность профилей; Существует возможность получать производные величины, такие, как прогиб и выпуклость. Лазерные измерительные системы позволяют в автоматическом режиме контролировать параметры продукции и немедленно изменять параметры производственной линии, если происходит, какое либо отклонение. Продукт в этой области эксклюзивен, поскольку обладает следующими свойствами: Высокоточен Позволяет контролировать качество и характеристики геометрически сложных деталей Не повреждает и не разрушает поверхность продукт Работает в любых условиях на любых поверхностях Легко интегрируется в уже действующую производственную линию Лазеры в измерениях

Слайд 11

Классификация лазеров Лазеры класса IНе представляют опасности при непрерывном наблюдении или разработаны так, чтобы предотвратить попадание человека под лазерное излучение (например, лазерные принтеры) Видимые лазеры класса 2 (от 400 до 700 нм)Лазеры, излучающие видимый свет, который из-за естественной человеческой отрицательной реакции обычно не представляют опасности, но могут представлять, если смотреть прямо на лазерный свет в течение продолжительного времени. Класс 3aЛазеры, которые обычно не причиняют вред при кратковременном попадании в глаза, но могут представлять опасность при наблюдении с использованием собирающей оптики (волоконно-оптическая лупа или телескоп) Класс 3bЛазеры, которые представляют опасность для глаз и кожи при прямом попадании лазерного света. Лазеры класса 3b не генерируют опасное диффузное отражение, за исключением попадания с близкого расстояния Лазеры класса 4Лазеры, которые представляют опасность для глаз в результате прямого, зеркального и диффузионного отражений. Кроме того, такие лазеры могут быть пожароопасными и вызывать ожоги на коже.

Слайд 12

ЗАЩИТА ГЛАЗ - Все, кто находится в операционной, должны надевать специальные защитные очки. Свет, выходящий из лазера, может серьезно повредить роговицу и сетчатку незащищенных глаз. Очки должны иметь боковую защиту и надеваться поверх обычных очков. Лазерные защитные очки должны быть доступны и надеваться всем персоналом, находящимся внутри Номинальной опасной зоны лазеров класса 3 b и класса 4, где может произойти облучение свыше Максимально разрешенного. Коэффициент поглощения оптической плотности лазерных защитных очков для каждой длины волны лазера определяется LaserSafetyOfficer (LSO). На всех лазерных защитных очках четко отмечается оптическая плотность и длина волны, для защиты от которых предназначены очки. Лазерные защитные очки перед использованием должны проверяться на повреждения. ОТРАЖЕНИЕ - Лазерный свет легко отражается и нужно внимательно следить за тем, чтобы луч не направлялся на полированные поверхности. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ОПАСНОСТЬ - Внутренние части лазера находятся под высоким напряжением и излучают невидимым лазерные лучи без всякой экранировки. Только специалисты, обученные электрической и лазерной безопасности, авторизированны проводить внутреннее обслуживание. Меры безопасности

Слайд 13

– вид оружия направленной энергии, основанный на использовании электромагнитного излучения высокоэнергетических лазеров. Поражающий эффект ЛО определяется в основном термомеханическим и ударно – импульсным воздействием лазерного луча на цель. В зависимости от плотности потока лазерного излучения эти воздействия могут привести к временному ослеплению человека или к разрушению корпуса ракеты, самолета и др. В последнем случае в результате теплового воздействия лазерного луча происходит расплавление или испарение оболочки поражаемого объекта. При достаточно большой плотности энергии в импульсном режиме наряду с тепловым осуществляется ударное воздействие, обусловленное возникновением плазмы. В настоящее время в США продолжаются работы по созданию авиационного комплекса лазерного оружия. Вначале предполагается отработать демонстрационный образец для транспортного самолета Боинг‑747 и после завершения предварительных исследований перейти в 2004г. к этапу полномасштабной разработки. По состоянию на середину 90‑х годов наиболее отработанным считалось тактическое лазерное оружие, обеспечивающее поражение оптико‑электронных средств и органов зрения человека. Лазерное оружие

ЛАЗЕР (оптический квантовый генератор) – устройство,
генерирующее
когерентные
и
монохроматические
электромагнитные волны видимого диапазона за счет
вынужденного испускания или рассеивания света атомами
(ионами, молекулами) активной среды.
Слово «лазер» – аббревиатура слов английской фразы «Light
Amplification by Stimulated Emission of Radiation» – усиление
света вынужденным излучением. Рассмотрим эти понятия
подробнее.

Применение лазера
Уникальные свойства лазерного излучения сделали квантовые генераторы
незаменимым инструментом в самых разных областях науки и техники.
Например:
1.
2.
3.
4.
5.
Технические лазеры
Лазерная связь
Лазеры в медицине
Лазеры в научных исследованиях
Военные лазеры

Технические лазеры

Мощные лазеры непрерывного действия применяются для
резки, сварки и пайки деталей из различных материалов.
Высокая температура излучения позволяет сваривать
материалы, которые иными методами соединить нельзя
(например, металл с керамикой). Высокая монохроматичность
излучения позволяет сфокусировать луч в точку диаметром
порядка микрона.

Технические лазеры

Идеально прямой лазерный луч служит удобной «линейкой».
В геодезии и строительстве импульсные лазеры применяют
для измерения расстояний на местности, рассчитывая их по
времени движения светового импульса между двумя точками.
Точные измерения в промышленности производят при
помощи интерференции лазерных лучей, отраженных от
концевых поверхностей изделия.

Лазерная связь

Появление лазеров произвело переворот в технике связи и записи
информации. Существует простая закономерность: чем выше несущая
частота (меньше длина волны) канала связи, тем больше его
пропускная способность. Именно поэтому радиосвязь, вначале
освоившая диапазон длинных волн, постепенно переходила на все
более короткие длины волн. По лазерному лучу можно передать в
десятки тысяч раз больше информации, чем по высокочастотному
радиоканалу. Лазерная связь осуществляется по оптическому волокну
– тонким стеклянным нитям, свет в которых за счет полного
внутреннего отражения распространяется практически без потерь на
многие сотни километров. Лазерным лучом записывают и
воспроизводят изображение (в том числе движущееся) и звук на
компакт-дисках.

Лазеры в медицине

Лазерная техника широко применяется и в
хирургии, и в терапии. Лазерным лучом,
введенным
через
глазной
зрачок,
«приваривают» отслоившуюся сетчатку и
исправляют дефекты глазного
дна.
Хирургические операции, производимые
«лазерным
скальпелем»
меньше
травмируют живые ткани. А лазерное
излучение малой мощности ускоряет
заживление ран и оказывает воздействие,
аналогичное
иглоукалыванию,
практикуемому восточной медициной
(лазерная акупунктура).

Научные исследования

Чрезвычайно высокая температура излучения и высокая плотность его
энергии дает возможность исследовать вещество в экстремальном
состоянии, существующем только в недрах горячих звезд. Делаются
попытки осуществить термоядерную реакцию, сжимая ампулу со смесью
дейтерия с тритием системой лазерных лучей (т.н. инерционный
термоядерный синтез). В генной инженерии и нанотехнологии
(технологии, имеющей дело с объектами с характерными размерами 10–9
м) лазерными лучами разрезают, передвигают и соединяют фрагменты
генов, биологических молекул и детали размером порядка миллионной
доли миллиметра (10–9 м). Лазерные локаторы (лидары) применяются для
исследования атмосферы.

Ученика Абалуева Егора 11 «б»

Оптические квантовые генераторы, излучение которых лежит в видимой и инфракрасной области спектра, называются лазерами.

Лазер – это устройство, в котором энергия, например тепловая, химическая, электрическая, преобразуется в энергию электромагнитного поля – лазерный луч

В возбуждённом состоянии атом находится около 10 -8 с, после чего самопроизвольно (спонтанно) переходит в основное состояние, излучая при этом квант света.

Спонтанное излучение происходит при отсутствии внешнего воздействия на атом и объясняется неустойчивостью его возбуждённого состояния.

Если же атом подвергается внешнему воздействию, то время его жизни в возбуждённом состоянии сокращается, а излучение уже будет вынужденным или индуцированным. Понятие о вынужденном излучении было введено в 1916 г А. Эйнштейном.

Под индуцированным излучением понимается излучение возбужденных атомов под действием падающего света Индуцированное излучение.

1940 г. В. А. Фабрикант (возможность использования явления вынужденного излучения) 1954 г. Н. Г. Басов, А. М. Прохоров и Ч. Таунс (создание микроволнового генератора) 1963 г. Н. Г. Басов, А. М. Прохоров и Ч. Таунс были удостоены Нобелевской премии История изобретения лазера.

Направленность Монохроматичность Когерентность Интенсивность Свойства лазерного излучения.

При работе лазера часто используется система трёх энергетических уровней атома, второе из которых – метастабильное со временем жизни атома в нём до 10 -3 с.

Трехуровневая схема оптической накачки Указаны «времена жизни» уровней E2 и E3. Уровень E2 – метастабильный. Переход между уровнями E3 и E2 безызлучательный. Лазерный переход осуществляется между уровнями E2 и E1.

Ла́зер обычно состоит из трёх основных элементов: * Источник энергии (механизм «накачки») * Рабочее тело; * Система зеркал («оптический резонатор»).

Основная деталь рубинового лазера – рубиновый стержень. Рубин состоит из атомов Al и O с примесью атомов Cr . Именно атомы хрома придают рубину цвет и имеют метастабильное состояние.

Лазеры способны создавать пучки света с очень малым углом расхождения. Все фотоны лазерного излучения имеют одинаковую частоту (монохроматичность) и одно и то же направление (согласованность). Лазеры являются мощными источниками света (до 10 9 Вт, т.е. больше мощности крупной электростанции).

Обработка материалов (резание, сварка, сверление); В хирургии вместо скальпеля; В офтальмологии; Голография; Связь с помощью волоконной оптики; Лазерная локация; Использование лазерного луча в качестве носителя информации.

Слайд 1

Описание слайда:

Слайд 2

Описание слайда:

Слайд 3

Описание слайда:

Слайд 4

Описание слайда:

Слайд 5

Описание слайда:

Слайд 6

Описание слайда:

Слайд 7

Описание слайда:

Слайд 8

Описание слайда:

Слайд 9

Описание слайда:

Слайд 10

Описание слайда:

Слайд 11

Описание слайда:

Слайд 12

Описание слайда:

Описание слайда:

Сверхкороткие импульсы лазерного излучения используются в лазерной химии для запуска и анализа химических реакций. Здесь лазерное излучение позволяет обеспечить точную локализацию, дозированность, абсолютную стерильность и высокую скорость ввода энергии в систему. В настоящее время разрабатываются различные системы лазерного охлаждения, рассматриваются возможности осуществления с помощью лазеров управляемого термоядерного синтеза(самым подходящим лазером для исследований в области термоядерных реакций, был бы лазер, использующий длины волн, лежащие в голубой части видимого спектра). Лазеры используются и в военных целях, например, в качестве средств наведения и прицеливания. Рассматриваются варианты создания на основе мощных лазеров боевых систем защиты воздушного, морского и наземного базирования. Сверхкороткие импульсы лазерного излучения используются в лазерной химии для запуска и анализа химических реакций. Здесь лазерное излучение позволяет обеспечить точную локализацию, дозированность, абсолютную стерильность и высокую скорость ввода энергии в систему. В настоящее время разрабатываются различные системы лазерного охлаждения, рассматриваются возможности осуществления с помощью лазеров управляемого термоядерного синтеза(самым подходящим лазером для исследований в области термоядерных реакций, был бы лазер, использующий длины волн, лежащие в голубой части видимого спектра). Лазеры используются и в военных целях, например, в качестве средств наведения и прицеливания. Рассматриваются варианты создания на основе мощных лазеров боевых систем защиты воздушного, морского и наземного базирования.

Слайд 15

Описание слайда:

Описание слайда:

Что такое лазер? ЛАЗЕР (оптический квантовый генератор) – устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения. Слово « лазер » – аббревиатура слов английской фразы «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation» – усиление света вынужденным излучением.

Краткая история появления лазера 1916 г. - А. Эйнштейн предсказывает существование явления вынужденного излучения физической основы работы любого лазера г. – теоретическое обоснование этого явления П. Дираком г. – экспериментальное подтверждение явления вынужденного излучения Р. Ладенбургом и Г. Копферманном г. – первый микроволновый генератор (мазер на аммиаке), создатели Ч. Таунс и независимо от него А. Прохоров и Н. Басов г. - Т. Мейман продемонстрировал работу первого оптического квантового генератора лазера. В последующие годы происходит бурное развитие, и изобретаются все новые и новые виды лазеров (химические, полупроводниковые, лазеры на красителях и другие).