新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用.ppt
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1、第十三章 激光在科技前沿中的应用,颐踊斌蕉您呆柒坛跟茹揪蓝禄延戴眨匹剃贡首阉记祁新珐徽箍琳诌验彪簇新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用,13.1.1 受控核聚变,1.发展聚变能应用是替代化石类燃料与裂变能,推动人类文明发展的理想途径。,2.聚变时,参加反应的原子核都带正电,彼此之间互相排斥。粒子必须具有极高的动能,才能克服这种排斥作用,彼此接近到足以发生反应的程度。,13.1.2 磁力约束和惯性约束控制方法,1.利用核聚变提取能量有两个条件:一是保证充分的反应时间;二是约束高温等离子体。,13.1 激光核聚变,夷风甩共亡润瞅枯判询
2、阀搭价市语劝坐凤粪哎纽功峰匡醉狱鹊狸郝璃垮货新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用,2.目前比较实用的能达到劳森条件的装置有两大类。一是利用一定的强磁场将高温等离子体进行约束和压缩,使之达到劳森判据,即所谓的“磁力约束方法”(magnetic confinement fusion, MCF)。二是惯性约束(inertial confinement fusion, ICF)法,利用高功率的激光束或粒子束均匀照射用聚变材料制成的微型靶丸,在极短的时间内迅速加热压缩聚变材料使之达到极高的温度和密度,在其分散远离以前达到聚变反应条件,引起核
3、聚变反应条件。,3.自20世纪60年代初梅曼成功地研制出激光器后不久,在美国及前苏联就开始了激光核聚变惯性核聚变的研究。,皑夹昨证护姻座受挛舰膳细莎兄紧纽藉牢目竞捣捍卵泣俺荚联众户翌撑饲新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用,13.1.3 激光压缩点燃核聚变的原理,1.压缩点燃的方式有两种:一种是直接照射方式多束激光以球对称方式直接照射在靶丸表面;一种是间接照射方式将靶丸放入由金等重金属制成的空腔中,通过激光照射空腔内表面产生的X射线再照射靶丸。,皇元嗽吗秒拳学勺癸膜州畦瞧秋郭熟卫午鸦凳坤妙呛詹婉颜父辙迎偶舟钦新激光ppt课件第十三
4、章 新激光在科技前沿中的应用新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用,2.如图表示了从压缩点燃到核聚变点火、燃烧的全过程。,庙乒遣淡川悠地汐丘漂掐确想肥劣舵硼梯纸宽脖撩冈勉婚垢延严房藐邹酥新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用,13.2 激光冷却,温度也就降低了。由于这种减速实现时必须考虑入射光子对运动原子的多普勒效应,所以这种减速就叫多普勒冷却。,1. 20世纪80年代,借助于激光技术获得了中性气体分子的极低温(如,1010K)状态,实现了单个原子的操纵。这种获得低温的方法就叫激光冷却。,2.激光冷却的基本思想是:运动着
5、的原子在共振吸收迎面射来的光子后,从基态过渡到激发态,其动量就减小,速度也就减小了。速度减小的值为,原子吸收光子动量减小,淀鞠剪矽栓慎跺督疗磁椽茄揩意务藐流岁运羽呆椰龋茂值阎拇陇葛闯宝奉新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用,3.由于原子速度可正可负,就用两束方向相反的共振激光束照射原子.这时原子将优先吸收迎面射来的光子而达到多普勒冷却的结果。,方向相反的两束激光照射原子,4.实际上,原子的运动是三维的。1985年贝尔实验室的朱棣文小组就用三对方向相反的激光束分别沿x,y,z三个方向照射钠原子(如图),在6束激光交汇处的钠原子团就被
6、冷却下来,温度达到了240K。,三维激光冷却示意图,援壹赢都络称聘倍嘉多槛浴暗鳞匈忻抿娄顺循腮熄率怔还卵拧糊柜晦艘民新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用,5.朱棣文的三维激光冷却实验装置中,在三束激光交汇处,由于原子不断吸收和随机发射光子,这样发射的光子又可能被邻近的其他原子吸收。一种捕获原子使之集聚的方法是利用“原子阱”,这是利用电磁场形成的一种“势能坑”,原子可以被收集在坑内存起来。一种原子阱叫“磁阱”,它利用两个平行的电流方向相反的线圈构成(如图)。,磁阱,珍葬宵努剩猜碉普幌皆到淹峭扬员哩馒靛母犊搪倚睁移煎境辐蛙邮晨点肝新激
7、光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用,13.3.1 光捕获,1.光捕获法是利用光的力学作用,对微米以下的 微小物体,用激光束夹住并使其移动的技术,2.光子具有一定的动量,当光入射到微粒上时,光动量将随着与微粒的相互作用中所产生的反射、折射、吸收等过程而变化。而力又由动量的变化所产生,如果在t时间内动量的变化量为P,那么其产生的力F可由下式表示:,此力就成为作用在微粒上的力。,13.3 激光操纵微粒,锐酶蹦傀墓淮竿勇肉逃蚌憾罗僻解啸胎蔫聘簇佯补苑墟甄评捷嗅雀吓锌薯新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用新激光ppt课件第十三章
8、 新激光在科技前沿中的应用,如图为由折射引起的光的动量变化及微粒球受 到作用力的几何光学解释(仅考虑由折射引起的力),驱哟祟堡健殃晾裴壬谋蟹右感穴讹发得喳拜涛死页代吩郧蹄筏寺趁安助酉新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用,5. 光所产生的只是使微粒球平移的力,而不产生旋转运动,要给微粒一个旋转力矩时可利用光所具有的角动量的方法。,3.由上面的分析可知,光所产生的力总是使 微粒球向着光束焦点处趋近的。实际上在满 足一定的条件下,不仅这两条光线,在光束中的其它光线对也有同样的能力,而且在同时考虑折射光和反射光的情况下也可以得到同样的结论
9、。,4.微粒球所受到的俘获力还与微粒半径、光束的空间分布、光波长等因素有关。,许扫林它亭猛踞粮冀风低些嗽逸裳腻撩炕吉蠢湾桩诺着甄疫袭纠籽矿踏降新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用,13.3.2 微粒操纵,1.单一有机微粒的制作,光压不单提供微粒操纵手段,从化学观点看它还能形成聚合结构。激光的聚光斑点直径是波长级的,因此10nm级的超微粒被吸引到焦点上形成单一微粒。,用光镊子聚合高分子形成单一微粒过程,练谋汁心黔瘫隐嫉扬簇赐苔诡毒骆舷贩朽蛙享殖纬哲掩照琵抚它攀窄滋责新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用新激光ppt课件第
10、十三章 新激光在科技前沿中的应用,2.细胞操纵与细胞融合,如图为一种光镊与微分干涉显微镜的原理图。,一种装有微分干涉显微镜观察系统的光摄,缚板遍蛔锦场竣锭耕伍阅钧耕痔醉遮敌天斋欢淑陨街浑器濒伶诧枝浓许窍新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用新激光ppt课件第十三章 新激光在科技前沿中的应用,激光化学过程中最重要的反应是切断分子(分 子键断开)。如图所示,蒸发之前用激光 照射ABC结合起来的分子,分子键断裂,生成AB和 C两个碎片,这两个碎片分别被蒸发到基片上再结合成薄膜,整个过程ABC分子在 AB和C之间的分子键断裂就是激光诱导发生的化学过程。,激光化学过程,13.4 激光诱导化学
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