Lasery

1. Lasery Nikola Pilska Tercie 2010

2. OBJEV • Historie laseru se „rozbíhala“ velmi pomalu. • Na začátku byla Einsteinova předpověď, že by mohlo za vhodných podmínek vzniknout záření neobvyklých vlastností. • Trvalo však téměř 40 let, než se podařilo zdroj takového záření sestrojit. • Nové zdroje - lasery - začaly z laboratoří fyziků pronikat do nejrůznějších oblastí vědy, průmyslu i běžného života a dnes už nás přímo nebo nepřímo provázejí prakticky na každém kroku. • Do cíle se jako první dostal Theodore Maiman.

3. Theodore Maiman • Narodil se 11.7.1927 v Los Angeles • Zemřel 05.5.2007 • Známý pro vynalézat patenty na světě první laser • Vzhledem k jeho práci na LASER, byl dvakrát nominován na Nobelovu cenu a dostal členství v obou národních akademií věd a techniky.

4. Něco o laseru • Laser je přístroj, který je zdrojem světla podivuhodných vlastností a stále pestřejšího využití. • Objasnění jeho funkce však není zrovna jednoduché - základem „laserování“ jsou děje v samém nitru atomů. • Víme už, že světlo vzniká přechodem atomů z vyššího do nižšího energetického stavu. • Fotony obyčejného světla spolu nemají mnoho společného, atomy vyzařují energii nezávisle na sobě. • Světlo laseru je naproti tomu velmi „disciplinované“, jednotlivé atomy vyzáří energii jakoby na povel.

5. LASER • Světlo je jediná složka elektromagnetického spektra, kterou můžeme přímo vnímat - zrakem. • Vlnová délka světla souvisí s jeho barvou. • nejmenší vlnovou délku má světlo fialové • největší světlo červené • „Bílé“ světlo je směsí různobarevných světel • Různé zdroje světla používá člověk od nepaměti. • Také laser je zdrojem světla - napovídá tomu i jeho oficiální název: „kvantový generátor světla“. • Jeho světlo je jednobarevné, uspořádané a má nepatrnou rozbíhavost. • Ze žádného jiného zdroje tak kvalitní světlo nelze získat. • Proto už krátce po svém objevu získal laser mezi světelnými zdroji zcela výjimečné postavení.

6. Laserové světlo • U laseru byl aktivním prostředím krystal rubínu a buzení zajišťovala výbojka, podobná jako se používá u fotografických blesků. • V současné době se jako aktivní prostředí využívá nepřeberného množství látek všech skupenství.

7. Zdroje světla • V 17. století ukázal I. Newton, že bílé sluneční světlo je možné skleněným hranolem rozložit na světelné spektrum. • Bílé světlo se tedy ve skutečnosti skládá z mnoha různobarevných světel. • Jejich barvy je možno rozdělit do šesti základních skupin: • Fialová • Modrá • Zelená • Žlutá • Oranžová • Červená

8. Zdroje světla • Spektrum můžeme pozorovat také v přírodě jako duhu, duhové barvy můžeme vidět i na mýdlových bublinách nebo na povrchu kompaktního disku apod. • Dnes už víme, že barva světla souvisí s jeho vlnovou délkou. • Viditelné světlo však má mnoho vlastností společných s dalšími druhy elektromagnetického vlnění (ultrafialové, infračervené, rentgenové, rádiové atd.). • Světlo je vyzařováno atomy

9. Typy laserů • I když všechny lasery pracují na stejném základě (stimulované emisi), liší se velmi výrazně svou konstrukcí i vlastnostmi. • Pevnolátkové lasery • Kapalinové lasery • Plynové lasery • Polovodičové lasery

10. Pevnolátkové lasery • Tyto lasery mohou pracovat v různých režimech a za různých provozních podmínek • Jsou stabilní a mají malé nároky na údržbu. • Nejznámějším představitelem je laser rubínový • Jehož aktivním prostředím je krystal syntetického rubínu • Právě z rubínové tyčinky se Maimanovi podařilo získat první laserový paprsek červeného světla. • Vyzařuje infračervené záření nebo zelené světlo a má uplatnění v nejrůznějších oborech, zejména v medicíně.

11. Kapalinové lasery • Aktivním prostředím těchto laserů jsou roztoky různých organických barviv. • Pomocí několika druhů barviv a metod tzv. nelineární optiky je možno dosáhnout prakticky všech vlnových délek. • Proto se kapalinové lasery používají např. ve spektroskopii. • Jejich nevýhodou je krátká životnost aktivního prostředí, které se teplem a světlem rozkládá.

12. Plynové lasery • Aktivní plynné prostředí může být tvořeno atomy, ionty nebo molekulami. • Plynové lasery pracují ve velmi širokém rozsahu vlnových délek. • Jejich excitace je většinou pomocí elektrického výboje ve zředěném plynu. • Plynové lasery mají homogenní aktivní prostředí, které zajišťuje jejich výborné parametry. • Nevýhodou je poměrně malý výkon.

13. Polovodičové lasery • Tato skupina laserů dnes patří mezi nejrozšířenější. • zdrojem záření je tzv. laserová dioda. • Diody mají velmi malé rozměry, což je na jedné straně jejich výhoda. • Na druhé straně je jejich paprsek rozbíhavější než u jiných typů laserů. • Účinnost diod je vysoká (až 50 %), jejich výkon se dá snadno měnit změnou elektrického proudu. • Proto našly laserové diody velké uplatnění zejména v telekomunikacích, ve výpočetní technice i spotřební elektronice.

14. Optické buzení • Energie, potřebná ke vzniku laserového záření, se dodává ve formě světelného záblesku. • Například v rubínovém laseru je rubínová tyčinka vložena do spirálové výbojky. Jejím zábleskem dojde k přechodu atomů na vyšší hladinu, při jejich návratu do základního stavu se část této energie vyzáří ve formě laserového záblesku. • Používá se u pevnolátkových a kapalinových laserů.

15. Buzení elektrickým polem • Základem je elektrický výboj, ke kterému dochází v plynové náplni laseru. • Jejich výkon se dá měnit změnou objemu plynu nebo jeho plynulou cirkulací.

16. Chemická excitace • K čerpání energie do aktivního prostředí se využívá energie exotermických chemických reakcí. • První chemický laser byl zkonstruován roku 1965 a využíval reakce vodíku s chlorem. • Později se začala používat reakce vodíku s fluorem. • U jiného typu se získává energie disociací (štěpením) molekul jódu ultrafialovým zářením.

17. APLIKACE LASERŮ • Průmysl • Medicína • Hologramy • Další oblasti

18. Průmysl • Obrábění materiálů (řezání a vrtání) • Svařování kovů • Značení a gravírování • Dekorace skla • Zaměřování a měření vzdáleností

19. Medicína • Oční operace • Další příklady využití • Velmi rozšířené je použití laserů v dermatologii i v kosmetických salonech. • Stomatologie • Chirurgie

20. Hologramy • Holografie • Kresba, fotografie nebo mapa vytváří dvourozměrný (plošný) obraz skutečnosti. • Dávnou snahou umělců a vynálezců bylo zachytit na ploše i třetí rozměr - hloubku. • Skutečnou revoluci znamenala teprve teorie holografie, vypracovaná v roce 1947 DenisemGaborem, britským fyzikem maďarského původu.

21. Další oblasti • Astronomie, geodézie, geofyzika • Ekologie a meteorologie • Jaderná fyzika • Vojenské aplikace • Laserová tiskárna a kopírka • Kompaktní optické disky (CD, DVD) • Laserové ukazovátko, čárový kód

22. Cizí slova • Stimulovaná emise: vybuzení elektronu na vyšší energetickou hladinu. • Elektromagnetické spektrum: zahrnuje elektromagnetické záření všech možných vlnových délek. • Spektroskopie: je fyzikální obor zabývající se vznikem a vlastnostmi spekter. • Aktivní prostředí: může se jednat o: • Polovodič • Plyn

23. Zdroje: • http://cs.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetick%C3%A9_spektrum • http://lasery.wz.cz/vysvetlivky.html • http://www.mmspektrum.com/clanek/nekonvencni-metody-obrabeni-4-dil • http://www.cez.cz/edee/content/microsites/laser/k34.htm