Stoian Ana Eliza
Grupa 121IE
Facultatea Electrotehnica
Prezentare generala-formarea
undei laser ;principiu de functionare;
-conditia de prag-conditia laser ;
-emitator
laser ;
-factorul de calitate Q ;
Proprietatile
radiatiei laser :
-coerenta spatiala ;
-coerenta temporala ;
-intensitatea
undei laser ;
-pulsuri
ultrascurte;
Tipuri de laseri: -cu mediu activ solid
dielectric ;
-cu gaz ;
-cu
mediu activ lichid ;
-cu semiconductori;
-chimici;
Laserii sunt folositi in tehnica,medicina, comunicatii, armata
etc.
Aplicatie-in
medicina:tratarea cataractei.
“Light amplification by stimulated emission of
radiation”-“amplificarea luminii prin emisia stimulata a radiatiei”este o
instalatie pentru genrarea si amplificarea radiatiei electromagnetice din
domeniul vizibil, bazata pe fenomenul de emisie stimulata a radiatiei.Produce
un fascicol monocromatic paralel,
coerent si foarte intens.
Daca emisia stimulata este provocata de o radiatie
exterioara, aceasta va fi puternic amplificata, laserul functionand ca
amplificatory cuantic de radiatie; daca emisia stimulata este declansata de
primii fotoni emisi spontan in interiorul cavitatii, laserul functioneaza ca
generator cuantic de radiatie.
Un dispozitiv laser este construit din doua sisteme fizice
in interactie: campul electromagnetic dintr-o cavitate rezonanta, respectiv
dintr-un resonator optic si un mediu activ( situat in aceeasi cavitate,
respectiv in acelasi resonator optic ).Atomii, moleculele sau ionii poseda doua
nivele anargetice, a caror diferenta de energie corespunde unei frecvente care
este in rezonanta cu una dintre frecventele proprii ale cavitatii rezonante,
respective ale rezonatorului optic.
Daca atomii sunt excitati pe nivelul energetic superior
printr-un mecanism oarecare, modul electromagnetic din cavitate ii stimuleaza,
atomii transferand energia din cavitate campului electromagnetic din
cavitate.Energia tuturor atomilor este convertita in energia unui singur mod pe
frecventa caruia este acordata cavitatea. Puterea castigata de o unda
electromagnetica la traversarea unui mediu activ este proportionala cu
densitatea de energie spectrala, uw a undei incidente.
“Conditia de prag”, care
determina existenta efectului laser, stabilita pentru prima oara de catre
A.L.Schawlow si C.H.Townes, este :
Nm-Nn>
*(Nm-Nm) este diferenta dintre populatia Nm a nivelului superior m si
populatia celui inferior n.
*v este frecventa tranzitiei ;
*Dv este largimea radiatiei emise ;
*t este timpul mediu de viata a nivelului laser superior
m ;
*Â este factorul de reflexie ;
*l este lungimea mediului ;
*c este
constanta luminii, 2,99793×108 m/s.
Proprietatile esentiale
ale unei cavitati rezonante sau ale unui rezonator laser sunt rezumate de
factorul de calitate,care poate fi definit cu formula :
Q=vtc ,unde tc este constanta de timp
cu care se descreste energia inmagazinata in cavitate cand se suprima unda
incidenta. Descresterea energiei inmagazinate este produsa de doua
cauze :cavitatea nu este complet inchisa si este extrasa in exterior
putere, sau exista pierderi pe peretii cavitatii.
a)COERENTA SPATIALA.Considerand doua
raze provenite din doua puncte diferite ale unei surse luminoase, daca acestea
pot interfera(prin suprapunerea lor obtinandu-se franje de interferenta), cele
doua radiatii sunt coerente.Cele doua puncte de pe suprafata sursei se pot afla
la o distanta mai mica sau mai mare, aceasta caracterizand proprietatea de
coerenta spatiala.
Laserul are aceasta
proprietate.
b)COERENTA TEMPORALA.Daca radiatia
emisa la un moment dat de un anumit punct al sursei poate interfera cu radiatia
emisa la un moment ulterior de acelasi punct al sursei, cele doua radiatii sunt
coerente in timp.Unda laser
prezinta aceasta
proprietete.
c)INTENSITATEA LUMINOASA foarte mare
care se poate obtine cu ajutorul laserului este o consecinta a proprietatii de
coerenta spatiala.Toata energia emisa de un tub cu descarcare de mare lungime,
care in mod normal, ar fi dispersata in toate directiile din spatiu, este concentrata
intr-un fascicol de mica sectiune si unghi solid foarte mic.
d)PULSURI ULTRASCURTE.Lumina laser
permite sa se obtina pulsuri cu durate de ordinul a 10-12-10-13s. Aceasta este o consecinta a coerentei radiatiei laser.
Functionarea laserului pentru a obtine aceste pulsuri ultrascurte este o
functionare in regim de sincronizare a modurilor.
a)Laseri cu mediu activ solid dielectric.
Mediul activ il reprezinta
ionii, dispersati in concentratie mica intr-o retea cristalina pura, fie in
sticla sau plastic.Exemple:laser cu rubin care are l=6943
A0;laser cu sticla dopata cu neodim l=1,06
mm;laser
cu granati dopati cu neodim l=1,06
mm.
b)Laseri cu gaz.
Laseri cu gaz atomic si
ionic care functioneaza in regim continuu sau regim de impulsuri,
folosesctranzitiile atomilor neutri si au l=6328 A0.
Laseri cu gaz ionici pot fi
laseri cu argon ionizat l=4880
A0,laser cu He-Cd l=4416
A0.
Laseri moleculari l=10,59mm,
au puterea de iesire de 100-200 kW in current continuu timp de 12 s; 60kW in
timp de 12 minute;au randament de 10-35% in practica.
c)Laseri cu mediu activ lichid.
Frecvanta lor de lucru
poate sa varieze in domeniide 600-1000 A0, functionarea in regim de
impulsuri este de sute de kW,durata unui impuls fiind de 10-8 s.
d)Laseri cu conductori.
Cel mai des intalnit
este cel cu cristal de arseniura de galiu (Ga-As) care
are l=(4800-9040)A0.
e)Laseri chimici.
La acestia efectul laser
se obtine direct din reactia gazelor care intra in amestec.Energia care
serveste pentru a produce radiatia laser este furnizata de o reactie chimica.
Laserul este folosit in diverse
domenii, cum ar fi: tehnica, medicina: dermatologie,in tratarea unor afectiuni
grave ale pielii, in lupta impotriva cancerului etc., in biologie, in tot ceea
ce implica cercetare.Oftalmologia a fost unul din principalele campuri ale
medicinei,si dupa mai mult de 25 ani, acesta poate fi folosit de la diagnostic
la tratament. Se creaza o mica gaura in iris, care va elibera presiunea
intraoculara, lucru care nu dauneaza nici corneeisi nici altor parti ale
ochiului.Exista mai multe modalitati de a realiza aceasta gaura,in schimb cu
laserul ea se inchide mult mai repede. Oftalmologii pot alege diferite lasere
pentru a trata diferitele variatati de
probleme ale retinei,chiar si in cazul diabeticilor.Lumina verde laser este
folosita pentru a indepartavasele de sange anormale de la suprafate retinei,
cele de pe membrana coroidala sunt indepartate cu lumina galbena si rosie
datorita abilitatii acestora de a patrunde in tesut.
Folosirea laserului in dermatologie
are ca exemplu indepartarea diferitelor afectiuni ale pielii,de exemplu in
tratarea cancerului ; indepartarea permanenta a firelor de par etc.
Laserul este una dintre cele mei
utilizate tehnologii actuale.