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



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

Lasery Inne oblicze optyki

Lasery. Własności światła laserowego Zasada działania Rodzaje laserów

Lasery. Własności światła laserowego Zasada działania Rodzaje laserów

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

Niezwykłe światło. ultrakrótkie impulsy laserowe. Piotr Fita

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)

Lasery. Własności światła laserowego Zasada działania Rodzaje laserów

!!!DEL są źródłami światła niespójnego.

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

LASERY SĄ WSZĘDZIE...

Struktura pasmowa ciał stałych

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

Ogólne cechy ośrodków laserowych

Trzy rodzaje przejść elektronowych między poziomami energetycznymi

LASERY NA CIELE STAŁYM BERNARD ZIĘTEK

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

Technika laserowa, otrzymywanie krótkich impulsów Praca impulsowa

Wzbudzony stan energetyczny atomu

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA / /20 (skrajne daty)

LASER RUBINOWY mgr.inż Antoni Boglewski

Podstawy fizyki kwantowej i budowy materii

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

Zagrożenia powodowane przez promieniowanie laserowe

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

VI. Elementy techniki, lasery

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

Sprzęganie światłowodu z półprzewodnikowymi źródłami światła (stanowisko nr 5)

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Lasery półprzewodnikowe. przewodnikowe. Bernard Ziętek

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

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

OTRZYMYWANIE KRÓTKICH IMPULSÓW LASEROWYCH

GŁÓWNE CECHY ŚWIATŁA LASEROWEGO

Właściwości światła laserowego

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

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

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

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

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

Elementy optyki kwantowej. Ciało doskonale czarne. Teoria Wiena. Notatki. Notatki. Notatki. Notatki. dr inż. Ireneusz Owczarek

Rezonatory ze zwierciadłem Bragga

Wykład IV. Dioda elektroluminescencyjna Laser półprzewodnikowy

Fale elektromagnetyczne

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

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

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

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

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

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

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

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

CHARAKTERYSTYKA WIĄZKI GENEROWANEJ PRZEZ LASER

Metody optyczne w medycynie

Wstęp do astrofizyki I

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

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

Własności światła laserowego

Początek XX wieku. Dualizm korpuskularno - falowy

PODSTAWY FIZYKI LASERÓW Wstęp

III.3 Emisja wymuszona. Lasery

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

Fale elektromagnetyczne. Gradient pola. Gradient pola... Gradient pola... Notatki. Notatki. Notatki. Notatki. dr inż. Ireneusz Owczarek 2013/14

Ćwiczenia z mikroskopii optycznej

Technika laserowa, wybrane zastosowania Zastosowania laserów

PODSTAWY FIZYCZNE MEDYCZNYCH ZASTOSOWAŃ LASERÓW

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

1 Źródła i detektory. I. Badanie charakterystyki spektralnej nietermicznych źródeł promieniowania elektromagnetycznego

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

Laser z podwojeniem częstotliwości

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Lasery i światłowody

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

WYBRANE TECHNIKI SPEKTROSKOPII LASEROWEJ ROZDZIELCZEJ W CZASIE prof. Halina Abramczyk Laboratory of Laser Molecular Spectroscopy

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

POTENCJALNE ZAGROŻENIA WYNIKAJĄCE Z NIEWŁAŚCIWEGO KORZYSTANIA Z LASERÓW

Przejścia promieniste

ZESTAW PYTAŃ I ZAGADNIEŃ NA EGZAMIN Z FIZYKI sem /13

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

6. Emisja światła, diody LED i lasery polprzewodnikowe

Promieniowanie rentgenowskie. Podstawowe pojęcia krystalograficzne

PL B1. WOJSKOWY INSTYTUT MEDYCYNY LOTNICZEJ, Warszawa, PL BUP 23/13

Światłolecznictwo. Światłolecznictwo

PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdffactory

Wykład Atom o wielu elektronach Laser Rezonans magnetyczny

Kryształy w życiu człowieka. Paulina Jamrozowicz kl. 3 Gimnazjum im. por. Andrzeja Buchmana ps. Korsak w Barcicach

LASER KTP. CZAJOWSKA Justyna 32D

Kwantowa natura promieniowania

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

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

M.A. Karpierz, Fizyka

WYZNACZANIE STAŁEJ PLANCKA Z POMIARU CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH DIOD ELEKTROLUMINESCENCYJNYCH. Irena Jankowska-Sumara, Magdalena Krupska

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Interferometria laserowa

Ćwiczenie Nr 11 Fotometria

K-LASER CUBE. NAJMOCNIEJSZY LASER WYSOKOENERGETYCZNY NA RYNKU DO 15W W PRACY CIĄGŁEJ; DO 20W W UNIKATOWYM TRYBIE ISP

7. Wyznaczanie poziomu ekspozycji

Ciało doskonale czarne absorbuje całkowicie padające promieniowanie. Parametry promieniowania ciała doskonale czarnego zależą tylko jego temperatury.

Aleksandra Banaś Dagmara Zemła WPPT/OPTOMETRIA

LEKCJA. TEMAT: Napędy optyczne.

Transkrypt:

Spis treści Lasery Inne oblicze optyki dr inż. Ireneusz Owczarek CMF PŁ ireneusz.owczarek@p.lodz.pl http://cmf.p.lodz.pl/iowczarek 2013/14 1 Wzmacniacze kwantowe O akcji laserowej 2 Wzmocnienie światła poprzez wymuszona emisję promieniowania 1 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki 2 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki Kryteria podziału laserów Kryteria podziału laserów... Lasery można podzielić stosujac różne kryteria. I tak, ze względu na: 1 długość fali emitowanej przez laser wyróżnia się lasery emitujace promieniowanie: ultrafioletowe, widzialne, podczerwone; 2 rodzaj ośrodka, w którym nastapiło wzbudzenie promieniowania laserowego: lasery na ciele stałym, lasery cieczowe, gazowe, półprzewodnikowe; 3 charakter pracy lasera, wyróżnia się lasery pracujace w sposób: ciagły, impulsowy; 4 moc uzyskanej wiazki laserowej wyróżnia się lasery: nisko-energetyczne, średnio-energetyczne, wysokoenergetyczne. Podział laserów ze względu na rodzaj ośrodka czynnego: 1 Gazowe laser helowo-neonowy He-Ne(543nm lub633nm), laser argonowy (458nm,488nm lub514,5nm), laser azotowy (337,1nm). 2 Na ciele stałym laser rubinowy (694,3nm), laser neodymowy Nd:YAG (Y 3 Al 5 O 12 syntetyczny granat itrowo-glinowy), laser na centrach barwnych. 3 Na cieczy (cieczowe) lasery barwnikowe ośrodkiem czynnym sa barwniki rozpuszczone w nieaktywnym ośrodku przezroczystym, np. rodamina. 4 Półprzewodnikowe złaczowe (diody laserowe), laser na materiale objętościowym, laser na studniach kwantowych, laser na kropkach kwantowych, kwantowy laser kaskadowy. 3 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki 4 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki

Parametry laserów Lasery Najmniejsze maja rozmiar części milimetra i daja światło o mocy ok. 200mW. Największe, używane do wywołania reakcji jadrowych, moga mieć moc impulsu świetlnego do ok.1014w. Zasadniczymi częściami lasera sa: ośrodek czynny, rezonator optyczny, układ pompujacy. Ośrodek czynny decyduje o najważniejszych parametrach lasera, określa długość emitowanej fali, jej moc, sposób pompowania, możliwe zastosowania lasera. 5 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki 6 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki Własności światła laserowego Wzmacniacze kwantowe Rozkładem Boltzmanna porzadek w chaosie Światło laserowe jest koherentne (spójne) w czasie i przestrzeni, tzn. wszystkie kwanty sa przestrzennie uporzadkowane, czyli występuje stały zwiazek fazowy w czasie (spójność czasowa) i między dowolnymi punktami przekroju poprzecznego wiazki (spójność przestrzenna), monochromatyczne szerokość linii widmowej nie przekracza na ogół 0, 002nm, skolimowane (bardzo mała rozbieżnościa wiazki<500µrad), tzn. że wszystkie promienie tworzace wiazkę laserowa biegna równolegle do siebie. moc dla impulsowego lasera skupienie w małym punkcie olbrzymiej gęstości energii nawet do10 17 W/cm 2, spolaryzowane i ukierunkowane. Obserwuje się zjawiska nieliniowe, w których optyczne własności ośrodka zależa od natężenia padajacego światła, np. generacja drugiej harmonicznej, samoogniskowanie się światła. 7 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki W stałej temperaturze ustala się równowaga dynamiczna procesów: liczba absorbowanych przez atomy fotonów w jednostce czasu równa jest liczbie emitowanych fotonów; średnia liczba wzbudzonych atomów jest stała. JeżeliN określa liczbę atomów w stanie podstawowym o energiie, an 1 liczbę atomów wzbudzonych o energiie 1, to zgodnie z rozkładem Boltzmanna ( N=N 1exp E E1 kt Prawdopodobieństwo pojawienia się stanów o niskich energiach jest większe, niż prawdopodobieństwo o wysokich energiach. 8 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki ).

Rozkładem Boltzmanna... Inwersja obsadzeń JeżeliN<<N 1, to liczba emisji jest proporcjonalna do liczby atomów wzbudzonych. JeżeliN>N 1, to stan taki nazywa się inwersja obsadzeń (rozkład antyboltzmannowski). Wtedy emisja wymuszona odgrywać będzie główna rolę w oddziaływaniu promieniowania z atomami. Wystapienie akcji laserowej wymaga, aby w układzie zaistniała inwersja obsadzeń, tj. stan, w którym w stanie o energii większej (wzbudzonym) jest większa liczba czastek niż w stanie o energii niższej (podstawowym). Liczba obsadzeń poziomu o energii wyższej jest większa niż liczba obsadzeń poziomu o energii niższej. W celu uzyskania inwersji obsadzeń układ musi być pompowany. Pompowanie lasera odbywa się poprzez: błysk lampy błyskowej (flesza), przepływ pradu (wyładowanie) w gazie, reakcję chemiczna, zderzenia atomów, 9 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki 10 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki Emisja wymuszona Lasery Procesy które moga zmieniać stan atomu 1 Absorpcja pochłonięcie fotonu o odpowiedniej energii (silne pole większe prawdopodobieństwo), 2 Emisja spontaniczna przypadkowy moment, przypadkowy kierunek, 3 Emisja wymuszona wyzwalana przez przejście fotonu o odpowiedniej energii. Foton wymuszony jest identyczny jak wymuszajacy (silne pole większe prawdopodobieństwo). 11 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki 12 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki

Rezonator i akcja laserowa O akcji laserowej Rezonator... O akcji laserowej 13 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki 14 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki Laser półprzewodnikowy Lasery półprzewodnikowy... Nazywany również laserem diodowym lub dioda laserowa to laser, którego obszarem czynnym jest półprzewodnik. Najbardziej perspektywiczne lasery z punktu widzenia ich zastosowań ze względu na: małe wymiary, dość wysokie moce, łatwość modulacji pradem sterujacym o wysokiej częstotliwości (GHz), niezawodność pracy, proste zasilanie, możliwość uzyskania promieniowania od pasma bliskiej podczerwieni (diody laserowe dla telekomunikacji światłowodowej) do skraju fioletowego pasma widzialnego. 15 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki 1 Ciagle sa udoskonalane, obejmujace coraz szerszy zakres widma częstości i generujace promieniowanie nawet o znacznych mocach stanowia prawdziwy przełom w technice laserowej, 2 Produkowane sa masowo i stosowane w wielu powszechnie używanych urzadzeniach, 3 Znalazły szerokie zastosowanie jako źródło modulowanego promieniowania w telekomunikacji światłowodowej. w odtwarzaczach i napędach optycznych do odczytu informacji optycznej zapisanej na płytach CD, DVD, Blu-ray. 16 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki

Kropki kwantowe w medycynie Kropka kwantowa to niewielki obszar przestrzeni ograniczony w trzech wymiarach barierami potencjału. Wewnatrz uwięziona jest czastka o długości fali porównywalnej z rozmiarami kropki. Oznacza to, że opis zachowania czastki musi być przeprowadzony z użyciem mechaniki kwantowej. 1 Korekcja wad wzroku (astygmatyzm, krótkowzroczność i dalekowzroczność wady refrakcji), LASIK (Laser Assised In Situ Keratomileusis) Metoda mechaniczno laserowa, inwazyjna, polegajaca na użyciu ultrafioletowego lasera ekscimerowegoxecl (308nm), który działajac z dokładnościa do 0,25µm odparowuje nierówności w głębszych warstwach rogówki. PRK (Photorefractive keratectomy) Metoda czysto laserowa, wykorzystywany jest laser ekscimerowy, który modeluje rogówkę oka poprzez usuwanie jej tkanek. Prowadzi to do zmiany krzywizny rogówki, a tym samym mocy optycznej oka. Rysunek: Kropki kwantowe w bateriach solarnych. Rysunek: Schemat urzadzenia składajacego się z dwuwarstwowych kropek kwantowych (rysunek a) oraz z mieszaniny kropek (rysunek b). Czerwone kule reprezentuja kropki kwantowe zpbs, niebieskie kropki kwantowe zbi 2 Si 3. 17 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki 18 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki w medycynie... w przemyśle 2 Chirurgia mało-inwazyjna. Np. skalpel laserowy (stosowany laserco 2, laser YAG). Skupiona wiazka laserowa tnie precyzyjnie tkankę. Stosowanie skalpela laserowego ogranicza krwawienia pooperacyjne, ponieważ ciepło, jakie wydzielaja, zgrzewa przecinane naczynia krwionośne. Laserowe cięcie (laserco 2). Wykorzystywana jest metoda termicznego oddzielania materiału poprzez: sublimację, topienie, wypalanie. Cecha ciecia laserowego jest punktowe wprowadzenie energii i wysokoenergetyczny strumień tnacy. Znakowanie laserowe (grawerowanie). 3 Laseroterapia, biostymulacja. Wykorzystuje się lasery niskoenergetyczne nie przekraczajace kilkudziesięciu miliwatów. Promienie wytwarzane przez lasery tego typu wykazuja właściwości lecznicze, wśród których można wymienić likwidowanie stanów zapalnych, działanie przeciwbólowe, regenerujace komórki i tkanki, usprawniajace przemianę materii. 4 Stomatologia. Utwardzanie polimerowych wypełnień, ozonoterapia, wybielanie zębów. 5 Chirurgia kosmetyczna. Usuwanie tatuaży, blizn, włosów. Spawanie laserowe. Polega na stapianiu obszaru styku łaczonych przedmiotów ciepłem otrzymanym w wyniku doprowadzenia do tego obszaru skoncentrowanej wiazki światła koherentnego, o bardzo dużej gęstości mocy, od102 do1011w/mm 2. 19 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki 20 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki

Zastosowania militarne Inne zastosowania Wskaźniki celu. Oświetlacze. Urzadzenia lokacji to laserowe odpowiedniki stacji radiolokacyjnych, służace do ustalenia odległości, położenia katowego celu i szybkości przemieszczania się celu. Dalmierze, celowniki laserowe, broń laserowa. Zastosowania użytkowe: Drukarka laserowa. Gromadzenie informacji, danych płyty CD, DVD, Blu-ray. Czytniki kodów paskowych. Urzadzenia geodezyjne (poziomice laserowe). Poligrafia. Sprzęt komputerowy (mysz optyczna o dużej rozdzielczości, nagrywarki CD/DVD, Blu-ray). Zastosowania naukowe: Osadzanie materiałów w postaci struktur wielowarstwowych. Precyzyjna mikro-obróbka np: drażarki laserowe. Wytwarzanie układów elektronicznych (np: technika grubowarstwowa laserowe kalibrowanie parametrów podzespołów). Mikroskopia, nanotechnologia. 21 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki 22 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki Literatura podstawowa Kania S. Wykłady z fizyki cz. 1 i 2. Wydawnictwo PŁ, Łódź 2012. Halliday D., Resnick R, Walker J. Podstawy Fizyki t. 1-5. PWN, Warszawa 2005. Orear J. Fizyka t. I i II. WNT, Warszawa 1994. Sawieliew I. W. Wykłady z fizyki t. I-III. PWN, Warszawa 1994. Strona internetowa prowadzona przez CMF PŁ http://cmf.p.lodz.pl/efizyka e-fizyka. Podstawy fizyki. Kakol Z. Żukrowski J. http://home.agh.edu.pl/ kakol/wyklady_pl.htm Wykłady z fizyki. 23 dr inż. Ireneusz Owczarek Lasery Inne oblicze optyki