Исследовательская работа по физике Свойства лазерного излучения

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
Парфеньевская средняя общеобразовательная школа
ТЕМА: «ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, С ЦЕЛЬЮ РАССШИРЕНИЯ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ ЛАЗЕРА»
ВЫПОЛНИЛ: Нефёдов Игорь 9А класс ПСШ.
НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ : Моисеев
Валерий Георгиевич (учитель физики).

с. Парфеньево - 2014г.
ВВЕДЕНИЕ
Лазер много кто о нём слышал и даже может все видели , но ничего особенного если посмотреть на его не профессиональным взглядом ,однако лазер очень удивительная вещь . Лазер нашёл применение в медицине: с помощью лазерного излучения можно приваривать отслоившуюся от глазного дна сетчатку.
Лазер нашёл применение и в армии , Лазер широко используют для прицела на штурмовых винтовках нового поколения М-16,АК-72 и на снайперских винтовках например СВН-98 или ОСВ-96 .Ещё лазер используют для выведения ракет , спутников ,самолетов из строя .В армии лазер широко используется только мы об этом не знаем.
Ещё лазер используется в тяжелой промышленности для резки листов металла приварки мелких деталей, только лазер может за секунды разрезать алмаз и другие самые твердые вещества.
С помощью лазера можно передавать информацию и получать 3D изображения , измерять расстояние до спутников и даже планет. В будущем станет возможно передавать энергию с помощью лазерного излучения например: с атомных Э.С в отдаленные уголки нашей планеты и на космические станции и обратно. Именно это стало целью моей исследовательской работы.
ЦЕЛИ и ЗАДАЧИ:
Цель: Оценить реальные возможности передачи энергии с помощью лазерного луча.
Задачи :
Исследование возможности передачи и накопления энергии лазерного излучения.
Измерить коэффициент полезного действия лазеров.
Измерить длину световой волны лазерного излучения.
4) Оценить действие лазерного луча на шарик
термометра.
Проверить монохроматичность и возможность
фокусировки лазерного луча.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ:
Лазер - квантовый усилитель или генератор когерентного электромагнитного излучения оптического диапазона(света) .
1.Рубиновый лазер
Из кристалла рубина изготовляется стержень плоскопараллельными торцами . Газоразрядная лампа имеющая форму спирали, дает сине-зеленый свет .Кратковременный импульс тока от батареи конденсаторов ёмкостью в несколько тысяч микрофарад вызывает яркую вспышку лампы .Спустя малое время энергетический уровень 2 становиться перенасыщенным.
БИБЛИОГРАФИЯ: В 1954 г советские учёные Н.Г. Басов и А.М. Прохоров и независимо от них американский физик Ч. Таунс использовали явление индуцированного излучения для создания микроволнового генератора радиоволн с длиной волны 1,27 см.
ОПИСАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ:
Для исследований свойств лазерного излучения использовались два лазера малой мощности 1мВт и 5мВт.
№1: Выяснение возможностей передачи и накопления энергии , переданной лазером . В качестве приёмника излучения лазера возьмём солнечную батарею –БСК-1 . Электрические характеристики батареи при температуре 25 градусов Цельсия под солнцем( в солнечный безоблачный день , средней широты Европейской части России) должны быть : холостой ход не менее 2 вольт, (при сопротивлении 12,5Ом) не менее 130 миллиампер , в темной комнате подключили солнечную батарею к миллиамперметру цифрового авометра .Миллиамперметр показывает ток 0,03 мА (Приложение №1). Это световой фон . Направим луч лазера на батарею , показания миллиамперметра увеличились до 0,08 мА. За счет излучения лазера ток через батарею увеличился на 0,05А.
Подключим солнечную батарею к аккумулятору Д-0,26Д , предварительно разряженному до напряжения 0,1В . Направим луч лазера на батарею . Расстояние до батареи 4м . Эксперимент проводиться в тёмной комнате . Через 3 часа измеряем напряжение на аккумуляторе . оно было 1,4В . Значит энергия излучения лазера пошло на заряд аккумулятора . Энергию лазерного излучения можно передавать , принимать и накапливать .
При передаче энергии с помощью лазера важным является вопрос о коэффициенте полезного действия лазера, то есть отношение полезной (переданной) энергии к затраченной . №2:измерение коэффициента полезного действия лазеров .Проблемы измерения КПД лазера заключается в трудности измерения тока потребления от источника питания лазера. Источник питания закрыт и находится внутри лазера а нужно последовательно подключить миллиамперметр и замкнуть ключ.
Мощность потребления у обоих лазеров оказалась одинаковой. а полезная выходная мощность разная. Поэтому коэффициент полезного действия одного лазера оказалась равной 2% а второго 6%.
Эксперимент третий Измерение длин световой волны лазерного излучения.
От длины волны зависит энергия фотонов лазерного излучения..Длину световой волны можно экспериментально измерить с помощью оптического прибора: дифракционной решётки. Период решётки был d= 0.02 мм. Измерив расстояние от решётки до экрана и от нулевого максимума до первого. Рассчитаем длину световой волны 7.2 х 10( минус седьмой степени) м.(приложение).
Эксперимент четвёртый Оценка действия лазерного луча на шарик термометра.
В учебнике физики написано что» с помощью лазерного излучения уже удалось достичь самых высоких значений температуры».
Направим лазерный луч на шарик термометра. Секунд через двадцать столбик термометра приходит в движение. За три минуты столбик термометра сместиться на 9 градусов. Мощность моего лазера вероятно маловата для данного эксперимента.
Эксперимент пятый Проверить монохромотичность и возможность фокусировки лазерного луча.
В опыте с дифракционной решёткой нулевой и первый максимум были одноцветными точками то есть излучение является монохроматическим . Направим луч лазера на трёхгранную призму. На экране мы видим луч одного цвета. Излучение лазера монохроматическое.
В учебнике физики написано что « Лазерный луч можно сфокусировать в крохотное пятнышко диаметром порядка длины световой волны и получить плотность энергии превышающую уже на сегодняшний день плотность энергии ядерного взрыва».
Проверим это на опыте. Возьмём короткофокусную линзу и пропустим через неё лазерный луч. Перемещая линзу относительно экрана добиваемся уменьшения диаметра пятна с 3-4 мм. до 1-1.5 мм.. Лазерный луч можно фокусировать.
На опытах можно так же наблюдать прямолинейное распространение лазерного луча полное отражение при углах больше 43градусов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ:
В результате проведённых исследований проверена и подтверждена возможность передачи, приёма и накопления энергии излучения лазера .Однако низкий кпд наших лазеров , исключена возможность применения их для передачи энергии .
Другие проверенные свойства лазерного излучения находят и будут находить более широкое применение для физических опытов , целеуказания , в лазерных прицелах и т.д.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.
Пример лазерного излучения (простейший)
Измерение расстояния от земли до лунохода . Это является ярким примером , что с помощью лазера можно измерить расстояние не только до лунохода , но и до других планет.
Схема ракеты Bolide . С помощью лазера можно дистанционно управлять ракетами . примером нам представлена ракета Bolide . Она следует за лазерным лучом .
Использование лазера на боевом оружии. Чаще всего лазер используют для прицела, но и не только , на одном из рисунков мы видим , что пистолет-пулемёт без лазерного прицела . Здесь используется своеобразная лазерная пуля для максимально точной настройки прицела . Лазерный луч светит в ту точку , куда попадает пуля после выстрела и по этой точке настраивают прицел.