L A S E R. Krize klasické fyziky na přelomu 19. a 20. století, vznik kvantových představ o interakci optického záření s látkami.



Podobné dokumenty
R10 F Y Z I K A M I K R O S V Ě T A. R10.1 Fotovoltaika

FYZIKA 2. ROČNÍK. Elektrický proud v kovech a polovodičích. Elektronová vodivost kovů. Ohmův zákon pro část elektrického obvodu

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: Lasery - druhy

OPTIKA Fotoelektrický jev TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

1. Energie a její transformace

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

λ hc Optoelektronické součástky Fotorezistor, Laserová dioda

Laserové technologie v praxi II. Úvodní přednáška. Bezpečnost práce s lasery. Hana Chmelíčková, SLO UP a FZÚ AVČR Olomouc, 2011

Zasedání OR FCH 27. ledna 2016 zápis

FYZIKA 4. ROČNÍK. Kvantová fyzika. Fotoelektrický jev (FJ)

LED svítidla - nové trendy ve světelných zdrojích

Zdroje optického záření

Vzdělávací oblast: Člověk a příroda. Vyučovací předmět: fyzika. Třída: kvarta. Očekávané výstupy. Poznámky. Přesahy. Žák.

KIS A JEJICH BEZPEČNOST I PŘENOS INFORMACÍ DOC. ING. BOHUMIL BRECHTA, CSC.

Osnova. Stimulovaná emise Synchrotroní vyzařování Realizace vyzařování na volných elektronech FLASH XFEL

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Atomová absorpční spektroskopie (AAS) spektroskopie (AAS) spektroskopie (AAS) r Wolaston pozoroval absorpční čáry ve slunečním spektru

Databáze Ramanových spekter pro identifikaci inkoustů na Českých bankovkách

5. Elektromagnetické vlny

Elektrická měření 4: 4/ Osciloskop (blokové schéma, činnost bloků, zobrazení průběhu na stínítku )

POŽADAVKY KE STÁTNÍ ZÁVĚREČNÉ ZKOUŠCE MAGISTERSKÉ STUDIUM POČÍTAČOVÉ MODELOVÁNÍ VE VĚDĚ A TECHNICE (NAVAZUJÍCÍ STUDIUM I DOBÍHAJÍCÍ 5-LETÉ STUDIUM)

Demonstrační experiment pro výuku využívající Crookesův radiometr

Přednášky z lékařské přístrojové techniky

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ OHYB SVĚTLA

Tematické okruhy pro státní závěrečné zkoušky v navazujícím magisterském studiu na Fakultě chemicko-inženýrské v akademickém roce 2015/2016

Amatérská videokamera jako detektor infra erveného zá ení

MS měření teploty 1. METODY MĚŘENÍ TEPLOTY: Nepřímá Přímá - Termoelektrické snímače - Odporové kovové snímače - Odporové polovodičové

Pavel Cejnar. mff.cuni.cz. Ústav částicové a jaderné fyziky Matematicko-fyzikální fakulta University Karlovy v Praze

Antény. Zpracoval: Ing. Jiří. Sehnal. 1.Napájecí vedení 2.Charakteristické vlastnosti antén a základní druhy antén

3. Elektromagnetické pole Vlnové rovnice elektromagnetického pole 68

Fotoelektrický jev je uvolňování elektronů z látky vlivem dopadu světelného záření.

Přístrojové vybavení pro detekci absorpce a fluorescence

Nanočástice ve fotovoltaice

Ideální krystalová mřížka periodický potenciál v krystalu. pásová struktura polovodiče

ČÁST VII - K V A N T O V Á F Y Z I K A

a činitel stabilizace p u

Fyzikální korespondenční seminář UK MFF V. S

24 th International Young Physicists Tournament. Tým Talnet. 13 Light bulb. (Žárovka)

Nekoherentní a koherentní zdroj záření. K. Sedláček : Laser v mnoha podobách, Naše vojsko 1982)

Difrakce na mřížce. Úkoly měření: Použité přístroje a pomůcky: Základní pojmy, teoretický úvod: Úloha č. 7

Měření výstupní práce elektronu při fotoelektrickém jevu

ÈÁST VII - K V A N T O V Á F Y Z I K A

Elektrické vlastnosti pevných látek

Polovodiče Polovodičové měniče

KAPITOLA 6.3 POŽADAVKY NA KONSTRUKCI A ZKOUŠENÍ OBALŮ PRO INFEKČNÍ LÁTKY KATEGORIE A TŘÍDY 6.2

Polovodiče typu N a P

Fotochemie: Jak to vidíme my a jak to vidí opice

Základy fyzikálněchemických

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Základní prvky a všeobecná lyžařská průprava

Předmět: F Y Z I K A. 07-ŠVP-Fyzika-1,2,3,4 strana 1 (celkem 8)

Kapitoly z fyzikální chemie KFC/KFCH. VII. Spektroskopie a fotochemie

Vybrané podivnosti kvantové mechaniky

3. STRUKTURA EKOSYSTÉMU

Mechanismy. Vazby členů v mechanismech (v rovině):

Elektromagnetické záření. lineárně polarizované záření. Cirkulárně polarizované záření

Jaká je nejmenší výška svislého rovinného zrcadla, aby se v něm stojící osoba vysoká 180 cm viděla celá? [90 cm]

Polovodičové diody. Polovodičové součástky s PN přechodem

LEVEL INSTRUMENTS CZ LEVEL EXPERT

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Fotoelektrický jev a Planckova konstanta

Změny délky s teplotou

Novinky v oblasti emisních přístrojů BOSCH pro stanice měření emisí (SME) v ČR

Osnova: 1. Speciální diody 2. Tranzistory 3. Operační zesilovače 4. Řízené usměrňovače

Ing. Stanislav Jakoubek

Malé vodní elektrárny

Lasery optické rezonátory

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Cvičení z fyziky Lasery. Jan Horáček (jan.horacek@seznam.cz) 19. ledna 2014

Trysky s rozst ikem dutého kužele

7. Stropní chlazení, Sálavé panely a pasy - 1. část

Paprsková a vlnová optika

PSK1-14. Optické zdroje a detektory. Bohrův model atomu. Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka.

Manuální, technická a elektrozručnost

Přednášky jsou určeny pro studenty 3. a 4. ročníků středních škol.

Kótování na strojnických výkresech 1.část

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Mikrovlny

Školní vzdělávací program pro základní vzdělávání - VLNKA Učební osnovy / Člověk a příroda / Z

Polovodiče - s jedním PN přechodem (dvojpóly) Polovodič a PN přechod. VA charakteristika. Propustný x Závěrný směr.

GIGAmatic. Tenzometrický přetěžovací převodník. 1. Popis Použití Technické informace Nastavení Popis funkce 6. 6.


9. Fyzika mikrosvěta

Metody měření teplot a tepla v technologii obrábění. Jiří Kachyňa

SYLABUS PŘEDNÁŠKY 6b Z INŽENÝRSKÉ GEODÉZIE (Polohové vytyčování) 4. ročník bakalářského studia studijní program G studijní obor G

Aplikovaná optika. Optika. Vlnová optika. Geometrická optika. Kvantová optika. - pracuje s čistě geometrickými představami

Systémy pro sběr a přenos dat. metalická přenosová cesta optická přenosová cesta bezdrátová přenosová cesta

Komutace a) komutace diod b) komutace tyristor Druhy polovodi ových m Usm ova dav

P ř e d m ě t : F Y Z I K A

PRO PODLAHOVÉ TOPENÍ DIGITÁLNÍ TERMOSTAT

PROVOZNÍ CHARAKTERISTIKY OTOPNÝCH TĚLES

podíl permeability daného materiálu a permeability vakua (4π10-7 )

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Mikrovlny

Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování. KONSTRUOVÁNÍ STROJŮ mechanismy. Přednáška 8

Seznam některých pokusů, prováděných na přednáškách z předmětu Optika a atomistika

I. Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb

Možnosti vytápění: Čím můžete topit? A za kolik?

Zeemanův jev. Pavel Motal 1 SOŠ a SOU Kuřim, s. r. o. Miroslav Michlíček 2 Gymnázium Vyškov

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

Charakteristika vyučovacího předmětu

Možnosti ultrazvukové kontroly keramických izolátorů v praxi

Výsledky zpracujte do tabulek a grafů; v pracovní oblasti si zvolte bod a v tomto bodě vypočítejte diferenciální odpor.

Transkript:

L A S E R Krize klasické fyziky na přelomu 19. a 20. století, vznik kvantových představ o interakci optického záření s látkami Stimulovaná emise Princip laseru Specifické vlastnosti laseru jako zdroje optického záření Typy laserů a jejich využití V čem mohou být lasery nebezpečné?

Od 70. let 19. století: Optické záření je elektromagnetické vlnění v určit itém m frekvenčním m oboru

Mechanismus interakce optického záření s látkami (zdánlivě zřejmý) Optické záření - proměnné elmag pole působí na nabitéčástice Lorentzovou silou, vyvolává vynucené oscilace elektronů a jader Následek: změna vnitřní energie atomu či molekuly nebo emise sekundárního elmag záření

Krize klasické fyziky na přelomu 19. a 20. století Zjistilo se, že některé optické jevy související s předáváním energie mezi optickým zářením a látkami nelze pomocí klasické fyziky vysvětlit Jevy týkající se absorpce či emise optického záření, které klasická fyzika neuměla vysvělit: Spektrální tvar tepelného záření absolutně černého tělesa Existence dlouhovlnné hrany fotoelektronového jevu Stabilita atomů a jejich čarová emisní a absorpční spektra

Tepelné zdroje Každé těleso o nenulové absolutní teplotě vysílá elektromagnetické záření zářivost L λ T = ň λ T L λ T λ emisivita 0 (, ) (, ) (, ) λ funkce teploty nezávislá na povrchu záření absolutně černého tělesa Kirchhoffův zákon ň ( λ, T ) = A( λ, T ) absorptivita reflektivita neprůhledné těleso: A λ, T = 1 R λ, T ( ) ( )

Absolutněčern erné těleso Technická realizace: vyhřívaná dutina Experiment Zářivost (W/µm.cm 2.sr) 10 8 6 4 2 1800K 1400K Předpověď podle klasické fyziky ultrafialová katastrofa 1000K 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 Vlnová délka (nm)

Max Planck: Planckův vyzařovac ovací zákon Planckův zákon 0 ( ) 5 L λ, T = C λ ( ) λ 1 exp C λ 2 T 1 Teoreticky lze odvodit za předpokladu kvantování energie elektromagnetického záření E min = hν Planckova konstanta 4-2 -1 C 1 = 11910W µ m cm sr C 2 = 14387,9 µ mk ; h = 6,6256 10 34 Js 1

Fotoelektrický jev (vnější fotoefekt) Foton předá energii vodivostnímu elektronu v kovu a ten je emitován do vakua Při zvětšování vlnové délky působícího záření po překročení určité hodnoty (závisí na druhu kovu) jev mizí - Dlouhovlnná hrana fotoefektu (nelze klasicky vysvětlit)

Kvantová povaha neelastické Albert Einstein: interakce Elektromagnetické záření může předávat energii pouze po jednotlivých kvantech: Eelektron = hν A ; Eelektron > 0 ν > A/ h Foton výstupní práce Kvantum elektromagnetického záření (kvazičástice) energie E f = hν = hω ; h = h/ 2π rychlost c hmotnost hybnost r p f 2 hω hk r E f = h ω = m f c m f = = 2 = hk c c

Vyzařování atomů Každý náboj s nenulovým zrychlením se stává zdrojem elektromagnetického záření Thompsonův model elektrony v klidu, při rozkmitání vyzařují. Popřen objevem atomového jádra. Sommerfeldův (planetární) model atomu elektrony obíhají po eliptických drahách kolem jádra. Ale: Podle klasické teorie elektromagnetického pole za méně než 10-11 s ztratí elektron veškerou kinetickou energii! Niels Bohr: Existují stavy atomů a molekul, kdy nevyzařují elektromagnetické pole a tedy si zachovávají vnitřní energii. Tyto stavy se nazývají stacionární. Může docházet ke skokové změně stacionárního stavu kdy se energetická bilance vyrovná absorpcí nebo emisí fotonu optické přechody.

Stacionární stavy atomů a molekul a přechody mezi nimi stacionární stavy: - základní stav - excitované stavy přechody: Lokalizovaný systém nabitých částic (atom, molekula) 4 3 zářivé x nezářivé zářivé pechody absorpční x emisní hν = ± E E ( ) ab a b energie 2 absorpce 1 0

Stacionární stavy atomů a molekul a přechody mezi nimi stacionární stavy: - základní stav - excitované stavy přechody: zářivé x nezářivé Lokalizovaný systém nabitých částic (atom, molekula) 4 3 2 zářivé pechody absorpční x emisní hν = ± E E ( ) ab a b energie 1 emise 0

Stimulovaná emise Albert Einstein: Základy teorie absorpčních a emisních přechodů absorpce emise d P 1 2 = d t B w 12 12 spontánní d P2 1 = B w + A d t 12 12 12 stimulovaná

Poměry mezi stimulovanou emisí a absorpcí d P d t 1 2 = B12 w12 2 1 Mnoho atomů, molekul,.. d P = B w + A d t 12 12 12 Nelze rozlišit mezi původními fotony a fotony pocházejícími ze stimulované emise absorpce 1 0 stimulovaná emise

Poměry mezi stimulovanou emisí a absorpcí d P d t 1 2 = B12 w12 2 1 Mnoho atomů, molekul,.. Termodynamická rovnováha d P = B w + A d t 12 12 12 1 0 absorpce >> stimulovaná emise

Poměry mezi stimulovanou emisí a absorpcí d P d t 1 2 = B12 w12 2 1 Mnoho atomů, molekul,.. Inverzní populace stavů 0 a 1 d P = B w + A d t 12 12 12 1 absorpce < 0 stimulovaná emise

L A S E R Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Laser generátor optického záření Generátor = zesilovač + zpětná vazba

Zesílení stimulovanou emisí v aktivním médiu Zavedení optické zpětné vazby - rezonátor

Vlastnosti laserového záření směrovost spektrální hustota koherence časový režim polarizace

Typy laserů hlavní rozdělení podle aktivního media plynové pevnolátkové, (polovodičové) kapalinové

Plynové lasery na neutrálních atomech He-Ne laser kontinuální, pevná vlnová délka viditelná (obvykle 633nm) mechanismus přenosu excitační energie od He k Ne další lasery: He-Cd laser

Plynové lasery iontové Ar+ laser kontinuální nebo pulsní ve speciálním režimu diskrétně laditelný, s pevnou vlnovou délkou nebo současně pracující na několika vlnových délkách viditelná případně blízká ultrafialová oblast výkonové verze s nutností chlazení vodou další lasery: Kr+ laser

Pevnolátkové lasery (v užším smyslu) Nd:YAG laser příměs v krystalu, přenos energie na příměs optickéčerpání výbojka, LED, polovodičový laser pevná vlnová délka pulsní, ale může být i kontinuální blízká infračervená oblast další lasery: Ti:safír, spojitě laditelný, vhodný pro generaci ultrakrátkých pulsů

Polovodičové lasery GaAs laser zářivá rekombinace elektronů a děr na P-N přechodu fixní vlnová délka nejčastěji v červené nebo blízké infračervené oblasti vysoká účinnost, levný, malé rozměry horší kvalita záření (divergence, módy)

Využití laserů Optické snímače, optický záznam Komunikace Opracování materiálů Lékařství Výzkum Zaměřování Laserové show

Optické snímače, optický záznam Snímače čárkových kódů CD disky Laserové tiskárny Optická čidla a sondy

Komunikace Vláknové komunikace Komunikace volným prostorem

Zpracování materiálů Laserové obrábění řezání, vrtání, hloubení, atd.

Mikroobrábění, laserová litografie Zpracování materiálů

Lékařské aplikace Dermatologie Fotodynamická terapie Laserový skalpel Oftalmologie Diagnostika (endoskopie, infračervená tomografie?)

Výzkum, analýza a technologie Optická spektroskopie Ramanův rozptyl časově-rozlišená měření mikrofluorimetrie nelineární spektroskopie elastický rozptyl dynamický a Brillouienův rozptyl fotoakustická spektroskopie Aktivní použití laseru laserové ablace řízená fotochemie a fotodegradace řízená polymerace mikromanipulace a laserová pinseta

V čem jsou lasery nebezpečné Hlavní nebezpečí pro zrak oproti klasickým zdrojům úzký svazek a velká rovnoběžnost