Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Wykład V Laser. Emisja wymuszonaEmisja spontaniczna Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

Коpie: 1
Wykład XIII Laser. Emisja wymuszonaEmisja spontaniczna Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Wykład V Laser. Emisja wymuszonaEmisja spontaniczna Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation."— Zapis prezentacji:

1 Wykład V Laser

2 Emisja wymuszonaEmisja spontaniczna Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

3 absorpcjaemisja spontaniczna emisja wymuszona h h h E1E1 E2E2 E1E1 E2E2 Emisja wymuszona Absorpcja atom absorbując foton przechodzi ze stanu podstawowego (1) do stanu wzbudzonego (2). Emisja spontaniczna Atom w stanie wzbudzonym emituje foton przechodząc do nowego stanu. Fotony emitowane są we wszystkich kierunkach z jednakowym prawdopodobieństwem w przypadkowych chwilach. Emitowana fala elektromagnetyczna nie jest spójna. h =E 2 -E 1

4 absorpcjaemisja spontaniczna emisja wymuszona h h h E1E1 E2E2 E1E1 E2E2 Emisja wymuszona W stanie równowagi termodynamicznej dominuje emisja spontaniczna. Emisja wymuszona Atom w stanie wzbudzonym pod wpływem zewnętrznego fotonu emituje drugi foton przechodząc do nowego stanu. Wymuszający i emitowany foton mają takie same : częstotliwość kierunek fazę Emitowana fala jest spójna

5 Emisja spontaniczna i wymuszona Emisja spontaniczna Fotony emitowane są we wszystkich kierunkach z jednakowym prawdopodobieństwem w przypadkowych chwilach. Emitowana fala elektromagnetyczna nie jest spójna. Emisja wymuszona Wymuszający i emitowany foton mają takie same : częstotliwość kierunek fazę Emitowana fala jest spójna

6 E1E1 E2E2 n 1 - ilość elektronów na poziomie E 1 n 2 - ilość elektronów na poziomie E 2 Z równania Boltzmana Przykład: T=3000 K E 2 -E 1 =2.0 eV

7 Współczynniki Einsteina Prawdopodobieństwo absorpcji wymuszonej R 1-2 R 1-2 = ( ) B 1-2 Proces emisji wymuszonej R 2-1 = ( ) B A 2-1 A proces emisji spontanicznej Zał: n 1 atomów w stanie 1 i n 2 atomów w stanie 2 jest w równowadze w temperaturze T z polem promieniowania o gęstości ( ): n 1 R 1-2 = n 2 R 2-1 n 1 ( ) B 1-2 = n 2 ( ( ) B A 2-1 ) Stąd ( )

8 B 1-2 /B 2-1 = 1 Względna liczba cząstek na dany stan: ( ) = = gęstość widmowa promieniowania CDC (prawo Plancka)

9 Stosunek A 2-1 prawdopodobieństwa emisji spontanicznej do prawdopodobieństwa emisji wymuszonej B 2-1 ( : 1.Energia h fotonów światła widzialnego zawiera się w granicach 1.6eV – 3.1eV. 2.kT w temperaturze 300K ~ 0.025eV. 3.Dopiero gdy h /kT <<1 emisja wymuszona może być dominująca. I tak np. w zakresie mikrofalowym h <0.0015eV. W ogólności częstość emisji do częstości absorpcji x jest dana wzorem: jeśli h /kT <<1. x~ n 2 /n 1

10 Warunek akcji laserowej Jeżeli n 1 > n 2 Padające promieniowanie jest głównie absorbowane Przeważają procesy emisji spontanicznej. Większość atomów jest w stanie 2, absorpcja padającego promieniowania jest utrudniona. Przeważają procesy emisji wymuszonej. Padająca fala jest wzmacniana. Jeżeli n 2 >> n 1 - inwersja obsadzeń wystąpienie akcji laserowej wymaga aby w układzie zaistniała inwersja obsadzeń E1E1 E2E2

11 Jak uzyskać inwersję obsadzeń W przypadku wzbudzeń termicznych Podstawowe metody pompowania: wyładowania elektryczne, pobudzanie optyczne. Nie można uzyskać inwersji obsadzeń. W celu uzyskania inwersji obsadzeń układ musi być pompowany E1E1 E2E2

12 Przykład lasera trójpoziomowego Zasada pracy lasera E1E1 E3E3 E2E2 szybkie przejścia akcja laserowa 1 3 przejście w wyniku pompowania. Szybkie przejścia nie radiacyjne z 3 2. Stan 2 jest stanem o stosunkowo długim czasie życia ( metastabilnym). Wytwarza się inwersja obsadzeń pomiędzy poziomami 2 i 1. Akcja laserowa możliwa pomiędzy poziomami 2 i 1.

13 Przebieg akcji laserowej : 1. - pompowanie optyczne obsadza poziom 3 o krótkim czasie życia, rzędu s. Jest to więc pasmo: poziomy: metastabilny i podstawowy są wąskie 1.- elektrony przechodzą z pasma wzbudzonego na poziom metastabilny i gromadzą się: inwersja obsadzeń. 2.- emisja wymuszona. (Wystarczy aby jeden elektron opuścił stan metastabilny w procesie emisji spontanicznej. Powstający foton zapoczątkuje emisję wymuszoną.) 3.Wiązka fotonów porusza się prostopadle do luster - powstaje fala stojąca. E1E1 E3E3 E2E2 szybkie przejścia akcja laserowa

14

15 Laser rubinowy Wynaleziony w latach 60-tych. Czynnik roboczy: monokryształ rubinu czyli Al 2 O 3 domieszkowany Cr. Pompowanie optyczne poprzez nawiniętą spiralnie lampę błyskową Lustra na obu końcach kryształu. Laser światła czerwonego

16 Akcja laserowa z jonów Cr 3+, zawartych w rubinie. Laser trzypoziomowy. Energy 4A24A2 4T24T2 4T14T1 2T22T2 2E2E LASING Pompowanie optyczne do stanów 4 T 1 lub 4 T 2, poprzez absorpcję fali z zakresu nm i nm. Szybkie bezpromieniste przejście elektronów na poziom metastabilny 2 E. Akcja laserowa w wyniku przejścia elektronów z 2 E na 4 A 2, z emisją fotonów o częstotliwościwith 694 nm. rapid decay Laser rubinowy Al 2 O 3 Cr +

17 Laser rubinowy Pierwszy skonstruowany laser konstruktor : Ted Maiman z : Hughes Research Labs rok: 1960


Pobierz ppt "Wykład V Laser. Emisja wymuszonaEmisja spontaniczna Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation."

Podobne prezentacje


Reklamy Google