Оптичні квантові генератори-лазери” модуль основні поняття І закони електромагнетизму оптики, квантової та ядерної фізики

Вид материала

Закон

Содержание 2. Навчальні цілі 3. Матеріали доаудиторної самостійної роботи 4. Матеріали для аудиторної самостійної роботи Завдання для самостійної практичної роботи.

Подобный материал:

• Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки І електронної техніки, 129.25kb.
• Всеукраїнський відкритий конкурс рефератів з ядерної енергетики та ядерної фізики Конкурсна, 275.18kb.
• Всеукраїнський відкритий конкурс рефератів з ядерної енергетики та ядерної фізики Конкурсна, 356.44kb.
• На основі квантової механіки були створені сучасні уявлення про будову й оптичні властивості, 1139.5kb.
• Формат опису модуля назва модуля: Волоконно-оптичні перетворювачі Код модуля, 17.97kb.
• Конспект лекцій для студентів спеціальностей 050400 «Туризм», 1848.5kb.
• Назва модуля: Квантова механіка, 79kb.
• Основні форми І закони абстрактно-логічного мислення І. Поняття Загальна характеристика, 374.33kb.
• Програма Комплексного вступного іспиту на окр «Спеціаліст», 814.3kb.
• І. Поняття діалектики, її основні принципи. ІІ. Наївна стихійна діалектика стародавніх, 968.42kb.

“Затверджено”

на методичній нараді кафедри

медичної і біологічної фізики

“___”___________2008 р. (Протокол №___)

Завідувач кафедри

професор Шаплавський М.В.

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ № 13

для організації самостійної роботи студента на тему

“Оптичні квантові генератори-лазери”


МОДУЛЬ 3. Основні поняття і закони електромагнетизму оптики, квантової та ядерної фізики


Змістовий модуль 8. Елементи фотобіології та квантової механіки


Чернівці, 2008


1. Актуальність теми:

Біологія і медицина взяли на озброєння лазер як засіб проникнення в мікросвіт клітин, їх ядер, хромосом і окремих генів, як спосіб лікування деяких очних хвороб і злоякісних новоутворень, як інструмент безкровної хірургії і т.д.

В розвитку лазерної техніки зацікавлені енергетики, геологи, спеціалісти в області радіотехніки і зв'язку, космонавтики, спектрального аналізу, метрології, кінематографісти, будівельники і багато інших галузей народного господарства. Тому в XXI столітті лазерна техніка займе особливий напрямок, призначений для створення принципово нових технологій, забезпечення автоматизації, удосконалення зв'язку, тобто для забезпечення прискорення економічного і соціального розвитку України.

2. Навчальні цілі:

Студент повинен знати:

• визначення спонтанного і індукованого випромінювання;
  
• принцип підсилення світла при допомозі індукованого випромінювання;
  
• використання лазерного випромінювання в діагностиці;
  
• використання лазерного випромінювання в терапії.
  

Студент повинен вміти:

• оволодіти умінням визначати довжину хвилі лазера і розміри еритроцитів за допомогою лазера
  
• дотримуватися техніки безпеки при користуванні лазерним випромінюванням;
  

3. Матеріали доаудиторної самостійної роботи:

Базові знання.

1. Визначення когерентності.
   
2. Інтерференція світла.
   
3. Дифракція світла.
   
4. Закон поглинання світла Бугера-Ламберта.
   
5. Постулати Бора.
   

Питання для самостійної підготовки:

І.Оптичні переходи:

1. спонтанні (самовільні) переходи;
   
2. індуковані (вимушені) переходи;
   
3. правила відбору.
   

II.Принцип підсилення світла:

1. рівноважна термодинамічна система;
   
2. аналіз закону Бугера-Ламберта:
   

а) послаблення світла (К>0);

б) відсутність поглинання (К=0);

в) підсилення світла (К<0);

г) залежність показника поглинання для двохрівневої системи
атомів від зайнятості рівнів;

3) поняття інверсійного стану.

III. Лазери - оптичні квантові генератори:

1. визначення лазера;
   
2. принцип роботи лазера, принцип накачування,
   
3. функціональна схема лазера;
   
4. види лазерів;
   

а) газові;

б) твердотільні, -напівпровідникові;

в) рідинні.

IV. Властивості лазерного випромінювання:

1. монохроматичність;
   
2. когерентність;
   
3. направленість;
   
4. велика густина енергії.
   

V. Біофізичні механізми дії лазерного випромінювання на тканини
живого організму:

1. визначення біологічної дії;
   
2. суть біологічної дії:
   
3. вибірковість;
   
4. термічний ефект;
   
5. світловий ефект;
   
6. електрострикція;
   
7. утворення в межах клітини мікрохвильового електромагнітного
   поля.
   

VI. Роль вітчизняних вчених у відкритті лазерів.

Основна література:

1. Боєчко В.Ф., Григоришин П.М., Зав’янський Л.Ю., Кримова Т.О., Микитюк О.Ю., Огороднік А.Д., Слободян О.В., Федів В.І., Шаплав-ський М.В. Основи медичної та біологічної фізики.- Чернівці: СПД “Лівак Д.М.”, 2005, 236 с., §§68

2. Боєчко В.Ф., Огороднік А.Д, Мислицький В.Ф., Кримова Т.О., Зав’янський Л.Ю., Федів В.І. “Методичні вказівки до лабораторного практикуму з медбіофізики” (видання друге, виправлене і доповнене). Навчальний посібник для студентів I курсу мед академії, - Чернівці, БДМА, 2001, 120 с.

Додаткова література:

1. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика.- Москва: Высшая школа, 1987г.

2. Ливенцев Н.М. Курс физики. Изд. 6-ое, доп.- Москва: Высшая школа, 1978г.

4. Матеріали для аудиторної самостійної роботи:

Оснащення заняття: лазер ЛГ-105, набори для поляризації і диф­ракції світла, еритрометр, мазок крові.

Завдання для самостійної практичної роботи.

Завдання І, Ознайомлення з роботою лазера і проведення демон­страцій з поляризації і дифракції.

1. Лінійна поляризація випромінювання лазера.

2. Дифракція:

а) дифракція світла на хаотично розміщених частинках;

б) дифракція світла на щілині змінної ширини;

в) дифракція світла біля прямолінійного краю непрозорого екрану;

г) дифракція світла на непрозорій кулі, круглих отворах і тонкому дроті.

ЗавданняІІ. Визначення довжини хвилі лазерного випромінювання за допомогою дифракційної гратки

Схема досліду показана на малюнку:




Тут Л - лазер; ДГ - дифракційна гратка; Е - екран. Згідно рисунка

де - кут дифракції К-го головного максимуму;

S_K -відстань між головними дифракційними максимумами +К-го і –К-го порядків;

L- відстань від дифракційної решітки до екрана. Умова головних максимумів в дифракційній картині решітки визначається формулою ґратки:



(d - постійна ґратки, на робочому місці вказано ії числове значення),

звідки

Так як при малих кутах

то

Направити промінь лазерного випромінювання через дифракційну гратку на екран. Виміряти на екрані відстань S_K між дифракційними максимумами +К-го і -К-го порядків і відстань L поміж екраном і дифракційною решіткою. Обчислити довжину хвилі випромінювання лазера за формулою:



Обчислити відносну і абсолютну похибки:



Записати кінцевий результат:



Завдання ІІІ. Експериментальне визначення діаметра еритроцитів.

Вимірювання лінійних розмірів еритроцитів називається еритрометрією. Прилади для вимірювання діаметрів еритроцитів за принципом дії можуть бути поділені на три групи :

а) засновані на визначенні оптичної густини суспензії клітин;

б) засновані на визначенні електричного опору ;

в) засновані на використанні явища дифракції світла при проходжені його через тонкий мазок крові, що служить оптичною граткою.

В третьому способі методика вимірювань описана Кочмариком Е.В. і Каликовим В.М. полягає у вимірюванні діаметрів еритроцитів, з використанням променя лазера.

Монохроматичний, добре колімований і просторово когерентний світловий промінь, що випромінює лазер, дає можливість безпосередньо спостерігати дифракцію світла на круглих частинках. Для одержання доброго бачення дифракційної картини треба помістити на шляху світлового пучка багато хаотично розміщених однакових частинок. При одночасній присутності в перерізі світлового пучка багатьох частинок кутовий розпо­діл дифрагованого світла, що створюється кожною частинкою зокрема, не порушиться, якщо нема систематичного інтерференційного ефекту поміж світловими пучками, що дифрагують на різних частинках. Якщо в пло­щині поперечного перерізу світлового пучка частинки розміщені цілком хаотично, то в силу рівної імовірності всіх значень фаз, що дифрагують в кожному напрямку хвилі, додаватися будуть інтенсивності світлових пуч­ків, що дифрагують на різних частинках. Дифракційна картина від N частинок підсилиться за інтенсивністю в N разів в порівнянні з дифракційною картиною від окремої частинки, але не змінює своєї структури.

На столик розміщують підставку, на якій закріплена вертикально скляна пластинка, покрита шаром крові. На екрані можна спостерігати систему концентричних темних і світлих дифракційних кілець, що оточують світлий круг. Так як в даній установці після частинок, що викликають дифракцію, не встановлений об'єктив і використовується безпосередньо віддалений екран, дифракційні кільця отримуються широкими. Кутові радіуси темних кілець задовольняють умовам:



де r - радіус частинок, що викликали дифракцію світла довжиною хвилі λ. Кутові радіуси світлих кілець задовольняють умові:



Для обчислення радіусу еритроцита нам необхідно обчислити sin , який визначається за формулою:



Звідки ;

де R₁, R₃- радіуси кілець.

L - відстань від мазка крові до екрану.

Порядок виконання.

1. Встановити мазок крові на еритрометрі.
   
2. Виміряти радіуси темних (1 і 3) кілець R₁ і R₃.
   
3. За формулою (5) обчислити sin і sin.
   
4. За формулами (6) обчислити радіуси еритроцитів r₁ і r₃
   
5. Обчислити середній радіус еритроцитів :
   

5. Матеріали післяаудиторної самостійної роботи

Завдання НДРС.

І. Написати реферат:

“Застосування лазерів в стоматології”.

ІІ. Обчислити густину випромінювання лазера за виміряною освітленістю.


Підготував ас. Остафійчук Д.І.