Урок в 11 класс по физике «Лазеры»

Автор: Тарасова Анна Владимировна,МОУ СОШ №13 Краснооктябрьского района г.Волгоград 11 класс Лазеры Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Лазеры Цель: познакомиться с принципом действия квантовых источников света. 1. Спонтанное и вынужденное излучение.2. Квантовые генераторы.3. Трёхуровневый лазер.4. Применение лазеров. 1. Какое состояние атома называется основным, а какое – возбуждённым?2. В каком состоянии атом будет существовать дольше – в основном или возбуждённом?3. При каких условиях атом излучает? Спонтанное излучение В возбуждённом состоянии атом находится около 10-8 с, после чего самопроизвольно (спонтанно) переходит в основное состояние, излучая при этом квант света.  Спонтанное излучение происходит при отсутствии внешнего воздействия на атом и объясняется неустойчивостью его возбуждённого состояния. Вынужденное излучение Если же атом подвергается внешнему воздействию, то время его жизни в возбуждённом состоянии сокращается, а излучение уже будет вынужденным или индуцированным. Понятие о вынужденном излучении было введено в 1916 г. А. Эйнштейном. Вынужденное излучение Вынужденное излучение происходит в результате воздействия на возбуждённый атом кванта света, частота которого совпадает с частотой его спонтанного излучения. Атом при этом переходит на более низкий энергетический уровень, и к первичному фотону добавляется ещё один фотон, ничем не отличающийся от первого. Падающее на атом излучение удваивается, затем может образоваться «лавина» фотонов. Квантовые генераторы Оптические квантовые генераторы, излучение которых лежит в видимой и инфракрасной области спектра, называются лазерами. Трёхуровневая система лазера При работе лазера часто используется система трёх энергетических состояний атома, второе из которых – метастабильное со временем жизни атома в нём до 10-3 с. Рубиновый лазер Основная деталь рубинового лазера – рубиновый стержень. Рубин состоит из атомов Al и O с примесью атомов Cr. Именно атомы хрома придают рубину цвет и имеют метастабильное состояние. Рубиновый лазер На стержень навита трубка газоразрядной лампы, называемой лампой накачки. Служит для передачи атомам хрома квантов энергии для перехода из основного состояния в метастабильное. Очень быстро образуется «перенаселённость» метастабильного уровня. Рубиновый лазер Один из торцов стержня зеркальный (для как можно большей задержки фотонов внутри стержня и вызывания как можно большего числа актов вынужденного излучения), другой – полупрозрачный (через него выходит лазерное излучение). Боковая поверхность стержня непрозрачная. Свойства лазерного излучения Лазеры способны создавать пучки света с очень малым углом расхождения.Все фотоны лазерного излучения имеют одинаковую частоту (монохроматичность) и одно и то же направление (согласованность).Лазеры являются мощными источниками света (до 109 Вт, т.е. больше мощности крупной электростанции). Применение лазеров 1) Обработка материалов (резание, сварка, сверление).2) В хирургии вместо скальпеля.3) В офтальмологии.4) Голография.5) Связь с помощью волоконной оптики.6) Лазерная локация.7) Использование лазерного луча в качестве носителя информации. Применение лазеров Закрепление Вопросы 1 - 8 на стр. 206 Домашнее задание §28 учебника; задачник Г.Н. Степановой, № 1697, 1703, 1723. По желанию – подготовить презентацию на одну из тем: «Применение лазеров» «Лазеры, их виды, принцип действия» «История создания лазера» Источники информации http://www.mger2020.ru/files/lazer-1708.jpg.http://kitich.ru/blog/img/rubriki/internet/211501.20710_real.jpg. http://mirpraznik.narod.ru/laser_show_16.jpg. Диск «Физика. 7-11 классы. Библиотека наглядных пособий» из серии «1С: Образование», 2003-2006.Физика. 11 класс. Учебник / Л.Э. Генденштейн, Ю.И. Дик. – М.: Илекса, 2007.