Laserul

Trimis la data: 2003-05-28 Materia: Fizica Nivel: Liceu Pagini: 6 Nota: / 10 Downloads: 20
Autor: Mihai Irinescu Dimensiune: 60kb Voturi: Tipul fisierelor: doc Acorda si tu o nota acestui referat: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
vezi mai multe detalii vezi mai putine detalii
Raporteaza o eroare
Laserul a intrat in viata noastra cotidiana, fiind intalnit la tot pasul: de la sistemul de citire a informatiei de pe un compact disc, la spectacolele de lumina ce insotesc concertele in aer liber, la indicatoarele pe ecranele retroproiectoarelor.Unul dintre cele mai noi procedee utilizate in industria constructoare de masini este cel bazat pe ,,amplificarea luminii prin stimularea emisiei de radiati" procedeu cunoscut sintetic sub denumirea de LASER (,,Light Amplification by Stimulated Emision of Radiation").

In fapt, procedeul este o dezvoltare a amplificarii de microunde prin emisie stimulata a radiatiei MASER (,,Mierowave Amplification by Stimulate Emision of Radiation").Laserii sunt dispozitive pentru amplificarea sau generarea undelor electromagnetice din domeniul optic pe baza efectului de emisiune forţată a sistemelor atomice care permite
o concentrare a energiei corespunzătoare unei temperaturi de zeci de mii de grade.

În anii 1916 şi 1917, Albert Einstein şi-a continuat studiile asupra fizicii luminii arătînd că moleculele energizate corespunzător emit lumină de o singură culoare, monocromatică.

În 1951 Charles Townes şi-a propus să producă microunde mai puternice cu ajutorul unui oscilator foarte mic. Lui Townes i-a venit ideea că moleculele de amoniac ar avea dimensiunile corespunzătoare pentru a vibra cu viteza necesară. El a construit primul dispozitiv care amplifica microundele prin emisie stimulată de radiaţie şi numea acest dispozitiv MASER după iniţialele procesului (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation.)
Atît Townes cît şi alţi oameni de ştiinţă s-au gîndit că acelaşi principiu putea fi utilizat şi la amplificarea luminii, deşi problemele de ordin tehnic erau mai dificile.

Biroul de brevete a acordat un credit pentru conceperea unui dispozitiv de amplificare a luminii prin emisie stimulată de radiaţie, unui student licenţiat de la Universitatea Columbia, Gordon Gould, care a prezentat proiectul unui LASER pe 11 nov. 1957. În ciuda brevetului primit, se consideră că primul laser utilizabil a fost construit de Theodore Harold Maiman, în mai 1960 (laser cu rubin ).

Laserii sunt dispozitive cuantice de emisie şi amplificare a radiaţiei în regiunile optică şi cea a microundelor ce îşi bazează funcţionarea pe interacţiunea a două sisteme fizice: câmpul electromagnetic dintr-o cavitate rezonantă şi mediul activ situat în aceeaşi cavitate rezonantă, format din atomi, ioni, molecule etc.

Prin excitarea mediului printr-un procedeu oarecare (ciocniri electronice, transfer rezonant de energie, reacţii chimice, câmpuri electrice şi magnetice) în mediul excitat se acumulează o mare cantitate de energie electromagnetică, care în anumite condiţii poate fi eliberată prin emisie stimulată, sub forma radiaţiei laser.

Clasificarea laserilor se poate face după:natura mediului activ (solid, lichid, gazos);puterea emisă;domeniul de lungimi de undă al radiaţiei emise;
modul de funcţionare(continuă sau în impulsuri).

Laserul cu microunde
Acest 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 optic
Dupa publicarea lucrarii in care Shawlow si Townes aratau posibilitatea actiunii laserului si in spectrul infrarosu si chiar si in spectrul vizibil nu a trecut mult si multi cercetatori au inceput sa ia in considerare crearea unor astfel de aparate. Multi experti credeau ca primele aparate de acest tip vor folosi un gaz. Insa a fost o mare surpriza cand Maiman, in 1960, a creat un aparat ce folosea rubinul pentru a producea efectul laser in spectrul vizibil.
La inceput s-a crezut ca pompajul optic va fi ineficient, insa aceasta se intampla numai pentru ioni cu rezonanta mica, ca cei din gaze sau plasma.

In ceea ce priveste ionii metalici, acestia pot absorbi radiatii de lungimi de unda aflate intr-o banda mai larga. Radiatiile cu lungimi de unda de 550 nm. sunt absobite de o populatie de ioni de Cr 3+ aflata intr-un cristal de corindon (care contine Cr203 si Al203 in raport de masa 1:2000), apoi se face o tranzitie rapida, fara modificari de temperatura, spre un nivel inferior metastabil de 5 milisecunde. Daca energia de pompare depaseste o anumita valoare, se poate face o inversie a populatiilor, care sa treaca de la o stare neutra la acest nivel metastabil.

Performantele laserului cresc mult daca se afla in interiorul unui rezonator optic.Primul laser optic, construit de Maiman in 1960, era un laser cu pulsatie, din motive de disipare a caldurii si a necesitatii unei energii mari de pompare. Nelson si Boyle au creat in 1962 primul laser continuu cu rubin, inlocuind sursa (o lampa-blit) cu o lampa cu arc.

La putin timp dupa ce a fost anuntat prima reusita a laserului optic, alte laboratoare de cercetare au inceput si ele, cu succes, sa faca experimente cu lasere optice care in loc de Cr aveau alte metale rare ca Nd, Pr, Tm, Ho, Er, Yb, Gd si chiar U, iar in locul cristalului de corindon s-a incercat folosirea unei combinatii de Ytriu-Aluminiu-Garnet, CaF2, sau sticla (care era si mai usor de fabricat). Aceste lasere si-au gasit, odata cu imbunatatirea metodelor de fabricatie, si aplicatii practice.

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

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.

Tubul de descarcare emite intr-un timp foarte scurt, de ordinul miimilor de secunda, o lumina obisnuita, dar intensa, care provoaca inversiunea populatiilor in cristalul de rubin. In desfasurarea acestui proces o importanta deosebita il au impuritatile de crom inglobate in cristalul de rubin. Ionii de crom au trei nivele energetice pe care le vom reprezenta simplificat ca in figura 2. in stare normala, ionii de crom au energia E1 corespunzatoare nivelului inferior.

Studiu nivelelor energetice ale cromului arata ca daca se iradiaza cristalul de rubin cu lumina verde cu lungimea de unda egala cu 0,560, produsa de tubul de descarcare, o parte din ionii de crom din starea normala isi vor mari energia datorita absorbtiei radiatiei verzi, trecand intr-o stare energetica superioara E3. In acest caz ionii de crom de pe nivelul E1 pot trece prin pompaj optic pe nivelul E3.

Laserul cu rubin, laserul cu patru nivele si laserul cu sticla dopata cu neodim lucreză în general în impulsuri de ordinul milisecundelor eliberând energii cuprinse între 0,1 şi 100 J. Laserii cu mediu activ solid pot fi folosiţi pentru obţinerea impulsurilor optice ultrascurte, cu intensitate de milioane de waţi pe durate de ordinul nanosecundelor.

Laserii cu semiconductori
La aplicarea unei tensiuni electrice pe o joncţiune p-n, are loc injecţia de purtători în joncţiune,recombinarea electronilor cu golurile făcându-se cu emisie de fotoni.

Mediile active cele mai folosite pentru laserii cu semiconductori sunt: GaAs, GaAlAs , GaP, InSb.Liniile emise de diferiţii laseri cu semiconductori se întind între 0,3-30 micrometri.

Laserii cu gaz
Funcţie de natura chimică a mediului activ, laserii cu gaz se împart în trei categorii:Laserii atomici au ca mediu activ gaze în stare atomică provenite din substanţe monoatomice sau poliatomice prin disociere (laserul cu heliu-neon, cu oxigen, cu azot). Aceşti laseri emit linii situate în infraroşu şi vizibil.
Laserii ionici îşi bazează funcţionarea pe tranziţiile electronice dintre nivelele ionice ale substanţelor ionizate (laserul cu argon ionizat, cu hologeni, cu azot, etc.). Aceşti laseri emit linii în principal în vizibil şi ultraviolet.

Laserii moleculari au ca mediu activ un gaz în stare moleculară sau vapori: Liniile emise de aceşti laseri se găsesc în majoritate în infraroşu dar sunt cunoscute ...

  • pag. 1
  • pag. 2
  • pag. 3
  • pag. 4
  • pag. 5
  • pag. 6

Nota explicativa
Referatele si lucrarile oferite de Referate.ro au scop educativ si orientativ pentru cercetare academica.

Iti recomandam ca referatele pe care le downloadezi de pe site sa le utilizezi doar ca sursa de inspiratie sau ca resurse educationale pentru conceperea unui referat nou, propriu si original.

Referat.ro te invata cum sa faci o lucrare de nota 10!
Linkuri utile
Programeaza-te online la salonul favorit Descarca gratuit aplicatiile pentru iOS si Android Filmulete haioase Filme, poante si cele mai tari faze Jocuri Cele mai tari jocuri de pe net Referate scoala Resurse, lucrari, referate materiale pentru lucrari de nota 10
Toate imaginile, textele sau alte materiale prezentate pe site sunt proprietatea referat.ro fiind interzisa reproducerea integrala sau partiala a continutului acestui site pe alte siteuri sau in orice alta forma fara acordul scris al referat.ro. Va rugam sa consultati Termenii si conditiile de utilizare a site-ului. Informati-va despre Politica de confidentialitate. Daca aveti intrebari sau sugestii care pot ajuta la dezvoltarea site-ului va rugam sa ne scrieti la adresa webmaster@referat.ro.
Confidentialitatea ta este importanta pentru noi

Referat.ro utilizeaza fisiere de tip cookie pentru a personaliza si imbunatati experienta ta pe Website-ul nostru. Te informam ca ne-am actualizat politica de confidentialitate pentru a integra cele mai recente modificari privind protectia persoanelor fizice in ceea ce priveste prelucrarea datelor cu caracter personal. Inainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru te rugam sa aloci timpul necesar pentru a citi si intelege continutul Politicii de Cookie. Prin continuarea navigarii pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizarii fisierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Nu uita totusi ca poti modifica in orice moment setarile acestor fisiere cookie urmarind instructiunile din Politica de Cookie.


Politica de Cookie
Am inteles