Anyag hullámtermészete

Az előadások a következő témára: "Anyag hullámtermészete"— Előadás másolata:

1 Anyag hullámtermészete

2 8,2875E-36 0,000736667 de Broglie-hipotézis
Az anyag hullámtermészete (de Broglie (1923)) (p=m*v) mekkora egy 3,6 km/h-val sétáló 80 kg-os ember hullámhossza ? 8,2875E-36 És mekkora egy 9*10-31 kg tömegű „sétáló” elektron hullám hossza ? 0,

3 Animáció 1 electron volt = E-19 joules

4

5

6 Animáció

7

8

9

10 A határozatlansági reláció igen szépen mutatja, hogy a makrofizikai fogalmak a mikrovilág leírására csak korlátozottan alkalmasak. A kapható válasz pontosságát a kísérleti körülmények eleve behatárolják. Egy fizikai mennyiség mérési pontosságának nem lesz elvi határa, ha a kísérleti körülményeket meg tudjuk úgy választani, hogy a mért mennyiség konjugált párja a mérés során határozatlan marad.

11 „Származékai”: Alagúthatás:

12 Laser: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
Spontán emisszió Az anyagokat gerjesztett állapotba hozhatjuk, pl. elektromossággal, melegítéssel, fénnyel és egyéb elektromágneses hullámokkal.

13 Abszorpció: Az atom fotonnal való ütközése során gerjesztett állapotba kerülhet, miközben a foton elnyelődik. (A foton az elektron(ok) potenciális energiájává konvertálódik.)

14 Indukált emisszió: Amikor egy gerjesztett állapotú atom mellett elhúz egy foton, akkor az atomot „leverheti” gerjesztett állapotából, miközben az alapállapotba visszaugró atom egy pontosan olyan tulajdonságokkal rendelkező fotont bocsát ki, mint amilyen foton leverte őt a gerjesztett állapotából. A keletkezett foton tehát megegyezik az őt keltő fotonnal a terjedési irányában, a hullámhosszában, a polarizációjában, fázisában.

15 Ez a három jelenség teszi lehetővé a lézerek működését.
van egy bizonyos térfogatnyi gázunk, pl. széndioxid gáz. Ezt a gázt nagyfeszültségű árammal gerjesztjük, aminek hatására a gázban megvalósul a spontán emisszió. indukált emissziót idéznek elő, vagyis gerjesztett atomokat vernek le a gerjesztett állapotukból -újabb fotonokat indukálva ezzel. Ha lézert akarunk építeni, akkor szükségünk van egy rezonátorra is, ami egyrészt gondoskodik a fotonoknak az aktív közegbe történő visszavezetéséről, másrészt pedig a teljesítmény kicsatolásáról. A rezonátor két tükörből áll. Ezeknek a tükröknek tökéletesen párhuzamosaknak kell lenniük egymással Animáció Sárga szöcske

16 A működés módja szerint megkülönbözetünk impulzusos, folytonos és kvázifolytonos lézereket. Impulzusos lézerek pl. a festéklézerek, a rubin lézer, az excimer lézer, stb. Folytonos lézerek széndioxid lézer, az argon ion lézer, a réz-halogenid lézer,… persze ezeknek a lézereknek van impulzusos és kvázifolytonos változatuk is. A lézereket számos szempont alapján csoportosíthatjuk. Ilyen szempontok: A kisugárzott hullámhossztartomány szerint megkülönböztetünk UV, látható, Infravörös (IR), Röntgen , stb. lézereket. Az aktív közeg halmazállapota szerint megkülönböztetünk szilárdtest, folyadék és gázlézereket. A kisugárzott fény intenzitása szerint megkülönböztetünk nagyintenzitású és kisintenzitású lézereket. Megállapodás szerint egy lézert nagyintenzitásúnak tekintünk I=106 W/cm2 intenzitás fölött. A gerjesztés módja (azaz a populáció inverzió előidézésének módja) lehet elektromos gerjesztés (ez a leggyakoribb), fénnyel való gerjesztés (pumpálás), rádióhullámokkal való gerjesztés, kémiai gerjesztés stb.

17 A kisugárzott teljesítmény szerint a lézereket lézerosztályokba sorolhatjuk.
I. Lézerosztály: Ide olyan alacsony teljesítményű lézerek tartoznak, amelyek normál működési körülmények között nem bocsátanak ki veszélyes sugárzást, mert teljesen zártak. (Vagy zárt dobozban működnek.) Ilyen lézereket alkalmaznak a lézer nyomtatókban, a CD lejátszókban, stb. II. Lézerosztály: Az ide tartozó lézerek fénye már kilép a dobozból, de a kisugárzott teljesítmény még nem éri el az 1mW-ot. Ennek ellenére, hogyha a lézerfény huzamosabb ideig éri a retinát, akkor akár látáskárosodást is okozhat. A szem automatikus pupillareflexe (aminek 0,25s a reakcióideje), azonban megvédheti a retinát a sérüléstől. II. Lézerosztályba tartozó lézerek pl. a lézer pointerek és a kisebb He-Ne lézerek. II.a Lézerosztály: Ezen lézerek fénye is kilép a dobozból, ezért az a szembe kerülhet. Kisugárzott teljesítményük kevesebb, mint 1mW, és csak 1000 másodpercnyi közvetlen megvilágítás után képesek a szemben maradandó károsodást okozni. Ilyen lézerek találhatók pl. a vonalkód olvasókban. III.a Lézerosztály: Ide a 1-5 mW közötti teljesítményű lézerek tartoznak. Ha a nyaláb csak kis ideig (másodperc törtrészéig) éri a szemet, akkor nem okoznak maradandó károsodást. Hosszabb behatás esetén vagy gyűjtőlencsén át nézve viszont nagy eséllyel károsítják a szemet. Ilyen lézer dobozán (vagy a szobában, ahol a lézert működtetjük) figyelmeztető táblát kell elhelyezni. Ezen a táblán fel kell hívni a használó figyelmét arra, hogy a lézerfényt mások szemébe irányítani nem szabad. Ilyen lézerek a nagyobb He-Ne lézerek, vagy a nagyobb teljesítményű lézer pointerek. III.b Lézerosztály: Olyan folytonos üzemű lézerek, amelyek teljesítménye 5mW és 500 mW között van s-os impulzusos lézerek közül azok tartoznak ide, amelyek kevesebb, mint 10J/cm2 energiasűrűségű nyalábot bocsátanak ki. Fényük közvetlenül a szembe jutva biztos látáskárosodást okoz. Még a szórt/falról visszavert fényük is veszélyes. Ezeket a lézereket előzetes instrukciók megadása után lézerekre vonatkozó biztonsági szabályok ismeretével nem rendelkező személy is működtetheti, persze csak védőszemüvegben! IV. Lézerosztály: Az ide tartozó lézerek folytonos üzemben 500 mW-nál nagyobb teljesítményűek vagy 0.25 s-os impulzusüzemben 10J/cm2-nél nagyobb energiasűrűséggel rendelkeznek. Az ezekből kilépő lézersugár veszélyes a szemre, a bőrre és tüzet is okozhat. (Ez még a visszavert/szórt fényükre is igaz.) Ilyen lézer pl. a CO2 (széndioxid) lézer.