Emise a absorpce světla

Prezentace na téma: "Emise a absorpce světla"— Transkript prezentace:

1 Emise a absorpce světla
Hrušovská, SPŠ ST Panská

2 1) Spontánní emise přechod z vyšší energetické hladiny na nižší
vyzáří foton ℎ 𝑓 21 = 𝐸 2 − 𝐸 1 fotony s různou fází => nekoherentní záření Slunce, žárovka, svíčka Hrušovská, SPŠ ST Panská

3 2) absorpce opačný proces přechod z nižší energetické hladiny na vyšší
pohltí foton ℎ 𝑓 21 = 𝐸 2 − 𝐸 1 Hrušovská, SPŠ ST Panská

4 3) stimulovaná emise foton s frekvencí 𝑓 21 do padne na atom ve vyšším stavu a přiměje ho k přechodu na nižší energii vyzáří se foton původní se nepohltí a pohybují se oba stejně fotony mají stejnou frekvenci i fázi => koherentní záření přechod z nižší energetické hladiny na vyšší pohltí foton ℎ 𝑓 21 = 𝐸 2 − 𝐸 1 Hrušovská, SPŠ ST Panská

5 co je víc pravděpodobné
absorpce a spontánní emise opačné procesy, stejně pravděpodobné záleží na tom, na jaké energii je víc atomů ke stimulované emisi je třeba: nerovnovážný stav => populační inverze (aktivní prostředí jak udržet paprsek co nejdéle v aktivním prostředí Hrušovská, SPŠ ST Panská

6 LAser Hrušovská, SPŠ ST Panská

7 aktivní prostředí, luminiscence
těleso v termodynamické rovnováze – více atomů na nižší energetických hladinách je třeba dodat energii, aby převážily atomy na vyšší hladině = populační inverze tomuto stavu látky se říká aktivní prostředí Hrušovská, SPŠ ST Panská

8 aktivní prostředí, luminiscence
excitované energetické hladiny, kde může atom setrvávat relativně dlouho (10-8s a déle) = metastabilní hladiny nahromaděné atomy pak postupně, nahodile, spontánně vyzařují = luminiscence Luminiscence se dělí podle délky trvání na: fosforescenci - dlouhodobé světélkování; fluorescence - krátkodobé světélkování trvající pouze nepatrný zlomek sekundy Hrušovská, SPŠ ST Panská

9 luminiscence =>nejen zahřátá tělesa mohou svítit (např. žárovka)
ale i chladná tělesa , mají-li ovšem k dispozici vhodný zdroj energie „studené světlo“ je hospodárnější, energie lépe využita více možností k  praktickému využití energii je možno dodat jakkoliv kromě tepelné energie Hrušovská, SPŠ ST Panská

10 luminiscence podle typu energie
fotoluminiscence - energie v podobě světelného nebo ultrafialového záření elektroluminiscence - energie v podobě elektrického pole nebo elektrického proudu katodoluminiscence - vyvolána dopadem svazku elektronů na obrazovku televizoru; radioluminiscence - vyvolána radioaktivními látkami; sonoluminiscence - vyvolána dopadem ultrazvuku triboluminiscenci - vyvolána mechanickou deformací tělesa chemiluminiscence, bioluminiscence - dodávaná energie má svůj původ v chemických a biologických procesech probíhajících v živé hmotě Hrušovská, SPŠ ST Panská

11 laser každý druh energie, který lze použít k vyvolání luminiscence, je možné také použít při konstrukci laseru lasery buzené světlem, elektrickým proudem, svazkem elektronů, chemické, … každý má přednosti i nevýhody => použití v různých oblastech při přeměně jednoho druhu energie v druhý je důležitá účinnost této přeměny (příroda překonává vše) žárovka 3% elektrické energie na světlo, zářivka 10%-15%, světluška téměř 100% biochemické energie na světlo Hrušovská, SPŠ ST Panská

12 Zpětná vazba umístíme dvě rovnoběžná zrcadla,
paprsek se bude od zrcadel mnohonásobně odrážet vyvolá další a další přechody z metastabilní hladiny přibírá stále nové fotony a tak bude sílit paprsek je úzce směrován zesilují se pouze paprsky rovnoběžné s optickou osou, tj. paprsky kolmé k zrcadlům. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (zesilování světla stimulovanou emisí záření) Hrušovská, SPŠ ST Panská

13 činnost laseru čerpání atomů látky na vyšší energetické hladiny =>aktivní prostředí s populační inverzí zároveň se vyzáří foton (o stejné f, jako světlo laseru) => bude stimulovat atomy k přeskokům na nižší energetickou Zdroj energie laseru stále dodává energii na čerpání atomů na vyšší energetické hladiny při jejich zpětném přechodu na nižší energetické hladiny je emitován foton. Jedno ze zrcadel je polopropustné, když má proud fotonů dostatečnou energii=> projde ven: laser vyšle jeden puls elektromagnetického záření celý proces začíná znovu. Hrušovská, SPŠ ST Panská

14 Výhody světelného paprsku laseru
laserový paprsek (stimulovaná emise) X světélkování luminoforu (spontánní emise) záblesk laseru: je podstatně kratší - trvá má nepatrnou rozbíhavost; je vysoce monofrekvenční (tj. světelný paprsek je tvořen světlem o téměř jediné frekvenci); je koherentním vlněním (tj. představuje přesnou sinusovou elektromagnetiskou vlnu); přenáší elektromagnetickou energii o vysoké prostorové, časové a spektrální hustotě, přičemž je tato energie soustředěna v malé oblasti prostoru, krátkém časovém intervalu a úzké oblasti vlnových délek (frekvencí) Z těchto vlastností také plynou možnosti využití v praxi. Hrušovská, SPŠ ST Panská

15 Konstrukce laseru první laser - USA v laboratořích Hughes Aircraft Co. T. H. Maimanem ( květen 1960) od té doby spousta druhů liší se aktivním prostředím a způsobem dodávání energie Opticky čerpané lasery: energie – nekoherentní světlo výbojky  pracují na tříhladinovém systému nebo čtyřhladinovém systému světlo výbojky převádí atomy na nejvyšší hladinu E3 =>přechází nezářivým přechodem na metastabilní hladinu E2 laserové záření mezi E2 a E1 u čtyřhladinového systému přechází atomy z E1 na E0, aby byla co největší populační inverze Hrušovská, SPŠ ST Panská

16 Konstrukce laseru pracují na tříhladinovém systému nebo čtyřhladinovém systému světlo výbojky převádí atomy na nejvyšší hladinu E3 =>přechází nezářivým přechodem na metastabilní hladinu E2 laserové záření mezi E2 a E1 u čtyřhladinového systému přechází atomy z E1 na E0, aby byla co největší populační inverze Hrušovská, SPŠ ST Panská

17 Využítí laseru polovodičové lasery
velkoplošné obrazovky snímače CD, laserové tiskárny plynové lasery (helium-neonový) – vysoká stabilita, malá rozbíhavost přesné hodiny, dálkoměry, telekomunikační a geodetické účely krátká emise, velký výkon – tavení, odpařování materiálů laserový skalpel, svařování měření částic v ovzduší, čtečky čárových kódů,