Ogólne cechy ośrodków laserowych



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

Laser He - Ne. Laser helowo-neonowy. Linie laserowe. ] Ne [3p 4. Ne [3s 2. ] λ = 3.39 µm Ne [2s 2. ] λ = 1.15 µm ] λ = 0.63 µm.

LASERY NA CIELE STAŁYM BERNARD ZIĘTEK

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

Lasery. Własności światła laserowego Zasada działania Rodzaje laserów

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

Różnorodne zjawiska w rezonatorze Fala stojąca modu TEM m,n

CHARAKTERYSTYKA WIĄZKI GENEROWANEJ PRZEZ LASER

Technika laserowa, otrzymywanie krótkich impulsów Praca impulsowa

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

VI. Elementy techniki, lasery

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

LASERY SĄ WSZĘDZIE...

!!!DEL są źródłami światła niespójnego.

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Fizyka Laserów wykład 11. Czesław Radzewicz

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Lasery i światłowody

ZASADA DZIAŁANIA LASERA

1. FALE ELEKTROMAGNETYCZNE: WŁASNOŚCI I PARAMETRY.

Konstrukcja i parametry lasera argonowego

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

Transmisja i absorpcja fotonów przez ośrodek

Lasery. Własności światła laserowego Zasada działania Rodzaje laserów

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

OTRZYMYWANIE KRÓTKICH IMPULSÓW LASEROWYCH

Właściwości światła laserowego

Lasery. Własności światła laserowego Zasada działania Rodzaje laserów

ZASTOSOWANIE LASERÓW W OCHRONIE ŚRODOWISKA

Niezwykłe światło. ultrakrótkie impulsy laserowe. Piotr Fita

Wzbudzony stan energetyczny atomu

Optyka. Wykład XII Krzysztof Golec-Biernat. Dyfrakcja. Laser. Uniwersytet Rzeszowski, 17 stycznia 2018

Recenzja rozprawy doktorskiej mgr inż. Łukasza Gorajka p.t. Analiza pompowanego koherentnie lasera Cr 2+ :ZnSe

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

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)

Sprzęganie światłowodu z półprzewodnikowymi źródłami światła (stanowisko nr 5)

Zagrożenia powodowane przez promieniowanie laserowe

Szczegółowy Opis Przedmiotu Zamówienia 11/PN/ApBad/2018

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA / /20 (skrajne daty)

PODSTAWY FIZYKI LASERÓW Wstęp

Podstawy fizyki kwantowej i budowy materii

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

Własności optyczne półprzewodników

III.3 Emisja wymuszona. Lasery

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

Kształtowanie wiązki laserowej przez układy optyczne

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

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

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

Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna. Przedmiot: BIOMATERIAŁY. Metody pasywacji powierzchni biomateriałów. Dr inż. Agnieszka Ossowska

LASER BARWNIKOWY. Indywidualna Pracownia dla Zaawansowanych. Michał Dąbrowski

(półprzewodnikowego) lasera Katana LaserSoft w chirurgii refrakcyjnej

Bernard Zi etek LASERY

4. Era Laserów Gazowych. - niestety już miniona

Metody optyczne w medycynie

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

Laser z podwojeniem częstotliwości

Politechnika Warszawska Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Zakład Optoelektroniki. dr inż. Jerzy Kęsik LASERY

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

Analiza wpływu domieszkowania na właściwości cieplne wybranych monokryształów wykorzystywanych w optyce

Światłowodowy iterbowy wzmacniacz impulsów promieniowania o nanosekundowym czasie trwania

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

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

Badania spektroskopowe i generacyjne kryształów CrTmHo:YAG

POTENCJALNE ZAGROŻENIA WYNIKAJĄCE Z NIEWŁAŚCIWEGO KORZYSTANIA Z LASERÓW

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

Azotkowe diody laserowe na podłożach GaN o zmiennym zorientowaniu

GŁÓWNE CECHY ŚWIATŁA LASEROWEGO

ZAMAWIAJĄCA 2. TRYB ZAMÓWIENIA. Zamówienie realizowane będzie na podstawie wyboru najlepszej oferty zgodnie z kryteriami opisanymi w 6. 3.

Temperatura i ciepło

Rezonatory ze zwierciadłem Bragga

Struktura pasmowa ciał stałych

Typy laserów (Halina Abramczyk, Wstęp do spektroskopii Laserowej, PWN, 2000)

IM-26: Laser Nd:YAG i jego podstawowe elementy

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Systemy laserowe. dr inż. Adrian Zakrzewski dr inż. Tomasz Baraniecki

LASERY PODSTAWY FIZYCZNE część 1

Badanie emisji roztworo w barwniko w za pomocą s wiatła laserowego

Lasery półprzewodnikowe historia

Lasery półprzewodnikowe. przewodnikowe. Bernard Ziętek

PL B1. POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL

WPŁYW POSTĘPU TECHNICZNEGO NA WYDAJNOŚĆ SYSTEMÓW FOTOWOLTAICZNYCH ML SYSTEM S.A.

oraz akcesoria do ich wyposażenia Azuryt - CTL 1401 Laser CO 2 CENNIK

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

Konwersatorium 1. Zagadnienia na konwersatorium

Fizyka Laserów wykład 6. Czesław Radzewicz

Nagrzewanie laserowe. Dr inż. Piotr Urbanek

- wiązki pompująca & próbkująca oddziaływanie selektywne prędkościowo widma bezdopplerowskie T. 0 k. z L 0 k. L 0 k

2. Całkowita liczba modów podłużnych. Dobroć rezonatora. Związek między szerokością linii emisji wymuszonej a dobrocią rezonatora

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 5. Modulator PLZT

Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach

SPRAWOZDANIE NAUKOWE

Aparat do magnetoterapii. MagneticWave - CTL mini. Aparat do magnetoterapii MagneticWave - CTL Aparat do magnetoterapii

w13 54 Źródła światła Żarówka Żarówka halogenowa Świetlówka Lampa rtęciowa wysokoprężna Lampa sodowa wysokoprężna Lampa sodowa niskoprężna LED

G ówne dzia y spektroskopii laserowej

PODSTAWY FIZYCZNE MEDYCZNYCH ZASTOSOWAŃ LASERÓW

Bezpieczeństwo pracy z laserami

Trzy rodzaje przejść elektronowych między poziomami energetycznymi

Wykład 17: Optyka falowa cz.2.

Różne dziwne przewodniki

Transkrypt:

Ogólne cechy ośrodków laserowych Gazowe Cieczowe Na ciele stałym Naturalna jednorodność Duże długości rezonatora Małe wzmocnienia na jednostkę długości ośrodka czynnego Pompowanie prądem (wzdłużne i poprzeczne) Konieczność stosowania kapilary i ucieczka gazu (He) Wysoka jakość wiązki zwykle TEM 00. Wyjątek laser azotowy i lasery ekscymerowe Trudności z uzyskaniem jednorodnego ośrodka Małe długości rezonatora Duże wzmocnienia na jednostkę długości ośrodka czynnego Pompowanie przez naświetlanie (wzdłużne i poprzeczne). Wyjątek laser półprzewodnikowy Deformacje pręta przez gradienty temperatur Niska jakość wiązki, problem radiacji

Ogólne cechy ośrodków laserowych cd Gazowe Cieczowe Na ciele stałym Generalnie z punktu widzenia wzmocnienia pośrednie cechy Barwnikowe Dobra jednorodność ośrodka Łatwa zmiana koncentracji Łatwy proces chłodzenia przez przepływ cieczy Szerokie pasma absorpcyjne i emisyjne Parowanie płynu przy dużych mocach wiązki laserowej

Lasery gazowe Atomowe typowy He-Ne Zderzenie elektronów z atomami He Hel zderzenia atomów He z Ne 1.15 μm zderzenia ze ściankami kapilary Neon 3.39 μm 0.633 μm 0.594 μm 1961 Javan (USA) λ = 1.15 μm 1962 λ = 632.8 nm Napięcie wzdłuż osi kapilary Długości fal w nm 543.3 594.1 611.8 632.8 1152.3 2395.1 3395.1 Praca ciągła Mieszanina λ = 633 nm 1.15 μm He:Ne 5:1 9:1 Moce 0.5 50 mw Szerokość połówkowej linii dla λ = 633 nm Δλ L = 2 10-3 nm Na zamówienie światło spolaryzowane liniowo mod TEM 00 Budowa zwarta typu kompakt czas pracy 20 tys. godzin

Budowa kompaktowa lasera He-Ne

Lasery gazowe cd Jonowe przejścia między poziomami energetycznymi jonów Przepływ prądu powoduje jonizację ośrodka, a zderzenia elektronów z jonami przejście jonów w stan energetycznie wzbudzony Laser argonowy i kryptonowy (gazy szlachetne) Pompowanie wzdłuż kapilary o wysokich gęstościach natężenia prądu 30 150 A/cm 2 w gazie o niskim ciśnieniu Inwersja obsadzeń dzięki szybkiemu opróżnianiu poziomu dolnego Wiele linii Ar 457.9 476.5 488.0 496.5 501.7 514.5 528.7 nm Kr 476.2 520.8 530.9 568.1 647.1 676.4 nm Szerokości połówkowe linii 5-16 10-3 nm Praca ciągła do 25 W dla wielu linii, 10 W Ar dla λ = 488 nm Impulsowa z synchronizacją modów, szerokość 500 ps z repetycją MHz Energia impulsu do 100 mj Konieczność chłodzenia (przepływ wody) Drogi czas życia kapilary 2 lata

Selekcja linii w laserach na gazach szlachetnych Ośrodek czynny Obrotu pryzmatu i zwierciadła niezależne, tak aby na płaszczyzny prymatu promienie wiązki generowanej padały pod kątem Brewstera

Lasery gazowe cd Jonowe na parach metali Cd + schładzanie + - grzejnik Jony wyparowanego metalu przemieszczają się w stronę katody i są osadzane w obszarze schładzania Laser He-Cd Pompowanie na He, zderzenia He z Cd 300 0 C, emisja laserowa na kadmie Długości fal 325.0 353.6 441.6 nm cw Moce 10 200 mw Mieszanina He:Cd 100:1 Szerokość połówkowa linii Δλ L = 0.1 nm Po włączeniu lasera oczekiwanie kilku minut na parowanie metalu

Laser kadmowy

Lasery kadmowe cw HeCd λ [nm] 325 442 moce [mw] 5-50 10-150 jednocześnie dla dwóch długości fal

Lasery gazowe cd Na parach metali Laser Cu Pompowanie wzdłużne, para Cu 1500 0 C Długości fal 510.6 578.2 nm Praca impulsowa 1 50 mj Szerokości impulsu 10 50 ns Średnia moc 5 70 W Częstotliwość repetycji 1 100 khz Szerokość połówkowej linii Δλ L = 4 10-3 nm Podobne rozwiązania dla laserów na parach złota 627.8 nm ołowiu 722.9 nm

Lasery gazowe cd Lasery molekularne Przejścia między wibracyjno-rotacyjnymi poziomami energetycznymi molekuł Laser CO 2 Mieszanina gazów CO 2 :N 2 0.8:1 w temperaturze 300 0 C Pompowanie na azocie, akcja laserowa na CO 2 zasilanie Zasilacz Wiązka lasera Szybki przepływ gazu (usuwanie zużytych molekuł i ich chłodzenie) Laser TEA Transverse Electric Atmospheric

Lasery gazowe Laser CO 2 zderzenia molekuł N 2 i CO 2 cd Zderzenie elektronów z molekułami N 2 λ = 10.6 μm zderzenia ze ściankami kapilary Długości fal linie 10.6 μm w paśmie 22 nm N 2 CO 2 Praca impulsowa 15 μs 45 ns Ciśnienie atmosferyczne ciągła (cw) obniżone 50 x Średnia moc 1 kw typowa 5 kw (do 100 kw) Energia do 10 kj z repetycją 1 khz w impulsie Praca wielomodowa lub TEM 00 Wyjątkowo wysoka sprawność do 30% do 20 %

Lasery gazowe cd Laser CO podobny w działaniu do CO 2 emisja laserowa w paśmie 5 6 μm Laser N 2 tani ośrodek λ = 337.1 nm dla generacji w UV szeroka linia Δλ L = 0.1 nm Pompowanie impulsowe poprzeczne Praca impulsowa z repetycją do 200 Hz Szerokość impulsu nanosekundy Średnia moc kilka W Energia w impulsie kilka J Zła jakość wiązki generowanej z uwagi na zjawisko irradiacji

Lasery gazowe cd Lasery ekscymerowe Ośrodek czynny z mieszaniny gazów (głównie He) z ekscymerami związki fluoru i chloru, przykładowo XeCl, KrF, ArF Poprzeczne pompowanie impulsowe Praca impulsowa kilka ns z repetycją 10 Hz 1 khz Lasery UV dużej średniej mocy (1 100 W) i energii impulsu (100 mj 10 J) Długości fal XeCl 308 nm KrF 248 nm ArF 193 nm Szerokości linii widmowych 0.5 2 nm Chłodzenie wodą duże zużycie gazu niebezpiecznego dla zdrowia Zła jakość wiązki generowanej z uwagi na zjawisko irradiacji

Lasery na ciele stałym Typowe rezonatory Wpływ temperatury na trwałość powłok α B Kąt padania osi wiązki na ścianki pręta pod kątem Brewstera α B Możliwość wstawienia modulatorów itp Konieczność zjustowania elementów Dopasowanie geometryczne Pompowanie poprzeczne Lampa wyładowcza Pręt laserowy Zwierciadło eliptyczne Lekko matowana powierzchnia aby uniknąć irradiacji i poprawić jednorodność pompowania

Lasery na ciele stałym Dopasowanie geometryczne cd Zwierciadło: odbicie λ p częściowa transmisja λ las Pompowanie wzdłużne Dioda Promieniowanie pompy λ p λ las Zwierciadło: transmisja λ p odbicie λ las Dopasowanie widmowe Widmo lampy wyładowczej powinno być dopasowane do widma absorpcyjnego pręta laserowego w celu zoptymalizowania sprawności układu pompującego

Lasery na ciele stałym cd Pręt laserowy nośnik (osnowa pręta) + atomy (jony) jako centra aktywne kryształy: YAG, korund, forsteryt, YVO i inne szkło ceramika Nd Cr Ti Er i inne Problem technologiczny: czystość chemiczna i jednorodność optyczna Dążenie do wysokiej jakości generowanej wiązki M 2 < 5 i wyższej sprawności > 10 %

Lasery na ciele stałym cd Laser Nd:YAG w granacie jony Nd 3+ Granat itrowo-aluminiowy YAG ma dobrą przewodność cieplną i jednorodność (defekty) zależną od technologii Pompowanie lampą wyładowczą (np. kryptonową) lub diodą laserową λ = 808 nm Długość fali λ = 1.064 μm Szerokość linii widmowej 10-3 0.1 nm zależną od koncentracji Nd 3+ Praca ciągła impulsowa Moc 100 W 1 kw impuls ns do 250 W ps do 30 W Energia Częstotliwość repetycji do 100 J do 50 mj do 50 khz do 100 Hz Sprawność do 1 % do 4 % Konieczność chłodzenia obiegiem wody, lub przy mniejszych mocach powietrzem

Laser Nd:YVO w krysztale YVO 4 jony Nd 3+ Pompowanie wzdłużne diodą laserową λ = 809 nm Długości fal λ = 1.342 i 1.069 μm Praca ciągła impulsowa Moc do 40 W impuls ns do 5 W Energia do 0.5 mj Częstotliwość repetycji do 30 khz Sprawność do 4 % Konieczność chłodzenia obiegiem wody

Laser Nd na szkle w szkle jony Nd 3+ Niska przewodność cieplna szkła praca lasera z repetycją 10 Hz Duże średnice i długości prętów Długości fal λ = 1.054-1.062 μm Praca impulsowa ms ns 10 ps Moc średnia do 1 W Energia 0.5 kj do 0.2 kj do 10 mj M 2 bliskie TEM 00 Sprawność do 1 % Konieczność chłodzenia obiegiem wody

Laser rubinowy w korundzie jony Cr 3+ Maiman 1960 Długość fali 694.3 nm Szerokość linii widmowej 0.5 nm Praca impulsowa, częstotliwość repetycji do 10 Hz Duża energia pompowania z powodu trójpoziomowego układu kwantowego ze środkowym poziomem metastabilnym Średnia moc do 50 W Jakość wiązki M 2 < 10 Energia w impulsie do kilku J Konieczność chłodzenia obiegiem wody