Презентация Вынужденное излучение, устройство и принцип действия лазера, свойства и применение лазерного излучения, типы лазеров онлайн
На нашем сайте вы можете скачать и просмотреть онлайн доклад-презентацию на тему Вынужденное излучение, устройство и принцип действия лазера, свойства и применение лазерного излучения, типы лазеров абсолютно бесплатно. Урок-презентация на эту тему содержит всего 19 слайдов. Все материалы созданы в программе PowerPoint и имеют формат ppt или же pptx. Материалы и темы для презентаций взяты из открытых источников и загружены их авторами, за качество и достоверность информации в них администрация сайта не отвечает, все права принадлежат их создателям. Если вы нашли то, что искали, отблагодарите авторов - поделитесь ссылкой в социальных сетях, а наш сайт добавьте в закладки.
Презентации » Физика » Вынужденное излучение, устройство и принцип действия лазера, свойства и применение лазерного излучения, типы лазеров
Оцените!
Оцените презентацию от 1 до 5 баллов!
- Тип файла:ppt / pptx (powerpoint)
- Всего слайдов:19 слайдов
- Для класса:1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11
- Размер файла:5.24 MB
- Просмотров:132
- Скачиваний:10
- Автор:неизвестен
Слайды и текст к этой презентации:
№1 слайд
Содержание слайда: Лекция 4 (22.03.2016)
Вынужденное излучение, устройство и принцип действия лазера, свойства и применение лазерного излучения, типы лазеров
Резонансная спектроскопия
Ядерный магнитный резонанс (ЯМР, ПМР)
Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР)
Ядерный квадрупольный резонанс (ЯКР)
Ядерный гамма-резонанс (ЯГР, спектры Мёссбауэра)
№2 слайд
Содержание слайда: Вынужденное излучение,
отрицательное поглощение
Iпр=I0-I0Kl=I0e-Kl
Эйнштейн, работая над теорией излучения (1916), обратил внимание, что при К<0 (нонсенс!) Iпр должна увеличиваться по сравнению с I0; т.е. вместо ослабления света, прошедшего через среду, он будет усиливаться. Им был сделан вывод о существовании 2 механизмов излучения:
1 –спонтанного,
2 – вынужденного.
П. Дирак (1927), В. Фабрикант (1940), Ч.Таунс, А.Прохоров, Н.Басов(1953-1964)
К=N0 при N0>>N1, а если возбужденное состояние заселено значительно (мощное возбуждение), должно быть строгое выражение для
К=(N0-N1), т.е. при N1 >N0- возникает «отрицательное поглощение» или вынужденное излучение
№3 слайд
Содержание слайда: Вынужденное излучение
а) При N1<<N0 и наличии внешнего поля – поглощение, б) при N1 0 и отсутствии внешнего поля – спонтанное излучение, в) при N1 >N0 и наличии внешнего поля - вынужденное излучение.
в) Состояние при N1 >N0 : неравновесное состояние – состояние с инверсной населенностью уровней, К=(N0-N1)=[(hB01(N0-N1))/c]<0 – отрицательный показатель поглощения;
К=(hB10(N1 - N0))/c коэффициент усиления, B10 - коэффициент Эйнштейна для вынужденного излучения. (B10 = B01 g0/g1, где g0и g1 – статистические веса уровней
Вынужденное излучение неотличимо от вынуждающего излучения: имеет ту же частоту (длину волны), фазу (постоянный сдвиг фаз), поляризацию, направление – эти свойства характерны для лазерного излучения – усиленного вынужденного излучения, оно монохроматично и строго когерентно вынуждающему.
№4 слайд
Содержание слайда: Принцип действия оптического квантового генератора – лазера – laser – light amplification by stimulated emission of radiation
Основные компоненты лазера:
1.Активная среда – среда с инверсной населенностью – необходима для преобладания вынужденного излучения над спонтанным.
2.Система накачки активной среды -устройство для поддержания инверсной (неравновесной) населенности (оптическая, газовый разряд, эл-ческий ток в ПП и т.д.; инверсия создается при взаимодействии системы накачки с 3 или 4 уровневой молекулярной системой) (Басов Н.Г. 1964 г. Ноб.Пр.) (на рис.: схема переходов в рубиновом лазере: Al2O3+Cr3+, уровни Cr3+, 3-уровн.схема: kсп=107, kби=1011с-1, N2>N1) (Т.Мейман)
3.Обратная связь – оптический резонатор: устройство, выделяющее направление пучка вынужденных фотонов: усиливается излучение, направление которого нормально к поверхности зеркал - система параллельных зеркал (глухое и полупрозрачное), между которыми возникает стоячая волна, т.е. укладывается целое число полуволн: происходит устранение потерь. (Прохоров А.М. 1964 г., Ноб.Пр.)
№5 слайд
Содержание слайда: Типы лазеров
Твердотельные: (Рубиновый лазер: Al2O3+Cr3+, =694 нм, Т.Мейман, 1960), высокая мощность
Неодимовый - YAG:Nd (=1064 нм + гармоники –
532 нм, 355 нм, 266 нм и т.д.)
Газовые:
Гелий-неоновый (рис.): He(130 Па)+Ne(13 Па), непрерывный, =633 нм, А.Джаван, 1961, (1963 в Томске: И.И.Муравьев)
Эксиплексный Хе*Сl (лазер на плотных газах), (1:0.001), =308 нм, легко создать инверсию, высокие выходные энергии
№6 слайд
Содержание слайда: Типы лазеров
Полупроводниковые (диодные): GaAs, =837 нм, малогабаритный, но маломощный, высокая расходимость. (Инверсия за счет высоких токов через p-n переход: 3-10 кА/см2).
Лазеры на красителях: 1960. =340 - 900 нм, широкая область перестройки (=20-50 нм ). (Инверсия за счет внутримолекулярных процессов в сложных молекулах: 2 – флуоресценция, 3 – генерация вынужденного излучения).
№7 слайд
Содержание слайда: Cвойства лазерного излучения
1. Высокая интенсивность (до 108 Дж/с см2, ГВт/см2),
2. Высокая направленность (расходимость до 10-3 мрад),
3. Высокая монохроматичность (узкая полоса =0.001 см-1)
4. Высокая когерентность – временная и пространственная (одинаковая частота, фаза, поляризация, направление излучения, т.е. малая расходимость):
№8 слайд
Содержание слайда: Применение лазеров
1. Спектроскопия комбинационного рассеяния
2.Внутрирезонаторная спектроскопия с высоким разрешением и чувствительностью
3.Лазерная химия
4.Интерферометрия
5. Голография
6. Волоконная оптика, приборостроение
7. Лазерный термоядерный синтез, лазерное разделение изотопов (использование высокой мощности и узкой линии)
8. Технологические процессы (сварка, резка, плавка металлов, маркировка изделий)
9. Медицина (лазерная хирургия, лазеротерапия)
10. Нелинейная оптика
Литература:
Трофимова Т.И. Оптика и атомная физика: законы, проблемы, задачи. М. «Высшая школа» 1999. (с.238-244).
№9 слайд
Содержание слайда: Физика явления магнитного резонанса
Сущность явления магнитного резонанса проявляется во взаимодействии собственного суммарного магнитного момента ядер (I) атомов и электронов (S), входящих в молекулу (спинов), с внешним магнитным полем Н, в результате которого наблюдается расщепление энергетических уровней на (2I+1) или (2S+1) компоненту (эффект Зеемана) – верхний рис.
При дальнейшем наложении на вещество электромагнитного поля (нижний рис.), энергия квантов которого совпадает с энергетическим расщеплением Е=h, образованным под действием магнитного поля, возникает спектр ядерного магнитного резонанса (ЯМР) или спектр электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). m, s = 1
Для всех ли молекул можно получить спектры ЯМР и ЭПР?
№10 слайд
Содержание слайда: Физика явления магнитного резонанса
Условия, необходимые для возникновения таких спектров: отличие от нуля полного спина ядра - I (I0: ЯМР) либо суммарного спина всех входящих в систему электронов - S (S0: ЭПР).
Т.о., спектры ЯМР можно получить для ядер с четным массовым числом и нечетным порядковым номером (I=1, 2…) N147,Br8035 , Re18675 …, либо с нечетным массовым числом при любом порядковом номере (I=1/2, 3/2...): Н1, C13 , F19 , О17и т.д. (Для протонов – ПМР, I=1/2)
Спектры ЭПР существуют для частиц, имеющих неспаренные электроны (радикалы (S=1/2), триплетно-возбужденные молекулы (S=1), ионы переходных металлов и их соединения (S=1/2, 1, 3/2 ...).
№11 слайд
Содержание слайда: Спектры ЯМР (ПМР).
Е вз =(Н)= Нcos(^Н)
H напряженность магнитного поля (В=H –индукция, - магнитная восприимчивость)
-магнитный момент ядра водорода (квантуется, т.е. принимает определенные значения в магн. поле, =gI), g – ядерный g-фактор; -ядерный магнетон, I=1/2 – спин ядра атома водорода,
Число расщепленных подуровней n=2I+1: определяется магнитным квантовым числом m, которое изменяется от I до -I = 1/2,
Е=-Н: энергия при магнитном моменте, ориентированном по полю (m=1/2), стабилизируется
Е =+Н: энергия при магн. моменте, ориентированном против поля (m=-1/2), - дестабилизируется.
Энергия эл-магн. поля квантуется, т.е. Е=h=2(Н)
Если облучать эту систему излучением с частотой , осуществляется (Е - Е)=Е=h - переход, т.е. переориентация магнитных моментов – спинов относительно поля:
Правила отбора: m=1 (обычно Н=10 КГс=104 Эрстед –большие величины, т.е. =40-43 МГц для ПМР). Верхние уровни должны расселяться за счет спин-спинового и спин-решеточного взаимодействия, т.е. можно изучать конденсированные среды.
На практике для получения спектра фиксируют (40-50 МГц),
Н (или В)– сканируют: (0.34-1.25)104 Эрстед.
№12 слайд
Содержание слайда: Понятие о постоянной экранирования и химическом сдвиге
(как получить данные о структуре?)
Напряженность магнитного поля меняется от электронного окружения, которое экранирует ядро по-разному в зависимости от его положения в молекуле, т.е. ядро находится в поле НN : в молекуле этанола (рис.) наименее экранирован протон ОН группы (связь слабее), наиболее - протоны в СН3 группе этанола.
НN =Н0(1- ),
=(Н0 - НN)/Н0 - постоянная экранирования, показывает насколько НN< Н0 , где Н0 напряженность внешнего поля.
Чем больше, тем меньше НN , тем при больших Н0 проявляется ПМР сигнал. Чем больше в группе протонов, тем выше интенсивность ПМР сигнала (рис.): протоны СН3 проявляются при больших Н0, чем ОН.
Т.к. с меньшей погрешностью измеряются разности напряженностей магнитного поля: выбирается стандарт – молекула, протон в которой сильно экранирован: Si(CH3)4 – ТМС, для нее измеряется тщательно спектр, т.е. определяется ст и Нст и сдвиг сигнала ПМР -
НNст=Н0(1- ст),
НNх=Н0(1- х),
(НNх-НNст)/Н0==(ст- х)=(х-ст )/(0), Н=Е=h
где =(х-ст )/(0)106 м.д., - химический сдвиг сигнала х относительно известного стандарта ст , 0 – рабочая частота внешнего электромагнитного поля.
№13 слайд
Содержание слайда: Химический сдвиг
=[(х -ст )/0] 106 м.д.
Сдвиг положительный
(при ст=0) – слабопольный, х возрастает в сторону слабого поля: чем больше сдвиг, тем менее экранирован протон - -шкала
=(10-), (ст =10), сдвиг убывает в сторону слабого поля – -шкала
Абсцисса – хим.сдвиг в м.д.
Ордината – интенс. в отн.ед. пропорц. числу протонов в группе
№14 слайд
Содержание слайда: Химический сдвиг
= =[( х - ст )/0] 106 м.д.
Е=h0 –радиочастотный диапазон: 42-43 МГц.
Н:=10 КГс=1Т=104 Эрстед
Исследуемые образцы: жидкости, твердые тела.
Протоны в кислотных группах и Н-связях экранированы менее всего (наибольший =
7 – 9 - 13).
Наиболее экранированы протоны в метильных и метиленовых группах алифатических цепочек (наименьший =1).
№15 слайд
Содержание слайда: Спектры ЭПР
Исторически сначала был открыт ЭПР-эффект (1944 Завойский Е.К., Казань), позже в1946 г.– ЯМР-эффект – в США (Ф.Блох и Э.Парсель).
Эффект обусловлен взаимодействием спина электрона с внешним магнитным полем (условие получения спектров ЭПР: наличие неспаренных электронов - суммарный электронный спин отличен от 0!).
Е вз=-2(еН)=gБН=h; е=-gБ ms; (стабилизируется состояние со спином, сориентированным против поля: ms=-1/2 – из-за отрицательного заряда электрона). Число проекций =2S+1: S=1/2 – радикал, S=1 – триплетное состояние.
Правила отбора: ms=1
Б – магнетон Бора=еh/(2mc)=9.2710-24 А М2 =103, т.е. спектр находится в более коротковолновой по сравнению с ЯМР (микроволновой) области (Ггц, фиксируем ν, сканируем Н в области 0.34-1.25 104 Эрстед.
g-отношение полного магнитного момента электрона к спиновому моменту - спектроскопический фактор расщепления, g-фактор Ланде, характеризует состояние неспаренного электрона в молекуле, т.е. связан со структурой: уменьшается при увеличении спинового момента. Измеряя Н, при заданном , определяем g.
№16 слайд
Содержание слайда: Спектры ЭПР
Для свободного электрона g= 2,0023; в составе молекулы: gБНлок=h – изменение g во 2-3 знаке, зависит от спин-орбитального взаимодействия (возрастает при наличии «тяжелых» атомов, для переходных металлов - g=1.35-6.5).
Электрон в молекуле движется в локальном поле: Нлок=Нвнешн Ннавед, т.е. g уменьшается (по сравнению со свободным электроном) при ослаблении поля в молекуле (для достижения резонанса Нвнешн должно быть больше) и увеличивается при усилении поля (для достижения резонанса Нвнешн должно быть меньше). Это отражает структуру молекул, с которой связана величина наведенного спин-орбитальным взаимодействием поля Нлок.
Т.о., g-фактор –аналог постоянной экранирования и хим.сдвига в ПМР
Спектры ЭПР представляются в дифференцированной форме (рис.)
№17 слайд
Содержание слайда: Сверхтонкое расщепление спектров ЭПР
СТВ обусловлено взаимодействием спина распаренного электрона и спина ближайшего ядра: I – спин ядра, поэтому энергетические уровни электрона во внешнем магнитном поле дополнительно расщепляются на 2I+1 компоненту (пример – атом водорода (рис.):
Е=msЕ=gБНms+AmsmI, где msи mI квант. числа проекц.спина электрона и ядра, А – постоянная сверхтонкого взаимодействия – характеризует степень взаимодействия электронных и ядерных спинов, т.е. близость е- к ядру: при I=1/2, А/2= gБН.
Правила отбора: mI=0, ms=1, отсюда дублет в спектре: h=Е= gБНА/2.
Если 2 разных ядра – возникает квартет, если 2 одинаковых – триплет с разными интенсивностями и.т.д.
№18 слайд
Содержание слайда: Техника ЭПР-спектроскопии
Е: 9.5 ГГц; 25 ГГц; 35 ГГц.
Н: 0.34-1.25 Т= (0.34-1.25)104 Эрстед
Исследуемые образцы – жидкость, замороженные растворы, кристаллы, порошки.
1.Определяется природа возбужденного состояния (Т)
2.Изучаются химические реакции (проявление радикалов)
3.Определяют природу и локализацию электронов в сложных молекулах, ПП, кристаллических решетках
4.Определяется природа и структура парамагнитных ионов (по величине g и А)
№19 слайд
Содержание слайда: Спектры ядерно-квадрупольного резонанса
Эффект ЯКР возникает в отсутствие внешнего магнитного поля при взаимодействии квадрупольного момента ядра с градиентом распределения электронной плотности, окружающей ядро: надо, чтобы магнитный момент µN, спин I и квадрупольный момент ядра еQ отличались от 0.
еQ – ядерный электрический квадрупольный момент 0 при отклонении распределения электрического заряда в ядре от сферической симметрии и I>1 (B,N,Cl,Br и т.д.). В некоторых кристаллах имеется большой градиент напряженности электрического поля вблизи ядра, для которого еQ0, при этом наблюдается взаимодействие квадрупольного момента ядра с неоднородным электрическим полем (Евз=A=qe2Q), в результате чего уровни расщепляются. При наложении внешнего поля в радиочастотной области (0.01 – 50 МГц) происходят переходы, возникает спектр ЯКР.
Обычно еQ известны, из спектров определяют eq, т.е. параметры градиента электронной плотности, что важно для теории химических реакций: как правило, в случае ионной связи А мала: SiCl; при ковалентной связи А увеличивается: CCl3, NCl.
Скачать все slide презентации Вынужденное излучение, устройство и принцип действия лазера, свойства и применение лазерного излучения, типы лазеров одним архивом:
-
ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛЕКЦИЯ 4 Принцип работы лазера и основные свойства лазерного излучения. Лидары.
-
Принцип работы лазера и основные свойства лазерного излучения
-
Принцип работы лазера и основные свойства лазерного излучения. Лидары
-
Лазер. Принцип действия лазера. Лазерное излучение
-
По физике "Исследование возможности воздействия лазерного и ультрафиолетового излучения на всхожесть и урожайнос
-
Образование и диагностика плазмы при воздействии на медь парных импульсов лазерного излучения
-
Основные характеристики лазерного излучения. Классификация лазеров
-
Воздействие лазерного излучения на мишени
-
По физике "Устройство и принцип действия двигателя внутреннего сгорания" -
-
По физике "Лазеры. Применение лазеров в медицине" - скачать