ВАШЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО
О ПУБЛИКАЦИИ В СМИ И РЕЦЕНЗИЯ
бесплатно за 1 минуту
Добавить материал
Количество Ваших материалов: 0.
Авторское
свидетельство о публикации в СМИ
добавьте 1 материал
Свидетельство
о создании электронного портфолио
добавьте 5 материала
Секретный
подарок
добавьте 10 материалов
Грамота за
информатизацию образования
добавьте 12 материалов
Рецензия
на любой материал бесплатно
добавьте 15 материалов
Видеоуроки
по быстрому созданию эффектных презентаций
добавьте 17 материалов
Нина Серечева Свидетельство о публикации Рецензия
Свидетельство о публикации Скачивание доступно только автору

Все файлы публикации > Лазеры_300dpi.docx
Урок- лекция по физике по теме "Лазеры" для 11 класса

Муниципальное бюджетное общеобразовательное
учреждение «Средняя общеобразовательная школа
№18» г. Белгорода
Урок – лекция по теме «Лазеры»
Учитель физики
Н. П. Серечева.

Урок- лекция по физике по теме "Лазеры" для 11 класса

2017 – 2018 год
Электронно – образовательный ресурс для обучающихся в
11 классе по физике содержит план урока – лекции по
теме «Лазеры». В ходе урока учащиеся приобретают
знания об устройствах в которых энергия тепловая,
химическая, электрическая преобразуются в энергию
электромагнитного поля – лазерный луч. На этом уроке у
обучающихся формируются представления об
индуцированном излучении, они знакомятся с ролью
Российских учёных при изучении этой области физики.
Ребята узнают свойства лазерного излучения и принцип
действия лазеров. У подростков воспитывается чувство
гордости , что наши Российские ученые Н.Г.Басов и
А.М.Прохоров разработали новый принцип генерации и
усиления радиоволн и были награждены Нобелевской
премией.

Урок- лекция по физике по теме "Лазеры" для 11 класса

Тема урока: «ЛАЗЕРЫ»
Ц е л ь у р о к а .
1, Углубить знания учащихся об источниках световых излучений.
2, Способствовать формированию знаний о лазерах, их свойствах и
применении.
3, Содействовать формированию патриотических чувств на
примере достижений русских ученых в области лазерной техники.
П л а н у р о к а :
I. Актуализация звнаний учащихся.
1. Устный опрос: Спектры излучения и поглощения.
2. Спектральный анализ и его применение,
3. Рассмотреть вопросы, связывающие новый материал с ранее
изученным:
а) Почему атомы могут излучать?
б)Сформулируйте постулаты Бора..
в) Где 'ученые мира нашли применена свойству атомов
излучать в возбужденном состоянии?
II. Изучение нового материала.
План лекции:
1. Предположение Эйнштейна о различных состояниях атомов.
2. Что представляет собой лазерное излучение ?
3. Устройство рубинового лазера.
4. Газоразрядный лазер.
5. Принцип работы газоразрядного лазера,.
6. Некоторые типы лазеров. Особенности их конструкции:
а) py6иновый,
б)газовый,
в) полупроводниковый,
г) молекулярный,
д) химический,
е) жидкостный.
7. Свойства лазеров.
8. Применение лазеров.
III.

IV.

Закрепление изученного материала.
Домашнее задание:
1. Прочитать Конспект лекции «Лазеры».

Урок- лекция по физике по теме "Лазеры" для 11 класса

2. Выучить §87.
3. Повторить § 84.
V. Итог урока.
VI.

Рефлексия.
СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИИ «ЛАЗЕРЫ»
План лекции
(См.: П л а н у р о к а . II. Изучение нового материала)
Термин «лазер» (оптический квантовый генератор) образован от
начальных букв слов выражения «Light Amplification by stimulated
Emission of Radiation», что в переводе с английского означает
«усиление света с помощью индуцированного (вынужденного)
излучения». Впервые на возможность вынужденных переходов атома
из возбужденного состояния в невозбужденное указал А. Эйнштейн в
1916 г.
а) о возвращении атомов в
первоначальное См. стр. 3, « Лазеры» состояние с
выделением фотонов.
б) переход атомов с одного уровня на другой.
в) эмиссию фотонов можно увеличить.
В 1954 г. советскими физиками Н.Г. Басовым, A.M. Прохоровым
и американским ученым Ч. Таунсом был создан молекулярный
квантовый генератор, принцип действия которого основан на
использовании индуцированных переходов молекул аммиака.
Генератор работав на частоте 24­1012 Гц.
В 1957 г. была закончена работа советских исследователей В.А.
Фабриканта и Ф.А. БУТСЯВОй, в которой экспериментально
исследовались процессы индуцированного излучения в оптическом
диапазоне.
В 1960 г. Т.Г. Мейманом (США) был создан первый лазер, где
рабочим веществом служил искусственный кристалл рубина,.
Осенью того же года Джавани и другие американские физики
создали газовый лазер на смеси Не и Ne. В 1962 г. был создан
полупроводниковый лазер.
Поиски рабочих тел для лазеров продолжаются. Так, например,
в 60­ 70­е годы были созданы органические газодинамические и
химические лазеры.
В последнее время исследуют возможности создания квантовых
генераторов рентгеновского и гамма­диапазонов длин волн, а также
мочувных лазеров в не прерывном режиме работы.
Какое излучение eсть лазерное?

Урок- лекция по физике по теме "Лазеры" для 11 класса

Если в соответствеHHOM возбужденном состояниИ имеется
достаточное количество атомов, то при наличии достаточного
количества квантов света определенной частоты может возникнуть
кратковременный импульс вынужденного излучения – «вспышка»
квантов.
В качестве одного из методов получения атомов в состоянии
инверсной заселенности часто используют электрический разряд в
газоразрядной трубке или импульсную лампу.
Что такое инверсная заселенность?
1. Объяснить, что такое накачка.
2. Сообщить о сильно заселенных состояниях
3. Как добиться [ индуцированного излучения лавинного
потока?
4. Устройство рубинового лазера.
5. В отличие от рубиновогогазовый лазер работает в
непрерывном режиме.
6. Какие газы используют в газоразрядных лазерах?
Для генерирования излучения используются такие газы, как СО2,
N2O, Н2О, Ne, АЛ*, поскольку молекулы этих 'азов, имею! энергети­
ческие уровни, для которых достигается инверсная заселенность. Эти
газы обладают как вращательными так и колебательными уровнями
энергий.
о
Уровень 00 0 ­ основное состояние (см. рис. 23­1 )).
00 1 — возбужденное состояние имеет большее время жизни.
После потери энергии молекула переходит в состояние 10 0, потом
о
на
о
о
о
о
о
о
уровень 01 0 и, наконец, на основной уровень 00 0. Переход 00 1 на
уровень 10 0 называют лазерным переходом. Этот переход
сопровождается инфракрасным излучением с длиной волны 10,6 VIKM
(примерно в 20 раз больше длины волны видимого света.
В СО>2­лазерах используют гелий, что способствует более
быстрому
удалению атомов с уровня 10 0 и обеспечивает большее число переходов
00 1­10 0. Используется и азот, который способствует повышению
заселен­
о
о
о
ности уровня 00 1. Такой способ получения инверсной заселенности
получил название по способу получения такого состояния ­
электронного.
Рассмотрим оптический метод получения инверсной заселенности.
Активной средой служит синтетический розовый рубин ­ кристалл

Урок- лекция по физике по теме "Лазеры" для 11 класса

корунда А12ОЗ С примесью 0,05^ оксида хрома CR:>Q3. Инверсная
заселенность достигается за счет оптического возбуждения ионов хрома.
Под действием волн ультрафиоле­ _________________3___________
_______________
тового диапазона ионы хрома возбуж­
даются и переходят на систему уров­
ней 3. Отсюда они переходят или на 1,
2
_________________1
или на 2. Переход на 3­2 происходит
без излучения, энергия идет на нагрев кристалла, это приводит к
состоянию
области спектра. При определенной концентрации ионов
хрома и мощности излучении?., возбуждающей ионы Сг и переводящей их
на. уровень 3 (мощность накачки), удается создать такое распределение
на уровне. При котором состояние остается инверсным.
Некоторые типы лазеров.
Особенности их конструкций
а) Рубиновый.
Лазеры классифицируются по н а з в а н и ю к л а с с а
в е щ е с т в а и п о м е т о д у и н в е р с н о й з а с е л е н н о с т и в этих
средах.
По названию класса вещества различают твердотельные, газовые,
полупроводниковые, жидкостные лазеры, лазеры на органических
носителях и другие. По методу получения инверсной заселенности
различают химические, газодинамические., молекулярные и другие.
) Рубиновый лазер:
) рубин;
1!.) ему присуща трехуровневая схем а рассмотрения
энергети­ ческих состояний;
.':) инверсность заселенности достигается оптическим
путем, возбудитель ­ мощная импульсная лампа;
см. рис. 17 (а, б). Торцы рубинового кристалла
I ^полированы и покрыты зеркалами

тщательно
резонаторами.
В более поздних конструкциях применялись эпилептические
отражатели, для улучшения освещения рубина (см. рис. 117 б).
б) Газовый.
Создан в 1960 г. Смесь гелия и неона. Трубка 1 = 100 см, d =1,5 см,
РГЕЛИЯ ~ 1 ММ. рт„ ст. 130 Па, РНЕОНА = 0,1 мм. рт. ст., ~ 1 3 Па. Инверсная
заселенность достигалась электрическим способом возбуждения молекул.

Урок- лекция по физике по теме "Лазеры" для 11 класса

В отличие от твердотельных газовые генераторы работают в
непрерывном режиме. КПД их 42%. Это объясняется неэффективным
способом накачки. К преимущества а газового лазера следует отнести
высокую степень дискретности излучения, они генерируют линию
шириной ~ 103 Гц, что является недостижимым для других типов
оптических квантовых генераторов. Газовые лазеры нашли широкое
применение в связи, обработке информации, голографии, дальнометрии.
в) Полупроводнике вый лазер.
Создай в 1962 г. Характеризуется высоким КПД, т.к.
электрическая энергия непосредственно преобразуется в световую.
Применяются полупроводники, для которых характерны переходы из
ЗОНЫ проводимости в валентную зону. Для выполнения условия генерации
исходный материал сильно генерируется, так, чтобы проводники n­типа
находились в зоне проводимости на уровне Ферми, а уровень Ферми
полупроводника с Р ­типом проводимости ­ в валентной зоне. На основе
этих соединений создается диодная структура с р­n переходом. При
освещении такого диода барьер между р­ и п­областями уменьшается до
нули, и через переход начинает течь сравнительно большой ток в прямом
направлении.
Непосредствен но $ области р­n перехода идет процесс
рекомбинации электронов и дырок. Т.к в области, где рекомбинируют
заряды, выполняется условие инверсной заселенности, то, поместив
активную область кристалла в резонатор, можно получить генерацию
света. Практически резонатором служит одна из; боковых граней
кристаллического диода,
которые получаются в результате
соответствующей обработки. Основная трудность при реализации n­х
лазеров состоит в получении малой силы паровых токов для генерации
света в таких лазерах. Эти лазеры работают только в импульсном режиме;
для того, чтобы они paботали в сощ. режиме, их необходимо охладить до
температуры жидкого азота.
В 1964 г. создали лазеры со сложной структурой р­п­переходов
световых из р­х материалов, что позволило паровые токи: уменьшить в 20­
30 раз и осуществить непрерывный режим работы лазера при комнатной
температуре.
г) Молекулярные лазеры.
Работают они в Б ^прерывном режиме, хотя отн осятся к газовым;
используются не электрические, а колебательные возбужденные системы.
Способ получения инверсной заселенности осуществляется путем
тепловых методов возбуждения.
д) Химический лазе р.

Урок- лекция по физике по теме "Лазеры" для 11 класса

Энергия излучения таких лазеров обеспечивается энергией
химических реакций. Реакция начинается при взаимодействии фтора F2 и
азота N2, где в качестве катализатора использовался гелий Не. Эта
реакция протекает в кварцевой трубке ] :=: 45 см., d = 11 см. В результате
реакции образуются свободные атомы фтора . С помощью инжектора в
тефлоновую трубку I = 21 см и d = 9 см вводятся дейтерий и углекислый
газ, создает' я возбужденный фтористый дейтерий, молекулы которого
передают с BOD энергию CQ2. Газы очень быстро перемешиваются,
проходя через тефлоновую трубку со скоростью 600 м/с. Именно при
таком состоянии достигается инверсное состояние. Посторонние газы
откачиваются и охлаждаются.
г) Жидкостные лазеры.
Активная их среда — органический краситель, растворенный в
спирте или воде. Частота генерации может перестраиваться в широком
диапазоне (перекрывают весь видимый диапазон).
Первый лазер такого типа создан в СССР в 1966 г. под
руководством академика Б.И. Степанова. Источником служит рубиновый
лазер, раствор помещен между зеркалами, находится дисперсионная
призма. Получают излучения р­й длины волн. Р­м красителем является
родамин.
Свойства лазеров
1. Создают пучки света с малым радиусом расхождения (с Земли до
Луны). Создает диаметр 3 км.
2. Монохроматичность света (фазы не испытывают излучений).
3. Лазеры являются самым мощным источником излучения. В течение
10"пс у некоторых: типов лазеров достигается мощность 10 14 Вт/см2, в
9
то время как вся поверхность диска Солнца излчучает 7­10 Вт/см .
о
Применение лазеров
а) Перспективное применение лазерного луча для связи в космическом
д) Светолокатор.
е) Возбужденные лазерным лучом молекулы химических элементов
вступают в peaкции, которые не идут в нормалъных условиях.
ж) С научной целъю возбуждаются лазерным излучением, будут хи­
мическим эле центом для управляемой термоядерной реакции.
б) Испарение металлов в вакууме.
в) Для сварки.
г) Хирургически»; операции (приваривание отел эившейся сетчатки ко
простра нстве.
дну глаза.).

Урок- лекция по физике по теме "Лазеры" для 11 класса

з) ДЛЯ получения объемного изображения.
и) Нелинейная оптика и развитие лазерной техники.

Урок- лекция по физике по теме "Лазеры" для 11 класса

/ V
ЭА ьк ГРИЧЬ С Кии / ttit РА
ТОР
ГАЗОВАЯ СМЕСЬ

Урок- лекция по физике по теме "Лазеры" для 11 класса

Окна под углом Брюстера
Когерентное излучение
' // / ' ' / / ' • / / 7 / / i ' ! г > ' / . . ' f '
< ' ' / ' ,
'' / /
Ридинооыи лазер,,
' / / ' ,
>
/ / / / / /
' / / / / ; ! , 1

t .
1 1 1 1 i
/

Урок- лекция по физике по теме "Лазеры" для 11 класса

I I
i
'
­

\

'

Урок- лекция по физике по теме "Лазеры" для 11 класса

Ммг.рьсиая лампа
Отполированные торсы
Рубинобыц кристалл

Урок- лекция по физике по теме "Лазеры" для 11 класса

Вращательн
ые уровни
Основные
состоя

С02~ лазерный у
переход / (10, В
ими)/
Колебательные
уробни

Урок- лекция по физике по теме "Лазеры" для 11 класса

Симметричное
растяжение.
изгиб

Прямая ссылка на скачивание файла: Скачать файл