Efectul laser
- 2. Elevi : Florea Vlad-Paul Ardelean Andrei Clasa : a XII-a D Scoala : Liceul Tehnologic Mihai Viteazul Zalau
- 3. CuprinsCuprins Principiul de funcPrincipiul de funcţţionare.ionare. Tipuri de lasere.Tipuri de lasere. EficienEficienţţaa şşi puterea laserului puterea laserulu MMăăsuri de securitate.suri de securitate. UtilizUtilizăările laserului.rile laserului.
- 4. Principiul de funcţionare Laserul este un dispozitiv complex ce utilizează un mediu activ laser, ce poate fi solid, lichid sau gazos, i oș cavitate opticărezonantă. Mediul activ, cu o compozi ie i parametri determina i, prime te energie dinț ș ț ș exterior prin ceea ce se nume te pompare. Pomparea se poate realizaș electric sau optic, folosind o fa ă de un mediu aflat înț echilibru termic, acest mediu pompat ajunge să aibă mai mul i electroni pe stările deț energie superioare, fenomen numit inversie de popula ieț . Un fascicul de lumină care trece prin acest mediu activat va fi amplificat prin dezexcitarea stimulată a atomilor, proces în care un foton care interac ionează cu un atom excitat determină emisia unui nou foton, deț aceea i direc ie, lungime de undă, fază i stare de polarizare.ș ț ș Astfel este posibil ca pornind de la un singur foton, generat prin emisie spontană, să se ob ină un fascicul cu un număr imens de fotoni, to iț ț avînd acelea i caracteristici cu fotonul ini ial. Acest fapt determinăș ț caracteristica de coeren ă a fasciculelor laser.ț
- 5. Tipuri de lasereTipuri de lasere Laserul cu microundeLaserul cu microunde Laserul opticLaserul optic Laserul cu rubLaserul cu rubineine Laserii cu lichidLaserii cu lichid Laserul cu raze XLaserul cu raze X
- 6. Laserul cu microunde Acest laser a fost inventat de Townes şiAcest laser a fost inventat de Townes şi Shawlow in 1954Shawlow in 1954.Raza de amoniac trece printr-Raza de amoniac trece printr- un concentrator electrostatic pentru a separaun concentrator electrostatic pentru a separa moleculele aflate pe nivele energeticemoleculele aflate pe nivele energetice superioare.superioare. Nu este o coincidenta ca efectul laser a fostNu este o coincidenta ca efectul laser a fost aplicat pentru prima oara în regiuneaaplicat pentru prima oara în regiunea microundelormicroundelor . Din acest motiv inversia populaţiilor suntDin acest motiv inversia populaţiilor sunt obţinute uşor cu o energie mica. Prima inversieobţinute uşor cu o energie mica. Prima inversie a populaţiilor a fost obţinută în molecula dea populaţiilor a fost obţinută în molecula de amoniac (NH3). Inversia populaţiilor înamoniac (NH3). Inversia populaţiilor în moleculele de amoniac se obţine prinmoleculele de amoniac se obţine prin separarea fizica a particulelor aflate pe nivelesepararea fizica a particulelor aflate pe nivele energetice superioare de cele aflate pe niveleenergetice superioare de cele aflate pe nivele energetice inferioare.energetice inferioare.
- 7. Laserul optic Primul laser optic, construit de Maiman în 1960, era un laser cu pulsaţie, din motive de disipare a caldurii şi a necesităţii unei energii mari de pompare. Nelson si Boyle au creat in 1962 primul laser continuu cu rubin, înlocuind 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 început şi ele, cu succes, să facă experimente cu lasere optice care în loc de Cr aveau alte metale rare ca Nd, Pr, Tm, Ho, Er, Yb, Gd si chiar U, iar în locul cristalului de corindon s-a încercat folosirea unei combinaţii de Ytriu-Aluminiu-Garnet, CaF2, sau sticla (care era şi mai usor de fabricat). Aceste lasere şi-au gasit, odata cu îmbunataţirea metodelor de fabricaţie, şi aplicaţi practice..
- 8. Laserul cu rubinLaserul cu rubinee Laserul cu rubin este alcatuit, în principal, dintr-un cristal cilindric de rubin, doua oglinzi paralele, argintate sau aurite şi un tub de descarcare, în forma de spirala, umplut cu un gaz nobil şi conectat la un condensator de mare capacitate . Dupa cum se stie, rubinul este un oxid de aluminiu care conţine mici cantităţi de ioni de crom. Cilindrul de rubin utilizat are lungimea de câţiva centimetri şi diametrul de câtiva milimetri. Cele doua oglinzi plane şi paralele, şlefuite cu mare grijă, sunt argintate sau aurite în asa fel încat una dintre ele este complet opacă, iar cealaltă parţial transparentă, ca să poată permite razelor laser să părăsească instalaţia. Ele sunt aşezate la capetele cilindrului de rubin, uneori se metalizeaza chiar capetele cilindrului. Tubul de descărcare, în formă de spirală, umplut cu neon, xenon sau amestecuri de neon şi cripton este conectat la un condensator şi funcţionează asemenea blitz-urilor de la aparatele fotografice. Tubul de descărcare emite într-un timp foarte scurt, de ordinul miimilor de secunda, o lumina obişnuitîă, dar intensă, care provoacă inversiunea populatiilor în cristalul de rubin. în desfăşurarea acestui proces o importanţă deosebită îl au impurităţile de crom înglobate în cristalul de rubin. Ionii de crom au trei nivele energetice pe care le vom reprezenta simplificat . În stare normală, ionii de crom au energia E1 corespunzătoare nivelului inferior.
- 9. Laserii cu lichidLaserii cu lichid Laserii cu lichid cei mai cunoscuţi sunt cei cu chelaţi organici şi cei cu coloranţi. Mediul activ pentru laserii cu coloranţi este format de o substanţă fluorescentă dizolvată într-un solvent (alcool). Lărgimea spectrală a radiaţiei emise este de ordinul sutelor de angstromi, putînd fi selectată lungimea de undă dorită, deci laserul este acordabil într-o bandă largă.
- 10. Laserul cu raze XLaserul cu raze X Cilindrul de plasma (rosu) este creat de impactul unui laser cu pulsaţie de mare putere (albastru).Nu sunt folosite oglinzi, în schimb emisiile spontane sunt amplificate şi raza este trimisă în ambele sensuri.A fost creat pentru prima oara de cercetatorii Matthews şi Rosen la Lawrence Livermore National Laboratory, în 1985. Ţinta este dintr-o foiţă subţire de seleniu sau un alt element cu număr atomic mare, dispusăa pe un substrat de vinil pentru a-i da rigiditate. Această ţintă este iradiată din ambele parti de lasere cu pulsaţie de mare putere al cărei focar are o lungime de câteva sute de ori mai mare decât latimea. Când raza loveşte foiţa, aceasta “explodează”, producând o plasmă formată din ioni de seleniu ce au cu 24 de electroni mai puţin. În prezent eficienţa acestor lasere este foarte scazută datorită necesitaţii unei puteri şi frecvenţe mari a laserului-sursă. O eficienţă mai mare s-ar putea obţine printr-o răcire rapidă, ceea ce duce la trei re-pompări a plasmei puternic ionizate. Însa un hibrid între răcirea la contact şi expansiunea adiabatică pare sa fie cel mai promitător.
- 11. EficienEficienţţaa şşi puterea laseruluii puterea laserului Tipul Lungimea de unda (mm) Eficienta Puteri existente (W) Pulsatie Continue COCO22 10.610.6 0.01 - 0.020.01 - 0.02 (pulsed)(pulsed) > 2 ´ 10> 2 ´ 101313 > 10> 1055 COCO 55 0.40.4 > 10> 1099 > 100> 100 HolmiumHolmium 2.062.06 0.03 (lamp)0.03 (lamp) 0.1 (diode)0.1 (diode) > 10> 1077 3030 IodineIodine 1.3151.315 0.0030.003 > 10> 101212 -- Nd-glass,Nd-glass, YAGYAG 1.061.06 0.001 - 0.06 (lamp)0.001 - 0.06 (lamp) > 0.1 (diode)> 0.1 (diode) ~ 10~ 101414 (10 beams)(10 beams) 1 - 101 - 1033 * Color center* Color center 1 - 41 - 4 1010-3-3 > 10> 1066 11 * Vibronic* Vibronic (Ti Safir)(Ti Safir) 0.7 - 0.90.7 - 0.9 > 0.1 ´ h> 0.1 ´ hpp 101066 1 - 51 - 5 RubinRubin 0.69430.6943 < 10< 10-3-3 10101010 11 He-NeHe-Ne 0.63280.6328 1010-4-4 -- 1 - 50 ´ 101 - 50 ´ 10-3-3 * Argon ion* Argon ion 0.45 - 0.600.45 - 0.60 1010-3-3 5 ´ 105 ´ 1044 1 - 201 - 20 * OPO* OPO 0.4 - 9.00.4 - 9.0 > 0.1 ´ h> 0.1 ´ hpp 101066 1 - 51 - 5 NN22 0.33710.3371 0.001 - 0.050.001 - 0.05 101055 - 10 - 1066 -- * Dye* Dye 0.3 - 1.10.3 - 1.1 1010-3-3 > 10> 1066 140140 Kr – FKr – F 0.260.26 0.080.08 > 10> 1099 500500 XenonXenon 0.1750.175 0.020.02 > 10> 1088 --
- 12. MMăăsuri de securitate.suri de securitate. Pentru protec ia munciiț , cei care folosesc laseri trebuie să tie întotdeauna cu ce tip de laser au de aș face. Din punctul de vedere al pericolului pe care îl reprezintă fasciculul laser asupra omului (în principal retina iș pielea), laserii sînt clasifica i în patru clase.ț În prezent clasificarea laserilor nu se face la fel în toate ările, dar se fac pregătiri pentru ca acesteț clase să fie definite la fel la nivel interna ional. Lucrul cu laseri periculo i impune folosirea deț ș ochelari de protec ie, care absorb radia ia luminoasă la lungimea de undă a laserului folosit iț ț ș permit vederea în celelalte regiuni ale spectrului. Clasa I este specifică echipamentelor industriale care au zona de ac ionare a fascicolului laserț acoperită în totalitate, deci nu există posibilitatea apari iei unor reflexii nedorite. Această clasă deț laseri este cea mai sigură i nu necesită din partea operatorilor umani care deservesc echipamentulș laser să poarte echipament de protec ie optică (ochelari speciali sau mască).ț Clasa II Clasa IIIa Clasa IIIb Clasa IV - sunt laseri care nu sunt prevăzu i cu nici o formă de protec ie optică, fiind echipamenteț ț care pot fi u or adaptate oricărui tip de prelucrări industriale. Identificarea unor astfel deș echipamente laser se poate reliza privind eticheta lipită pe camera rezonantă pe care este inscrip ionat cuvântul OEM, alături de care se regăse te cuvântul CLASS IV.ț ș
- 13. UtilizUtilizăările laseruluirile laserului Metrologie Holografie Geologie, seismologie iș fizica atmosferei Spectroscopie Fotochimie Fuziune nucleară Microscopie Aplica ii militareț Medicină: bisturiu cu laser, înlăturarea tatuajelor, stomatologie, oftalmologie, acupunctură Industrie iș comerț: prelucrări de metale si materiale textile, cititoare de coduri de bare, imprimare Aplicatii industriale: sudarea cu laser, tăierea cu laser, gravarea cu laser, marcare cu laser, crestarea cu laser, sinterizarea selectivă cu laser, sinterizarea prin scânteie cu laser. Comunica ii prin fibră opticăț Înregistrarea i redarea CD-urilor i DVD-urilorș ș
- 14. Bibliografie http://ro.wikipedia.org/wiki/Laserhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Laser laserfest.awardspace.infolaserfest.awardspace.info laserul.idilis.rolaserul.idilis.ro galileo.phys.virginia.edugalileo.phys.virginia.edu upx.roupx.ro wix.comwix.com