GŁÓWNE CECHY ŚWIATŁA LASEROWEGO

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

Własności światła laserowego

Optyka. Optyka geometryczna Optyka falowa (fizyczna) Interferencja i dyfrakcja Koherencja światła Optyka nieliniowa

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

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

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

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

Podstawy fizyki wykład 8

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

Pomiar drogi koherencji wybranych źródeł światła

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

OPTYKA FALOWA. W zjawiskach takich jak interferencja, dyfrakcja i polaryzacja światło wykazuje naturę

Optyka. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat. Fale elektromagnetyczne. Uniwersytet Rzeszowski, 8 listopada 2017

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)

Prawa optyki geometrycznej

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Interferometria laserowa

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

Fizyka elektryczność i magnetyzm

Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

ZASADY ZALICZENIA PRZEDMIOTU MBS

Oscylator wprowadza lokalne odkształcenie s ośrodka propagujące się zgodnie z równaniem. S 0 amplituda odkształcenia. f [Hz] - częstotliwość.

CHARAKTERYSTYKA WIĄZKI GENEROWANEJ PRZEZ LASER

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

Trzy rodzaje przejść elektronowych między poziomami energetycznymi

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

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

Lasery. Własności światła laserowego Zasada działania Rodzaje laserów

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Oscylator wprowadza lokalne odkształcenie s ośrodka propagujące się zgodnie z równaniem. S 0 amplituda odkształcenia. f [Hz] -częstotliwość.

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

Zjawisko interferencji fal

Właściwości światła laserowego

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Wydajność konwersji energii słonecznej:

Moment pędu fali elektromagnetycznej

Zjawisko interferencji fal

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej


LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

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

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 5. Modulator PLZT

OPTYKA FALOWA I (FTP2009L) Ćwiczenie 2. Dyfrakcja światła na szczelinach.

18 K A T E D R A F I ZYKI STOSOWAN E J

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

BADANIE INTERFERENCJI MIKROFAL PRZY UŻYCIU INTERFEROMETRU MICHELSONA

Technika laserowa, otrzymywanie krótkich impulsów Praca impulsowa

Rys. 1 Interferencja dwóch fal sferycznych w punkcie P.

Ośrodki dielektryczne optycznie nieliniowe

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

Zjawisko interferencji fal

Fizyka. dr Bohdan Bieg p. 36A. wykład ćwiczenia laboratoryjne ćwiczenia rachunkowe

WŁASNOŚCI FAL ELEKTROMAGNETYCZNYCH: INTERFERENCJA, DYFRAKCJA, POLARYZACJA

Wykład XIV. wiatła. Younga. Younga. Doświadczenie. Younga

Natura światła. W XVII wieku ścierały się dwa, poglądy na temat natury światła. Isaac Newton

Rodzaje fal. 1. Fale mechaniczne. 2. Fale elektromagnetyczne. 3. Fale materii. dyfrakcja elektronów

Wykład FIZYKA II. 8. Optyka falowa

Niezwykłe światło. ultrakrótkie impulsy laserowe. Piotr Fita

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 18, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Rozważania rozpoczniemy od fal elektromagnetycznych w próżni. Dla próżni równania Maxwella w tzw. postaci różniczkowej są następujące:

TECHNIKI OBSERWACYJNE ORAZ METODY REDUKCJI DANYCH

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 11, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

FALOWY I KWANTOWY OPIS ŚWIATŁA. Światło wykazuje dualizm korpuskularno-falowy. W niektórych zjawiskach takich jak

Równania Maxwella. Wstęp E B H J D

Podczerwień bliska: cm -1 (0,7-2,5 µm) Podczerwień właściwa: cm -1 (2,5-14,3 µm) Podczerwień daleka: cm -1 (14,3-50 µm)

Widmo fal elektromagnetycznych

Wykład III. Interferencja fal świetlnych i zasada Huygensa-Fresnela

POLARYZACJA ŚWIATŁA. Uporządkowanie kierunku drgań pola elektrycznego E w poprzecznej fali elektromagnetycznej (E B). światło niespolaryzowane

WSTĘP DO OPTYKI FOURIEROWSKIEJ

falowego widoczne w zmianach amplitudy i natęŝenia fal) w którym zachodzi

BADANIE INTERFEROMETRU YOUNGA

= sin. = 2Rsin. R = E m. = sin

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

I.4 Promieniowanie rentgenowskie. Efekt Comptona. Otrzymywanie promieniowania X Pochłanianie X przez materię Efekt Comptona

Elektrodynamika Część 8 Fale elektromagnetyczne Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Interferencja. Dyfrakcja.

fotony i splątanie Jacek Matulewski Karolina Słowik Jarosław Zaremba Jacek Jurkowski MECHANIKA KWANTOWA DLA NIEFIZYKÓW

Magnetyczny Rezonans Jądrowy (NMR)

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 12, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Laboratorium TECHNIKI LASEROWEJ. Ćwiczenie 1. Modulator akustooptyczny

Propagacja światła we włóknie obserwacja pól modowych.

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 3. Pomiar drgao przy pomocy interferometru Michelsona

Dyfrakcja. interferencja światła. dr inż. Romuald Kędzierski

Ćwiczenie 4. Doświadczenie interferencyjne Younga. Rys. 1

Wprowadzenie do optyki nieliniowej

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

OTRZYMYWANIE KRÓTKICH IMPULSÓW LASEROWYCH

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 18, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

Wykład I Krzysztof Golec-Biernat Optyka 1 / 16

Równania Maxwella. roth t

Światło fala, czy strumień cząstek?

Fala jest zaburzeniem, rozchodzącym się w ośrodku, przy czym żadna część ośrodka nie wykonuje zbyt dużego ruchu

Światło jako fala Fala elektromagnetyczna widmo promieniowania Czułość oka ludzkiego w zakresie widzialnym

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 11, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

Sprzęganie światłowodu z półprzewodnikowymi źródłami światła (stanowisko nr 5)

Wyznaczanie rozmiarów szczelin i przeszkód za pomocą światła laserowego

Podstawy Akustyki. Drgania normalne a fale stojące Składanie fal harmonicznych: Fale akustyczne w powietrzu Efekt Dopplera.

Transkrypt:

GŁÓWNE CECHY ŚWIATŁA LASEROWEGO Światło może być rozumiane jako: Strumień fotonów o energii E Fala elektromagnetyczna. = hν i pędzie p h = = hν c Najprostszym przypadkiem fali elektromagnetycznej jest fala płaska E e cos( ) = x E0 ωt kz+ ϕ E = B υ f, E = Bυ f, ω = 2 πν, B = e cos( ) y B0 ωt kz+ ϕ k k 2 π k = =, υ f = υf = ekυ f = ezυf k ω częstość kołowa, ν częstość, k moduł wektora falowego, długość fali, υ prędkość fazowa fali, f ( ωt kz + ϕ) faza fali, ϕ faza początkowa. Cechy światła laserowego 1

Widmo promieniowania elektromagnetycznego Oddziaływanie światła z materią Fizjologiczne, fotochemiczne, fotoelektryczne działanie światła wywołane jest drganiami wektora E fali elektromagnetycznej. Dlatego wektor E nazywa się wektorem świetlnym. Siła oddziaływania elektrycznego z ładunkami jest znacznie większa niż siła oddziaływania magnetycznego. F E = q E F = q( υ B) FE ee B υ f c Dla elektronu = = 1 max F eυ B υ B υ M M e e e q Cechy światła laserowego 2

Polaryzacja światła Światło naturalne Światło, w którym drgania wektora świetlnego w różnych kierunkach szybko i w sposób nieuporządkowany zamieniają się wzajemnie (światło zdepolaryzowane). Światło spolaryzowane Światło, w którym drgania wektora świetlnego są w jakiś sposób uporządkowane. Polaryzacja liniowa Rodzaj polaryzacji, kiedy drgania wektora świetlnego zachodzą tylko w jednej przechodzącej przez promień płaszczyźnie Według obecnej terminologii: płaszczyzna polaryzacji jest płaszczyzną drgań wektora elektrycznego Cechy światła laserowego 3

ŚWIATŁO LASEROWE A ZWYKŁE Energia fotonów Energia fotonu wygenerow anego przez laser jest taka sama jak energia fotonu o tej samej długości fali pochodzącego ze zwykłego źródła światła. Kierunkowość promieniowania W konwencjonalnych źródłach światła równoległość promieniowania ograniczona jest skoń gdzie wytwarzane jest czonymi rozmiarami obszaru, światło. cyjna rozbieżność wiązki zależy od rozmiaru apertury (apertura jest to efektywna średnica otworu Promieniowanie wychodzące z lasera jest zazwyczaj złożone z ciągu fal o prawie idealnie płaskich frontach falowych. Równoległość wiązki laserowej jest ograniczona dyfrakcją. Dyfrakinstrumentu optycznego ) oraz od długości fali generowanego promieniowania. Cechy światła laserowego 4

Rozbieżność wiązki Rozbieżność w płaszczyźnie zawierającej oś optyczną: Δ θ = K d d szerokość wiązki na wyjściu lasera, długość fali, K stała o wartości bliskiej jedności, której wielkość zależy od rodzaju lasera i rezonatora. Rozbieżność w kącie bryłowym: 2 ΔΩ A ΔΩ kąt bryłowy rozbieżności wiązki, A powierzchnia apertury wyjściowej lasera. Dyfrakcyjna rozbieżność wiązki laserowej jest rzędu pojedynczych sekund kąta ( 1" 4,85 mm/1 km). By z naturalnego źródła światła za pomocą optycznego kolimatora uzy skać typową dla wiązki laserowej rozbieżność, należałoby użyć układu o ogniskowej kilkudziesięciu metrów. Przy takiej ogniskowej natężenie skolimowanego światła byłoby znikome. Cechy światła laserowego 5

Monochromatyczność Dzięki laserom można uzyskać ekstremalnie wąskie spektralnie linie o szerokości nieosiągalnej innymi metodami. Szerokość widmowa typowych laserów mieści się w zakresie od 1 MHz do 1 GHz (przy = 600 nm, 6 1MHz 1,2 10 nm). Np. dla lasera rubinowego Δ 0,002 nm przy Δ 0,54 nm dla zwykłego światła fluorescencji rubinu. W specjalnych wykonaniach buo kilka rzę duje się układy laserowe o szerokości linii dów mniejszych. Dla porównania szerokość pasma 15 promieniowania słonecznego jest rzędu 10 Hz. Niemożliwe jest jednak uzyskanie promieniowania ściśle monochromatycznego. Względna czystość spektralna promieniowania laserowego określana jest przez stosunek Δ ν Δ ν, który może osiągać wartości = 15 2 10. ν ν Wysoki stopień monochromatyczności światła laserowego jest podstawą zastosowania go w telekomunikacji, spektroskopii, metrologii i innych dziedzinach nauki i techniki. Cechy światła laserowego 6

Spójność czasowa światła laserowego: długość spójności, czas spójności Spójność czasowa Spójność (korelacja fazowa) wiązek światła wychodzących z danego punktu źródła w różnych momentach czasu. Długość spójności Wartość krytyczna różnicy dróg optycznych, Δ l, przebytych przez obie wiązki, powyżej której przestają one ze sobą interferować. Czas spójności Najdłuższy przedział czasu, w którym zachodzi korelacja fazy w danej wiązce, Δ τ =Δ l n c sp sp Spójność czasową światła można badać np. za pomocą interferometru Michelsona. Czas spójności związany jest ze stopniem monochroma tyczności: 1 Δ τ = Δν Dla typowych układów laserowych Δν 1MHz Δ τ = 1μs Cechy światła laserowego 7

Spójność przestrzenna światła laserowego Spójność przestrzenna Spójność drgań wywołanych przez falę w różnych punktach powierzchni falowej. Schemat doświadczenia ilustrującego spójność przestrzenną światła. I = I1+ I2 + 2 I1 I2 cosδ δ przesunięcie fazowe wiązek 1 i 2 Dla źródeł konwencjonalnych spójność przestrzenna związana jest ze skończonymi rozmiarami przestrzennymi źródła. Promień spójności ρ sp obszaru spójnoś ci w danym punkcie powierzchni falowej. ρsp = długość fali, ϕ kąt, pod jakim widać źródło z danego punktu ϕ powierzchni falowej. Schemat doświadczenia interferencyjnego przy użyciu lasera. Cechy światła laserowego 8

Intensywność promieniowania Ze względu na równoległość wiązki za pomocą laserów można łatwo osiągnąć bardzo wyso kie powierzchniowe gęstości mocy. Przy pracy ciągłej Przy pracy impulsowej 10 Dzieje się tak dlatego, że monochromatyczna wiązka laserowa daje się łatwo ogniskować (praktyczny brak aberracji chromatycznej) oraz, że impulsy laserowe mogą być bardzo krótkie (np. rzędu femtosekund). 4 12 2 10 10 W/cm 10 W/cm 7 16 2 7 W niezogniskowanej wiązce pole elektryczne ma natężenie rzędu 10 V/cm, a w wiązce zoniskowanej rzędu 10 V/cm, co przekracza natężenie pola utrzymujące zewnętrzne elek trony w większości pierwiastków. Ciśnienie światła w tym przypadku jest rzędu 9 g 7 10 Pa = 100 bar (dla światła słonecznego E 7V/cm, p 5-10 10 Pa =10 bar ). Dzięki takim własnościom światła laserowego można je łatwo wykorzystać do podgrzewania, topienia i cięcia różnych materiałów. Cechy światła laserowego 9