3.1. Міждисциплінарна інтеграція

№ за/п	Предмет	Знати	Вміти
1.	Фізика	Основи квантової механіки. Природу лазерного випромінювання. Парамагніт та діамагніт	Пояснювати квантові властивості випромінювання. Пояснити сильно- та салабко магнітні властивості речовин на основі м.к.т.
2.	Біологія Хімія	Будова клітини. Ферменти, радикали.	Пояснити деякі хімічні та біологічні процеси, що відбуваються в клітині.

3.2. Зміст теми:

Лазер — це оптичний квантовий генератор, потужне джерело когерентного випромінювання (рис. 13.3).

Термін "лазер" у перекладі з англійської означає "посилення світла шляхом його вимушеного випромінювання".

Оптичний резонатор (3) — це система з двох дзеркал, яка забезпечує формування випромі­нювання вздовж оптичної осі 00'.

Оптичний резонатор разом з допоміжними елементами забезпечує вибірковість фотонних станів. Завдяки цьому вздовж осі 00'виникає випромінювання з високими когерентними властивостями — лазерне випромінювання.

Система накачування (2) забезпечує збудження активних центрів; виникає інверсна заселеність робочих рівнів активних центрів.

Активними середовищами (У) можуть бути:

• гази та газові суміші (газові лазери);

• рідини (рідинні лазери);

• кристали (твердотілі лазери);

• напівпровідники (напівпровідникові лазери).

Системи накачування бувають різними залежно від типу активного середовища.

У газових лазерах активні центри збуджуються за допомогою електричного розряду в активному середовищі (тліючий розряд); у рубіновому лазері — за допомогою газорозрядної лампи з джерелом живлення.

Лазери можуть працювати у трьох основних режимах: стаціонарному (безперервному), імпульс­ному та режимі гігантських імпульсів. їй У стаціонарному режимі система накачування працює безперервно, тому енергія стабільно подається для збудження активного середовища (газові лазери).

Під час імпульсного режиму генеруються світлові імпульси тривалістю 10^-6...10^-3 с з частотою 10 Гц-10 кГц. Інверсна заселеність робочих рівнів активних центрів здійснюється періодично за допомогою імпульсних ламп або імпульсного розряду в газі. Імпульсний режим забезпечує велику потужність (порядку 10⁴ Вт). Для порівняння — світлова потужність — 10 Вт. Найвища концентрація енергії досягається при гігантських імпульсах: пікова потужність — 10¹⁰...10¹¹ Вт (потужність ГЕС -6•10⁹ Вт), тому що тривалість імпульсу Δt дуже мала, а N = ΔA/Δt

Гелій-неоновий лазер

Гелій-неоновий лазер працює у безперервному режимі (рис.13.4). Це кварцева газорозрядна трубка (7) діаметром 7 мм, у якій під тиском 1 гПа міститься суміш гелію і неону (2) (гелію в 10 разів більше, ніж неону). У трубку впаяні два електроди (3) для створення газового розряду. На кінцях трубки розміщені два дзеркала (4 і 5) (оптичний резонатор).

Потік випромінювання формується перпендикулярно до дзеркал і виходить через напівпрозоре дзеркало (4).

На рис. 13.5 подана енергетична діаграма, яка пояснює принцип дії гелій-неонового лазера.

Гелій є носієм енергії збудження, а лазерне випромінювання дає неон. Під час розряду в трубці збуджуються атоми гелію і переходять у стан 3. Внаслідок зіткнення збуджених атомів гелію з атомами неону відбувається збудження останніх. Атоми неону переходять на один з верхніх рівнів, розміщений поблизу відповідного рівня гелію. При переході атома неону з рівня 3 на один з рівнів 2 виникає випромінювання довжиною хвилі Я = 0,63 мкм.

Потужність випромінювання гелій-неонового лазера дорівнює приблизно 10 мВт, коефіцієнт корисної дії — не більш ніж 0,1%. Можлива генерація випромінювання в інфрачервоній ділянці на довжинах хвиль 1,15 мкм; 3,39 мкм та ін.