Laser a laserové Laser a laserové technológietechnológie

Obsah:Obsah:

HistóriaHistória Princíp činnosti laseraPrincíp činnosti lasera Vlastnosti laserového žiareniaVlastnosti laserového žiarenia Typy laserovTypy laserov Laserové technológieLaserové technológie

História:História:STIMULOVANÁ EMISIA:STIMULOVANÁ EMISIA: Všetko to začalo teóriou Alberta Einsteina. V roku 1917 Všetko to začalo teóriou Alberta Einsteina. V roku 1917

publikoval prácu "Ku kvantovej mechanike žiarenia", v publikoval prácu "Ku kvantovej mechanike žiarenia", v ktorej hovoril o stimulovanej (vynútenej alebo ktorej hovoril o stimulovanej (vynútenej alebo indukovanej) emisii. Práve tá je základom dnešného indukovanej) emisii. Práve tá je základom dnešného laseru.laseru.

MASER:MASER: V 40. a 50. rokoch chcel fyzik Charles Townes zostrojiť V 40. a 50. rokoch chcel fyzik Charles Townes zostrojiť

zariadenie, pomocou ktorého by mohol vytvoriť čo zariadenie, pomocou ktorého by mohol vytvoriť čo najkratšie vlny, aby mohol študovať molekulárne najkratšie vlny, aby mohol študovať molekulárne štruktúry. Podarilo sa mu vytvoriť predchodcu laseru, štruktúry. Podarilo sa mu vytvoriť predchodcu laseru, maser.maser.

Slovo maser pochádza z anglického "microwave Slovo maser pochádza z anglického "microwave amplification by stimulated emission of radiation", čo v amplification by stimulated emission of radiation", čo v preklade znamená kvantový generátor mikrovĺn. preklade znamená kvantový generátor mikrovĺn. Technológia je podobná laseru, nevyužíva však viditeľné Technológia je podobná laseru, nevyužíva však viditeľné svetlo.svetlo.

PRVÝ LASER:PRVÝ LASER: Townes a iní inžinieri verili, že je možné zostrojiť aj optický Townes a iní inžinieri verili, že je možné zostrojiť aj optický

maser, zariadenie na vytváranie silných lúčov svetla. maser, zariadenie na vytváranie silných lúčov svetla. Arthura Schawlowa, fyzika spolupracujúceho s Townesom, Arthura Schawlowa, fyzika spolupracujúceho s Townesom, napadlo postaviť oproti sebe dve zrkadlá, každé z nich na napadlo postaviť oproti sebe dve zrkadlá, každé z nich na koniec oblasti s atómmi v excitovanom (vzbudenom) koniec oblasti s atómmi v excitovanom (vzbudenom) stave, tak aby sa medzi nimi svetlo pohybovalo sem a tam. stave, tak aby sa medzi nimi svetlo pohybovalo sem a tam. Vznikol by tak jednotný, usmernený lúč svetla. Na jeseň v Vznikol by tak jednotný, usmernený lúč svetla. Na jeseň v roku 1957 začali obaja pracovať na princípoch zariadenia, roku 1957 začali obaja pracovať na princípoch zariadenia, ktoré by dokázalo poskytnúť takéto krátke vlnové dĺžky.ktoré by dokázalo poskytnúť takéto krátke vlnové dĺžky.

Prvý skutočný laser, ktorý dokázal vytvoriť lúč Prvý skutočný laser, ktorý dokázal vytvoriť lúč koherentného (majúceho rovnakú frekvenciu a smer koherentného (majúceho rovnakú frekvenciu a smer kmitania) svetla, sa však podarilo zostrojiť až Theodorovi kmitania) svetla, sa však podarilo zostrojiť až Theodorovi Mainmanovi v roku 1960. Použil na to syntetický rubín Mainmanovi v roku 1960. Použil na to syntetický rubín tvaru tehličky s oboma koncami postriebrenými. Tento tvaru tehličky s oboma koncami postriebrenými. Tento jednoduchý koncept sa rokmi zdokonalil a dnešné lasery sú jednoduchý koncept sa rokmi zdokonalil a dnešné lasery sú už oveľa výkonnejšie a presnejšie.už oveľa výkonnejšie a presnejšie.

PRINCÍP:PRINCÍP: Obyčajné svetlo, napríklad z obyčajnej žiarovky, Obyčajné svetlo, napríklad z obyčajnej žiarovky,

sa skladá z rôznych farieb, pričom každá má inú sa skladá z rôznych farieb, pričom každá má inú vlnovú dĺžku. Tieto vlny sa rozširujú všetkými vlnovú dĺžku. Tieto vlny sa rozširujú všetkými smermi. Laserové svetlo sa naopak skladá len z smermi. Laserové svetlo sa naopak skladá len z jednej farby (jednej vlnovej dĺžky). Všetky vlny tej jednej farby (jednej vlnovej dĺžky). Všetky vlny tej istej vlnovej dĺžky idú jedným smerom a sú istej vlnovej dĺžky idú jedným smerom a sú navzájom v súlade.navzájom v súlade.

Elektróny v atómoch môžu prechádzať z nižšej Elektróny v atómoch môžu prechádzať z nižšej energetickej úrovne do vyššej prijatím energie. Atóm s energetickej úrovne do vyššej prijatím energie. Atóm s elektrónom vo vyššej energetickej úrovni nazývame elektrónom vo vyššej energetickej úrovni nazývame vzbudený alebo excitovaný. Takýto excitovaný atóm vzbudený alebo excitovaný. Takýto excitovaný atóm môže vzniknúť, ak prijme fotón, ktorý má energiu rovnú môže vzniknúť, ak prijme fotón, ktorý má energiu rovnú rozdielu dvoch energetických hladín. Energia, farba, rozdielu dvoch energetických hladín. Energia, farba, frekvencia a vlnová dĺžka fotónu spolu priamo súvisia, frekvencia a vlnová dĺžka fotónu spolu priamo súvisia, takže fotóny s rovnakou energiou majú rovnakú farbu, takže fotóny s rovnakou energiou majú rovnakú farbu, frekvenciu a vlnovú dĺžku.frekvenciu a vlnovú dĺžku.

Ak atómom dodávame energiu, dostanú sa do Ak atómom dodávame energiu, dostanú sa do excitovaného stavu. Keď sa potom rôzne elektróny excitovaného stavu. Keď sa potom rôzne elektróny vracajú na svoju pôvodnú energetickú úroveň, vyžarujú vracajú na svoju pôvodnú energetickú úroveň, vyžarujú fotóny. Tieto fotóny zasiahnu ďalšie excitované atómy, fotóny. Tieto fotóny zasiahnu ďalšie excitované atómy, čím spôsobia, že sa z nich uvoľní identický fotón (s čím spôsobia, že sa z nich uvoľní identický fotón (s rovnakou energiou, a teda aj vlnovou dĺžkou, frekvenciou rovnakou energiou, a teda aj vlnovou dĺžkou, frekvenciou a farbou). Tieto fotóny zasiahnu ďalšie excitované atómy, a farbou). Tieto fotóny zasiahnu ďalšie excitované atómy, ktoré uvoľnia ďalšie rovnaké fotóny. Práve vďaka tomuto ktoré uvoľnia ďalšie rovnaké fotóny. Práve vďaka tomuto je laserové svetlo koherentnéje laserové svetlo koherentné..

RUBÍNOVÝ LASER:RUBÍNOVÝ LASER:

Theodore Mainman vytvoril svoj prvý laser z tyče Theodore Mainman vytvoril svoj prvý laser z tyče syntetického rubínu Al2O3 s prímesou chrómu, na syntetického rubínu Al2O3 s prímesou chrómu, na koncoch ktorej umiestnil zrkadlá.koncoch ktorej umiestnil zrkadlá.

Dodaním energie z bleskovej výbojky dochádza k Dodaním energie z bleskovej výbojky dochádza k vybudeniu atómov. Elektróny sa posúvajú z nižšej vybudeniu atómov. Elektróny sa posúvajú z nižšej energetickej hladiny do vyššej. V takomto stave energetickej hladiny do vyššej. V takomto stave však vydržia len asi 1/100 sekundy a pri návrate však vydržia len asi 1/100 sekundy a pri návrate do pôvodnej energetickej hladiny vyžiaria energiu do pôvodnej energetickej hladiny vyžiaria energiu - fotón. Ide o samovoľnú emisiu.- fotón. Ide o samovoľnú emisiu.

Fotón putujúci prostredím zasiahne iný Fotón putujúci prostredím zasiahne iný excitovaný atóm a tým zapríčiní prechod excitovaný atóm a tým zapríčiní prechod elektrónu naspäť do pôvodnej energetickej elektrónu naspäť do pôvodnej energetickej hladiny. Pri takejto vynútenej emisii sa uvoľní hladiny. Pri takejto vynútenej emisii sa uvoľní identický fotón. Laserové svetlo teda naberá na identický fotón. Laserové svetlo teda naberá na intenzite, až je dosť silné na to, aby uniklo intenzite, až je dosť silné na to, aby uniklo polopriepustným zrkadlom na jednej strane polopriepustným zrkadlom na jednej strane rubínu. rubínu.

ROZDELENIE:ROZDELENIE: PevnolátkovéPevnolátkové KvapalinovéKvapalinové PlynovéPlynové PolovodičovéPolovodičové

Podľa spôsobu čerpania energiePodľa spôsobu čerpania energie

Opticky (napr. výbojka)Opticky (napr. výbojka) ElektrickyElektricky ChemickyChemicky Termodynamicky (zahrievaním, ochladzovaním plynu)Termodynamicky (zahrievaním, ochladzovaním plynu) Jadrovou energiou (reaktorom, jadrovým výbuchom)Jadrovou energiou (reaktorom, jadrovým výbuchom)

Podľa vyžarovanej vlnovej dĺžkyPodľa vyžarovanej vlnovej dĺžky

Lasery s viditeľným svetlom Lasery s viditeľným svetlom InfračervenéInfračervené UltrafialovéUltrafialové RöntgenovéRöntgenové

ZDRAVOTNÍCTVO:ZDRAVOTNÍCTVO:

Lasery sa pre svoju presnosť dajú využiť pri Lasery sa pre svoju presnosť dajú využiť pri náročnejších operáciách a na horšie dostupných náročnejších operáciách a na horšie dostupných miestach - v mozgu, žalúdku... Dokonale nahradia miestach - v mozgu, žalúdku... Dokonale nahradia bežný skalpel a navyše sú úplne sterilné. V bežný skalpel a navyše sú úplne sterilné. V očnom lekárstve sa používajú napríklad pri očnom lekárstve sa používajú napríklad pri operáciách šedého a zeleného zákalu. Operácia je operáciách šedého a zeleného zákalu. Operácia je rýchla a dá sa urobiť bez vyňatia oka, čo zamedzí rýchla a dá sa urobiť bez vyňatia oka, čo zamedzí ďalším komplikáciám. V zubnom lekárstve ďalším komplikáciám. V zubnom lekárstve využívaný laser je menej bolestivý ako klasická využívaný laser je menej bolestivý ako klasická vŕtačka. vŕtačka.

PRIEMYSEL:PRIEMYSEL:

V priemysle sa laser používa napríklad na vŕtanie V priemysle sa laser používa napríklad na vŕtanie dier do diamantov, na úpravu mikroelektroniky, na dier do diamantov, na úpravu mikroelektroniky, na rezanie vzoriek (v textilnom priemysle), na rezanie vzoriek (v textilnom priemysle), na syntetizovanie nových materiálov, pri zváraní a pri syntetizovanie nových materiálov, pri zváraní a pri pokuse o vyvolanie riadenej jadrovej reakcie.pokuse o vyvolanie riadenej jadrovej reakcie.

Presne smerovaný laser sa používa na určovanie Presne smerovaný laser sa používa na určovanie polohy, napríklad v stavebníctve a pri razení polohy, napríklad v stavebníctve a pri razení tunelov.tunelov.

KOMUNIKÁCIA:KOMUNIKÁCIA:

Laserové svetlo môže cestovať vesmírom na Laserové svetlo môže cestovať vesmírom na veľké vzdialenosti bez zhoršenia kvality signálu. veľké vzdialenosti bez zhoršenia kvality signálu. Navyše môže prenášať tisíckrát viac televíznych Navyše môže prenášať tisíckrát viac televíznych programov ako dnešné mikrovlny. Preto je laser programov ako dnešné mikrovlny. Preto je laser ideálny na vesmírnu komunikáciu.ideálny na vesmírnu komunikáciu.

KOMPAKTNÉ DISKY:KOMPAKTNÉ DISKY: Pri ukladaní informácií na kompaktné disky sa Pri ukladaní informácií na kompaktné disky sa

takisto využíva laser. CD je vlastne plastový takisto využíva laser. CD je vlastne plastový priesvitný disk pokrytý tenkou reflexnou vrstvou. priesvitný disk pokrytý tenkou reflexnou vrstvou. Do tej vypaľuje laser pri nahrávaní malé dierky, Do tej vypaľuje laser pri nahrávaní malé dierky, ktoré predstavujú dáta. Oblasti s dierkami ktoré predstavujú dáta. Oblasti s dierkami odrážajú svetlo inak, ako oblasti bez nich. V odrážajú svetlo inak, ako oblasti bez nich. V prehrávači prechádza slabý laser týmto povrchom prehrávači prechádza slabý laser týmto povrchom a striedanie odrazeného a pohlteného svetla opäť a striedanie odrazeného a pohlteného svetla opäť interpretuje ako dáta.interpretuje ako dáta.

ČÍTANIE ČIAROVÉHO KÓDU:ČÍTANIE ČIAROVÉHO KÓDU: Každému výrobku vo väčších obchodoch je Každému výrobku vo väčších obchodoch je

pridelený číselný kód. Ten v sebe zahŕňa pridelený číselný kód. Ten v sebe zahŕňa informácie o výrobku a cene. Číslice v takomto informácie o výrobku a cene. Číslice v takomto kóde predstavuje skupina rovných rovnobežných kóde predstavuje skupina rovných rovnobežných čiar, medzi ktorými sú biele medzery. Laser čiar, medzi ktorými sú biele medzery. Laser prechádza po čiarovom kóde svetelným lúčom od prechádza po čiarovom kóde svetelným lúčom od jedného konca na druhý. Je natoľko citlivý, že jedného konca na druhý. Je natoľko citlivý, že môže kód čítať ako zľava doprava, tak opačne. môže kód čítať ako zľava doprava, tak opačne. Laserový snímač potom mení informácie na Laserový snímač potom mení informácie na signály v dvojkovej sústave a tie odosiela do signály v dvojkovej sústave a tie odosiela do počítača. počítača.

ZDROJE:ZDROJE:

http://www.greatachievements.org/greatachttp://www.greatachievements.org/greatachievements/ga_18_2.htmlhievements/ga_18_2.html

http://http://www.lasers.org.ukwww.lasers.org.uk//laser_weldinglaser_welding//briefhistory.htmbriefhistory.htm

http://fyztyd.fjfi.cvut.cz/2000/web/2000/lashttp://fyztyd.fjfi.cvut.cz/2000/web/2000/laser.htmler.html

http://http://www.jc-computers.orgwww.jc-computers.org//Printers.htmPrinters.htm http://http://gary.myers.netgary.myers.net//elements.htmelements.htm http://http://www.dermatology.orgwww.dermatology.org/laser//laser/

eyesafety.htmleyesafety.html http://www.referaty.sk/http://www.referaty.sk/ http://www.google.skhttp://www.google.sk

Dakujem za pozornosťDakujem za pozornosť

Milan Janoška 3.FMilan Janoška 3.F