EFECTUL LASERPrezentare realizata de elevele: Turceac Aura Mihaela Calinescu Petronela, Ciocan Ionela Madalina, Clasa a XII-a ACoordonator, Prof. Sandu Liliana Cristina

Efectul laserLaserul este un dispozitiv optic care genereaz un fascicul coerent de lumin.Fasciculele laser au mai multe proprieti care le difereniaz de lumina incoerent produs, de exemplu de Soare sau de becul cu incandescen:- monocromaticitate - un spectru n general foarte ngust de lungimi de und; - direcionalitate - proprietatea de a se propaga pe distane mari cu o divergen foarte mic i, ca urmare, capacitatea de a fi focalizate pe o arie foarte mic; - intensitate - unii laseri sunt suficient de puternici pentru a fi folosii la tierea metalelor;- coerena;- strlucire mare.La origine termenul laser este acronimul LASER format n limba englez de la denumirea light amplification by stimulated emission of radiation (amplificare a luminii prin stimularea emisiunii radiaiei), denumire construit pe modelul termenului maser care nseamn un dispozitiv similar, funcionnd n domeniul microundelor.

Principiul functionarii laseruluiLaserul este un dispozitiv complex ce utilizeaz un mediu activ laser, ce poate fi solid, lichid sau gazos, i o cavitate optic rezonant. Mediul activ, cu o compoziie i parametri determinai, primete energie din exterior prin ceea ce se numete pompare. Pomparea se poate realiza electric sau optic, folosind o surs de lumin (flash, alt laser etc.) i duce la excitarea atomilor din mediul activ, adic aducerea unora din electronii din atomii mediului pe niveluri de energie superioare. Fa de un mediu aflat n echilibru termic, acest mediu pompat ajunge s aib mai muli electroni pe strile de energie superioare, fenomen numit inversie de populaie.

Caracteristicile fasciculului laserIntensitate Monocromaticitate Directionalitate

Intensitate n funcie de tipul de laser i deaplicaia pentru care a fost construit, puterea transportat de fascicul poate fi foarte diferit. Astfel, dac diodele laser folosite pentru citirea discurilor compacte este de ordinul a numai 5 mW, laserii cu CO2 folosii n aplicaii industriale de tiere a metalelor pot avea n mod curent ntre 100 W i 3000 W. n mod experimental sau pentru aplicaiispeciale unii laseri ajung la puteri mult mai mari; cea mai mare putere raportat a fost n 1996 de 1,25 PW (petawatt, 1015 W).

Monocromaticitate Majoritatea laserilor au un spectru de emisie foarte ngust, ca urmare a modului lor de funcionare, n care numrul mic de fotoni iniiali este multiplicat prin copiere exact, producnd un numr mare de fotoni identici. n anumite cazuri spectrul este att de ngust (lungimea de und este att de bine determinat) nct fasciculul i pstreaz relaia de faz pe distane imense. Aceasta permite folosirea laserilor n metrologie pentru msurarea distanelor cu o precizie extrem de bun, prin interferometrie. Aceeai calitate permite folosirea acestor laseri n holografie.

Directionalitate

n timp ce lumina unei surse obinuite (bec cu incandescen, tub fluorescent, lumina de la Soare) cu greu poate fi transformat ntr-un fascicul paralel cu ajutorul unor sisteme optice de colimare, lumina laser este n general emis de la bun nceput sub forma unui fascicul paralel. Aceasta se explic prin aciunea cavitii optice rezonante de a selecta fotonii care se propag paralel cu axa cavitii. Astfel, n timp ce un reflector obinuit de lumin, orientat de pe Pmnt spre Lun, lumineaz pe suprafaa Lunii o suprafa de aproximativ 27.000 km n diametru, fasciculul unui laser nepretenios cu heliu-neon lumineaz pe Lun o suprafa cu diametrul mai mic de 2 km.

Folosind laseri mai performani i avnd la dispoziie pe suprafaa Lunii retroreflectoare (coluri de cub, care reflect lumina incident pe aceeai direcie) a fost posibil determinarea cu foarte mare precizie a distanei de la Pmnt la Lun.

Stralucire MareSe refer la faptul c unda laser concentreaz o energie foarte mare ntr-un volum mic. Tipuri de laser sunt: Argonul; Ledul; Rubinul.

Utilizare

Medicin: bisturiu cu laser, nlturarea tatuajelor, stomatologie, oftalmologie, acupunctur Industrie i comer: prelucrri de metale si materiale textile, cititoare de coduri de bare, imprimare Aplicatii industriale: sudarea cu laser, tierea cu laser, gravarea cu laser, marcare cu laser, crestarea cu laser, sinterizarea selectiv cu laser, sinterizarea prin scnteie cu laser. Comunicaii prin fibr optic nregistrarea i redarea CD-urilor i DVD-urilor

Metrologie Holografie Geologie, seismologie i fizica atmosferei Spectroscopie Fotochimie Fuziune nuclear MicroscopieAplicaii militare

Emisia laser Odata realizata ideea de populatie, atomii aflati in numar mare pe nivelul energetic superior trec brusc pe nivelul inferior emitand fotoni cu aceasi frecventa, intr-un numar mare si cu fazele corelate.Acesta este procesul de emisie stimulata.Emisia laser este posibila doar daca energia fotonilor emisi egaleaza pierderile de energie prin alte procese ce au loc cand fotonii interactioneaza cu atomii din substanta.Aceasta conditie poarta numele de conditie prag.Amplificarea radiatiei este proportionala cu drumul parcurs de radiatie prin substanta in care s-a realizat inversia de populatie(mediul laser).Pentru a asigura un drum mai lung radiatiei prin mediul laser, acesta este inchis intr-un rezonator optic, care are la capete doua oglinzi pa care radiatia se reflecta si revine in mediul laser.Se apreciaza ca radiatia laser paraseste mediul laser dupa cateva drumuri dus-intors intre cele doua oglinzi de la capete.

Tipuri de laseri

TipulHe-NeArgonRubinYAG-NdGaAIAsLEDMediul activgazgazsolidsolidsemicon-ductorsemicon-ductorPuterea sau energia5 mW1,5 W1 J250 mJ10 mW20 mWLungimea de unda632,8 nm514,5 nm694,3 nm1064 nm820 nm880 nmDurata pulsului--350 10 ns--Divergenta1 mrad1 mrad5 mrad5 mrad2040Diametrul fasciculului0,8 mm1 mm10 mm5 mm--

Laserele cu Heliu-Neon (HeNe)Cele mai raspandite lasere cu gaz.Tubul lor este nchis, conin oglinzile interne i sursa de alimentare de putere.

Spectrul heliului i a neonului Tub laser HeNe

- Lasere cu oglinzi externe sunt disponibile, dar sunt scumpe. Lungimea de und este de 632.8nm (portocaliu-rou). Exist lasere HeNe i cu alte lungimi de und, dar acestea nu sunt la fel de eficiente si cost mai mult. - Calitatea razei este extrem de bun, nu necesit instrumente optice exterioare, Puterea i de la 0.5mW la 200mW. Exist si lasere HeNe mai puternice, dar sunt mai scumpe. Sunt folosite, ca i cele cu semiconductori, la msurri, la tratri de boli, lasershow-uri medii. Nu mai sunt folosite la CD playere si LaserDisc-uri.

Lasere cu ioni de argon i kripton (Ar/Kr) Difer de cele cu HeNe prin gaz.Pot fi cu oglinzi interioare sau exterioare. Puterea lor este mult mai mare, de la 10mW pn la chiar 100W.

Diferitele raze ale unui laser Ar/Kr Prism Brewster folosit pentru ajustarea lung. de und Acest tip de laser poate produce atat rou, verde, albastru, care combinat rezult culoarea alb. Sunt folosite la imprimare de mare performan, medicin legal, operaii, holografie, lasershow-uri mari, ct i pentru amorsarea altor lasere.

Lasere cu ioni de argon i kripton (Ar/Kr). Acestea difer de cele cu HeNe prin gaz. De asemenea, pot fi cu oglinzi interioare sau exterioare. Diferena const n putere, care este mult mai mare, de la 10mW pn la chiar 100W. Acest tip de laser poate produce atat rou, verde, albastru, care combinat rezult culoarea alb. De asemenea, unele modele au lungimea de und ajustabil. Calitatea razei este foarte bun. Sunt folosite la imprimare de mare performan, medicin legal, operaii, holografie, lasershow-uri mari, ct i pentru amorsarea altor lasere.

Lasere cu dioxid de carbon (CO2) Necesit o surs electric de alimentare de foarte mare putere. Lungimea de unda este n domeniul IR (10.6um). Calitatea razei este foarte bun.

Lasere cu dioxid de carbon (CO2). Necesit o surs electric de alimentare de foarte mare putere. Lungimea de unda este n domeniul IR (10.6um). Calitatea razei este foarte bun, i, datorit puterii de pn la 100kW sau chiar mai mult sunt folosite la tierea, sudarea sau tratarea metalelor, la fabricarea materialelor plastice, tierea lemnului, cat i la operaii medicale.

Lasere cu heliu-cadmiu (HeCd) Au tuburile sigilate, cu oglinzi interne. Sunt mai complexe decat alte tipuri de lasere.Lungimea de und a razei se situeaza spre spectrul violet i ultraviolet.

Laser HeCd

Lasere cu heliu-cadmiu (HeCd) Au tuburile sigilate, cu oglinzi interne. Sunt mai complexe decat alte tipuri de lasere din cauza faptului c trebuie controlat presiunea i temperatura vaporilor de cadmiu. Descrcarea la aceste tipuri de lasere este la o tensiune cuprins ntre 1kV - 2kV i la un curent n jur de 100mA. Lungimea de und a razei se situeaza spre spectrul violet i ultraviolet (442nm sau 325nm). Raza generat de acest tip de laser are o calitate foarte mare, iar puterea este de la cteva zeci pn la cteva sute de mW. Din cauza sistemului de control, aceste lasere nu sunt foarte rspndite. Se folosesc n spectroscopie.

Laserul YAG-NdTimbrul inainte si dupa curatare

Experimentul a necesitaat mai mult de 700 pulsuri laser.

BibliografieThe Sci.Electronics.Repair (S.E.R) Sam's Laser FAQ (SLF)

Laser Equipment Gallery (LEG) Gabriela Cone, Manual pentru clasa a XII-a-Editura Plus

- Lasere cu oglinzi externe sunt disponibile, dar sunt scumpe. Lungimea de und este de 632.8nm (portocaliu-rou). Exist lasere HeNe i cu alte lungimi de und, dar acestea nu sunt la fel de eficiente si cost mai mult. - Calitatea razei este extrem de bun, nu necesit instrumente optice exterioare, Puterea i de la 0.5mW la 200mW. Exist si lasere HeNe mai puternice, dar sunt mai scumpe. Sunt folosite, ca i cele cu semiconductori, la msurri, la tratri de boli, lasershow-uri medii. Nu mai sunt folosite la CD playere si LaserDisc-uri. Lasere cu ioni de argon i kripton (Ar/Kr). Acestea difer de cele cu HeNe prin gaz. De asemenea, pot fi cu oglinzi interioare sau exterioare. Diferena const n putere, care este mult mai mare, de la 10mW pn la chiar 100W. Acest tip de laser poate produce atat rou, verde, albastru, care combinat rezult culoarea alb. De asemenea, unele modele au lungimea de und ajustabil. Calitatea razei este foarte bun. Sunt folosite la imprimare de mare performan, medicin legal, operaii, holografie, lasershow-uri mari, ct i pentru amorsarea altor lasere. Lasere cu dioxid de carbon (CO2). Necesit o surs electric de alimentare de foarte mare putere. Lungimea de unda este n domeniul IR (10.6um). Calitatea razei este foarte bun, i, datorit puterii de pn la 100kW sau chiar mai mult sunt folosite la tierea, sudarea sau tratarea metalelor, la fabricarea materialelor plastice, tierea lemnului, cat i la operaii medicale. Lasere cu heliu-cadmiu (HeCd) Au tuburile sigilate, cu oglinzi interne. Sunt mai complexe decat alte tipuri de lasere din cauza faptului c trebuie controlat presiunea i temperatura vaporilor de cadmiu. Descrcarea la aceste tipuri de lasere este la o tensiune cuprins ntre 1kV - 2kV i la un curent n jur de 100mA. Lungimea de und a razei se situeaza spre spectrul violet i ultraviolet (442nm sau 325nm). Raza generat de acest tip de laser are o calitate foarte mare, iar puterea este de la cteva zeci pn la cteva sute de mW. Din cauza sistemului de control, aceste lasere nu sunt foarte rspndite. Se folosesc n spectroscopie. Experimentul a necesitaat mai mult de 700 pulsuri laser.