Lézerspektroszkópia Előadók: Kubinyi Miklós Grofcsik András

Az előadások a következő témára: "Lézerspektroszkópia Előadók: Kubinyi Miklós Grofcsik András"— Előadás másolata:

1 Lézerspektroszkópia Előadók: Kubinyi Miklós Grofcsik András
) Grofcsik András )

2 1. A fény abszorpciója és emissziója
Foton-molekula kölcsönhatások Energiaskála Időskála

3 Abszorpció

4 Spontán emisszió

5 Stimulált (indukált) emisszió

6 Az elektromágneses sugárzás tartományai
106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1018 1020 1022 [Hz] rádió-hullámú mikrohullámú infravörös látható ultraibolya röntgen gamma

7 OPTIKAI SPEKTROSZKÓPIA (molekulák gerjesztése)
106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1018 1020 1022 [Hz] rádió-hullámú mikrohullámú infravörös látható ultraibolya röntgen gamma OPTIKAI SPEKTROSZKÓPIA (molekulák gerjesztése) NMR SPEKTROSZKÓPIA (magok gerjesztése) FOTOELEKTRON SPEKTROSZKÓPIA (molekulák ionizálása) MÖSSBAUER SPEKTROSZKÓPIA (magok gerjesztése)

8 Időskála

9 2. A lézerek működési elvei (ismétlés)
stimulált emisszió inverz populáció optikai rezonátor

10 Stimulált emisszió (áttekintés)

11 Abszorpció Sebességi egyenlet:
N1 : kisebb energiájú mol. koncentrációja : a fotonok koncentrációja A12 : az abszorpció sebességi állandója

12 Spontán emisszió Sebességi egyenlet:
B21 : a spontán emisszió sebességi állandója

13 Stimulált emisszió A keletkező foton frekvenciája, iránya, polarizációja és fázisa megegyezik a stimulálóéval. Sebességi egyenlet: A21 : a stimulált emisszió sebességi állandója

14 Einstein-relációk A három sebességi állandó közötti összefüggés:

15 Lézerekben a fényt stimulált emisszióval erősítik, a lézer anyagában stimulált emisszióval több foton keletkezik, mint amennyi abszorbeálódik: Stimulált emisszió: Abszorpció: Mivel A21=A12 a lézer működésének feltétele, N2>N1 (Spontán emissziót elhanyagoltuk.)

16 Inverz populáció Termikus egyensúlyban Boltzman-eloszlás:
N1/N2=exp((E2-E1)/kT) Ha T nő, N1 közelít N2-höz. De N1>N2 mindig fennmarad. Lézerekben N2>N1. Ezt az állapotot nevezzük inverz populációnak. Nincs termikus egyensúly! Létrehozása speciális, három vagy négy E-szintes rendszerekkel lehetséges.

17 Lézerek pumpálása Stimulált emisszióhoz szükséges energia közlése a lézer anyaggal. A pumpáláshoz használható: - fényenergia (villanó lámpa, másik lézer fénye) - elektromos energia (gázkisülés) - kémiai energia (kémiai reakció)

18 Optikai rezonátor A lézer közeget két tükör közé helyezik.
A fénysugár ide-oda verődik, így a fotonok átlagos úthossza megnő, s vele együtt a stimulált emisszió valószínűsége.

19 Optikai rezonátor

20 Az erősítő interferencia feltétele
Állóhullám kialakulása: l hullámhossz, m nagy egész szám. A frekvencia:

21 Lézersugár spektruma

22 Lézerek típusai (a lézerközeg alapján)
ionkristály-lézer félvezetőlézer gázlézer festéklézer

23 Gyűrűs multireflexiós mérés (cavity ring down spectroscopy)

24 Konfokális mikroszkóp

25