Lasery. Własności światła laserowego Zasada działania Rodzaje laserów

Podobne dokumenty
Lasery. Własności światła laserowego Zasada działania Rodzaje laserów

Lasery. Własności światła laserowego Zasada działania Rodzaje laserów

Lasery budowa, rodzaje, zastosowanie. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

Trzy rodzaje przejść elektronowych między poziomami energetycznymi

n n 1 2 = exp( ε ε ) 1 / kt = exp( hν / kt) (23) 2 to wzór (22) przejdzie w następującą równość: ρ (ν) = B B A / B 2 1 hν exp( ) 1 kt (24)

LASER RUBINOWY mgr.inż Antoni Boglewski

Wzbudzony stan energetyczny atomu

Laser pikselowy i frakselowy różnice i zastosowanie w kosmetologii. Barbara Kierlik Gr. 39Z

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

Przemysłowe urządzenia elektrotermiczne działające w oparciu o pozostałe metody nagrzewania elektrycznego Prof. dr hab. inż.

Ogólne cechy ośrodków laserowych

Zagrożenia powodowane przez promieniowanie laserowe

Źródła promieniowania optycznego problemy bezpieczeństwa pracy. Lab. Fiz. II

!!!DEL są źródłami światła niespójnego.

Lasery Inne oblicze optyki

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Lasery i światłowody

A21, B21, B12 współczynniki wprowadzone przez Einsteina w 1917 r.

Technika laserowa. dr inż. Sebastian Bielski. Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej PG

Źródła światła: Lampy (termiczne) na ogół wymagają filtrów. Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 3 1/18

Podstawy fizyki kwantowej i budowy materii

PODSTAWY FIZYCZNE MEDYCZNYCH ZASTOSOWAŃ LASERÓW

LASER* Współczynniki Einsteina. Einstein pokazał, Ŝe prócz emisji spontanicznej i absorpcji istnieje równieŝ emisja wymuszona. 10/30/ /30/2009

Ponadto, jeśli fala charakteryzuje się sferycznym czołem falowym, powyższy wzór można zapisać w następujący sposób:

Właściwości światła laserowego

Wprowadzenie do optyki (zjawisko załamania światła, dyfrakcji, interferencji, polaryzacji, laser) (ćw. 9, 10)

LASERY SĄ WSZĘDZIE...

Wykład FIZYKA II. 13. Fizyka atomowa. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

ASER. Wykład 18: M L. Dr inż. Zbigniew Szklarski. Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok.321.

LASERY NA CIELE STAŁYM BERNARD ZIĘTEK

Technika laserowa, ośrodek czynny. Moc (bezpieczeństwo) Sposób pracy (ciągłe, impulsowe) Długość fali Ośrodek czynny Zastosowania

M.A. Karpierz, Fizyka

Stałe : h=6, Js h= 4, eVs 1eV= J nie zależy

Spis treści. Lasery Inne oblicze optyki. Kryteria podziału laserów. Kryteria podziału laserów... dr inż. Ireneusz Owczarek

Inne oblicze optyki Lasery. Kryteria podziału laserów. Kryteria podziału laserów... Parametry laserów. Notatki. Notatki. Notatki.

Lasery półprzewodnikowe na złączu p-n. Laser półprzewodnikowy a dioda świecąca

Źródła światła w technice światłowodowej - podstawy

Wykład 15 Rozpraszanie światła Ramana i luminescencja

III.3 Emisja wymuszona. Lasery

Technika laserowa, otrzymywanie krótkich impulsów Praca impulsowa

w obszarze linii Podziały z różnych punktów widzenia lasery oscylatory (OPO optical parametric oscillator)

PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdffactory

Wykład 38 Rozpraszanie światła Ramana i luminescencja

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

LASERY PODSTAWY FIZYCZNE część 1

Optyka stanowi dział fizyki, który zajmuje się światłem (także promieniowaniem niewidzialnym dla ludzkiego oka).

II. WYBRANE LASERY. BERNARD ZIĘTEK IF UMK /~bezet

6. Emisja światła, diody LED i lasery polprzewodnikowe

Podstawy fizyki kwantowej

Temat: Promieniowanie atomu wodoru (teoria)

Informacje ogólne. 45 min. test na podstawie wykładu Zaliczenie ćwiczeń na podstawie prezentacji Punkty: test: 60 %, prezentacja: 40 %.

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

LASERY NA SWOBODNYCH ELEKTRONACH. Przygotowali: Arkadiusz Robiński Mariusz Nowaczyk Mateusz Kubiak Krzysztof Konwisarz

Technologia Laserów: nowe trendy w biologii i medycynie. Gabriela Mianowska Karolina Pasieka FM rok IV, DIE

Niezwykłe światło. ultrakrótkie impulsy laserowe. Piotr Fita

Pomiar drogi koherencji wybranych źródeł światła

Problemy optyki falowej. Teoretyczne podstawy zjawisk dyfrakcji, interferencji i polaryzacji światła.

Laser z podwojeniem częstotliwości

Wykład XIV: Właściwości optyczne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Technologii Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Transmisja i absorpcja fotonów przez ośrodek

Kwantowa natura promieniowania

VI. Elementy techniki, lasery

PODSTAWY FIZYKI LASERÓW Wstęp

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

ĆWICZENIE 44 BADANIE DYSPERSJI. I. Wprowadzenie teoretyczne.

Właściwości optyczne. Oddziaływanie światła z materiałem. Widmo światła widzialnego MATERIAŁ

Wykład IV. Dioda elektroluminescencyjna Laser półprzewodnikowy

Konstrukcja i parametry lasera argonowego

Informacje wstępne. Witamy serdecznie wszystkich uczestników na pierwszym etapie konkursu.

Sprzęganie światłowodu z półprzewodnikowymi źródłami światła (stanowisko nr 5)

Źródła światła. W lampach płomieniowych i jarzeniowych źródłem promieniowania jest wzbudzony gaz. Widmo lamp jarzeniowych nie jest ciągłe!

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 2, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Podstawy fizyki wykład 3

WSTĘP DO SPEKTROSKOPII LASEROWEJ

Lasery półprzewodnikowe. przewodnikowe. Bernard Ziętek

SPRAWDZIAN NR 1. wodoru. Strzałki przedstawiają przejścia pomiędzy poziomami. Każde z tych przejść powoduje emisję fotonu.

Laser półprzewodnikowy

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 28, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA / /20 (skrajne daty)

Fizyka kwantowa. promieniowanie termiczne zjawisko fotoelektryczne. efekt Comptona dualizm korpuskularno-falowy. kwantyzacja światła

ZASADA DZIAŁANIA LASERA

GŁÓWNE CECHY ŚWIATŁA LASEROWEGO

LASERY NA SWOBODNYCH ELEKTRONACH

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 27, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Spektroskop, rurki Plückera, cewka Ruhmkorffa, aparat fotogtaficzny, źródło prądu

Promieniowanie rentgenowskie. Podstawowe pojęcia krystalograficzne

BADANIE WIĄZKI ŚWIETLNEJ

Rys. 1 Interferencja dwóch fal sferycznych w punkcie P.

Kwantowe własności promieniowania, ciało doskonale czarne, zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.

Lasery - konstrukcje i parametry. Sergiusz Patela Lasery - konstrukcje 1

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 2, Mateusz Winkowski, Jan Szczepanek

Piotr Targowski i Bernard Ziętek IMPULSOWY LASER BARWNIKOWY

Własności światła laserowego

Ćwiczenie 4. Doświadczenie interferencyjne Younga. Rys. 1

Ćwiczenie 12 (44) Wyznaczanie długości fali świetlnej przy pomocy siatki dyfrakcyjnej

LASERY (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)

zadania zamknięte W zadaniach od 1. do 10. wybierz i zaznacz jedną poprawną odpowiedź.

Przejścia promieniste

Transkrypt:

Lasery Własności światła laserowego Zasada działania Rodzaje laserów

Lasery Laser - nazwa utworzona jako akronim od Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania Najmniejsze mają rozmiar części milimetra i dają światło o mocy ok. 200 mw Największe,używane do wywołania reakcji jądrowych, mogą mieć moc impulsu świetlnego do ok. 10 14 W

Własności światła laserowego Światło laserowe jest wysoce monochromatyczne składa się z jednej (w przybliżeniu) długości fali ( z jednego koloru ) zwykła żarówka emituje światło nie-monochromatyczne Światło laserowe jest wysoce koherentne (spójne) Żarówka wolframowa daje światło niekoherentne emituje ciągi falowe niespójne ze sobą W laserze emitowane ciągi falowe są ze sobą w fazie - biegną w jednym szeregu! - są spójne i monochromatyczne

Własności światła laserowego Promień światła laserowego rozchodzi się kierunkowo z bardzo małą rozbieżnością wiązki np. wiązka światła laserowego użyta do mierzenia odległości Księżyca od Ziemi daje plamkę na Księżycu rzędu kilku metrów. Nie da się zsoczewkować światła z żarówki w taki sposób na taką odległość. Promień światła laserowego może być bardzo mocno skupiony. Dzięki temu możliwe jest skupienie w małym punkcie olbrzymiej gęstości energii - nawet do 10 17 W/cm 2 (dla porównania płomień z palnika acetylenowo-tlenowego daje gęstość energii tylko 10 3 W/cm 2 )

Jak działa laser? Atomy mogą być w różnych stanach energetycznych Jeśli elektrony obsadzają stany energetyczne w ten sposób że atom ma najmniejszą z możliwych energii to wtedy atom taki jest w stanie podstawowym o energii Jeśli z jakichś powodów atom ma większą energię (tzn. jego niektóre elektrony zajmują wyższe stany energetyczne, pozostawiając luki w niższych stanach) wówczas mówimy że atom jest w stanie wzbudzonym o energii Procesy które mogą zmieniać stan atomu: Absorpcja kwantu promieniowania - atom jest w polu e.-m. i może pochłonąć porcję energii hν hν absorpcja wówczas zasada zachowania energii: hν =

Jak działa laser? Procesy które mogą zmieniać stan atomu: Spontaniczna emisja - atom w stanie wzbudzonym po pewnym czasie spontanicznie przechodzi do stanu podstawowego, proces ten nie jest stymulowany z zewnątrz. hν spontanicznie Zasada zachowania energii wymaga aby atom wypromieniował nadmiar energii o wartości: hν =

Jak działa laser? Procesy które mogą zmieniać stan atomu: Wymuszona emisja - atom jest ponownie wstanie wzbudzonym i pozostaje w tym stanie przez pewien czas. Jeśli w tym momencie wokół atomu istnieje promieniowanie e-m. o częstotliwości. ν = ( )/h może ono pobudzić atom do spadku na poziom podstawowy. W ten sposób atom emituje promieniowanie dokładnie takie samo jak promieniowanie padające (zgodne co do energii, kierunku, fazy,częstotliwości,polaryzacji) emitowany foton jest taki sam jak foton padający hν Emisja stymulowana hν hν

Jak działa laser?- Inwersja obsadzeń Jeśli zbiór atomów jest wstanie równowagi termodynamicznej, to liczba atomów które są w stanie energetycznym, jest dana przez rozkład Boltzmana. N x = N 0 e /kt Zatem więcej jest atomów w stanie niż w stanie, czyli N 0 >N x każda kropka oznacza jeden atom w stanie energetycznym E Stan równowagi w pewnej temperaturze T > 0, rozłożenie atomów pomiędzy stany i Trzeba znaleźć sposób aby przepompować jak najwięcej atomów od stanu podstawowego do stanu wzbudzonego. Mówimy, że trzeba doprowadzić do tzw. inwersji obsadzeń. Pompowanie lasera odbywa się poprzez błysk lampy błyskowej (flesza), błysk innego lasera, przepływ prądu (wyładowanie) w gazie, reakcję chemiczną, zderzenia atomów, wstrzelenie wiązki elektronów do substancji. Inwersja obsadzeń pomiędzy stanami i uzyskana specjalnym sposobem to jest zasadniczo ważne w działaniu lasera tzw. pompowanie lasera

Lasery przykład laser helowo-neonowy mieszanina helu i neonu w stosunku 20:80

Lasery przykład laser helowo-neonowy stany metastabilne Emisja wymuszona hν 632.8 nm na skutek zderzeń atomów helu z elektronami (wyładowanie elektryczne) następuje wzbudzenie atomów helu. Energetyczne pompowanie zderzenia między He i Ne powodują że hel przekazuje energię do atomu neonu Energetyczne pompowanie szybka emisja spontaniczna poprzez inne stany pośrednie nie pokazane na rysunku - (promieniowanie to nie jest wzmacniane w tym laserze) oraz straty energii przy kolizjach z obudową stany podstawowe stany energetyczne helu stany energetyczne neonu

Jak działa laser? Zwierciadło 1 (100% odbicia całkowite odbicie) Rezonator optyczny lasera Świecące medium (gaz, kryształ albo ciecz) Zwierciadło 2 ( <100% odbicia) - częściowo przepuszczalne 1 Pompowanie energetyczne (optycznie, elektrycznie lub chemicznie) atomy w stanie podstawowym 2 atomy w stanie E1 atomy w stanie E2 Odległość między zwierciadłami nie jest dowolna! - odpowiada wielokrotności dł. fali emitowanej z lasera tak aby w rezonatorze mogły powstać fale stojące

Jak działa laser? emisja spontaniczna emisja wymuszona 3 Początek akcji laserowej 4 5 Pełna praca lasera

Różne lasery i ich emitowane dł. fal Typ lasera dł. fali µm Fluorek Argonu (ultrafiolet) 0.193 Chlorek Ksenonu (ultrafiolet) 0.308 Fluorek Ksenonu (ultrafiolet) 0.351 Azot 0.337 Hel Kadm (fiolet) 0.441 Krypton (niebieski) 0.476 Argon (niebieski) 0.488 miedź - opary (zielony) 0.514 Hel Neon (zielony) 0.543 \ Krypton (żółty) 0.568 miedź - opary (żółty) 0.570 Hel Neon (żółty) 0.594 Hel Neon (pomarańczowy) 0.610 Hel Neon (czerwony) 0.633 Hel Neon (bliska-podczerwień) 1.15 Erb (bliska-podczerwień) 1.504 CO2 (daleka-podczerwień) 10.6 ultrafiolet 0.200-0.400 µm widzialne 0.400-0.700 µm bliska-podczerwień 0.700-1.400 µm To samo laserowe medium może emitować różne dł. fal w zależności na jaką dł. fali jest ustawiony rezonator (nie uwzględniono laserów półprzewodnikowych)

Typy laserów ze względu na medium Lasery gazowe: He-Ne helowo-neonowy (543 nm lub 633 nm) Ar argonowy (jonowy) (458 nm, 488 nm lub 514,5 nm) na dwutlenku węgla na tlenku węgla Lasery na ciele stałym rubinowy neodymowy na szkle neodymowy na YAG-u (Nd:YAG) erbowy na YAG-u (Er:YAG) (1645 nm) tulowy na YAG-u (Tm:YAG) (2015 nm) holmowy na YAG-u (Ho:YAG) (2090 nm) tytanowy na szafirze (Ti:szafir) Lasery na cieczy barwnikowe - ośrodkiem czynnym są barwniki rozpuszczone w nieaktywnym ośrodku przeźroczystym np. rodamina Lasery półprzewodnikowe złączowe + na materiale objętościowym + na studniach kwantowych + na kropkach kwantowych bezzłączowe + kwantowy laser kaskadowy