Dane INFORMACYJNE (do uzupelnienia)

1
(No Transcript)
2
Dane INFORMACYJNE (do uzupelnienia)

• Nazwa szkoly
• Zespól Szkól Ponadgimnazjalnych
• ID grupy
• 97/55_mf_g1
• Kompetencja
• Matematyczno-fizyczna
• Temat projektowy
• Laser, atomowe swiatlo pól wieku od odkrycia
• Semestr/rok szkolny
• Semestr III, rok szkolny 2010/2011

3
Spis tresci

• Budowa atomu.
• Postulaty Bohra.
• Co to jest laser.
• Historia lasera.
• Rodzaje laserów.
• Opis wybranych laserów.
• Budowa, zasada dzialania lasera.
• Zastosowanie laserów.
• Rodzaje spójnosci swiatla laserowego.
• Doswiadczenia
• Wyznaczenie dlugosci swiatla za pomoca siatki
  dyfrakcyjnej.
• Wyznaczenie odleglosci miedzy sciezkami zapisu na
  plycie CD.
• Doswiadczenie obserwacyjne zjawiska
  fotoelektrycznego zewnetrznego.
• Zadania.
• Podsumowanie.

4
BUDOWA ATOMU

• Atom zbudowany jest z dodatnio naladowanego
  jadra i zajmujacych przestrzen poza jadrem
  elektronów. Jadro sklada sie z protonów i
  neutronów, czyli nukleonów.

5

Proton (p) Neutron (n) Elektron (e)
czastka obdarzona jednostkowym ladunkiem dodatnim masa 1u zbudowany z kwarków z greckiego protos, czyli pierwszy czastka pozbawiona ladunku elektrycznego masa 1u zbudowany z kwarków szybki rozpad poza atomem z laciny neutrum, czyli obojetne, nijakie czastka obdarzona jednostkowym ladunkiem ujemnym masa (1/1836)u trwala czastka z greckiego élektron, czyli bursztyn
6
Postulaty Bohra

• W roku 1911 Rutherford odkryl istnienie jadra
  atomu. Dwa lata pózniej, Niels Bohr, udoskonalil
  model Rutherforda i w ten sposób powstal model
  atomu wodoru.
• Wedlug Bohra atom wodoru ma dodatnie jadro o
  ladunku e, wokól którego po orbicie kolowej
  porusza sie elektron o ladunku e.
• Bohr, budujac swój model atomu, przyjal dwa
  postulaty, bez których model ten nie bylby zgodny
  z doswiadczeniem. Postulaty te mialy w istocie
  charakter kwantowy.
•  
•  

7

• 1. Pierwszy postulat Bohra
• Dla elektronu krazacego wokól jadra dozwolone sa
  tylko takie orbity, dla których moment pedu,
  zwany inaczej kretem(bedacy iloczynem pedu
  elektronu i promienia orbity, po której krazy),
  jest calkowita wielokrotnoscia stalej Plancka
  podzielonej przez 2?
• h najmniejsza ze wszystkich stalych, stala
  Plancka, która wynosi
• 2. Drugi postulat Bohra
• Kiedy elektron krazy po jednej z dozwolonych
  orbit i nie promieniuje energii w postaci fal
  elektromagnetycznych. Energia jest emitowana
  podczas przeskoku elektronu z jednej dozwolonych
  orbit na inna.
• - energia elektronu, odpowiednio, koncowa i
  poczatkowa.

8
Serie widmowe dla atomu wodoru

• 1. Seria Lymana, seria linii widmowych
  emitowanych przez atomy wodoru. Linie te powstaja
  w wyniku emisji fotonów przez elektron w atomie
  wodoru przechodzacy z wyzszego orbitalu na
  orbital 1. Wszystkie linie serii leza w dalekim
  ultrafiolecie
• 2. Seria Balmera, seria linii widmowych
  powstajaca w wyniku emisji fotonów przez elektron
  w atomie wodoru przechodzacy z wyzszego orbitalu
  na orbital 2 (seria L). Znajduja sie one w
  bliskim nadfiolecie oraz w zakresie swiatla
  widzialnego. Bezposrednio widoczne sa linie -
  czerwona , niebiesko-zielona i dwie fioletowe.
• 3. Seria Paschena, seria widm powstajaca w wyniku
  emisji fotonów przez elektron w atomie wodoru
  przechodzacy z wyzszego orbitalu na orbital 3
  (seria M). Znajduja sie one wszystkie w
  podczerwieni.
• 4. Seria Bracketta, seria widm powstajaca w
  wyniku emisji fotonów przez elektron w atomie
  wodoru przechodzacy z wyzszego orbitalu na
  orbital 4 (seria N). Znajduja sie one wszystkie w
  podczerwieni.
• 5. Seria Pfunda, seria widm powstajaca w wyniku
  emisji fotonów przez elektron w atomie wodoru
  przechodzacy z wyzszego orbitalu na orbital 5
  (seria O). Znajduja sie one wszystkie w
  podczerwieni.
• 6. Seria Humphreysa, seria linii widmowych
  emitowanych przez atomy wodoru. Linie te powstaja
  w wyniku emisji fotonów przez elektron w atomie
  wodoru przechodzacy z wyzszego orbitalu na
  orbital 6 (seria P).Znajduja sie one wszystkie w
  podczerwieni.

9
(No Transcript)
10
Co jest laser?

• Laser to generator promieniowania,
  wykorzystujacy zjawisko emisji wymuszonej. Nazwa
  jest akronimem od Light Amplification by
  Stimulated Emission of Radiation wzmocnienie
  swiatla poprzez wymuszona emisje promieniowania.
• Niezwykle wlasciwosci promieniowania laserowego,
  jak wysoka spójnosc, mala rozbieznosc wiazki i
  duza moc, wplynely na jego szerokie zastosowanie.
  

11
Historia lasera

• Zjawisko wymuszonej emisji odkryl w drodze
  teoretycznych rozwazan Albert Einstein
• W 1940 roku radziecki uczony W. A. Fabrikant
  uzasadnil mozliwosc otrzymania zjawiska
  wymuszonej emisji promieniowania
  elektromagnetycznego na drodze eksperymentalnej
• W latach 1952 - 53 z koncepcja budowy
  wzmacniacza mikrofal dzialajacego na zasadzie
  wymuszonej emisji wystapili, niezaleznie od
  siebie, Charles H. Townes i jego wspólpracownicy
  w USA.
• W 1954 roku zostalo zbudowane pierwsze
  urzadzenie, noszace nazwe lasera.
• Z pierwszym projektem urzadzenia wystapil w 1958
  roku Townes wraz z innym fizykiem amerykanskim
  Arthurem L. Schawlowem. Pierwszy czynny laser
  zostal zbudowany po kilku miesiacach.
• W maju 1960 roku mlody amerykanski badacz
  Theodor H. Maiman zademonstrowal laser rubinowy,
  wytwarzajacy niezwykle spójna i monochromatyczna
  wiazke swiatla.
• 1962 rok - laser pólprzewodnikowy
• 1963 rok - laser cieczowy

12

• W roku nastepnym Snitzer uruchomil laser na
  bazie szkla neodymowego, a w roku 1964 Gaisik i
  Karkos skonstruowali laser na bazie granatu
  itrowo-glinowego domieszkowanego neodymem.
• W tym samym roku zbudowany zostal pierwszy laser
  pólprzewodnikowy z pompowaniem diodowym.
• W latach 1967-69 Bagdasarow i Kaminski zbudowali
  laser na bazie krysztalu perowskitu
  itrowo-glinowego domieszkowanego neodymem, a
  Homer, Linz i Gabbe wykorzystali fluorek
  litowo-itrowy (YLF).
• Kilka lat pózniej (w 1979 roku) skonstruowano
  laser z przestrajaniem czestotliwosci na
  krysztale aleksandrytu, a w roku 1982 Moulton
  zaprezentowal laser na bazie tikoru.

13
Rodzaje laserów

• Podzial laserów w zaleznosci od mocy
• Lasery malej mocy
• Lasery o sredniej mocy
• Podzial laserów w zaleznosci od sposobu pracy
• Lasery pracy ciaglej, emitujace promieniowanie o
  stalym natezeniu
• Lasery impulsowe, emitujace impulsy swiatla
• szczególnym rodzajem lasera impulsowego jest
  laser femtosekundowy
• Podzial laserów w zaleznosci od widma
  promieniowania, w których laser pracuje
• Lasery w podczerwieni
• Lasery w czesci widzialnej
• Lasery w nadfiolecie

14

• Podzial laserów w zaleznosci od osrodka czynnego
• Osrodek czynny decyduje o najwazniejszych
  parametrach lasera, okresla dlugosc emitowanej
  fali, jej moc, sposób pompowania, mozliwe
  zastosowania lasera.
• W nawiasach podano dlugosci fal emitowanego
  swiatla.
• 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 wegla (10,6µm)
• laser na tlenku wegla
• laser tlenowo-jodowy

15

• Lasery na ciele stalym
• laser rubinowy (694,3 nm)
• laser neodymowy na szkle
• laser neodymowy na YAG-u (NdYAG)
• laser erbowy na YAG-u (ErYAG) (1645 nm)
• laser tulowy na YAG-u (TmYAG) (2015 nm)
• laser holmowy na YAG-u (HoYAG) (2090 nm)
• laser tytanowy na szafirze (TiAl2O3)
• laser na centrach barwnych
• Lasery na cieczy
• lasery barwnikowe - osrodkiem czynnym sa barwniki
  rozpuszczone w nieaktywnym osrodku
  przezroczystym, np. rodamina
• lasery chylatowe
• lasery neodymowe

16

• Lasery pólprzewodnikowe
• zlaczowe (diody laserowe)
• laser na materiale objetosciowym
• laser na studniach kwantowych
• laser na kropkach kwantowych
• bezzlaczowe
• kwantowy laser kaskadowy
• Lasery na wolnych elektronach
• laser promieniowania X
• Podzial laserów w zaleznosci od zastosowan
• Specjalne lasery gazowe wytwarzajace ultrafiolet
  o mozliwie jak najmniejszej dlugosci fali uzywane
  do produkcji pólprzewodnikowych ukladów
  scalonych
• F_2 (157 nm)
• ArF (193 nm)
• KrCl (222 nm)
• XeCl (308 nm)
• XeF (351 nm)

17

• Lasery uzywane w stomatologii i dermatologii, w
  tym do usuwania tatuazy, znamion oraz wlosów
• laser rubinowy (694nm)
• Aleksandrytowy (755nm)
• pulsacyjna matryca diodowa (810nm)
• NdYAG (1064nm)
• HoYAG (2090nm)
• ErYAG (2940nm)
• Pólprzewodnikowe diody laserowe
• malej mocy - uzywane we wskaznikach laserowych,
  drukarkach laserowych, CD/DVD
• duzej mocy - uzywane w przemysle do ciecia i
  spawania, wystepuja o mocach do 10 kW

18
Opis niektórych typów laserów

• Laser kryptonowy i ksenonowy
• Wypelnione kryptonem lub ksenonem z domieszka
  fluoru lub chloru, emituja promieniowanie
  ultrafioletowe, zastosowania badawcze i do
  pompowania optycznego laserów barwnikowych. Laser
  kryptonowy jonowy ma wiele linii w pasmie
  widzialnym - dwie najintensywniejsze linie to
  linie 647,1 i 676,4nm czerwone.
• Laser pólprzewodnikowy
• Nazywany równiez laserem diodowym lub dioda
  laserowa - laser, którego obszarem czynnym jest
  pólprzewodnik. Najczesciej laser pólprzewodnikowy
  ma postac zlacza p-n w którym obszar czynny jest
  pompowany przez przeplywajacy przez zlacze prad
  elektryczny. Sa to najbardziej perspektywiczne
  lasery z punktu widzenia ich zastosowan w
  fotonice ze wzgledu na male wymiary, dosc wysokie
  moce, latwosc modulacji pradem sterujacym o
  wysokiej czestotliwosci (rzedu gigaherców) i
  mozliwosc uzyskania promieniowania od pasma
  bliskiej podczerwieni (diody laserowe dla
  telekomunikacji swiatlowodowej) do skraju
  fioletowego pasma widzialnego.

19

• Laser neodymowy NdYAG
• Mozna wyróznic mikrolasery objetosciowe i
  cienkowarstwowe. Pompowanie odbywa sie za pomoca
  pólprzewodnikowych diod laserowych. Dlugosc
  aktywnego osrodka objetosciowego jest rzedu 1mm.
  Mozliwosc budowy lasera o tak malych wymiarach
  powstala w wyniku opanowania technologii diod
  generujacych wiazke o mocy rzedu watów z
  mozliwoscia dopasowania pasma emisji tych diod do
  pasma maksymalnej absorpcji neodymu (?0.81 µm).
  Dlugosc fali emitowanej przez laser wiazki ?1.06
  µm. Przejscia kwantowe realizowane sa na jonach
  neodymu. Dichroiczne zwierciadla tworza uklad
  rezonatora otwartego dla mikrolasera
  objetosciowego i falowodowego. Wiazka pompujaca
  (?0.81 µm) powinna byc transmitowana przez
  pierwsze zwierciadlo i calkowicie odbijana przez
  drugie. Natomiast wiazka generowana przez laser
  (?1.06 µm), jak w typowym rezonatorze, powinna
  byc calkowicie odbijana przez drugie zwierciadlo
  i czesciowo transmitowane przez pierwsze.
• Mikrolaser objetosciowy w polaczeniu z
  krysztalem nieliniowym tworzy laser o zwartej
  budowie, emitujacy linie zielona (druga
  harmoniczna, ? 0,533 µm) o mocy nawet
  kilkunastu miliwatów. Ta droga mozna uzyskac
  równiez harmoniczne wyzsze niz druga i uzyskac
  promieniowanie w nadfiolecie.

20

• Laser barwnikowy
• Substancja czynna jest tak zwany barwnik,
  pompowany optycznie przez inny laser, z reguly o
  krótszej dlugosci fali (najczesciej jest to silny
  laser argonowy, kryptonowy lub neodymowy).
• Czasteczki barwnika moga oddawac pochlonieta na
  skutek pompowania energie miedzy innymi w drodze
  emisji wymuszonej, w dosc szerokim zakresie
  dlugosci fal. O powstaniu akcji laserowej
  decyduja dodatkowe warunki zewnetrzne - na
  przyklad odpowiedni uklad luster i siatek
  dyfrakcyjnych, zwany rezonatorem. Dobierajac
  parametry rezonatora, mozna uzyskac akcje
  laserowa w okreslonym kierunku padania swiatla, o
  okreslonej dlugosci fali. Przestrajanie moze
  odbywac sie poprzez przesuw luster, obrót siatki
  dyfrakcyjnej, a nawet zmiane cisnienia. Aby nie
  doprowadzic do przegrzania barwnika (lub spadku
  jego aktywnosci wskutek przeniesienia wiekszosci
  oswietlonych czasteczek na metastabilne poziomy
  energetyczne nieprzydatne w akcji laserowej),
  nalezy zadbac o jego wlasciwa cyrkulacje - moze
  to byc na przyklad ciagly przeplyw barwnika przez
  aktywny obszar lub jego intensywne mieszanie.
  Dzieki szerokiemu zakresowi przestrajania,
  zarówno plynnego (poprzez regulacje rezonatora)
  jak i skokowego (poprzez wymiane barwnika na
  inny) lasery barwnikowe znajduja zastosowania
  wszedzie tam, gdzie potrzebne jest uzyskanie
  scisle okreslonej dlugosci fali, trudnej do
  uzyskania przy uzyciu konwencjonalnego lasera.
  Zakres dostepnych dlugosci fal powieksza sie
  dodatkowo za sprawa optyki nieliniowej, np.
  generacja harmonicznej pozwala na emisje fal o
  polowe krótszych od fal generowanych przez
  czynnik roboczy lasera.
• Lasery barwnikowe stosuje sie w spektroskopii,
  medycynie, fotochemii i wielu innych dziedzinach.

21
LASER RUBINOWY

• Laser rubinowy - laser na ciele stalym, którego
  obszarem czynnym jest rubin.
• Ten sklad chemiczny zapewnia wystepowanie
  trójpoziomowego ukladu stanów energetycznych w
  rubinie.
• Emitowana dlugosc fali jest równa 694,3 nm.
  Laser ten pracuje w trybie impulsowym.
• Laser rubinowy byl pierwszym dzialajacym typem
  lasera. Zostal skonstruowany przez Theodore'a
  Maimana w 1960.

22
Laser rubinowy Zasada dzialania

• Fotony emitowane w wyniku emisji spontanicznej,
  które nie poruszaja sie wzdluz osi, uciekaja
  przez scianki boczne zanim sa w stanie wywolac
  emisje wymuszona. Ale te fotony, które poruszaja
  sie dokladnie w kierunku osi, moga byc
  parokrotnie odbijane od krancowych zwierciadel i
  sa w stanie wielokrotnie wywolac emisje
  wymuszona. W ten sposób liczba fotonów gwaltownie
  rosnie, a te które uciekaja przez czesciowo
  odbijajaca powierzchnie czolowa tworza
  jednokierunkowa wiazke o duzym natezeniu i scisle
  okreslonej dlugosci fali.

23
Laser rubinowy budowa
24
Laser helowo - neonowy

• Laser helowo-neonowy (He-Ne) - laser gazowy o
  dzialaniu ciaglym. Substancja robocza wewnatrz
  rury prózniowej jest mieszanina neonu pod
  cisnieniem parcjalnym 0,1mm Hg i helu pod
  cisnieniem parcjalnym 1 mm Hg.
• Laser helowo-neonowy emituje wiazke swiatla o
  dlugosci fali ? 632,8 nm (czerwien) lub w
  podczerwieni o dlugosci fali 1,15 µm.

25
Budowa i zasada dzialania lasera

• Zasadniczymi czesciami lasera sa osrodek
  czynny, rezonator optyczny, uklad pompujacy.
• Uklad pompujacy dostarcza energie do osrodka
  czynnego, w osrodku czynnym w odpowiednich
  warunkach zachodzi akcja laserowa, czyli kwantowe
  wzmacnianie (powielanie) fotonów, a uklad
  optyczny umozliwia wybranie odpowiednich fotonów.

26

• Promieniowanie lasera ma charakterystyczne
  wlasciwosci, trudne lub wrecz niemozliwe do
  osiagniecia w innych typach zródel
  promieniowania. Jest ono spójne w czasie i
  przestrzeni, zazwyczaj spolaryzowane i ma postac
  wiazki o bardzo malej rozbieznosci.
• W laserze latwo jest otrzymac promieniowanie
  o bardzo malej szerokosci linii emisyjnej, co
  jest równowazne bardzo duzej mocy w wybranym,
  waskim obszarze widma.
• W laserach impulsowych mozna uzyskac bardzo duza
  moc w impulsie i bardzo krótki czas trwania
  impulsu.

27
(No Transcript)
28
Wlasciwosci swiatla laserowgo

• Rozbieznosc wiazki,
• Spójnosc,
• Moc promieniowania i gestosc energii,
• Propagacja promieniowania laserowego w
  srodowisku,
• Rozbieznosc jest to powiekszanie sie pola
  przekroju poprzecznego wiazki wraz z odlegloscia.
  Rozbieznosc wiazki promieniowania okresla sie
  katem rozbieznosci T. Dzieki malym rozbieznosciom
  wiazki prawie cala energie promieniowania mozemy
  skierowywac w okreslonym kierunku.

29
(No Transcript)
30
Zastosowanie lasera

• Przemysl
• Lasery znalazly zastosowanie w nowoczesnej
  poligrafii
• - w naswietlarkach filmów poligraficznych
• - w naswietlarkach offsetowych form drukowych
• - w naswietlarkach zintegrowanych z maszyna
  drukarska
• - w jednym z typów druku cyfrowego, tj. w
  technologii analogicznej do uzywanych w cyfrowych
  kserokopiarkach
• Znakowanie produktów
• Lasery znalazly równiez zastosowanie przy
  znakowaniu produktów. Uzywa sie ich przy liniach
  produkcyjnych posiadajacych bardzo wysokiej
  wydajnosci (np. 70 000 prod./h) oraz gdy chcemy
  uzyskac trwaly i estetyczny nadruk.
• Podstawowym zalozeniem stosowania lasera do
  znakowania jest jego trwalosc oraz nieusuwalnosc
  znaku. Aby zniszczyc np. date przydatnosci do
  produkcji na towarze spozywczym wykonana laserem,
  nalezaloby zniszczyc takze opakowanie lub usunac
  etykiete.

31

• Laserowe ciecie metali
• Ciecie laserowe stanowi nowoczesna metode
  obróbki o podobnych parametrach wymiarowych jak
  klasyczna obróbka mechaniczna. Podstawowa róznica
  tkwi w stosowanym czynniku tnacym, który w
  przypadku ciecia laserowego stanowi promien
  lasera oraz gaz techniczny o duzej czystosci. W
  zaleznosci od stosowanego urzadzenia (przede
  wszystkim jego mocy) ciecie przeprowadza sie na
  nastepujace sposoby
• - przez odparowanie
• - przez topnienie i wydmuchiwanie
• - przez wypalenie
• - poprzez generowanie pekniec termicznych
• - poprzez zarysowanie
• - przez tzw. zimne ciecie.
• Laserowe spawanie metali
• Spawanie laserowe polega na laczeniu detali
  przez stopienie obszarów ich styku przy pomocy
  skoncentrowanej wiazki lasera. Duza gestosc mocy
  wiazki laserowej gwarantuje, ze energia spawania
  jest na poziomie minimalnym potrzebnym do
  stopienia zlacza. Strefy wplywu ciepla i
  stopienia sa bardzo waskie

32

• Laserowe drazenie
• Za pomoca lasera mozna drazyc bardzo male
  otwory w bardzo twardych materialach np. w
  diamencie, a takze w bardzo kruchych np. w
  ceramice. Otwory sa wykonywane z duza predkoscia
  i maja powtarzalny ksztalt. Wiazka laserowa topi
  metal, tworzy sie jeziorko plynnego metalu, a
  strumien gazu czesciowo spala i usuwa stopiony
  metal z obszaru oddzialywania wiazki laserowej.
  Material musi byc usuwany na te sama strone, z
  której dziala gaz.
• Laserowa obróbka cieplna metali
• Wlasciwosci wiazki laserowej mozna wykorzystac
  do cieplnej obróbki powierzchniowej metali.
  Wiazke mozna skupic na malej powierzchni, dzieki
  czemu ta metoda da sie obrabiac cieplnie
  okreslone fragmenty powierzchni.
• Za pomoca wiazki laserowej mozna zastapic
  klasyczne metody obróbki cieplnej lub stopowac
  powierzchnie metali innymi pierwiastkami dzieki
  czemu nastepuje zmiana skladu i wlasciwosci
  warstwy wierzchniej.

33

• 2. Technologia wojskowa
• Dalmierze laserowe, stosowane do oceny
  odleglosci od celu, wchodza w sklad systemów
  kierowania ogniem lub systemów rozpoznawczych
  czolgów i niektórych innych pojazdów bojowych,
  samolotów i smiglowców, moga byc takze przenosne.
  
• W systemach naprowadzajacych cel jest oswietlany
  wiazka laserowa, promieniowanie odbite jest
  emitowane praktycznie we wszystkich kierunkach (z
  uwagi na rozpraszanie wiazki na powierzchni).
  Pocisk rakietowy, artyleryjski lub bomba
  kierowana, wyposazony w czujnik laserowy, okresla
  zródlo odbitej wiazki, i za pomoca ukladów
  elektronicznych naprowadza sie na podswietlony
  cel.
• Podobne zastosowanie ma laserowy wskaznik celu,
  lecz w tym przypadku laser wskazuje cel, a
  operator broni (strzelec) samodzielnie naprowadza
  promien lasera na cel.

34

• 3. Medycyna
• Lasery sa wykorzystywane w medycynie do takich
  celów jak
• diagnostyka (lasery diagnostyczne)
• terapia schorzen (lasery stymulacyjne i
  chirurgiczne)
• oswietlanie pola operacji.
• Lasera uzywa sie w medycynie przede wszystkim do
  "twardej" obróbki tkanek
• ciecia,
• koagulacji,
• odparowania (fotoablacji oraz ablacji
  stymulowanej plazma),
• obróbki mechanicznej (rozrywania, fragmentacji
  czy kawitacji).
• Lasery w okulistyce wykorzystywane sa m.in. do
  przyklejenia siatkówki do dna
• oka, która moze sie odkleic na skutek np.
  uderzenia w tyl glowy.
• W dermatologii laserów uzywa sie do usuwania
  niektórych nowotworów i naczyniaków powstalych
  np. po odmrozeniach. Wiazka mozna zniszczyc chore
  komórki nie naruszajac zdrowych. Skalpel laserowy
  pomocny jest przy leczeniu oparzen. Przy jego
  pomocy mozna zdejmowac naskórek lub warstwe
  spalonej skóry i odslonic zdrowa aby mogla sie
  zagoic. Laser pomocny jest tez przy usuwaniu
  tatuazy i wlosów, rozjasnianiu skóry,
  przywracaniu jej gladkosci i sprezystosci.

35

• 4. Telekomunikacja
• Nadajniki laserowe przy transmisji
  swiatlowodowej,
• Odczyt i zapis informacji na plytach
  kompaktowych.
• 5. Efekty wizualne
• Lasery sa wykorzystywane do tworzenia efektów
  wizualnych np. w spektaklach teatralnych,
  reklamach, koncertach i dyskotekach.
• Tanie lasery diodowe sa wykorzystywane jako
  wskazniki podczas prezentacji dydaktycznych,
  konferencyjnych, reklamowych itp.
• 6. Geodezja, budownictwo
• Prostoliniowy bieg wiazki lasera wykorzystywany
  jest w pomiarach geodezyjnych(dalmierze), a takze
  w budownictwie(poziomnice laserowe, generatory
  linii).

36
Rodzaje spójnosci swiatla laserowego

• Spójnosc czasowa - spójnosc (korelacja fazowa)
  wiazek swiatla wychodzacych z danego punktu
  zródla w róznych momentach czasu.
• Spójnosc przestrzenna - spójnosc drgan wywolanych
  przez fale w róznych punktach powierzchni
  falowej.

37
Doswiadczenia
38
DOSWIADCZENIE nr 1 WYZNACZENIE DLUGOSCI SWIATLA
LASEROWEGO ZA POMOCA SIATKI DYFRAKCYJNEJ

• 1. Przyrzady
• laser He-Ne
• linijka
• siatka dyfrakcyjna L200

39

• 2. Czesc teoretyczna do doswiadczenia
• Wyprowadzenie wzoru do obliczen
• oraz
• wiec
• ? - dlugosc swiatla czerwonego
• a - odleglosc miedzy rzedami prazków jasnych
• d stala siatki dyfrakcyjnej
• l odleglosc siatki dyfrakcyjnej od ekranu
• n numer prazka jasnego

40
3. Wyniki pomiarów i obliczenia.
4. Obliczenia niepewnosci pomiarowej.
41

• Dla I rzedu prazka jasnego

• Dla II rzedu prazka jasnego

• Dla III rzedu prazka jasnego

5. Wniosek z doswiadczenia Na podstawie
obliczen dlugosci swiatla czerwonego lasera
helowo - neonowego i niepewnosci pomiarowych
mozna stwierdzic, ze dlugosc swiatla dla tego
lasera jest stala i wynosi 633nm.
42
Doswiadczenie nr 2 Wyznaczenie odleglosci miedzy
sciezkami zapisu na plycie CD

• 1. Przyrzady
• Laser helowo neonowy,
• Linijka,
• Ekran,
• Plyta CD.
• 2. Czesc teoretyczna do doswiadczenia

43
Wyprowadzenie wzoru do obliczen
oraz
wiec
W doswiadczeniu ustawiono plyte, laser i ekran w
jednej linii.
44
3. Wyniki pomiarów i obliczenia oraz obliczenia
niepewnosci pomiarowych.
45
Obliczenia niepewnosci pomiarowych
dla l0,5m
bldsr76 dla l0,5m
bldsr31
46
(No Transcript)
47
Obliczenia niepewnosci pomiarowych
dla l1,5m
bldsr72 dla l0,5m
bldsr30
48

• 4. Wnioski z doswiadczenia.
• Obliczone wartosci w doswiadczeniu w porównaniu
  z wielkoscia tablicowa stwierdzamy, ze odleglosc
  miedzy sciezkami zapisu na plycie CD wynosi
  1600nm.
• Porównujac otrzymane wyniki w doswiadczeniu z
  tablicowa odlegloscia pomiedzy sciezkami zapisu
  dla plyty CD stwierdzamy, ze niepewnosci
  pomiarowe otrzymalismy stosunkowo duze. Przyczyna
  jest duze rozmycie prazków interferencyjnych,
  zwlaszcza dla odleglosci 1,5m.
• Pomiary wykonywalismy wielokrotnie w
  zaciemnionym pomieszczeniu po lewej i prawej
  stronie wzgledem prazka zerowego. Do obliczen
  wzielismy wartosci srednie arytmetyczne.

49
Doswiadczenie nr 3 Doswiadczenie obserwacyjne
zjawiska fotoelektrycznego zewnetrznego

• 1. Przyrzady
• lampa kwarcowa,
• elektroskop,
• plytka cynkowa,
• laseczka ebonitowa i szklana do elektryzowania.
• 2. Przebieg doswiadczenia
• plytke cynkowa mocujemy w elektroskopie,
• plytke cynkowa elektryzujemy laseczka szklana,
• naswietlamy ja swiatlem z lampy kwarcowej,
• nastepnie elektryzujemy plyte cynkowa, obojetna
  elektrycznie, laseczka ebonitowa i ponownie
  naswietlamy swiatlem z lampy kwarcowej,
• obserwujemy polozenie listków elektroskopu.

50

• 3. Obserwacje z doswiadczenia
• Podczas naswietlania plytki naelektryzowanej
  dodatnio, listki elektroskopu nie zmienily
  swojego polozenia,
• Podczas naswietlania plytki cynkowej
  naelektryzowanej ujemnie, listki elektroskopu
  opadly, co swiadczy, ze elektroskop rozladowal
  sie elektrycznie.
• 4. Wniosek z doswiadczenia
• Podczas naswietlania plytki cynkowej, wczesniej
  naelektryzowanej ujemnie, swiatlem z lampy
  kwarcowej, elektroskop sie rozladowal. Bylo to
  spowodowane tym, ze swiatlo z lampy kwarcowej
  wybilo z plytki elektrony.
• 5. Podsumowanie
• Wyjasnienie zjawiska na gruncie kwantowej teorii
  swiatla
• Swiatlo jest strumieniem biegnacych malenkich
  czastek fotonów,
• Foton padajac na fotokatode(plytke metalowa),
  dostarcza energii (foton straci cala
  swoja energie i przestaje istniec). Czesc tej
  energii(nazywana praca wyjscia W), zostaje zuzyta
  na wybicie elektronu z fotokatody. Pozostala
  czesc stanowi energie kinetyczna elektronu,
  wylatujacego z fotokatody. Zjawisko to zachodzi,
  gdy .

51
Rysunek obrazujacy zjawisko fotoelektryczne
zewnetrzne
Objasnienia wielkosci fizycznych Ef -Energia
fotonu W -Praca wyjscia elektronu z powierzchni
metalu Ek -Energia kinetyczna fotoelektronów c
-Predkosc swiatla w prózni h -Stala Plancka ?
-Dlugosc fali elektromagnetycznej m -Masa
elektronu v -Predkosc fotoelektronu
52
Zadania
53
Zadanie nr 1

• Ile wynosi stosunek dlugosci fali,
  odpowiadajacym granicom serii Paschena(n13) i
  Balmera(n22)?
• Dane
• n13
• n22

Szukane
Rozwiazanie
Wzory
54
Zadanie nr 2

• Korzystajac z teorii Bohra, oblicz promien
  pierwszej orbity elektronu w atomie wodoru.
• Dane
• Szukane
• r ? dla n 1

Wzory
-
55
Rozwiazanie
m
56
Zadanie nr 3

• Wiedzac, ze wyjscia elektronu dla cezu W1,8 eV,
  oblicz maksymalna predkosc wybitych elektronów
  przy oswietleniu plytki cezowej
  monochromomatycznym swiatlem o dlugosci fali
  ?560 nm.

Dane
Szukane
Wzory
57
Rozwiazanie
58
Zadanie nr 4
59

• Po oswietleniu siatki dyfrakcyjnej laserem
  rubinowym zaobserwowano na ekranie jasne i ciemne
  prazki. Na rysunku (bez zachowania skali
  odleglosci) zaznaczono jasne prazki.

60

• a ) zapisz nazwy dwóch zjawisk, które spowodowaly
  powstanie prazków na ekranie
• b) na przedstawionym powyzej rysunku zaznacz
  przyblizone polozenia jasnych prazków dla lasera
  helowo neonowego. Odpowiedz uzasadnij zapisujac
  odpowiednie zaleznosci
• c) wykaz, zapisujac odpowiednie zaleznosci, ze
  wartosc pedu pojedynczego fotonu emitowanego
  przez laser helowo-neonowy jest wieksza od
  wartosci pedu fotonu emitowanego przez laser
  rubinowy

61

• Rozwiazania
• a) Zjawiska które spowodowaly powstanie prazków
  na ekranie, to
• zjawisko dyfrakcji
• zjawisko interferencji
• b)
• c)

gt
62
Zadanie nr 5

• Laser o mocy 0,1W emituje w prózni
  monochromatyczna wiazek swiatla o dlugosci fali
  633nm i kolowym przekroju
• Oszacuj liczbe fotonów zawartych w elemencie
  wiazki swiatla o dlugosci 1m.
• Oblicz wartosc sily, jaka wywieralyby ta wiazka
  swiatla laserowego padajaca w prózni prostopadle
  na wypolerowana metalowa plytke. Do obliczen
  przyjmij, ze w ciagu 1s na powierzchnie plytki
  pada fotonów. Zalóz, ze plytka odbija w
  calosci padajace na nia promieniowanie.
• Oblicz najwyzszy rzad widma jaki mozna
  zaobserwowac po skierowaniu tej wiazki
  prostopadle na siatke dyfrakcyjna posiadajaca
  400rys/mm.

63
a)
Wzory i rozwiazanie
64
b)
Wzory i rozwiazanie
65
c)
Wzory i rozwiazanie
66
podsumowanie

• Laser pomimo swojego szerokiego zastosowania w
  technice, które sluzy ludziom, niesie ze soba
  róznego rodzaju zagrozenia.
• Nalezy pamietac
• nigdy nie wolno patrzec bezposrednio na wiazke
  laserowa, moze ona uszkodzic oczy, a nawet
  spowodowac slepote.
• laser moze rozmaicie oddzialywac na skóre, w
  zaleznosci od rodzaju promieniowania emitowanego
  przez dany rodzaj lasera i czasu jego dzialania.
  Najciezszym powiklaniem jest oparzenie i glebokie
  zniszczenie skóry.
• Duzym zagrozeniem, dla istnienia ludzkosci jest
  bron laserowa, która juz od dluzszego czasu jest
  stosowana w praktyce.

67
Dziekujemy ?