Основы квантовой физики. Лазеры

Сентябрь 13, 2022

Главная
Физика
Основы квантовой физики. Лазеры

Содержание

2. Корпускулярные свойства электромагнитных волн 2. Дискретность атомных состояний. 3. Взаимодействие электромагнитных полей с атомами и молекулами
3. Корпускулярные свойства электромагнитных волн При генерации электромагнитных волн посредством возбуждения электрических колебаний в открытом контуре с
4. Эксперименты, подтверждающие гипотезу световых квантов. 1. Фотоэффект. Зависимость силы фототока I от частоты падающего на катод
5. Законы фотоэффекта Число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, при фиксированной частоте падающего на катод
6. 2. Эффект Комптона. В 1922 г. американский физик А. Комптон открыл явление увеличения длины волны рентгеновского
7. (3.1) Энергия фотона (3.2) (3.3) где Рассеяние фотона на электроне Импульс фотона
8. 3. Опыты Боте и Гейгера (наблюдение индивидуальных актов столкновения). Опыты Вавилова (наблюдение флуктуаций интенсивности светового потока)
9. 2. Дискретность атомных состояний.
10. Несовместимость планетарной модели атома с представлениями классической физики. Поскольку электрон движется по окружности, он обладает центростремительным
11. Квантовые свойства атомов. Постулаты Бора. Атомы могут длительное время находится в определенных, стационарных состояниях, в которых
12. Экспериментальное подтверждение наличия дискретности атомных состояний. Опыты Франка, Герца. Вольтамперная характеристика, полученная в опытах Франка Герца.
13. Взаимодействие электромагнитных полей с атомами и молекулами веществ. 3
14. Спонтанное и вынужденное излучение атомов. Рассмотрим пару энергетических уровней атомов вещества, находящихся в равновесии с тепловым
15. В состоянии теплового равновесия заселенности уровней N1 N2 подчиняются распределению Больцмана : 1. Спонтанное излучение. Квант
16. 2. Вынужденное поглощение (поглощение). Атом поглощает квант света испускается и переходит из состояния “1” в состояние
17. Квантовая система в состоянии E2 неравновесна и стремится вернуться в исходное состояние E1. Безызлучательный переход (энергия
19. Оптические явления, связанные с квантовой природой света
20. 1. Поглощение света веществом. При прохождении световой волны через вещество, энергия света может совпадать с разностью
21. dl = dx
22. Учитывая, что I = I0 при x = 0, находим C = I0 Закон Бугера -
23. Для растворов справедлива зависимость Закон Бугера – Ламберта - Бера С – концентрация вещества – коэффициент
24. Спектры поглощения
25. (кварцевые кюветы для жидких образцов) Спектрометры , спектрофотометры
26. 2. Люминесценция Люминесценцией называется такое излучение, при котором промежуток времени между поглощением кванта света, возбудившим молекулу,
27. Рассмотрим атом, находящийся в возбужденном состоянии. 3. Вынужденное излучение. Если энергия кванта света совпадает с энергией
28. 4. Лазеры. Применение в стоматологии.
29. Активное вещество – газ, твердое тело, жидкость. Источник накачки – лампа, вспышки, разряд (для газа).
31. Свойства лазерного излучения. Монохроматичность. Лазерное излучения имеет одну длину волны света. Ширины спектральных линии газовых лазеров
32. Процессы в биотканях, при воздействии лазера.
34. Лазеры в стоматологии.
35. На представленных рисунках представлены примеры лечения различных видов патологий мягких тканей полости рта с помощью лазерного
36. На рисунке представлен процесс и результаты лечения гипертрофированного гингивита с помощью фото – динамической терапии с
37. На данном рисунке представлены пример использования лазерного излучения с длиной волны 0.97 мкм для лечения гранулемы.
38. С помощью лазерного излучения можно осуществлять отбеливание зубов. Для отбеливания используется излучения 0.97 мкм. На границу
40. Скачать презентацию

Слайд 2

Корпускулярные свойства
электромагнитных волн
2. Дискретность атомных состояний.
3. Взаимодействие электромагнитных
полей

с атомами и молекулами веществ.
4. Лазеры. Применение в стоматологии.

План лекции:

Слайд 3

Корпускулярные свойства электромагнитных волн
При генерации электромагнитных волн посредством возбуждения электрических
колебаний

в открытом контуре с разрядником Г. Герц обнаружил (1887 г.), что
длина искры между металлическими электродами увеличивается , если катод
освещается ультрафиолетовым светом !

Слайд 4

Эксперименты, подтверждающие гипотезу
световых квантов.
1. Фотоэффект.
Зависимость силы фототока I от

частоты
падающего на катод светового потока при
постоянных плотности потока Ф энергии и
разности потенциалов U.

Слайд 5

Законы фотоэффекта
Число фотоэлектронов, вырываемых из катода в
единицу времени, при

фиксированной частоте
падающего на катод света пропорционально
интенсивности света.
Максимальная начальная (максимальная кинетическая
энергия) не зависит от интенсивности падающего
света, а определяется лишь его частотой.
Для каждого вещества существует минимальная
частота νm падающего света ниже которой
фотоэффект невозможен.

Слайд 6

2. Эффект Комптона.
В 1922 г. американский физик А. Комптон открыл

явление увеличения
длины волны рентгеновского излучения при рассеянии на свободных
электронах. Этот эффект послужил экспериментальным
доказательством того, что квант света обладает импульсом:

Зависимость интенсивности в рассеяния
в различных направлениях от длины волны

Ф – фильтр;
О – графитовая мишень
К - кристалл

Слайд 7

(3.1)
Энергия
фотона
(3.2)
(3.3)
где
Рассеяние фотона на электроне
Импульс фотона

Слайд 8

3. Опыты Боте и Гейгера (наблюдение
индивидуальных актов столкновения).
Опыты Вавилова

(наблюдение флуктуаций
интенсивности светового потока)

Согласно эйнштейновской теории относительности, квант электромагнитного
поля фотон, считается частицой с массой покоя равной нулю, и имеющий
скорость, равную скорости света в любой инерциальной системе
отчета.

Слайд 9

2. Дискретность атомных состояний.

Слайд 10

Несовместимость планетарной модели
атома с представлениями классической
физики.
Поскольку электрон движется по окружности,

он обладает
центростремительным ускорением. Ускоренные элементарные частицы должны непрерывно излучать электромагнитные волны. В результате потери энергии, радиус орбиты электронов должен непрерывно сокращаться и электрон должен упасть на ядро.

Частоты излучения атома должны быть кратны частоте
обращения электрона вокруг ядра, что противоречило экспериментам.

Слайд 11

Квантовые свойства атомов.
Постулаты Бора.
Атомы могут длительное время находится в определенных, стационарных

состояниях, в которых не
излучают и не поглощают свет. Энергии стационарных состояний E1 E2 E3…образуют дискретный спектр.
2. При переходе атома из одного начального стационарного состояния с энергией En в другое конечное состояние
с энергией Em происходит излучение кванта монохроматического света, причем

(3.4)

Слайд 12

Экспериментальное подтверждение наличия
дискретности атомных состояний. Опыты
Франка, Герца.
Вольтамперная характеристика,
полученная в

опытах Франка Герца.

Слайд 13

Взаимодействие электромагнитных полей с атомами и молекулами веществ.
3

Слайд 14

Спонтанное и вынужденное излучение
атомов.
Рассмотрим пару
энергетических уровней
атомов вещества,
находящихся в равновесии

с тепловым излучением при
температуреT.

Обозначим число атомов в состоянии с энергией E1 через N1, соответственно
в состоянии с энергией E2 через N2 .

Слайд 15

В состоянии теплового равновесия заселенности уровней N1 N2
подчиняются распределению Больцмана

1. Спонтанное излучение.

Квант света испускается при самопроизвольном переходе атома из
Состояния “2” в состояние “1” . Вероятность этого процесса
пропорциональна числу атомов на верхнем энергетическом уровне :

А21 – коэффициент
Эйнштейна

(3.5)

(3.6)

Слайд 16

2. Вынужденное поглощение (поглощение).
Атом поглощает квант света испускается и переходит из

состояния “1” в состояние “2” . Вероятность этого процесса, индуцируемого излучением, пропорциональна спектральной плотности излучения на частоте, а также числу атомов на нижнем энергетическом уровне :

3. Вынужденное излучение.

Переход атома из состояния “2” в состояние “1” происходит под действием
резонансного кванта света и сопровождается излучением точно такого же кванта.

(3.7)

(3.8)

Слайд 17

Квантовая система в состоянии E2 неравновесна и стремится
вернуться в исходное

состояние E1.

Безызлучательный переход (энергия передается в виде кинетической
энергии атомам и превращается в тепло. )
Спонтанное излучение (люминесценция), при которой излучается квант
электромагнитной энергии резонансной частоты произвольной поляризации
и фазы.
3) Вынужденное излучение.

Слайд 18

Слайд 19

Оптические явления, связанные
с квантовой природой света

Слайд 20

1. Поглощение света веществом.
При прохождении световой волны через вещество, энергия света

может
совпадать с разностью энергетических уровней атомов среды (газ, жидкость).
При таком совпадении происходит переход электронов из низшего состояния
на более высокое. При этом происходит поглощение света
веществом.

Слайд 21

dl = dx

Слайд 22

Учитывая, что I = I0 при x = 0, находим C

= I0

Закон Бугера - Ламберта

k – коэффициент
поглощения

(3.9)

Слайд 23

Для растворов справедлива зависимость
Закон Бугера – Ламберта - Бера
С –

концентрация вещества

– коэффициент
пропускания

– оптическая плотность
образца

(3.10)

Слайд 24

Спектры поглощения

Слайд 25

(кварцевые кюветы для
жидких образцов)
Спектрометры , спектрофотометры

Слайд 26

2. Люминесценция
Люминесценцией называется такое излучение, при котором
промежуток времени между поглощением

кванта света, возбудившим
молекулу, и испусканием кванта света в результате обратного перехода
молекулы в основное состояние больше периода колебаний световой волны.

Люминесцентная диагностика зубов

Слайд 27

Рассмотрим атом,
находящийся в
возбужденном
состоянии.
3. Вынужденное излучение.
Если энергия кванта
света совпадает
с энергией перехода,
то

произойдет
переход атома из состояния
“2” в состояние “1”.

Слайд 28

4. Лазеры. Применение в
стоматологии.

Слайд 29

Активное вещество – газ,
твердое тело, жидкость.
Источник накачки – лампа,
вспышки, разряд

(для газа).

Слайд 30

Слайд 31

Свойства лазерного излучения.
Монохроматичность.
Лазерное излучения имеет одну длину волны света. Ширины

спектральных
линии газовых лазеров составляют ~ 1Å (10 -10 м)

2. Малая расходимость луча.
В газовых лазерах расходимость луча составляет ~0.1 – 10 мрад. В полупроводниковых может превышать 100 мрад.

3. Высокая яркость луча.
Яркость определяется как мощность на единицу площади и на единицу телесного угла. Фокусировка некоторых лазеров позволяет получать
до 1019 Вт / см2

4. Когерентность.
Лазерное излучение характеризуется как пространственной, так и временной когерентностью. Пространственная когерентность характеризуется постоянством разности фаз св.волн в двух точках пространства, в разные моменты времени. Если соотношение фаз сохраняется в течение некоторого конечного времени, последнее называют временем когерентности.
.

Слайд 32

Процессы в биотканях, при воздействии лазера.

Слайд 33

Слайд 34

Лазеры в стоматологии.

Слайд 35

На представленных рисунках
представлены примеры
лечения различных видов
патологий мягких тканей
полости

рта с помощью
лазерного излучения
с длиной волны 0.97 мкм.

Слайд 36

На рисунке представлен процесс и результаты лечения гипертрофированного
гингивита с помощью

фото – динамической терапии с использованием
uеля “Радахлорин “ в качестве фотосенсибилизатора. В качестве источника
kазерного излучения использовался аппарат “Лахта – МИЛОН” с длиной волны
излучения 0.66 мкм.

Слайд 37

На данном рисунке представлены пример использования лазерного
излучения с длиной волны

0.97 мкм для лечения гранулемы. При лечении
гранулемы контактно световодом делается ход к месту расположения
световода, после чего она выпаривается. Стерилизация места
воздействия препятствует рецидиву заболевания.

Слайд 38

С помощью лазерного излучения можно осуществлять отбеливание зубов.
Для отбеливания используется излучения

0.97 мкм. На границу зуба с десной
наносится защитный гель, который фиксируется с помощью УФ лампы. После
Этого на отбеливаемые поверхности наносится отбеливающий гель.
Нанесенный гель освещается пучком лазерного излучения. В результате
выделяется кислород, производящий отбеливающий эффект.

Основы квантовой физики. Лазеры

Содержание

Корпускулярные свойства электромагнитных волн2. Дискретность атомных состояний.3. Взаимодействие электромагнитных полей

Корпускулярные свойства электромагнитных волнПри генерации электромагнитных волн посредством возбуждения электрическихколебаний

Эксперименты, подтверждающие гипотезу световых квантов.1. Фотоэффект. Зависимость силы фототока I от

Законы фотоэффектаЧисло фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, при

2. Эффект Комптона. В 1922 г. американский физик А. Комптон открыл

(3.1) Энергия фотона(3.2)(3.3)где Рассеяние фотона на электронеИмпульс фотона

3. Опыты Боте и Гейгера (наблюдение индивидуальных актов столкновения).Опыты Вавилова

2. Дискретность атомных состояний.

Несовместимость планетарной моделиатома с представлениями классическойфизики. Поскольку электрон движется по окружности,

Квантовые свойства атомов.Постулаты Бора.Атомы могут длительное время находится в определенных, стационарных

Экспериментальное подтверждение наличиядискретности атомных состояний. Опыты Франка, Герца.Вольтамперная характеристика, полученная в

Взаимодействие электромагнитных полей с атомами и молекулами веществ.3

Спонтанное и вынужденное излучение атомов.Рассмотрим пару энергетических уровнейатомов вещества,находящихся в равновесии

В состоянии теплового равновесия заселенности уровней N1 N2 подчиняются распределению Больцмана

2. Вынужденное поглощение (поглощение).Атом поглощает квант света испускается и переходит из

Квантовая система в состоянии E2 неравновесна и стремится вернуться в исходное

Оптические явления, связанные с квантовой природой света

1. Поглощение света веществом.При прохождении световой волны через вещество, энергия света