zdroje svetla

1
zdroje svetla

• 44

Jan Klíma
2

• Absorpce zárení
• Látka pohlcuje fotony zárení a elektrony
  precházejí na vyšší energetické hladiny

En
Em
absorpce zárení
3

• Samovolná emise zárení
• Elektrony samovolne precházejí z vyšší
  energetické hladiny En na nižší Em a atomy
  vyzarují fotony s energií
• E Em En h . f

En
Em
samovolná emise
4

• Stimulovaná (vynucená) emise svetla
• Nastává u excitovaných atomu vnejším pusobením.
  Emisi vyvolá jen foton o stejné frekvenci, jakou
  má foton, který emisí vzniká.

En
Em
stimulovaná emise
5
Bežné zdroje svetla vlastnosti

• Tepelné zdroje (svícka, petr. lampa, žárovka)
• Malá úcinnost (málo energie se premení na svetlo)
• Široké spektrum použití
• Výbojové zdroje (výbojky, doutnavky)
• Mají cárové nebo pásové spektrum, jejich úcinnost
  je vetší než u tepelných zdroju

6

• Luminiscencní zdroje (obrazovky, zárivky)
• Luminiscence
• Dej, pri nemž zárení o kratší vlnové délce vyvolá
  v látce urcitého složení vznik zárení o delší
  vlnové délce
• V zárivce probíhá výboj plynu jehož UV zárení je
  pro oko neviditelné. UV dopadá na vrstvu látky
  (luminofor), kterou je pokryta vnitrní plocha
  trubice a zpusobuje její luminiscenci (zárení).

7

• Druhy luminiscence
• Fotoluminiscence (zárivka)
• Radioluminiscence
• Katodoluminiscence
• Chemiluminiscence
• Bioluminiscence

svetlo
zárení
el. energie
?U gt 0
8
Princip cinnosti laseru

• Laser
• Light Amplification by Stimulated Emission of
  Radiation
• Zarízení pracující na principu stimulované emise
• Uvolnuje nahromadenou energii jako energii
  monofrekvencního zárení
• Svetlo je polarizované, koherentní a
  monochromatické

E3
E2
He Ne laser
E1
He
Ne
9

• Svetlo je z laseru vyzarováno ve forme úzkého
  svazku
• Princip laseru využívá zákonu kvantové mechaniky
  a termodynamiky

Zdroj zárení
Laserový paprsek
Odrazné zrcadlo
Polopropustné zrcadlo
Aktivní prostredí
10

• Zdrojem energie (výbojka) je do aktivního média
  dodávána energie.
• Ta vybudí elektrony aktivního prostredí ze
  základní energetické hladiny do vyšší energetické
  hladiny, dojde k tzv. excitaci.
• Vzniká tzv. inverzní populace.
• Pri opetném prestupu elektronu na nižší
  energetickou hladinu dojde k vyzárení (emisi)
  kvanta energie ve forme fotonu.
• Fotony následne interagují s dalšími elektrony
  inverzní populace, címž spouštejí tzv.
  stimulovanou emisi fotonu.
• Díky umístení aktivní cásti Laseru do rezonátoru
  dochází k odrazu paprsku fotonu a jeho opetovnému
  pruchodu prostredím.
• Dochází k exponenciálnímu zesilování toku fotonu.
• Výsledný paprsek opouští laser polopropustným
  zrcadlem.

11

• He Ne laser
• Aktivní prostredí tvorí smes helia a neonu (101)
• 3 energetické hladiny (tríhladinový laser)
• Vznikne-li v plynu He Ne laseru elektrický
  výboj, dochází ke srážkám atomu He s elektrony a
  He prechází do excitovaného stavu s E3.
• Pri interakci excitovaných atomu He s atomy Ne
  prechází Ne rovnež do excitovaného stavu.

12

• Elektrony Ne precházejí na hladinu energie, která
  je blízká energii excitovaného He.
• Náhodný pruchod fotonu aktivním prostredím laseru
  vyvolá stimulovanou emisi.
• Elektrony precházejí na hladinu E2, to je spojeno
  s vyzarováním cerveného svetla o vlnové délce
  623,8 nm.
• Polopropustné zrcadlo cástecne odráží fotony zpet
  do trubice.
• Pri zpetném odrazu se svetlo dále zesiluje.

13
Vlastnosti laserového zárení

• Zárení je koherentní
• Fotony, které mají jiný smer, po nekolika
  odrazech od sten trubice vystupují z aktivního
  prostredí a cinnosti laseru se neúcastní.
• Laserový paprsek má malou rozbíhavost a energie
  je soustredena do úzkého svazku paprsku (10-6 m).
• Lasery mají ruzný výkon a lze dosáhnout zárení až
  1012 Wm-2.

14
Ruzné typy laseru

• Rozlišujeme podle druhu pracovní látky
• Polovodicové (tiskárny, CD, DVD, lékarství)
• Kmitocet zárení se dá menit
• Plynové
• Atomární - zamerování polohy, termojaderná
  syntéza
• Iontové - oftalmologie, spektroskopie
• Molekulární - svárení, fotolitografie
• Chemické
• Lasery s pevnou fází (spektroskopie, holografie)
• Barvivové (dermatologie, chirurgie, oftalmologie)
• Rentgenové (vysokovýkonné)

15
Užití laseru

• Využívány v mnoha oborech vedy i v technické
  praxi. Uplatnuje se
• Vysoký stupen koherence svetla (napr. holografie)
• Znacná intenzita svetla a energie soustredená do
  malého prostoru (obrábení tvrdých materiálu)
• Presný smer a malá rozbíhavost laserového paprsku
  (merící technika, mikroelektronika)
• Prímá premena elektrické energie na svetelnou
  (polovodicové lasery v tiskárnách, CD snímace)
• Medicína (laserový skalpel)

16
Holografie

• Zpusob zobrazování založený na interferenci
  paprskových svazku
• Zobrazovaný predmet je osvetlen monochromatickým
  koherentním svetlem.
• Paprsky odražené od predmetu dopadají na
  fotografickou desku spolecne s jiným,
  nemodulovaným svazkem paprsku téže vlnové délky.
• Obe vlnení spolu interferují a vzniká složitý
  interferencní obrazec,který je zaznamenán na
  fotografickou desku.

17

• Když se vyvolaný snímek (hologram) osvetlí
  koherentním svetlem, pusobí struktura snímku jako
  ohybová mrížka a pozorovatel vidí v propušteném
  svetle trojrozmerný obraz puvodního predmetu.
• Obraz je trojrozmerný na 2D nosici
• Nosicem je citlivá vrstva fotografického filmu,
  emulze na skle nebo plastová fólie
• Zapisuje se informace jak o intenzite, tak i
  o fázi svetla odraženého od predmetu

18
(No Transcript)
19

• Historie
• Dennis Gabor dal v roce 1948 holografii
  teoretické základy
• Rozvinutí holografie až s vynálezem laseru (1960)
• Laser dodal dostatecné bodové a koherentní svetlo
• První trojrozmerný záznam vznikl na michiganské
  univerzite v roce 1964
• Emmett Leith
• Juris Upatnieks

20

• Hologramy mají široké uplatnení v experimentálním
  výzkumu i v technické praxi
• Napr. holografická interferometrie (založená na
  interferenci dvou expozic, tj. dvou hologramu
  pohybujícího se objektu na jednom snímku) se
  využívá pri studiu kmitání, napjatosti i
  deformací soucástí, stejne jako pri jejich
  nedestruktivním testování. Jde také o jeden z
  možných principu stereovize.