«Лазер сәулесінің ғылыми практикалық маңызы»

Аннотация

Талғар қаласындағы

№7 мектеп-лицейінің

9 сынып оқушысы Мадияров Әлидің

"Лазер сәулесінің ғылыми практикалық маңызы"

тақырыбындағы жұмысы

Жұмыстың мақсаты: Энергия түрлерін тек ғылыми тұрғыда физикалық ұғымдарға негіздей отырып лазер сәулесіндегі ерекшеліктерін практикамен ұштастыра отырып көз жеткізу, зерттеу.

Зерттеу жұмысының ғылыми болжамы: Лазер сәулесіндегі физикалық ғылыми практикалық фактілерін саралай келіп мектеп қабырғасында ұрпақ көз қарасының ғылыми тұрғыда қалыптасуы болып табылады.

Зерттеудің теориялық мәнділігі:Лазер сәулесінің ерекшеліктерін физикалық ғылыми тұрғыда алғаш рет теориялық, практикалық зерттеулер қарастырдық.

Зерттеудің практикалық мәнділігі: Тақырып бойынша теорияны практикамен байланыстыра отырып, эксперименттік жұмыстар жүргізе отырып материялды орындадық.

Зерттеудің маңыздылығы мен дербестік нәтижесі: Лазер сәулелерінің ерекшеліктері мен ғылым, техника, технология салаларында қолданудың мектепте тиімді жолдары мен әдістері анықталды.

Жұмыстың орындалу әдістері: Физикалық ғылыми заңдылықтармен танысу, жинақтау, тәжірибе арқылы көз жеткізу, салыстырмалы талдау;

Лазер сәулелерініңерекшеліктері

Жарықсәулесідегеніміз не екенін және оның қайдан қалай шығатынын, сондай-ақ кәдімгі жарық сәулесінсіз оның энергиясынсыз әлемде ешқандай тіршілік нысаны, қандай бір өзгеріс болмайтыны белгілі. Ал лазер сәулесі жарық сәулесінің бір түрі, оны қалай шығарып болатынына да төмендетолықтаныстырамын. Сонда лазер сәулесінің ғылымға, техника мен технологияның барлық салаларына жаңа серпіліс әкелуінің себебі не? Кәдімгі жарық сәулесінен ерекшелігі не? Осы сұрақтарға жауап беру үшін лазер сәулесінің кейбіререкшеқасиеттерінетоқталайық:

1) лазер сәулесі - бір түсті (монохроматты) және когерентті сәулелердің ағыны. Жарық сәулесінің бір түстілік және когеренттікқасиеттері өзара тығыз байланысты ұғымдар. Жарық толқындарының түсі оның жиелігіне (толқын ұзындығына) байланысты. Лазер сәулесіекіғанаэнергетикалықдеңгейдіңарасындағыиндукциялықкөшулердіңнәтижесіндепайдаболғандықтанолардыңжиіліктерініңауқымы аса жіңішке(∆0). Демек, лазер сәулесі - өзара когерентті (жиіліктері бірдей), бір түсті сәулелердің ағыны. Сонымен қатар, лазердің ашық резонаторы тек өзінің резонанстық жиілігіне жиілігі сәйкес гармониялық толындарды ғана шығарады. Жалпы жиіліктері бірдей таза гормониялық толқындар ғана өзара нақты когерентті, бір түсті толқындар болып табылады;

2) лазер сәулесі - аса қуатты сәулелердің ағыны.

Рубин лазерінқуатыW=50 Дж импульстікжарықкөзіарқылықоздырғанда, олt = 0,5*cуақытқасозылғансәулелік энергия ағынынберген:

Ф=1

Егер осы энергия ағынын жынағыш линза арқылы диаметрі 1,1 мм болатын (S= πd² /4 мм²) ауданға бағыттасақ, онда оның қуатының концентрациясы (бірлік ауданға берілетін қуат)

1

тым жоғары шама екенін байқаймыз. Сәулелікэнергияныңмұндайқуаты қандай да денені қысқа мерзімде өзгеріске ұшыратады;

3) лазер сәулесі - электр және магнит өрісінің кернеулігінің шамасы аса жоғарыэлектромагниттіктолқын.

Мысалы, күн сәулесінің электр өрісінің кернеулігі Е=7 В/см, ал қуаты орташа лазер сәулесінің кернеулігі әрбір сантиметрге ондаған және жүздеген киловольтқа жетеді. Көлденең қимасының ауданы S=1см²=,сәулелену уақыты t=0,5*, сәулелену энергия ағыны Ф= рубин лазері үшін өріс кернеулігін есептейік:

1) - энергия тығыздығы, бұдан:

2);

4) Лазер сәулесі-бастапқы таралу бағытынан өте аз ауытқитын сәуле (бұрыштық алшақтауы өте кіші).

Лазер сәулелерінің басым көпшілігі активті ортаның өсіне параллель бағытталады, одан азда болса алшақтаған сәулелердің үлесі өте аз және сонымен қатар алшақтау бұрышы да өте кіші болады. Лазердің резонаторының екі айнасы аса үлкен дәлдікпен параллель орналасқан жағдайда одан шыққан сәулелер жазық толқын ретінде таралады. Ондай толқындар диаметрі Dдөңгелек тесік арқылы өткенде (мысалы рубин біліктің сыртқа сәуле шығаратын ұшының көлденең қимасы) дифракциялануына байланысты пайда болатын бұрыштық алшақтауын Эйри өрнегі бойынша анықтайық:

1,22*7*3,5*

немесе 0,75мин, мұндағы λ=7000*1=7*1

Егер линзалар жүйесін пайдалану арқылы лазер сәулесінің D диаметрін 10 есе ұлғайтқан соң, оны қашықтығы L=3,8* Айдың бетіне түсіретін болсақ, онда пайда болатын дақтың радиусы r=Lболады. Ал, толқын ұзындығы 1 см болатын радиотолқынның өлшемі дәл осындай дағын алу үшін оны Ай бетіне қарай диаметрі 500м линза арқылы бағыттау керек;

5) лазер сәулесі - энергетикалық жарқырауының спектрлік тығыздығы ( жарықтылық ) өте жоғары жарық көзі.

Лазер сәулесінің (индукциялық сәулелену) жарықтылығы тосын сәулелену мен жылулық сәулеленуге салыстырғанда көп есе артық болады. Мысалы, рубин лазеріндегі хром атомдары толқын ұзындығы λ=6943* Тосын сәулелену кезінде толқын ұзындығы ∆λ=лық сәулелену кезінде ∆λ= шамамен өзгеріске ұшырайды. Бұдан спектрлік сызықтардың қуаты бірдей болған жағдайда индукциялық сәулелену кезінде спектрлік сызықтардың ені тосын сәулеленуге салыстырғанда 270 есе кемігенін көреміз. Демек, =∆Ф/∆λ өрнек арқылы есептесек, онда лазердің спектрлік сызықтарының жарықтылығы да дәл сонша есе артады.