LASER - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, zesílení světla pomocí stimulované emise záření. Roku 1958 ukázal Charles Hard Townes spolu s Arthurem Leonardem Schawlowem, že je možné zkonstruovat podobné zařízení jako již existující MASER (pracuje v mikrovlnné oblasti) také pro světlo. První laser zkonstruoval Theodore Harold Maiman v roce 1960. Aktivním prostředím byly ionty chrómu v syntetickém rubínovém krystalu.
Interakce Světla a Atomů
Světlo interaguje s atomy prostřednictvím světelných kvant. Světlo se skládá z fotonů. Foton je základní kvantum energie elektromagnetického záření, polní částice elektromagnetické interakce. Má nulovou klidovou hmotnost a nemá elektrický náboj. Jeho energie a hybnost jsou přímo úměrné frekvenci záření (E = ħω, p = E/c). Stav fotonu zahrnuje také polarizaci, protože jde o příčné vlnění. Kvantování energie poprvé zavedl Max Planck při pokusech o vysvětlení záření černého tělesa. Albert Einstein dal těmto kvantům reálný význam v roce 1905 při vysvětlení fotoelektrického jevu.
Různé barvy světla odpovídají fotonům s různými energiemi. Foton má frekvenci a nepřímo úměrnou vlnové délce záření. Foton je vlnění s určitou amplitudou a frekvencí. Energie je správná, je určeno vnitřní strukturou atomu, jeho tzv. hladinami. Pokud se atom pohybuje, můžeme vnímat poněkud odlišnou barvu světla.
Předaná hybnost má při absorpci směr šíření světelného paprsku, ale při samovolném vyzáření fotonu je náhodná. Pokud se atom pohybuje vhodnou rychlostí proti světelnému paprsku a vidí zvýšenou frekvenci, začne absorbovat fotony. Jedině v případě, že se atom pohybuje vhodnou rychlostí proti světelnému paprsku a vidí zvýšenou frekvenci, začne absorbovat fotony.
Princip Laserového Brzdění (Chlazení)
Laserové ochlazování - technika využívající k ochlazování atomů laserového světla s vlnovou délkou nepatrně nižší než je charakteristický elektronový přechod v atomu. Toto „podladění“ má za následek, ža atomy absorbují větší množství fotonů, pokud se pohybují směrem ke zdroji, než pokud se pohybují od zdroje. Při interakci s fotonem atom ztrácí odpovídající hybnost ve směru zdroje světla. Při následném vyzáření fotonu sice hybnost opět získá, ale v náhodném směru.
Čtěte také: Základy rentgenového zobrazení
Je zapotřebí, aby foton nesl správnou energii. Předá atomu svou hybnost; k tomu je ovšem třeba, aby foton nesl správnou energii. Pokud je energie správná, je určeno vnitřní strukturou atomu, jeho tzv. hladinami. Pokud foton narazí na atom, je foton absorbován a po velmi krátké chvíli opět vyzářen - emitován. A právě tento tzv. Dopplerův jev způsobuje, že atomy pohybující se směrem ke zdroji vnímají správně frekvenčně posunuté.
Zpravidla se používá šest laserů ve směru a proti směru tří souřadnicových os. Ať se atom vydá kamkoli, vždy proti němu bude svítit laser se správně posunutou frekvencí. Mnohonásobným opakováním lze shluk atomů ochladit na nanokelvinové teploty. Ať se atom vydá kamkoli, vždy proti němu bude mířit některý ze zpomalujících paprsků.
Pokud se atom pohyboval hustým medem, tento jev se nazývá „optický sirup“. I ty nejstudenější atomy neustále absorbují a emitují fotony, a to jim uděluje malý, ale konečný zpětný ráz. Jejich rychlost zůstává nenulová.
Magneto-Optická Past
Magneto-optická past je zařízení, které umožnilo atomy zachytit (většina atomů se chová jako malý magnet). Proto se přidává nehomogenní (prostorově proměnné) magnetické pole s intenzitou klesající směrem do středu pasti. Magnetické pole je vytvářeno dvěma cívkami protékanými proudem v opačných směrech. Vytváří se tak past, která současně umožňuje vstup šesti chladicích laserových svazků.
Využití Superchladných Atomů
Superchladné atomy, atomy blízkou absolutní nule, mají široké uplatnění. Poté se měří změna pohybu těchto zmrazených atomů způsobená zrychlením. Měření změny pohybu atomů je velmi obtížným a omezuje množství informací, které lze o atomech získat. Nicméně, na rozdíl od mechanických vlastností s časem, je technologie v atomárním měřítku mnohem přívětivější.
Čtěte také: Základní Principy
Ty lze potom využít k laserovému ochlazování atomů pro kvantové technologie. Kvantová interference - skládání amplitud pravděpodobnosti několika možností vývoje systému. Amplitudy se mohou vyrušit, potom hovoříme o destruktivní interferenci. Pravděpodobnosti dějů jsou druhou mocninou součtu amplitud pravděpodobností jednotlivých možností.
Aplikace v Navigaci a Dalších Oblastech
GPS - globální polohovací systém, navigace pomocí družic umístěných na oběžné dráze Země. Oficiální název je NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System). navigace také hodila. Současné GPS navigace se při vynoření s až kilometrovou odchylkou. Akcelerometr - zařízení pro měření zrychlení. ke zjištění směru pohybu a vypočtení polohy.
Cílem je miniaturizace součástek včetně laserů, optiky a kontrolního systému. Zmíněno je i o využití v autech či mobilech dostupných běžným spotřebitelům. Aby jej mohla používat i pěchota, nejen ponorky či lodě.
Historický Kontext Objevu Fotonu
Albert Einstein začal považovat jako první kvanta elektromagnetického záření za skutečné částice. Přímý a přesvědčivý důkaz této částicové povahy fotonů (kvant elektromagnetického záření) podal až v roce 1922 americký fyzik Arthur Holly Compton (1892 - 1962, Nobelova cena v roce 1927), který experimentoval s tvrdým rentgenovým zářením o vlnové délce 0,07 nm, jehož kvanta mají vysokou energii.
Čtěte také: Důsledky exponenciálního zrychlení emisí
tags: #elektron #zrychlení #foton #emise #princip
Oblíbené příspěvky:
Kontakt
Zelaná Hrebová, z.s.
[email protected]
IČ: 06244655
Paskovská 664/33
Ostrava-Hrabová
72000
Bc. Jana Veclavaková, DiS.
tel. 774 454 466
[email protected]
Jaena Batelk, MBA
tel. 733 595 725
[email protected]