Efectul Laser

Elevii: Lupoiu Calin LiviuSandu Filip Gabriel

Şogîrdea Oana CristinaProfesor coordonator:

Roşioara Nela

Cuprins

Utilizari

Terminologie

Tipuri de lasereIstoric

• Despre efectul LASER se cunosc deja foarte multe. Aceasta

ramura a stiintei s-a dezvoltat foarte mult de la inceputurile sale

(1955-1965) si pana in ziua de astazi. Desi bazele teoretice erau mai mult sau mai putin stabilite,

primii care reusesc sa concretizeze toate teoriile si

presupunerile au fost doi rusi si un american.

Terminologie

Cuvantul LASER, acronim creat din initialele cuvintelor englezesti Light

Amplification by Stimulated Emission of Radiation aminteste modul de producere al

acestei radiatii:amplificarea prin emisie stimulata.

Un laser este un dispozitiv care emite radiatii electromagnetice printr-un process

numit amplificare optica.Acest proces se bazeaza pe emisia stimulata a fotonilor.

In stiinta moderna prin “lumina” ne putem gandi si la lasere cu infrarosu, lasere

ultraviolete, radiatii X etc.Din punct de vedere tehnic, laserul este

un oscilator optic.

In ordine sunt prezentati Charles H. Townes (Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge, MA, USA; nascut in 1915),

Nicolay Gennadiyevich Basov (Lebedev Institute for Physics Akademija Nauk Moscow, URSS; nascut in 1922) si Aleksandr Mikhailovich

Prokhorov (Lebedev Institute for Physics Akademija Nauk Moscow, URSS; nascut in 1916). Cei trei au impartit premiul Nobel atribuit in

1964 pentru "cercetarile fundamentale in domeniul electronicii cuantice care au condus la construirea oscilatoarelor si a amplificatorilor bazati

pe principiul maser-laser“.

Istoric

Cel care a descoperit acest fenomen a fost Max Planck fiind bazat pe

legile radiatiei electromagnetice.In 1928, Rudolf Landerburg confirma

existenta emisiei stimulate si a inversiei de populatie.

In anul 1917, Albert Einstein a publicat informatii

despre laser si maser in ziarul On the Quantum Theory of Radiation .

In 1957 Charles Hard Townes si Arthur Leonard Schawlow au inceput studiile

aspura laserului cu infrarosu.Pe parcurs acestia au abandonat radiatiile electromagnetice si s-au axat mai mult efectul luminii.Original acest concept

se numea “maser optic”. Intr-o conferinta in anul 1959, Gordon Gould

a publicat termenul de LASER in revista LASERUL.In notitele acestuia se gasesc informatii despre posibile

aplicatii ale laserului precum:spectrometria, radarul si fuziunea nucleara.A continuat sa dezvolte aceste idei si a realizat o

aplicatie in aprilie 1959.

Mai tarziu in 1960, iranianul Ali Javan a construit primul laser cu gaz care folosea heliu si neon acesta fiind

capabil sa emita continuu raze infrarosu.

In 1960 a fost creat primul laser functionabil la Laboratoarele de

cercetare Hughes in Malibu California. Acesta folosea un cristal de rubin

pentru a emite laser de culoare rosu.

Sistemul de excitare este necesar pentru obtinerea de sisteme atomice cu mai multi atomi intr-o stare energetica superioara.

Exista mai multe moduri de a realiza excitarea atomilor din mediul activ, in functie de natura mediului. Rezonatorul optic este un

sistem de lentile si oglinzi necesare pentru prelucrarea optica a radiatiei emise. Desi la

iesirea din mediul activ razele laser sunt aproape perfect paralele rezonatorul optic

este folosit pentru colimarea mult mai precisa, pentru concentrarea razelor intr-un punct calculat, pentru dispersia razelor sau

alte aplicatii necesare.

Partile constituente ale unui laser sunt : mediul activ, sistemul de excitare si rezonatorul optic. Partea esentiala a unui dispozitiv laser o constituie mediul

activ, adica un mediu in care se gasesc atomii aflati intr-o stare energetica superioara celei de echilibru. In acest mediu activ se produce amplificarea

radiatiei luminoase (daca avem o radiatie luminoasa incidenta) sau chiar emisia si amplificarea radiatiei luminoase (daca nu avem o radiatie luminoasa incidenta).

Dupa natura mediului activ deosebim mai multe tipuri de laser. Printre acestea regasim laserul cu rubin, la care distingem bara de rubin

tratat drept mediul activ iar ansamblul sursa de lumina plus oglinzi poarta rolul de sistem de excitare. Laserul cu gaz foloseste amestecuri de gaze rare (He, Ne, Ar, Kr) sau CO2 drept mediu activ si o sursa de curent

electric legata la doi electrozi iau rolul de sistem de excitare.

Tipuri de lasere

Laserul cu gaz

Bazat pe laserul cu heliu si neon, laserul cu gaz a fost conceput pentru a amplifica lumina coerent.Multe

lasere de acest gen au fost create cu diferite scopuri cum ar fi laboratoarele de cercetare.Alte lasere sunt folosite

pentru a taia si suda.

LASERUL CHIMIC

Laserele chimice sunt alimentate prin reactii chimice care permit emiterea de particule intr-un timp foarte scurt. Aceste lasere foarte puternice sunt folosite in special in operatiuni militare si se realizeaza din combinatia hidrogenului cu deuterium.

Laserul cu semiconductor

La aplicarea unei tensiuni electrice pe o jonctiune p-n, are loc injectia de purtatori in jonctiune,recombinarea electronilor cu

golurile facandu-se cu emisie de fotoni.Mediile active cele mai folosite pentru laserii cu

semiconductori sunt: GaAs, GaAlAs , GaP, InSb.Liniile emise de diferitii laseri cu semiconductori se intind intre 0,3-30 micrometri.

Laserul cu microundeAcest laser a fost inventat de

Townes si Shawlow in 1954. Raza de amoniac trece printr-un concentrator

electrostatic pentru a separa moleculele aflate pe nivele energetice superioare.

Nu este o coincidenta ca efectul laser a fost aplicat pentru prima oara in regiunea microundelor. Emisiile spontane sunt proportionale cu cubul frecventei de tranzitie, fiind mici in

aceasta portiune a spectrului, si putand fi neglijate, in comparatie cu alte procese ca emisiile stimulate si

absorptia. Din acest motiv inversia populatiilor sunt obtinute usor cu o

energie mica. Prima inversie a populatiilor a fost obtinuta in molecula de amoniac (NH3). Inversia populatiilor in moleculele de amoniac se obtine prin separarea fizica a particulelor aflate pe

nivele energetice superioare de cele aflate pe nivele energetice inferioare.

Laserul cu rubin este alcatuit, in principal, dintr-un cristal cilindric de rubin, doua oglinzi paralele, argintate sau aurite si un tub de desscarcare, in

forma de spirala, umplut cu un gaz nobil si conectat la un condensator de mare capacitate .

Dupa cum se stie, rubinul este un oxid de aluminiu care contine mici cantitati de ioni de

crom. Cilindrul de rubin utilizat are lungimea de cativa centimetri si diametrul de cativa milimetri.

Laserul cu rubin

Cele doua oglinzi plane si paralele, slefuite cu mare grija, sunt argintate sau aurite in asa fel incat una

dintre ele este complet opaca, iar cealalta partial transparenta, ca sa poata permite razelor laser sa paraseasca instalatia. Ele sunt asezate la capetele

cilindrului de rubin, uneori se metalizeaza chiar capetele cilindrului. Tubul de descarcare, in forma de spirala, umplut cu neon, xenon sau amestecuri de neon si

cripton este conectat la un condensator si functioneaza asemenea blitz-urilor de la aparatele fotografice.

Utilizari

Tehnica laser se întrebuinţează pe larg în chirurgie şi în terapie. Cu raza laser introdusă prin pupilă „se sudează” retina desprinsă de pe

globul ochiului şi se corectează defectele de vedere. Intervenţiile chirurgicale efectuate cu

„bisturiul laser” traumatizează mai puţin ţesuturile vii. În plus, radiaţia laser de mică

putere grăbeşte cicatrizarea rănilor şi exercită o influenţă asemenea acupuncturii. În ingineria genetică şi nanotehnologii (tehnologii care

operează cu obiecte de dimensiunile 10-9 m), cu ajutorul laserului se taie şi se combină fragmente

de gene, molecule biologice şi obiecte cu dimensiuni de ordinul milionimilor de milimetru.

Medicina

Tehnica laser se întrebuinţează pe larg în chirurgie şi în terapie. Cu raza laser introdusă prin pupilă „se sudează” retina desprinsă de pe globul ochiului şi se

corectează defectele de vedere. Intervenţiile chirurgicale efectuate cu „bisturiul laser”

traumatizează mai puţin ţesuturile vii. În plus, radiaţia laser de mică putere grăbeşte cicatrizarea

rănilor şi exercită o influenţă asemenea acupuncturii. În ingineria genetică şi nanotehnologii (tehnologii care operează cu obiecte de dimensiunile 10-9 m), cu ajutorul laserului se taie şi se combină

fragmente de gene, molecule biologice şi obiecte cu dimensiuni de ordinul milionimilor de milimetru.

Spectroscopie

Analiza unei lumini albe care se refracta printr-o prisma optica

Operatiuni militare

Bibliografie

www.wikipedia.com

Google