44 zdroje světla Jan Klíma

Absorpce záření Látka pohlcuje fotony záření a elektrony přecházejí na vyšší energetické hladiny En Em absorpce záření

Samovolná emise záření Elektrony samovolně přecházejí z vyšší energetické hladiny En na nižší Em a atomy vyzařují fotony s energií: E = Em – En = h . f En Em samovolná emise

Stimulovaná (vynucená) emise světla Nastává u excitovaných atomů vnějším působením. Emisi vyvolá jen foton o stejné frekvenci, jakou má foton, který emisí vzniká. En Em stimulovaná emise

Běžné zdroje světla + vlastnosti Tepelné zdroje (svíčka, petr. lampa, žárovka) Malá účinnost (málo energie se přemění na světlo) Široké spektrum použití Výbojové zdroje (výbojky, doutnavky) Mají čárové nebo pásové spektrum, jejich účinnost je větší než u tepelných zdrojů

Luminiscenční zdroje (obrazovky, zářivky) Luminiscence Děj, při němž záření o kratší vlnové délce vyvolá v látce určitého složení vznik záření o delší vlnové délce V zářivce probíhá výboj plynu jehož UV záření je pro oko neviditelné. UV dopadá na vrstvu látky (luminofor), kterou je pokryta vnitřní plocha trubice a způsobuje její luminiscenci (záření).

Druhy luminiscence: Fotoluminiscence (zářivka) Radioluminiscence Katodoluminiscence Chemiluminiscence Bioluminiscence světlo záření el. energie ∆U > 0

Princip činnosti laseru Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Zařízení pracující na principu stimulované emise Uvolňuje nahromaděnou energii jako energii monofrekvenčního záření Světlo je polarizované, koherentní a monochromatické E3 E2 He – Ne laser E1 He Ne

Světlo je z laseru vyzařováno ve formě úzkého svazku Princip laseru využívá zákonů kvantové mechaniky a termodynamiky Zdroj záření Laserový paprsek Odrazné zrcadlo Polopropustné zrcadlo Aktivní prostředí

Zdrojem energie (výbojka) je do aktivního média dodávána energie. Ta vybudí elektrony aktivního prostředí ze základní energetické hladiny do vyšší energetické hladiny, dojde k tzv. excitaci. Vzniká tzv. inverzní populace. Při opětném přestupu elektronu na nižší energetickou hladinu dojde k vyzáření (emisi) kvanta energie ve formě fotonů. Fotony následně interagují s dalšími elektrony inverzní populace, čímž spouštějí tzv. stimulovanou emisi fotonů. Díky umístění aktivní části Laseru do rezonátoru dochází k odrazu paprsku fotonů a jeho opětovnému průchodu prostředím. Dochází k exponenciálnímu zesilování toku fotonů. Výsledný paprsek opouští laser polopropustným zrcadlem.

He – Ne laser Aktivní prostředí tvoří směs helia a neonu (10:1) 3 energetické hladiny (tříhladinový laser) Vznikne-li v plynu He – Ne laseru elektrický výboj, dochází ke srážkám atomů He s elektrony a He přechází do excitovaného stavu s E3. Při interakci excitovaných atomů He s atomy Ne přechází Ne rovněž do excitovaného stavu.

Elektrony Ne přecházejí na hladinu energie, která je blízká energii excitovaného He. Náhodný průchod fotonu aktivním prostředím laseru vyvolá stimulovanou emisi. Elektrony přecházejí na hladinu E2, to je spojeno s vyzařováním červeného světla o vlnové délce 623,8 nm. Polopropustné zrcadlo částečně odráží fotony zpět do trubice. Při zpětném odrazu se světlo dále zesiluje.

Vlastnosti laserového záření Záření je koherentní Fotony, které mají jiný směr, po několika odrazech od stěn trubice vystupují z aktivního prostředí a činnosti laseru se neúčastní. Laserový paprsek má malou rozbíhavost a energie je soustředěna do úzkého svazku paprsků (10-6 m). Lasery mají různý výkon a lze dosáhnout záření až 1012 Wm-2.

Různé typy laserů Rozlišujeme podle druhu pracovní látky: Polovodičové (tiskárny, CD, DVD, lékařství) Kmitočet záření se dá měnit Plynové Atomární - zaměřování polohy, termojaderná syntéza Iontové - oftalmologie, spektroskopie Molekulární - sváření, fotolitografie Chemické Lasery s pevnou fází (spektroskopie, holografie) Barvivové (dermatologie, chirurgie, oftalmologie) Rentgenové (vysokovýkonné)

Užití laserů Využívány v mnoha oborech vědy i v technické praxi. Uplatňuje se: Vysoký stupeň koherence světla (např. holografie) Značná intenzita světla a energie soustředěná do malého prostoru (obrábění tvrdých materiálů) Přesný směr a malá rozbíhavost laserového paprsku (měřící technika, mikroelektronika) Přímá přeměna elektrické energie na světelnou (polovodičové lasery v tiskárnách, CD snímače) Medicína (laserový skalpel)

Holografie Způsob zobrazování založený na interferenci paprskových svazků Zobrazovaný předmět je osvětlen monochromatickým koherentním světlem. Paprsky odražené od předmětu dopadají na fotografickou desku společně s jiným, nemodulovaným svazkem paprsků téže vlnové délky. Obě vlnění spolu interferují a vzniká složitý interferenční obrazec,který je zaznamenán na fotografickou desku.

Obraz je trojrozměrný na 2D nosiči Když se vyvolaný snímek (hologram) osvětlí koherentním světlem, působí struktura snímku jako ohybová mřížka a pozorovatel vidí v propuštěném světle trojrozměrný obraz původního předmětu. Obraz je trojrozměrný na 2D nosiči Nosičem je citlivá vrstva fotografického filmu, emulze na skle nebo plastová fólie Zapisuje se informace jak o intenzitě, tak i o fázi světla odraženého od předmětu

Historie Dennis Gabor dal v roce 1948 holografii teoretické základy Rozvinutí holografie až s vynálezem laseru (1960) Laser dodal dostatečné bodové a koherentní světlo První trojrozměrný záznam vznikl na michiganské univerzitě v roce 1964 Emmett Leith Juris Upatnieks

Hologramy mají široké uplatnění v experimentálním výzkumu i v technické praxi Např. holografická interferometrie (založená na interferenci dvou expozic, tj. dvou hologramů pohybujícího se objektu na jednom snímku) se využívá při studiu kmitání, napjatosti i deformací součástí, stejně jako při jejich nedestruktivním testování. Jde také o jeden z možných principů stereovize.