Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Lézerek alapfelépítése Külső gerjesztő (energia-) forrás Rezonátorüreg („cavity”) Tükör (100% visszaverés) Részben áteresztő tükör (~99% visszaverés) Lézersugár.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Lézerek alapfelépítése Külső gerjesztő (energia-) forrás Rezonátorüreg („cavity”) Tükör (100% visszaverés) Részben áteresztő tükör (~99% visszaverés) Lézersugár."— Előadás másolata:

1 Lézerek alapfelépítése Külső gerjesztő (energia-) forrás Rezonátorüreg („cavity”) Tükör (100% visszaverés) Részben áteresztő tükör (~99% visszaverés) Lézersugár Erősítő közeg („Amplification/Lasing medium”)

2 Lézerek alapfelépítése Anyaga: gáz (pl. Ar, Kr, He/Ne, Cd/He, CO 2, N 2, I 2, RgX, HF, …), fémgőz (pl. Cu, Au, Ba), oldat (pl. fluoreszkáló molekulák metanolban), szennyezett kristály (pl. Nd:YAG, Cr:Alexandrite, Ti:Sapphire, Cr:Sapphire (Rubin)) félvezető (GaAs, ZnSe, ….) elektronok (szabadelektron-lézer) Követelmény: Megfelelő energiájú átmenetek (energiaszintek) Populáció inverziót lehessen létrehozni benne  általában több energiaszintnek van szerepe (lásd három és négy energiaszintű lézerek) Erősítő közeg

3 Lézerek alapfelépítése „Formája”: villanófény (pl. rubin, Nd:YAG lézerek), elektromos kisülés (pl. excimer lézerek), kémiai reakció másik lézer (pl. festéklézerek), … Követelmény: Optikai forrás esetén a fotonok energiája megfeleljen az erősítő közeg gerjesztési energiájának A fluxus elég nagy legyen a populáció inverzió fenntartásához (lásd folytonos vs. impulzus lézerek) Megszabja a lézer teljesítményét (energiamegmaradás!) energiaveszteség legtöbbször hő formájában jelenik meg (  hűtés) Külső energiaforrás

4 Lézerek alapfelépítése Szerepe: kényszeríttet (stimulált) emisszió erősítése (a spontán emisszióval szemben) (a stimulált emisszió során létrejövő foton koherens a „stimuláló” fotonnal”!) állóhullámok létrehozása Rezonátorüreg  koherens, kollimált, monokromatikus (intenzív) sugárzás m  / 2 = L ! L

5 Lézerek alapfelépítése Nehézségek: Nem tökéletesen párhuzamos tükrök, anyaghibák, … Rezonátorüreg Stabil Nem stabil rezonátorok Jellemzés: „Jósági hányados”: (Quality factor) Q = nyereség/ veszteség

6 Lézerek alapfelépítése Nehézségek: egyéb rezgési módusok megj.: a) átlós módusok („transverse electromagnetic modes”, TEM) Rezonátorüreg Megfigyelése:

7 Lézerek alapfelépítése Nehézségek: egyéb rezgési módusok megjelenése a) hosszirányú módusok („longitudinal modes”) Rezonátorüreg Több rezgési módus következménye: frekvencia intenzitás frekvencia intenzitás  = frekvencia intenzitás Erősítő közeg RezonátorüregLézernyaláb Kihasználás: ultrarövid impulzusok, frekvencia moduláció

8 Lézerek alapfelépítése Több rezgési módus megjelenésének kiküszöbölése: keskeny rezonátorüreg „gyűrűlézerek” (ring laser) Rezonátorüreg Tükör Részben áteresztő tükör Erősítő közeg Faraday rotátor („egyenirányító”)

9 Lézerfolyamatok kinetikája Abszorpció Spontán emisszióStimulált emisszió A 21, B 1 2, B 21 : Einstein-féle koefficensek N 1, N 2 : az alap és a gerjesztett állapotban levő részecskék száma  : a sugárzás energiasűrűsége frekvenciánál Összefüggések: g 1,g 2 : statisztikai súly c : fénysebesség h : Planck-állandó E1E1 E2E2  (= N/V ): foton-sűrűség E1E1 E2E2 E1E1 E2E2

10 Lézerfolyamatok kinetikája Intenzitás: Mivel a spontán emisszió minden irányban történik, ezért a lézer irányába vett hozzájárulása elhanyagolható: Így: Ebből: c, c’ : fénysebesség, közegben mért fénysebesség n : törésmutató A : felület V : térfogat

11 Lézerfolyamatok kinetikája Beer-törvény: I 0, I : kezdeti és „aktuális” intenzitás l : megtett úthossz  : abszorpciós koefficiens Intenzitásváltozás: A fentiekből: Az Einstein-féle koefficiensek összefüggéséből:

12 Lézerfolyamatok kinetikája  következmény negatíverősítés, I >I 0 pozitívelnyelés, I

13 Lézerfolyamatok kinetikája Populáció inverzió megvalósítása: Három energiaszintű lézerek E1E1 E2E2 gerjesztés Lézersugárzás sugárzásmentes átmenet E3E3 Energia Populáció gyors pl.: rubinlézer impulzusszerű metastabilis állapot

14 Lézerfolyamatok kinetikája Populáció inverzió megvalósítása: Négy energiaszintű lézerek E2E2 E3E3 gerjesztés Lézersugárzás sugárzásmentes átmenet E4E4 Energia Populáció gyors pl.: Nd:YAG lézer E1E1 sugárzásmentes átmenet gyors metastabilis állapot

15 Lézerimpulzusok létrehozása Spontán „Rezonátorüreg kiborítása” (cavity dumping) Főbb célok: rövid impulzusok, nagy teljesítmény, gyors ismétlődés Módszerek forgatható tükör Nagy Q  Kis Q a) Akusztooptikai csatoló b)

16 Lézerimpulzusok létrehozása Akusztooptikai csatoló Piezoelektromos kristály (rezgéskeltő) Hanghullámok  törésmutató-változás ~50 kHz

17 Lézerimpulzusok létrehozása „Q-kapcsolás” (Q-switching) Módszerek forgatható tükör a) b) Telíthető abszorbeáló anyag Hasonló elven: akouszto-optikai csatoló, Kerr-cella magneto-optikai csatoló, fotodióda c) polarizátor + - Pockel-cella Kis Q  Nagy Q Passzív (időbeállítás csak koncentrációval) Általában lassú (  többoldalú tükör alkalmazása)

18 Lézerimpulzusok létrehozása Q-kapcsolt lézerek működési elve

19 Lézerimpulzusok létrehozása A Pockel-cella működési elve másodrendű nemlineáris effektus Feszültség kikapcsolva: Feszültség bekapcsolva:

20 Lézerimpulzusok létrehozása

21 Lézersugarak jellemzése A nyaláb átmérője és profilja fókuszálhatóság: Gauss-eloszlásnál M =0

22 Lézersugarak jellemzése Impulzus hossza és alakja Intenzitás:teljesítmény [W] energia/pulzus [J] fluxus [1/(m 2 s)] „besugárzás” (irradiance) [W/m 2 ] Monokromatikusság: Koherencia:koherencia-úthossz [m] koherencia-idő [s] Koherenciával és monokromatikussággal kapcsolatos jelenség: Lézer foltok (laser speckle) frekvencia intenzitás


Letölteni ppt "Lézerek alapfelépítése Külső gerjesztő (energia-) forrás Rezonátorüreg („cavity”) Tükör (100% visszaverés) Részben áteresztő tükör (~99% visszaverés) Lézersugár."

Hasonló előadás


Google Hirdetések