Bernard Zi etek LASERY

Transkrypt

1 Uniwersytet Miko aja Kopernika Bernard Zi etek LASERY Wydanie II rozszerzone i poprawione Toruń 2009

2 SPIS TREŚCI PRZEDMOWA 1 PRZEDMOWA DO WYDANIA I 2 SPIS NAJWA ZNIEJSZYCH SYMBOLI 8 I. WSTEP 12 II. ŚWIAT O LASEROWE Wst ep Rozbie zność wi azki Monochromatyczność Moc, g estość mocy i luminancja Spójność W aściwości statystyczne Literatura 38 III. ABSORPCJA I EMISJA ŚWIAT A Wst ep Równania kinetyczne Szerokość linii spektralnej Poszerzenie jednorodne Poszerzenie niejednorodne Pro l Voigta Inne przyczyny poszerzenia linii widmowych Schemat dwupoziomowy Schemat trójpoziomowy Schemat czteropoziomowy Uzupe nienia Energia atomów wieloelektronowych Energia czasteczek 62 V

3 7.3. Wspó czynniki Einsteina Rozk ad Plancka Poszerzenie naturalne linii emisji (jednorodne) Poszerzenie dopplerowskie linii emisji (niejednorodne) Ewolucja w czasie obsadzeń stanów laserowych Literatura 79 IV. WZMOCNIENIE I WZMACNIACZE ŚWIAT A Wst ep Wspó czynnik wzmocnienia Linie jednorodnie poszerzone Nasycenie wzmocnienia Pasmo wzmocnienia Przesuni ecie fazy Wzmocnienie a nat e zenie sygna u wzmacnianego Stabilizacja nat e zenia Linie niejednorodnie poszerzone Wspó czynnik wzmocnienia Spektralne wypalanie dziur Wzmacnianie impulsów Szum wzmacniaczy optycznych Pomiar wspó czynnika wzmocnienia Literatura 109 V. REZONATORY OPTYCZNE Wst ep Dobroć rezonatora Rezonator Fabry Perota P aski rezonator Fabry Perota Stabilność rezonatorów Straty dyfrakcyjne Mody rezonatora optycznego Mody pod u zne Mody poprzeczne Wiazki gaussowskie w rezonatorach Rezonator trójzwierciad owy Rezonatory pierścieniowe Rezonatory selektywne Selekcja modów poprzecznych Selekcja modów pod u znych Rezonatory laserów pó przewodnikowych 153 VI

4 10. Rezonatory astabilne Rezonatory falowodowe Rezonatory sferyczne Uzupe nienia Elementy techniki rezonatorów Zwierciad a dielektryczne Zwierciad a przeciwodblaskowe Zwierciad a z zakresu EUV i XUV Kat Brewstera Kontrola polaryzacji świat a Odbiciowe siatki dyfrakcyjne P ytka Brewstera Filtr Lyota Dioda optyczna Wiazki gaussowskie Przybli zenie wolno zmiennej obwiedni I Wiazka gaussowska Transformacja przez uk ad optyczny Wiazki wy zszych rz edów Wyznaczanie parametrów wiazki gaussowskiej Rezonatory wielozwierciad owe Literatura 223 VI. AKCJA LASEROWA Wst ep Próg akcji laserowej G estość fotonów we wn ece Równania kinetyczne lasera Hydrauliczny model strat i progu Rozwiazania stacjonarne Szerokość spektralna linii Przestrzenne wypalanie dziur Przeciaganie modów Optymalizacja mocy lasera Lasery liniowe Ma e wzmocnienie Du ze wzmocnienie Lasery pierścieniowe Wn ekaodu zej dobroci Du za straty i du ze wzmocnienie Stabilizacja pracy lasera Stabilizacja cz estotliwości 266 VII

5 11.2. Stabilizacja nat e zenia Dynamika generacji świat a Oscylacje relaksacyjne Amplitudowa wewn etrzna modulacja laserów Impulsy gigantyczne Metody zmian dobroci wn eki Opis generacji gigantycznej Modulacja wn eki o du zej dobroci Synchronizacja modów pod u znych Ośrodki niejednorodnie poszerzone Ośrodki jednorodnie poszerzone Metody realizacji synchronizacji modów Synchronizacja modów poprzecznych Impulsy femtosekundowe Generacja impulsów femtosekundowych Dyspersja i jej kompensacja Kompresja impulsów Selekcja pojedynczego impulsu Diagnostyka impulsów femtosekundowych Pomiar czasu trwania impulsu Pe na diagnostyka impulsów femtosekundowych Wzmacniacze laserowe Uzupe nienia Generacja impulsów attosekundowych Generacja wy zszych harmonicznych Diagnostyka impulsów attosekundowych Literatura 366 VII. LASERY GAZOWE Wst ep Pompowanie laserów gazowych Wy adowanie w gazach Mechanizmy pompowania laserów gazowych Laser He-Ne Lasery jonowe Laser argonowy Lasery rentgenowskie Lasery plazmowe Lasery czasteczkowe Laser CO Lasery ekscymerowe 399 VIII

6 6.3. Lasery gazodynamiczne Lasery chemiczne Uzupe nienia Widma czasteczek Lasery na gazach szlachetnych Lasery na jonach metali Lasery na zdysocjowanych czasteczkach Laser azotowy i wodorowy Literatura 424 VIII. LASERY BARWNIKOWE Wst ep Pompowanie laserów cieczowych Równania kinetyczne Próg ciag ej pracy lasera barwnikowego Lasery z roz o zonym sprz e zeniem zwrotnym Uzupe nienia Wp yw otoczenia na luminescencj e roztworów Literatura 451 IX. LASERY NA CIELE STA YM Wst ep Pompowanie laserów na ciele sta ym Pompowanie lampami b yskowymi Pompowanie diodami laserowymi Pompowanie lampami a diodami laserowymi Metody pompowania Lasery na metalach przejściowych Laser rubinowy Laser aleksandrytowy Laser tytanowo-sza rowy Lasery na trójwartościowych ziemiach rzadkich Laser neodymowy Lasery świat owodowe Wst ep Laser Nd Laser Er Laser Pr Synchronizacja modów Mikrolasery Lasery z mikrown ekami Lasery sferyczne 495 IX

7 6. Lasery na ośrodkach nieuporzadkowanych (NON) Cechy laserów NON Zastosowania laserów NON Lasery na centrach barwnych Uzupe nienia Elementy teorii świat owodów Wst ep Model zygzakowy Teoria falowa świat owodów cylindrycznych W aściwości transmisyjne Zwierciad a i prze aczniki p etlowe Wzmacniacze świat owodowe Wzmacniacze erbowe Świat owodowe wzmacniacze Ramana Literatura 551 X. LASERY PÓ PRZEWODNIKOWE Wst ep Podstawowe w aściwości pó przewodników Elektrony i dziury. Masa efektywna Z acze p-n Rekombinacja dziura elektron Emisja spontaniczna (rekombinacyjna) Wzmocnienie w pó przewodnikach Prad progowy lasera pó przewodnikowego Równania kinetyczne Dynamika laserów pó przewodnikowych W aściwości promieniowania lasera pó przewodnikowego Widmo emisji Rozk ad przestrzenny promieniowania Lasery diodowe (homoz aczowe) Lasery heteroz aczowe Lasery niebieskie i UV Lasery niskowymiarowe Lasery typu VCSEL Lasery z roz o zonym sprz e zeniem zwrotnym Uzupe nienia G estość stanów elektronów i dziur 608 X

8 G estość stanów w pó przewodnikach obj etościowych G estość stanów w dwuwymiarowych strukturach pó przewodnikowych Wp yw temperatury na prad progowy Teoria fal sprz e zonych Literatura 619 XI. LASERY NA SWOBODNYCH ELEKTRONACH Wst ep Promieniowanie swobodnego elektronu Zasada dzia ania FEL Laser helikalny Ruch elektronu w wigglerze Wzmocnienie Stan obecny Literatura 646 XII. ELEMENTY OPTYKI NIELINIOWEJ Wst ep Nieliniowość drugiego rz edu Generacja drugiej harmonicznej Mieszanie trzech fal Dopasowanie fazowe Nieliniowość trzeciego rz edu Wymuszony efekt Ramana Wymuszone rozpraszanie Brillouina Optyczny efekt Kerra Samogniskowanie Samomodulacja fazowa Skrośna modulacja fazy Solitony przestrzenne Solitony optyczne Nieliniowe równanie Schrödingera Solitony wy zszych rz edów Solitony ciemne Procesy parametryczne Mieszanie czterech fal Wzmocnienie parametryczne Uzupe nienia Przybli zenie wolnozmiennej obwiedni Literatura 704 XI

9 XIII. WYBRANE ZASTOSOWANIA Grzebień optyczny Ch odzenie laserowe Szczypce i klucze laserowe Szczypczyki laserowe Klucze laserowe Elementy transmisji świat owodowej Wst ep Systemy kodowania Szybkość transmisji Plamkowanie Typy plamek Rozk ad plamek Fotogra a plamkowa Interferometria plamkowa Anemometria laserowa Model dopplerowski Efekt Dopplera Rozpraszanie na skrzy zowanych wiazkach Model pra zkowy Laserowa separacja izotopów Literatura 745 XIV. BEZPIECZEŃSTWO PRACY Z LASERAMI Wst ep Podzia na klasy Normy bezpieczeństwa Literatura 755 INDEKS 757