Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Rola emisji wymuszonej Rozwój akcji laserowej we wnęce laserowej Cechy światła laserowego Podstawy fizyczne działania laserów: Inwersja obsadzeń Wybór.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Rola emisji wymuszonej Rozwój akcji laserowej we wnęce laserowej Cechy światła laserowego Podstawy fizyczne działania laserów: Inwersja obsadzeń Wybór."— Zapis prezentacji:

1 Rola emisji wymuszonej Rozwój akcji laserowej we wnęce laserowej Cechy światła laserowego Podstawy fizyczne działania laserów: Inwersja obsadzeń Wybór ośrodka aktywnego Przegląd podstawowych typów laserów Laser LA Light Amplification by SER Stimulated Emission of Radiation 5. Lasery

2 poprzedni wykład: Widmo elektromagnetyczne i promieniowanie ciała doskonale czarnego Rzędy wielkości energii przejść elektronowych i rotacyjno-wibracyjnych w atomach i cząsteczkach Rzędy wielkości energii przejść elektronowych i rotacyjno-wibracyjnych w atomach i cząsteczkach Boltzmannowski rozkład obsadzeń Boltzmannowski rozkład obsadzeń Emisja spontaniczna Emisja spontaniczna Absorpcja, widma absorpcyjne Absorpcja, widma absorpcyjne Światło oświetlające Ziemię Światło oświetlające Ziemię Promieniowanie ciała doskonale czarnego, rozkład Plancka Promieniowanie ciała doskonale czarnego, rozkład Plancka Promieniowanie reliktowe Promieniowanie reliktowe Emisja wymuszona Emisja wymuszona Einsteinowskie wspólczynniki Einsteinowskie wspólczynniki Widmo elektromagnetyczne Widmo elektromagnetyczne Proces widzenia u człowieka i zwierząt Proces widzenia u człowieka i zwierząt Zadania Zadania

3 Absorpcja Emisja spontaniczna Emisja wymuszona N2N2 N1N1 N2N2 N1N1 Einstein pokazał, że prócz emisji spontanicznej i absorpcji istnieje również emisja wymuszona.

4 A 21, B 12 i B 21 i opisują prawdopodobieństwa przejść między dwoma stanami w jednostce czasu w wyniku: emisji wymuszonej: B 21 I absorpcji: B 12 I emisji sponatnicznej: A 21 Relacje Einsteina: g 1 i g 2 – degeneracje stanów 1 i 2 B 12 A 21 B 21 Emisja wymuszona: zjawisko leżące u podstaw działania laserów g 1 B 12 = g 2 B 21 Współczynniki Einsteina:

5 Einstein rozważał (1917r.) prędkość przejść między stanami energetycznymi (np. stanów 1 i 2) atomów w równowadze ze światłem o irradiencji (natężeniu) I : prędkość emisji spontanicznej: dN 2 /dt = A 21 N 2 prędkość absorpcji: dN 1 /dt = B 12 N 1 I prędkość emisji wymuszonej: dN 2 /dt = B 21 N 2 I Zazwyczaj: N 2 << N 1 !!! B 12 N 1 I = A 21 N 2 + B 21 N 2 I Absorpcja Emisja spontaniczna Emisja wymuszona N2N2 N1N1 N2N2 N1N1 I słabe Emisję wymuszoną można zaniedbać!!! Współczynniki Einsteina By mogło dojść do równowagi termodynamicznej w obecności pochłanianych i emitowanych fotonów: Absorpcja Emisja spontaniczna Emisja wymuszona N2N2 N1N1 N2N2 N1N1 Przypadkowa w czasie i przestrzeni Spójna z fotonem wymuszającym równe prawdopodobieństwa ale różne prędkości!

6 Zazwyczaj: N 2 << N 1 !!! B 12 N 1 I = A 21 N 2 + B 21 N 2 I Absorpcja Emisja spontaniczna Emisja wymuszona N2N2 N1N1 N2N2 N1N1 I słabe Emisję wymuszoną można zaniedbać!!! O emisji wymuszonej Prawdopodobieństwa emisji wymuszonej i spontanicznej są równe w: T = K !!! W temperaturze pokojowej: ~` W T = 3000 K (żarówka): ~ 10 -4

7 Rola emisji wymuszonej Rozwój akcji laserowej we wnęce laserowej Cechy światła laserowego Podstawy fizyczne działania laserów: Inwersja obsadzeń Wybór ośrodka aktywnego Przegląd podstawowych typów laserów Laser LA Light Amplification by SER Stimulated Emission of Radiation Lasery Lasery

8 Lasery

9 Lasery Laser L Light A Amplification by S Stimulated E Emission of R Radiation

10 Lasery Laser LA Light Amplification by SER Stimulated Emission of Radiation

11 LASER* * Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Działanie lasera bazuje na dwóch zjawiskach: inwersji obsadzeń i emisji wymuszonej.

12 LASER* wzbudzony

13 LASER* Unikalne właściwości światła laserowego: mała szerokość linii emisyjnej (duża moc w emisyjnym obszarze widma) można uzyskać wiązkę: spolaryzowaną, spójną w czasie i przestrzeni o bardzo małej rozbieżności W laserach impulsowych można uzyskać bardzo dużą moc w impulsie oraz szybkie narastanie impulsu. Laser He-Ne zwierciadło całkowicie odbijające zwierciadło wyjściowe ośrodek wzmacniajacy wneka laserowa źródło energii pompujacej

14 LASERy* Laser He-Ne Działanie lasera bazuje na dwóch zjawiskach: inwersji obsadzeń i emisji wymuszonej. Unikalne właściwości światła laserowego: mała szerokość linii emisyjnej (duża moc w emisyjnym obszarze widma) łatwo uzyskać wiązkę: spolaryzowaną, spójną w czasie i przestrzeni o bardzo małej rozbieżności zwierciadło całkowicie odbijające zwierciadło wyjściowe ośrodek wzmacniajacy wneka laserowa źródło energii pompujacej

15 Rola emisji wymuszonej we wnęce laserowej Ośrodek o wielu atomach wzbudzonych Jeden foton emisji spontanicznej może wywołać lawinę fotonów: początek akcji laserowej. Proces ten jest podstawą działania laserów.

16 promieniowanie ma tą samą częstotliwość co promieniowanie wymuszające promieniowanie ma ten sam kierunek co promieniowanie wymuszające (fotony emisji spontanicznej emitowane są w przypadkowych kierunkach!!!) promieniowanie ma tą samą fazę co promieniowanie wymuszające Cechy światła generowanego w procesie emisji wymuszonej we wnęce laserowej Wzmacniacz kwantowy

17 Wnęka laserowa - rezonator optyczny dla wybranych częstotliwości i kierunku (wielokrotne odbicie fal) zamknięta jest zwierciadłami, jedno z nich jest częściowo przepuszczalne. (dodatnia pętla sprzężenia zwrotnego) Wzmacniacz laserowy zamienia się w generator, gdy ośrodek wzmacniający zostanie umieszczony w rezonatorze.

18 Wnęka laserowa Emitowana wiązka jest równoległa do osi wnęki (fale, które nie wędrują tam i z powrotem między zwierciadłami, szybko uciekają na boki bez wzmocnienia). Tylko te fotony dla których układ optyczny jest rezonatorem (częstość i kierunek), mogą wielokrotnie przebiec przez ośrodek czynny wywołując emisję kolejnych fotonów spójnych z nimi; pozostałe fotony nie uczestniczą w akcji laserowej (straty). - rezonator optyczny dla wybranych częstotliwości i kierunku (wielokrotne odbicie fal) zamknięta jest zwierciadłami, jedno z nich jest częściowo przepuszczalne. Wnęka laserowa zapewnia olbrzymią gęstość mocy: (w oszacowaniach prawdopodobieństwo emisji spontanicznej można zaniedbać)!

19 Wnęka laserowa (dodatnia pętla sprzężenia zwrotnego) Wybrane częstotliwości (długości fal):

20 Wnęka laserowa Zmiana długości fali przez zmianę długości drogi optycznej we wnęce

21 Wnęka laserowa

22 Widok modów niepoosiowych - symetria prostokątna (poprzeczne)

23 Układ laseruje, gdy fala świetlna o danej długości fali zyskuje na natężeniu, to znaczy, gdy w obiegu: Z obiegiem światła we wnęce związane są straty w natężeniu (absorpcja, rozpraszanie, odbicia). Aby mogła zajść akcja laserowa, wzmocnienie promieniowania w obszarze czynnym musi co najmniej równoważyć straty: wzmocnienie straty Równość: wzmocnienie = straty określa próg akcji laserowej Wnęka laserowa R = 100% R < 100% I0I0 I1I1 I2I2 I3I3 Układ laserowy o wzmocnieniu G

24 Układ laseruje, gdy fala świetlna o danej długości fali zyskuje na natężeniu, to znaczy, gdy w obiegu: Z obiegiem światła we wnęce związane są straty w natężeniu (absorpcja, rozpraszanie, odbicia). Aby mogła zajść akcja laserowa, wzmocnienie promieniowania w obszarze czynnym musi co najmniej równoważyć straty: wzmocnienie straty Równość: wzmocnienie = straty określa próg akcji laserowej Wnęka laserowa R = 100% R < 100% I0I0 I1I1 I2I2 I3I3 Układ laserowy o wzmocnieniu G

25 Układ laseruje, gdy fala świetlna o danej długości fali zyskuje na natężeniu, to znaczy, gdy w obiegu: Z obiegiem światła we wnęce związane są straty w natężeniu (absorpcja, rozpraszanie, odbicia). Aby mogła zajść akcja laserowa, wzmocnienie promieniowania w obszarze czynnym musi co najmniej równoważyć straty: wzmocnienie straty Równość: wzmocnienie = straty określa próg akcji laserowej. Wnęka laserowa R = 100% R < 100% I0I0 I1I1 I2I2 I3I3 Układ laserowy o wzmocnieniu G

26 W zależności od różnicy N 2 < N 1 nastąpi wykładniczy wzrost lub spadek irradiancji. W równowadze termodynamicznej, zgodnie z rozkładem Boltzmana: N 2 < N 1. Ale jeśli N 2 > N 1 (inwersja obsadzeń), ma miejsce wzmocnienie. Akcja laserowa: warunki Zaniedbując emisję spontaniczną, zmiana gęstości fotonów : [Emisja wymuszona minus absorpcja] Stała proporcjonalności Rozwiązaniem jest: Ośrodek laserowy I(0) z L 0 I(L)I(L) Jeśli N 2 > N 1 : Jeśli N 2 < N 1 : Współczynnik wzmocnienia:

27 W zależności od różnicy N 2 < N 1 nastąpi wykładniczy wzrost lub spadek irradiancji. W równowadze termodynamicznej, zgodnie z rozkładem Boltzmana: N 2 < N 1. Ale jeśli N 2 > N 1 (inwersja obsadzeń), ma miejsce wzmocnienie. Akcja laserowa: warunki Zaniedbując emisję spontaniczną, zmiana gęstości fotonów : [Emisja wymuszona minus absorpcja] Stała proporcjonalności Rozwiązaniem jest: Ośrodek laserowy I(0) z L 0 I(L)I(L) Jeśli N 2 > N 1 : Jeśli N 2 < N 1 : Współczynnik wzmocnienia:

28 W zależności od różnicy N 2 < N 1 nastąpi wykładniczy wzrost lub spadek irradiancji. W równowadze termodynamicznej, zgodnie z rozkładem Boltzmana: N 2 < N 1. Ale jeśli N 2 > N 1 (inwersja obsadzeń), ma miejsce wzmocnienie. Akcja laserowa: warunki Zaniedbując emisję spontaniczną, zmiana gęstości fotonów : [Emisja wymuszona minus absorpcja] Stała proporcjonalności Rozwiązaniem jest: Ośrodek laserowy I(0) z L 0 I(L)I(L) Współczynnik wzmocnienia:

29 Akcja laserowa: warunki Akcję laserową można otrzymać tylko wtedy, jeżeli w ośrodku czynnym (kosztem energii wpompowanej w układ) wytworzymy stan inwersji obsadzeń, czyli jeśli N 2 > N 1. Ośrodek laserowy I(0) z L 0 I(L)I(L) Współczynnik wzmocnienia: Aby uzyskać inwersję, trzeba właściwie wybrać ośrodek aktywny.

30 Aby osiągnąć współczynnik wzmocnienia G > 1, czyli: emisja wymuszona musi przewyższać absorpcję, Trzeba wytworzyć stan nierównowagowy. W równowadze: N 2 / N 1 = exp (– E/k B T ), gdzie: E = E 2 – E 1. N 2 < N 1 Inwersja obsadzeń: N 2 > N 1 Energia Inwersja Energia Czasteczki Energia Czasteczki Równowagowe obsadzenia stanów cząsteczkowych: niska T wysoka T Stan nierównowagowy Stan nierównowagowy ujemna temperatura !ujemna temperatura !

31 Inwersja obsadzeń; pompowanie ośrodka aktywnego Inwersję wytworzyć można kosztem energii wpompowanej w układ w wyniku oświetlenia światłem (pompowanie optyczne): innym laserem, lampą błyskową, R = 100% R < 100% I0I0 I1I1 I2I2 I3I3 Laser medium I I - intensywność lampy błyskowej (użytej do wpompowania energii w ośrodek aktywny) I wyładowaniem prądu w gazach, reakcjami chemicznymi albo wykorzystując rekombinację w półprzewodnikach.

32 Inwersja obsadzeń; pompowanie ośrodka aktywnego Inwersję wytworzyć można kosztem energii wpompowanej w układ w wyniku oświetlenia światłem (pompowanie optyczne): innym laserem, lampą błyskową, R = 100% R < 100% I0I0 I1I1 I2I2 I3I3 Laser medium I I wyładowaniem prądu w gazach, reakcjami chemicznymi albo wykorzystując rekombinację w półprzewodnikach. Jakie warunki muszą być spełnione, by osiągnąć inwersję obsadzeń, N 2 > N 1 ?

33 Inwersja obsadzeń: poszukiwanie ośrodka aktywnego Równania bilansu obsadzeń dla układu dwupoziomowego: Absorpcja Emisja wymuszona Emisja spontaniczna N - całkowita liczba cząsteczek 2 1 N2N2 N1N1 Pompowanie, I Natężenie pompy

34 Równania bilansu obsadzeń dla układu dwupoziomowego: Absorpcja Emisja wymuszona Emisja spontaniczna N - całkowita liczba cząsteczek 2 1 N2N2 N1N1 Pompowanie, I Natężenie pompy Inwersja obsadzeń: poszukiwanie ośrodka aktywnego

35 Równania bilansu obsadzeń dla układu dwupoziomowego: Absorpcja Emisja wymuszona Emisja spontaniczna N - całkowita liczba cząsteczek 2 1 N2N2 N1N1 Pompowanie, I Natężenie pompy Inwersja obsadzeń: poszukiwanie ośrodka aktywnego

36 W warunkach stacjonarnych: N jest zawsze dodatnie, niezależnie od tego, jak duże jest I ! Inwersja w układzie dwupoziomowym nie jest możliwa! gdzie: I sat – natężenie nasycenia 2 1 N2N2 N1N1 Pompowanie, I Dlaczego w układzie dwupoziomowym inwersja nie jest możliwa:

37 W warunkach stacjonarnych: N = N 1 -N 2 jest zawsze dodatnie, niezależnie od tego, jak duże jest I ! Inwersja w układzie dwupoziomowym nie jest możliwa! gdzie: I sat – natężenie nasycenia 2 1 N2N2 N1N1 Pompowanie, I Dlaczego w układzie dwupoziomowym inwersja nie jest możliwa: Co najwyżej:

38 Inwersja obsadzeń w układzie trójpoziomowym Pompujemy poziom 3, który szybko zanika do metastabilnego (długożyciowego) poziomu 2. Równania bilansu obsadzeń: Absorpcja Emisja spontaniczna Fast decay Laser Transition Pump Transition Pompowanie I poziom krótkożyciowy poziom długożyciowy

39 Pompujemy poziom 3, który szybko zanika do metastabilnego (długożyciowego) poziomu 2. Równania bilansu obsadzeń: Absorpcja Emisja spontaniczna N - całkowita liczba cząsteczek Poziom 3 jest krótkożyciowy, możemy zaniedbać jego obsadzenie. Fast decay Przejście laserowe Pompowanie Szybki zanik Inwersja obsadzeń w układzie trójpoziomowym

40 Dlaczego w układzie trójpoziomowym inwersja jest możliwa: W stanie stacjonarnym: gdzie: Teraz jeśli I > I sat, N jest ujemne! Inwersja jest możliwa. I sat – natężenie nasycenia. Fast decay Przejście laserowe Pompowanie Szybki zanik

41 W stanie stacjonarnym: gdzie: Teraz jeśli I > I sat, N = N 1 -N 2 jest ujemne! Inwersja jest możliwa. I sat – natężenie nasycenia. Fast decay Przejście laserowe Pompowanie Szybki zanik Dlaczego w układzie trójpoziomowym inwersja jest możliwa:

42 Inwersja obsadzeń w układzie czteropoziomowym Załóżmy teraz, że poziom1 też szybko zanika do poziomu 0. Z równania bilansu obsadzeń w stanie stacjonarnym w wyniku rozumowania analogicznego do poprzedniego: Przejście laserowe Pompowanie Szybki zanik N - całkowita liczba cząsteczek gdyż: gdzie: I sat – natężenie nasycenia. zawsze ! Teraz N jest ujemne - zawsze !

43 Pierwszy laser: Theodore Harold Maiman ( ) Laser rubinowy, uruchomiony w 1960r (dopiero!) w Hughes Research Laboratories, Malibu, California W laserze Maimana laser ośrodkiem czynnym był syntetyczny kryształ rubinu wyhodowany przez Ralpha L. Hutchesona. Patent został jednak przyznany Gordonowi Gouldowi. Maiman za prace nad laserem był dwukrotnie nominowany do nagrody Nobla.

44 Laser rubinowy (jony Cr+ w krysztale Al2O3) Pierwszy laser, skonstruowany przez Theodora a Maimana z Hughes Research Labs w 1960r. Laser impulsowy pracujący w schemacie trójpoziomowym. Jest pompowany optycznie lampą ksenonową przez boczne powierzchnie walca z rubinu. E2E2 E3E energy (eV) 2 ground state 694.3nm nm rapid decay (~50ns) blue green 4F 1 4F 2 2E2E

45 Inwersja obsadzeń: podsumowanie Układ dwupoziomowy Co najwyżej równe obsadzenia. Brak laserowania. Układ czteropoziomowy Laserowanie łatwo osiągalne! Układ trójpoziomowy Fast decay Przejście laserowe Pompowanie Szybki zanik Trudno jest osiągnąć akcję laserową. Fast decay Przejście laserowe Pompowanie Szybki zanik 2 1 N2N2 N1N1

46 Inwersja obsadzeń Układ dwupoziomowy Fizykom zajęło trochę czasu by zauważyć, że układ czteropoziomowy jest najkorzystniejszy. Układ czteropoziomowy Układ trójpoziomowy Fast decay Przejście laserowe Pompowanie Szybki zanik N2N2 N1N1 Fast decay Przejście laserowe Pompowanie Szybki zanik

47 Laserowanie: Propagacja promieniowania inwersja obsadzeń B 21 > A 21 konieczne duże rezonator emisja wymuszona > em. spontaniczna Podsumowanie: faz kierunku częstości Emisja wymuszona spójność, kolimacja, monochromatyczność zgodność: 2121

48 Podsumowanie: rozwój akcji laserowej Sekwencja wydarzeń: 1.Pompowanie, inwersja obsadzeń 2.Emisja spontaniczna 4. Zwierciadło zawraca do wnęki fotony przyosiowe (kolimacja) 5. Zmiana fazy fali na zwierciadle (węzeł) 6. Narastanie lawiny fotonów emisji wymuszonej 7. Zwierciadło wyjściowe zawraca część promieniowania do wzmacniacza (dalsza kolimacja) 7. Zmiana faza fali na zwierciadle, 8. Przekroczenie progu – AKCJA LASEROWA

49 Wielorakie konstrukcje: Różnorodne zastosowania Lasery

50 Zastosowania laserów: 1. Spójność holografia medycyna przemysł militarne, 4. Intensywność płyty CD, DVD, telekomunikacja (światłowody) 3. Kolimacja spektroskopia, dalmierze (np. pomiar odl. Ziemia – Księżyc), 2. Monochromatyczność spektroskopia, fizyka, medycyna, fotochemia

51 Klasyfikacja laserów w zależności od ośrodka czynnego * Lasery gazowe: helowo-neonowy (543 nm lub 633 nm) argonowy (458 nm, 488 nm lub 514,5 nm) azotowy (308 nm) kryptonowy (jonowy 647nm, 676 nm) na dwutlenku węgla (10.6 μm) na tlenku węgla * Lasery na ciele stałym rubinowy (694,3 nm) 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) na centrach barwnych * Lasery na cieczy (barwnikowe) * Lasery półprzewodnikowe (diody laserowe)

52 Laser helowo-neonowy 1.Atomy He wzbudzone są przez rozpędzone elektrony (wyładowanie elektryczne). 2.Wzbudzone atomy He w zderzeniach przekazują energię atomom Ne. pierwszy działający laser gazowy (1960r., Laboratorium Bella ) λ = 632,8 nm

53 Laser na dwutlenku węgla, CO 2 Gazowy laser molekularny, w którym ośrodkiem czynnym jest mieszanina dwutlenku węgla, azotu, wodoru i helu. Emituje falę w zakresie podczerwieni, główne linie widmowe znajdują się w zakresie długości fal 9.4 µm i 10.6 µm. Emitowana moc dochodzi do 100 kW przy pracy ciągłej i 1013 W przy pracy impulsowej. Laser na CO 2 pracuje analogicznie do lasera He-Ne: pompowana jest cząsteczka N 2, która przekazuje energię do CO 2. Akcja laserowa zachodzi dla wielu linii rotacyjnych przejść oscylacyjnych cząsteczki CO2

54 Laser na dwutlenku węgla, CO 2 Gazowy laser molekularny, w którym ośrodkiem czynnym jest mieszanina dwutlenku węgla, azotu, wodoru i helu. Emituje falę w zakresie podczerwieni, główne linie widmowe znajdują się w zakresie długości fal 9.4 µm i 10.6 µm. Emitowana moc dochodzi do 100 kW przy pracy ciągłej i 1013 W przy pracy impulsowej. Zastosowania: * obróbka materiałów (cięcie i spawanie) * LIDAR * chirurgia * kosmetyka - usuwanie brodawek, tatuaży i blizn * badania naukowe

55 Jonowy laser argonowy, Ar + Linie lasera argonowego: Długość faliMoc względna Moc nm.03.8 W nm W nm.03.8 W nm W nm W nm W nm W nm W nm W nm W 35 eV energy (eV) fast radiative decay Ar ground state eV 0 eV collisions 488 nm Ar + ground state 4p 4s Pumping (electron impact) 515n m Laser o pracy ciągłej. Wyładowanie w plazmie pozwala uzyskać wzmocnienie dla ponad 15 przejść.

56 S 0 : Podstawowy stan elektronowy S 1 : 1 szy wzbudzony stan elektronowy Przejście laserowe Lasery barwnikowe pracują w schemacie czteropoziomowym. Pompowanie Substancją czynną jest przepływająca, laminarna struga roztworu zawierającego barwnik organiczny, np. rodaminę. Barwnik jest pompowany optycznie laserem argonowym, kryptonowym lub neodymowym. Lasery barwnikowe

57 Substancją czynną jest przepływająca, laminarna struga roztworu zawierającego barwnik organiczny, np. rodaminę. Barwnik jest pompowany optycznie laserem argonowym, kryptonowym lub neodymowym. Laser barwnikowy na Rodaminie 6G (barwnik pomarańczowy), emisja na 580 nm (żółty). Roztwór barwnika pompowany jest światłem lasera argonowego (514 nm, niebieski).

58 Lasery barwnikowe Odpowiedni dobór barwników umożliwia strojenie długością fali od bliskiej podczerwieni, przez zakres widzialny do bliskiego ultrafioletu (spektroskopia).

59 Lasery diodowe Rezonatorem jest kryształ półprzewodnika. Najczęściej laser półprzewodnikowy ma postać złącza p-n. Obszar czynny jest pompowany przez przepływający przez złącze prąd elektryczny.

60 Lasery diodowe Rezonatorem jest kryształ półprzewodnika. Najczęściej laser półprzewodnikowy ma postać złącza p-n. Obszar czynny jest pompowany przez przepływający przez złącze prąd elektryczny. Laser półprzewodnikowy z napędu dysków CD Ze względu na niewielkie rozmiary, niskie koszty produkcji, oraz wysoką wydajność, lasery półprzewodnikowe są dzisiaj najczęściej wykorzystywanym rodzajem laserów. Znajdują zastosowanie między innymi w napędach CD, DVD, wskaźnikach laserowych, łączności światłowodowej. Drukarka laserowa

61 Płyta kompaktowa Wgłębienie: ~ 125 nm głębokości przy 500 nm szerokości, zaś jego długość: od 850 nm do 3.5 µm Standardowa płyta CD mieści 74 minuty muzyki, co odpowiada 650 MB danych.

62 Płyta kompaktowa Ciekawostki: Długość ścieżki zapisanej na płycie CD wynosi około 50 kilometrów. Średnica płyty CD (12cm), która pozwala na nagranie 74 minut dźwięku, została dobrana tak, aby zmieściła się na niej cała IX Symfonia Ludwiga van Beethovena. Od czasu wprowadzenia płyt CD, na całym świecie sprzedano ponad 200 miliardów egzemplarzy tego nośnika. Wystarczająco dużo, aby płyty ułożone jedna na drugiej opasały Ziemię sześć razy. Wgłębienie: ~ 125 nm głębokości przy 500 nm szerokości, zaś jego długość: od 850 nm do 3.5 µm Standardowa płyta CD mieści 74 minuty muzyki, co odpowiada 650 MB danych.

63 Drukarka laserowa Zasada druku: W większości drukarek wykorzystywana jest "klasyczna" technika druku, polegająca na polaryzowaniu za pomocą promienia laserowego odpowiedniego miejsca na powierzchni wstępnie naelektryzowanego światłoczułego bębna pokrytego warstwą OPC (organic photoconducting cartridge) lub krzemu amorficznego. Źródłem światła jest zazwyczaj dioda laserowa emitująca światło przerywane w taki sposób, aby niosło informację odpowiadającą kolejnym bitom danych do wydruku. Przez soczewkę światło kierowane jest na wielokątne obrotowe zwierciadło. Dzięki obrotom lustra poszczególne błyski odbijane są pod różnymi kątami i trafiają w kolejne punkty danej linii obrazu tworzonego na bębnie.

64 Drukarka laserowa Zasada druku: Powierzchnia bębna musi być naładowana. Dlatego przykłada się wysokie napięcie do specjalnych szczotek. W ten sposób powstaje pole jonizujące, obejmujące jego ruchomą część. Powierzchnia bębna jest omiatana światłem lasera lub światłem pochodzącym z zestawu diod LED, modulowanym na podstawie obrazu strony przechowywanego w pamięci drukarki. W efekcie naświetlone fragmenty bębna drukującego zmieniają swoje właściwości elektryczne, otrzymując ładunek dodatni.

65 Przykłady jeszcze innych zastosowań: Lasery gazowe wytwarzające ultrafiolet o możliwie jak najmniejszej długości fali używane do produkcji półprzewodnikowych układów scalonych: F2 (157 nm) ArF (193 nm) KrCl (222 nm) XeCl (308 nm) XeF (351 nm) Lasery używane w stomatologii i dermatologii w tym do usuwania tatuaży, znamion oraz włosów: rubinowy (694 nm) aleksandrytowy (755 nm) pulsacyjna matryca diodowa (810 nm) Nd:YAG (1064) Ho:YAG (2090 nm) Er:YAG (2940 nm) Półprzewodnikowe diody laserowe: małej mocy - używane we wskaźnikach laserowych, drukarkach laserowych, CD/DVD dużej mocy - używane w przemyśle do cięcia i spawania, występują o mocach do 10 kW

66 Przykłady jeszcze innych zastosowań:

67 Szkodliwe skutki oddziaływania promieniowania laserowego

68 Przykłady rodzimych zastosowań naukowych: Różnorodne techniki spektroskopowe Badania materii przy pomocy światła rozproszonego Badania LIDARowe Chłodzenie atomów (ciśnienie światła – siły optyczne - chłodzenie i pułapkowanie) Zjawiska nieliniowe Kondensaty Bosego-Einsteina Kryptografia kwantowa

69 Przykłady rodzimych zastosowań naukowych: Spułapkowana kropla ze sferycznymi inkluzjami Zmiana promienia kropli w wyniku parowania (teoria rozpraszania Mie)

70 Przykłady rodzimych zastosowań naukowych: Różnorodne techniki spektroskopowe Badania materii przy pomocy światła rozproszonego Badania LIDARowe (Light Detection And Ranging) Chłodzenie atomów (ciśnienie światła – siły optyczne - chłodzenie i pułapkowanie) Zjawiska nieliniowe Kondensaty Bosego-Einsteina Kryptografia kwantowa Schemat blokowy lidaru zbudowanego w IF UW

71 I I Polski biegun zimna 40 mikrokelwinów= (40 mikrokelwinów= 0,00004 kelwina = -273, C -273, C) IFUJ, Kraków, & IF UMK, Toruń Przykłady rodzimych zastosowań naukowych: Różnorodne techniki spektroskopowe Badania materii przy pomocy światła rozproszonego Badania LIDARowe Chłodzenie atomów (ciśnienie światła – siły optyczne - chłodzenie i pułapkowanie) Zjawiska nieliniowe Kondensaty Bosego-Einsteina Kryptografia kwantowa

72 Bal Fizyków, Politechnika Warszawska, 2005

73

74

75

76

77 Dziękuję za uwagę


Pobierz ppt "Rola emisji wymuszonej Rozwój akcji laserowej we wnęce laserowej Cechy światła laserowego Podstawy fizyczne działania laserów: Inwersja obsadzeń Wybór."

Podobne prezentacje


Reklamy Google