Урок на тему "Лазеры"

Тема урока. Лазеры. Нелинейная оптика                                                                                   Цели урока: Обучающие ­ Изучить устройство и принцип действия лазера и его  применение в науке и технике.                                                                                                         Развивающие ­ Развивать умение думать, сопоставлять, обобщать, анализировать,  расширить кругозор учащихся.                                                                                                        Воспитательные ­ Прививать познавательный интерес к предмету, воспитывать умение  работать в коллективе: высказывать свое мнение, выслушивать товарища.                       Оборудование: лазер лабораторный(таблица), презентация «Лазеры».                                     Тип урока. Изучение нового материала.                                                                                        Вид урока.  Комбинированный.                                                                                                      Ход урока. 1. Орг. момент. Вступительное слово учителя:                                                                            В 2010 году исполняется ровно полвека с момента создания первого в мире лазера. Вторая  половина XX­го века ознаменовалась яркими достижениями научно­технического  прогресса: овладение ядерной энергией, освоение космоса, развитие радиолокационной  техники, производство компьютеров... Среди этих достижений достойное место занимает  создание лазеров и развитие лазерной техники.                                                                             План:  Открытие индуцированного излучения  Принцип действия лазера  Трехуровневая система  Устройство рубинового лазера  Типы лазеров  Применение лазеров II. Повторение опорных знаний 1. Что представляет собой свет согласно квантовой теории? 2. Сформулируйте I постулат Бора. 3. Сформулируйте II постулат Бора. III. Изучение нового материала  Открытие индуцированного излучения Лазер ­ удивительное изобретение XX века.  Слово лазер образовано как сочетание первых букв слов английского выражения “Light  Amplification by Stimulated Emission Radiation”­ «усиление света при помощи  индуцированного излучения» Под индуцированным (вынужденным) излучением понимается излучение возбужденных  атомов под действием падающего на них света. Замечательной особенностью этого излучения является то, что возникшая при  индуцированном излучении волна не отличается от волны, падающей на атом ни частотой,  ни фазой, ни поляризацией. В 1916 г Эйнштейн высказал идею о существовании эффекта вынужденного излучения.В  1940 г советский физик В.А. Фабрикант указал на возможность использовать вынужденное  излучение для усиления электромагнитных волн. В 1954 г Н.Г. Басов, А.М. Прохоров и независимо от них Ч. Таунс разработали принцип  генерации и усиления радиоволн, используя явление индуцированного излучения. В 1963 г за разработку нового принципа генерации и усиления радиоволн Н.Г. Басов, А.М.  Прохоров и Ч. Таунс были удостоены Нобелевской премии 1916 – 1960 г ­ «Золотой век» создания чудесного луча. В 1960г в США был создан первый лазер в видимом диапазоне спектра (ОКГ) Перед вами лабораторный лазер. У многих из вас есть и лазерные указки. Что же  особенного в этих источниках света? Высокая оценка изобретения лазера, наверное,  заслуженная? Дело в том, что лазерные источники света обладают рядом преимуществ по сравнению с  другими источниками света.                                                                                                            Свойства лазерного излучения:  Когерентность. (Атомы излучают свет согласованно).  Малый угол расхождения (около 10­5 рад). На Луне такой пучок, испущенный с  Земли, дает пятно диаметром 3 км.  Монохроматичность  Большая мощность. У некоторых типов лазеров достигается мощность излучения  1017 Вт/см2. Для сравнения: мощность излучения Солнца равна только 7∙103 Вт/см2.  Принцип действия лазера: В квантовой системе с двумя выделенными уровнями при взаимодействии с излучением  могут происходить различные процессы. а) поглощение. В обычных условиях атомы не возбуждены – находятся в низшем  энергетическом состоянии. Атом, поглотивший энергию  возбужденное состояние. , переходит в  б) спонтанное излучение. Возбужденный атом может самопроизвольно испустить фотон в  любом направлении. в) вынужденное излучение. Возбужденный атом может перейти в низшее состояние и не  самопроизвольно, а под влиянием внешнего воздействия. При этом излучается волна,  совпадающая по частоте и фазе с падающей и волна усиливается. Лазер – компьютерная двухуровневая модель (CD «Открытая физика»)             Трехуровневая система Двух уровней энергии для работы лазера недостаточно, т.к. необходимо, чтобы число  возбужденных атомов было больше невозбужденных. Поэтому используются 3  «работающих» энергетических уровня. Для возбуждения атомов используется мощная лампа. После ее вспышки атомы переходят  в состояние 3, где время жизни мало – 10­8с, затем самопроизвольно переходят в состояние  2. Время жизни в состоянии 2 в 100 000 раз больше ­10­3с. Т.о. создается  «перенаселенность» возбужденного уровня 2 по сравнению с невозбужденным 1. Переход между уровнями E3 и E2 безызлучательный. Лазерный переход осуществляется  между уровнями E2 и E1.                                                                                                                 Устройство рубинового лазера (сообщение 1 ученика) Типы лазеров            Сразу же после появления в 1960г первого лазера началось бурное  развитие лазерной техники. В короткое время были созданы разнообразные типы лазеров. В настоящее время в качестве рабочих веществ в лазерах используются самые различные  материалы. Генерация получена более чем на ста веществах: кристаллах, активированных  стеклах, пластмассах, газах, жидкостях, полупроводниках, плазме. Поэтому лазеры  бывают:твердотельные (например, рубиновый, стеклянный или  сапфировый), газовые (например, гелий­неоновый, аргоновый и т.п.), жидкостные,  полупроводниковые. Различают также лазеры по характеру излучаемой энергии. Если  энергия излучается импульсно, то говорят об импульсных лазерах, если непрерывно, то  лазер называют лазером с непрерывным излучением. Есть лазеры и со смешанным режимом работы, например полупроводниковые. Если излучение лазера сосредоточено в узком  интервале длин волн, то лазер называют монохроматичным, если в широком интервале, то  говорят о широкополосном лазере. Рабочий диапазон существующих оптических  квантовых генераторов изменяется от ультрафиолетового излучения с длиной волны 0,3  мкм до инфракрасного с длиной волны 300 мкм. Применение лазеровУникальные свойства лазерного луча, многообразие конструкций  современных лазеров обуславливают широкое применение лазерных технологий в  различных областях человеческой деятельности: промышленности, науке, медицине и  быту. Наука Техника и связь Локация небесных тел. Эталон  длины. Лазерный термоядерный синтез. Сверхскоростная  фотография. Разделение  изотопов. Спектроскопия. Линии связи.  Обработка  материалов. Лазеры  в ЭВТ. Лазерный  гироскоп.  Голография. Военное дело Лазерное оружие. Противоракетные  системы. Оптический  локатор. Медицина и  биология Лазерная  хирургия. Лечение  опухолей. Стимуляция  роста  растений. V. Итоги урока «Создание лазеров не только коренным образом изменило оптику, но и  оказало огромное влияние на многие области современной физики, химии, кибернетики,  биологии, медицины, технологии. Сейчас мы видим, что когерентный свет открыл новые,  совершенно неожиданные возможности для решения кардинальных проблем нашей бурно  развивающейся цивилизации – энергетической, информационной, технологической.  Широкое применение лазеров означает качественное преобразование в производительных  сферах общества, подобное внедрению в производство и жизнедеятельность человека  электричества». (Н. Г. Басов) Домашнее задание: §7.9, 7.10