Введение
Изучение вопроса о лазерах интересует школьников в возрасте от 15 до 16 лет. Поэтому я занялся повествование об этом удивительном явлении. Лазеры привлекают как детей, так и животных, они могут послужить игрушкой и объектом для изучения.
Цель исследовательской работы : донести информацию о лазерах, их видах и их применении до подростков в интересной игровой форме
Задачи:
1) Изучить теорию по данной теме;
2) Приготовить сценарий для внеклассного мероприятия;
3) Провести внеклассное мероприятие;
4) Провести опрос учеников о их впечатлениях о мероприятии;
Методы исследования : практический и теоретический.
Актуальность исследования : данная область физики является очень интересной и перспективной, кроме этого, мы каждый день встречаемся с приборами, работа которых основана на лазерах, иногда сами того не замечая.
Практическая значимость: Я собираюсь провести внеклассное мероприятие. Оно будет проведено среди учеников моего учебного заведения. Посещение поможет обучающимся лучше разбираться в теме лазеров и их применения в повседневной жизни.
Феномен лазерных технологий
Открытие Макса Планка
В 1900 году Макс Планк открывает элементарную порцию энергии — квант и теоретически описывает связь энергии кванта с частотой электромагнитного излучения, вызвавшей его появление. Примерно в это же время Альберт Эйнштейн открывает наименьшую элементарную частицу света — фотон и доказывает теорию дискретности света. (материальные микроскопические объекты могут при одних условиях проявлять свойства классических волн, а при других — свойства классических частиц).
Рис. 1. Макс Планк
Теория «Вынужденного излучения»
В 1917 году Эйнштейн формулирует теорию «Вынужденного излучения», которая описывает возможность создания условий, при которых электроны одновременно излучают свет одной длины волны.
Первый в мире лазер
В 1954 году Чарльз Таунс со своими единомышленниками Гербертом Цайгером и Джеймсом гордоном на практике реализует свой замысел, представив на суд общественности — первый в мире реально работающий лазер.
Рис. 2 Открытие первого в мире лазера
Устройство лазера или лазерной установки
В основе работы лазеров лежат три явления: поглощение веществом энергии, спонтанное и вынужденное излучения возбужденной системы атомов. Каждый лазер должен состоять из: Активного элемента (активной среды), элемента накачки, резонансного оптического усилителя (системы обратной связи), схемы отвода генерируемой мощности (только в мощных лазерах)
Принцип действия лазеров
Лазер преобразует энергию накачки в более качественную энергию — энергию электромагнитного поля (лазерный луч). Качество лазерной энергии определяется ее высокой концентрацией и возможностью передачи на значительные расстояния. Преимуществом лазера является то, что его луч можно сфокусировать в очень маленькое пятнышко диаметром порядка световой волны и получить плотность энергии, превышающую плотность ядерного взрыва. К преимуществам лазера также относится то, что лазерный луч является самым емким носителем информации.
Основные виды лазеров
Всего существует огромное количество видов лазеров, но все они берут своё начало из 4 основных типов: газовые, жидкостные, твердотельные, полупроводниковые. В настоящее время для различной обработки материалов при помощи лазерного излучения в основном применяются твердотельные и газовые лазеры.
Газовые лазеры:
В газовых лазерах трубка с активным газом помещается в оптический резонатор, состоящий в простейшем случае из двух параллельных зеркал, одно из которых является полупрозрачным. Оптическая волна, распространяясь через активный газ, усиливается и создает лавину фотонов. Дойдя до полупрозрачного зеркала, волна частично выходит за пределы резонатора, создавая выходное лазерное излучение.
Рис. 3. Схема газового лазера
Жидкостные лазеры:
Этот тип лазера обладает большими импульсными энергиями при значительной средней мощности, но при этом жидкостные лазеры генерируют излучение с узким спектром частот. Жидкостные лазеры работают на растворах органических красителей.
Рис. 4. Жидкостный лазер
Рис. 5. Схема жидкостного лазера
Твердотельные лазеры:
Твердотельными называют лазеры, в которых в качестве активной среды используется вещество, находящееся в твёрдом состоянии (в отличие от газов в газовых лазерах и жидкостей в лазерах на красителях). К твердотельным относятся лазеры, в которых в качестве активной среды используются различные стекла и кристаллы, активированные редкоземельными элементами.
Рис. 6. Схема твердотельного лазера
Полупроводниковые лазеры:
Формально полупроводниковый лазеры можно отнести к твердотельным, однако в силу иного принципа работы их выделяют в отдельную группу. Благодаря повышенной оптической мощности и отличным функциональным свойствам полупроводников, их можно использовать в измерительных приборах.
Рис. 7. Схема полупроводникового лазера
Лазерная медицина
За последние полвека лазеры нашли применение в офтальмологии, онкологии, пластической хирургии и многих других областях медицины, и медико-биологических исследованиях. О возможности использования света для лечения болезней было известно тысячи лет назад. Древние греки и египтяне применяли солнечное излучение в терапии, и эти две идеи даже были связаны друг с другом в мифологии — греческий бог Аполлон был богом солнца и исцеления. И только после изобретения источника когерентного излучения более 50 лет назад действительно был выявлен потенциал использования света в медицине. Лазер уже применяется в офтальмологии, и может, например, позволить офтальмологу увидеть поперечное сечение роговицы для диагностики заболеваний сетчатки и глаукомы. Сегодня техника начинает использоваться также и в других областях медицины. Одна из крупнейших областей, формирующихся благодаря лазерных технологий, занимается получением волоконно-оптических изображений артерий. Оптическая когерентная томография может быть применена для оценки состояния склонной к разрыву нестабильной бляшки.
Лазерное вооружение
В рамках испытаний было создано семейство стендовых образцов ГДЛ с мощностью излучения от 10 до 600 кВт. Можно предположить, что на момент испытаний комплекса А-60 на нём был установлен лазер мощностью 100 кВт. Было выполнено несколько десятков полетов с испытанием лазерной установки по стратосферному аэростату, находящемуся на высоте 30–40 км и по мишени Ла-17. В части источников указывается на то, что комплекс с самолетом А-60 создавался в качестве авиационного лазерного компонента ПРО по программе «Терра-3».
Практическая часть
В качестве продукта к моему проекту я провёл внеклассное мероприятие, приуроченное к неделе физики, среди учащихся моего учебного заведения. Эта викторина привлекла внимание многих обучающихся и смогла развить интерес к такой науке, как физика. Кроме этого, была проведена викторина в игровой форме по объяснённой мной теме. С помощью мероприятия, я донёс до присутствующих на нём учеников. По окончанию мероприятия большинство учеников оценили моё выступление на максимальный балл.
Заключение
В ходе выполнения проектной работы я изучил лазерные технологии, систематизировал полученные знания, приготовил сценарий и провёл внеклассное мероприятие, включающее в себя викторину, после чего получил положительную обратную связь.
В ходе внеклассного мероприятия, я получил опыт работы на публике, испытал положительные эмоции, подарил детям желание изучать точные науки.
Литература:
- Физика. 11 класс. Учебник. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Сотский Н. Н. 19-е изд. — М.: Просвещение, 2010. — 399 с.
- https://ru.wikipedia.org/wiki/Лазер
- Щербаков, И. А. Лазер / И. А. Щербаков. — Текст : электронный // Большая российская энциклопедия : [сайт]. — URL: https://bigenc.ru/c/lazer-430c3c (дата обращения: 09.02.2024).
