KURZUS: Mérnöki fizika

MODUL: Az anyag mikroszkopikus szerkezete

28. lecke: Lézerek és alkalmazásaik

Lézerek és alkalmazásaik

A jegyzet feldolgozandó fejezetei:

  • Lézerek és alkalmazásaik (és alfejezetei)

Tanulási célok:

A lecke anyagának feldolgozása után Ön képes lesz:

  • Elmondani azt a két feltételt, mely a lézerek működéséhez szükséges.
  • Meghatározni a metastabil állapot fogalmát és elmondani, a lézerek működésében milyen szerepet játszanak.
  • Elmondani az optikai rezonátorok szerepét a lézerek működésében.
  • Röviden ismertetni a rubinlézer, a He-Ne lézer és a félvezetőlézerek működését és főbb tulajdonságaikat.
  • Felsorolni, milyen speciális tulajdonságai vannak a lézerfénynek, ami egy hagyományos fényforrásnak nincs.
  • Megadni a lézerek néhány alkalmazását, mely a lézer fényének párhuzamosságát használja ki.
  • Ismertetni a legegyszerűbb interferométer működését.
  • Elmondani a hologramkészítés alapgondolatát, a kép kiolvasásának módját és a lézerek szerepét a holográfiában.
  • Ismertetni az optikai adattárolók fizikai alapjait képező jelenségeket.

Támpontok a tanuláshoz

A lecke megértésnek kulcsa az első 1--2 oldal anyaga: itt van leírva a két feltétel, mely a lézerek működéséhez szükséges. (Populációinverzió és az indukált emissziók túlsúlyának mesterséges biztosítása.) Ugyanitt megtalálhatja azt is, hogy a legtöbb lézer esetében hogyan érik el ezen feltételek teljesülését. (Pumpálás metastabil szintek segítségével, optikai rezonátor.)

Ezek után a tárgyalt háromféle lézer (rubin-, He-Ne-, félvezető-) működése könnyen érthetővé válik. Az ezekről szóló részek feldolgozásánál fordítson figyelmet az egyes lézertípusok eltérő tulajdonságaira, melyek meghatározzák, milyen körülmények között melyiket érdemes használni.

A lézerek alkalmazásait a lézerfény speciális tulajdonságain keresztül lehet megérteni, ez viszont a két leckével korábban tanultakra, az indukált átmenetek speciális tulajdonságaira épül. Ezért egy rövid ismétlés erejéig érdemes lehet az erről szóló részeket fellapozni.

Ellenőrző kérdések
1. A tanult lézertípusok közül melyik bocsát ki polarizált fényt?
A rubinlézer.
A He-Ne lézer.
A félvezetőlézer.
Egyik sem.
2. Mi az elsődleges szerepe az optikai rezonátornak a lézerek esetében?
Koncentrálja a gerjesztő forrás (villanólámpa) energiáját.
Növeli az elektronsűrűséget.
Nem engedi az optikailag aktív anyagot elpárologni.
Növeli a fotonsűrűséget, ezáltal növeli az indukált emissziók számát.
3. Lefényképezhető-e egy tárgy holografikus képe?
Nem, mert a hologram mindig látszólagos képként jelentkezik.
Igen a hologram valós képként jelenik meg a térben, ezért lefényképezhető.
Nem, mert a fényképezőgépről visszaszóródó fénysugarak elrontanák a holografikus képet.
Elvileg lehetséges, azonban gyakorlatilag nem lehet megvalósítani.
4. Miért nem lehet élő állatról vagy emberről hologramot készíteni?
Azért, mert a lézer nyalábja túl keskeny.
Azért, mert károsodna az állat vagy az ember a lézerfénytől.
Azért, mert már a hullámhossz felével való elmozdulás is tönkreteszi a képet.
5. Milyen nagyságrendű elmozdulások mutathatók ki egy hagyományos lézerinterferométerrel?
10-7 m.
10-10 m.
10-15 m.
0,01 mm.