НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(НИЯУ МИФИ)
Факультет: Автоматика и электроника
Кафедра: Микро- и наноэлектроника
Предмет: Компьютерный практикум Нанотехнологии для всех
Законы квантового мира Группа: А4-09 Подготовил: Власов А.В. Преподаватель: доцент Лапшинский В. А. Дата: 27.03.2010 Содержание 1. Введение...................................................3
2. Глоссарий..................................................4
3. Структура атома.........................................4
4. Принцип работы лазера................................4
5. Свойства лазерного излучения......................6
6. Области применения лазеров........................6
7. Заключение................................................7
8. Список используемой литературы..................8 Введение Данная работа посвящена законам квантовой физики. В ней рассматриваются строение атома, принцип работы простейших лазеров, свойства лазерного излучения и области применения лазеров. Глоссарий
“Квант” в переводе с латинского означает “наименьшее количество”, на которое может измениться дискретная (прерывистая) физическая величина.[1]
Гипотеза Планка: атомы вещества могут испускать свет, но не непрерывно, а в виде отдельных порций (квантов). Энергия отдельного кванта пропорциональна частоте световой волны:
Е= ћ•ʋ
где Е – энергия кванта света, называемого также фотоном;
ʋ – его частота;
ћ – 1,054•10_34 Дж•с – постоянная Планка.[2]
Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): электроны в атоме могут обладать лишь определенными (разрешенными) значениями энергии, другими словами - находиться на определенных энергетических уровнях, образующих дискретный энергетический спектр атома.
Второй постулат Бора (правило частот): при определенных условиях электроны могут переходить с одного уровня на другой (или с одной орбиты на другую), поглощая или испуская фотон.[3] Структура атома
С точки зрения классических законов физики непонятна устойчивость атома и линейчатый характер атомных спектров. К началу XX века опыты показали, что электроны представляют собой отрицательно заряженные частицы, являющиеся составной частью атома. Электрический ток является ни чем иным, как упорядоченным движением электронов вдоль металлического провода, и в этом смысле электрон есть квант электричества. Исходя из этого, Э. Резерфорд предложил в 1910 г планетарную модель атома, в которой отрицательно заряженные электроны вращаются как планеты вокруг центрального положительно заряженного ядра, притягивающего их подобно Солнцу (напомним,
что заряды одинаковых знаков отталкиваются, а противоположных - притягиваются).[1] Принцип работы лазера
При переходе атома из основного состояния, которому соответствует более низкий энергетический уровень, в возбужденное (где энергия, соответственно, выше) происходит поглощение фотона веществом с переходом на более высокий энергетический уровень.
Из возбужденного состояния электрон всегда стремится вернуться в основное, поэтому время его пребывания в таком состоянии чрезвычайно мало – наносекунда. Переход электрона на более низкий энергетический уровень сопровождается излучением кванта света. Такое самопроизвольное излучение принято называть спонтанным.
Однако существует и другой вид излучения, открытый Эйнштейном и называемый вынужденным, или индуцированным. Индуцированное излучение происходит тогда, когда электрон в возбужденном состоянии снова подвергается действию внешнего электромагнитного излучения. При этом электрон переходит на более низкий энергетический уровень, испуская фотон, когерентный (идентичный по энергии и направлению) фотону, спровоцировавшему данный переход.
Таким образом, при индуцированном излучении мы уже имеем два абсолютно идентичных (когерентных) фотона, двигающихся в одном направлении.
Такая схема получения когерентного (синхронного и синфазного) излучения впервые предложена в 1939 г. советским ученым В.А. Фабрикантом и получила название лазер. Слово является аббревиатурой от английской фразы: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER) — усиление света с помощью вынужденного излучения.
Свойства лазерного излучения
Излучение лазера представляет собой поток летящих почти параллельно одинаковых фотонов. Это придает ему ряд важных особенностей.
Свойства
1. Очень малая расходимость лазерного излучения. Если, например, диаметр лазерного пучка 1 см, а длина волны 5•10-5 см, то угол расходимости составит всего 0,003°, то
есть, фактически, получаем параллельный поток излучения.
2. Лазерное излучение обладает высокой монохромностью, т. е. имеет практически одну единственную частоту и соответствующую ей одну единственную длину волны. Это объясняется тем, что у всех фотонов в лазерном луче одинаковая энергия.
3. Можно в широких пределах управлять длительностью излучения от сколь угодно длительных до сверхкоротких (вплоть до 10-15с) импульсных вспышек. Импульсы такой малой длительности имеют в пространстве ничтожно малую длину и огромную мощность.
Области применения лазеров
- техника - применяются для сварки, резки и плавления металлов
- медицина - бескровные скальпели при лечении разных болезней
- оптоволоконные линии связи - передача и обработка большого объема информации
- оргтехника - считывание информации с компакт-дисков в каждом компьютере и проигрывателе
- ядерное производство - применяют для нагрева плазмы, пытаясь решить проблему управляемого термоядерного синтеза
В настоящее время созданы лазеры, генерирующие излучение в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазоне длин волн.
Заключение Эта работа была посвящена основному направлению нанотехнологии – квантовой физики. Особую актуальность эта тема имеет из-за того, что современный мир сейчас невозможно представить без нанотехнологий. Перспективы развития нанотехнологий в нашей стране плачевны, т.к. Россия отстает в развитии данных технологий от развивающихся стран Европы и Азии примерно на 15 лет!!! Используемая литература 1. Рыбалкина М. Нанотехнологии для всех. Большое в малом. М.- 2005 2. Wikipedia.ru Источник: Рыбалкина М. Нанотехнологии для всех. Большое в малом. М.- 2005 | 
