wiat o mo e by rozumiane jako strumie fotonów albo jako fala elektromagnetyczna. Najprostszym przypadkiem fali elektromagnetycznej jest fala p aska

Transkrypt

1 G ÓWNE CECHY WIAT A LASEROWEGO wiat o mo e by rozumiane jako strumie fotonów albo jako fala elektromagnetyczna. Najprostszym przypadkiem fali elektromagnetycznej jest fala p aska - cz sto ko owa, - cz sto, - modu wektora falowego, - d ugo fali, - pr dko fazowa fali, - faza fali, - faza pocz tkowa. Cechy wiat a laserowego 1

2 Widmo promieniowania elektromagnetycznego Oddzia ywanie wiat a z materi Fizjologiczne, fotochemiczne, fotoelektryczne dzia anie wiat a wywo ane jest drganiami wektora fali elektromagnetycznej. Dlatego wektor nazywa si wektorem wietlnym. Si a oddzia ywania elektrycznego z adunkami jest znacznie wi ksza ni si a oddzia ywania magnetycznego. Dla elektronu Polaryzacja wiat a wiat o naturalne - wiat o, w którym drgania wektora wietlnego w ró nych kierunkach szybko i w sposób nieuporz dkowany zamieniaj si wzajemnie ( wiat o zdepolaryzowane). Cechy wiat a laserowego 2

3 Polaryzacja wiat a, cd wiat o spolaryzowane - wiat o, w którym drgania wektora wietlnego s w jaki sposób uporz dkowane Polaryzacja liniowa - rodzaj polaryzacji, kiedy drgania wektora wietlnego zachodz tylko w jednej przechodz cej przez promie p aszczy nie Wed ug nowej terminologii: P aszczyzna polaryzacji = p aszczyzna drga WIAT O LASEROWE A ZWYK E Energia fotonów Energia fotonu wygenerowanego przez laser jest taka sama jak energia fotonu o tej samej d ugo ci fali pochodz cego ze zwyk ego ród a wiat a. Kierunkowo promieniowania W konwencjonalnych ród ach wiat a równoleg o promieniowania ograniczona jest sko czonymi rozmiarami obszaru, gdzie wytwarzane jest wiat o Cechy wiat a laserowego 3

4 Kierunkowo promieniowania, cd Promieniowanie wychodz ce z lasera jest zazwyczaj z o one z ci gu fal o prawie idealnie p askich frontach falowych. Równoleg o wi zki laserowej jest ograniczona dyfrakcj. Dyfrakcyjna rozbie no wi zki zale y od rozmiaru apertury oraz od d ugo ci fali generowanego promieniowania. Rozbie no w p aszczy nie zawieraj cej o optyczn : - szeroko wi zki na wyj ciu lasera, - d ugo fali, - sta a o warto ci bliskiej jedno ci, której wielko zale y od rodzaju lasera i rezonatora. Rozbie no w k cie bry owym: - k t bry owy rozbie no ci wi zki, - powierzchnia apertury wyj ciowej lasera. Dyfrakcyjna rozbie no wi zki laserowej jest rz du pojedynczych sekund k ta (1" 4,85 mm/1 km). By z naturalnego ród a wiat a za pomoc optycznego kolimatora uzyska typow dla wi zki laserowej rozbie no, nale a oby u y uk adu o ogniskowej kilkudziesi ciu metrów. Przy takiej ogniskowej nat enie skolimowanego wiat a by oby znikome. Cechy wiat a laserowego 4

5 Monochromatyczno Dzi ki laserom mo na uzyska ekstremalnie w skie spektralnie linie o szeroko ci nieosi galnej innymi metodami. Szeroko widmowa typowych laserów mie ci si w zakresie od 1 MHz do 1 GHz (przy = 600 nm, 1MHz 1, nm). Np. dla lasera rubinowego przy dla zwyk ego wiat a fluorescencji rubinu. W specjalnych wykonaniach buduje si uk ady laserowe o szeroko ciach linii o kilka rz dów mniejszych. Dla porównania szeroko pasma promieniowania s onecznego jest rz du Hz. Niemo liwe jest jednak uzyskanie promieniowania ci le monochromatycznego. Wzgl dna czysto spektralna promieniowania laserowego okre lana jest przez stosunek, który mo e osi ga warto ci. Wysoki stopie monochromatyczno ci wiat a laserowego jest podstaw zastosowania go w telekomunikacji, spektroskopii, metrologii i innych dziedzinach nauki i techniki. Cechy wiat a laserowego 5

6 Spójno czasowa wiat a laserowego: d ugo spójno ci, czas spójno ci Spójno czasow wiat a mo na bada za pomoc interferometru Michelsona D ugo spójno ci - Warto krytyczna ró nicy dróg optycznych, przebytych przez obie wi zki, powy ej której przestaj one ze sob interferowa. Czas spójno ci: Czas spójno ci (czas koherencji, spójno czasowa) zwi zany jest ze stopniem monochromatyczno ci: Dla typowych uk adów laserowych. Cechy wiat a laserowego 6

7 Spójno przestrzenna wiat a laserowego Spójno przestrzenna - spójno drga wywo anych przez fal w ró nych punktach powierzchni falowej. Schemat do wiadczenia ilustruj cego spójno przestrzenn wiat a. Dla róde konwencjonalnych spójno przestrzenna zwi zana jest ze sko czonymi rozmiarami przestrzennymi ród a. Promie spójno ci obszaru spójno ci w danym punkcie powierzchni falowej - d ugo fali, - k t pod jakim wida ród o z danego punktu powierzchni falowej. Schemat do wiadczenia interferencyjnego przy u yciu lasera Cechy wiat a laserowego 7

8 Intensywno promieniowania Ze wzgl du na równoleg o wi zki za pomoc laserów mo na atwo osi gn bardzo wysokie powierzchniowe g sto ci mocy - przy pracy ci g ej W/cm 2, - przy pracy impulsowej W/cm 2. Dzieje si tak dlatego, e monochromatyczna wi zka laserowa daje si atwo ogniskowa (praktyczny brak aberracji chromatycznej) oraz, e impulsy laserowe mog by bardzo krótkie (np. rz du femtosekund). W niezogniskowanej wi zce pole elektryczne ma nat enie rz du 10 7 V/cm, a w wi zce zogniskowanej rz du 10 9 V/cm, co przekracza nat enie pola utrzymuj ce zewn trzne elektrony w wi kszo ci pierwiastków. Ci nienie wiat a w tym przypadku wynosi 10 6 kg/m 2 (dla wiat a s onecznego, ). Dzi ki takim w asno ciom wiat a laserowego mo na je atwo wykorzysta do podgrzewania, topienia i ci cia ró nych materia ów. Cechy wiat a laserowego 8