Kubinyi Miklós (kubinyi@mail.bme.hu, 438-1120) Lézerspektroszkópia Kubinyi Miklós (kubinyi@mail.bme.hu, 438-1120)

Az előadások a következő témára: "Kubinyi Miklós (kubinyi@mail.bme.hu, 438-1120) Lézerspektroszkópia Kubinyi Miklós (kubinyi@mail.bme.hu, 438-1120)"— Előadás másolata:

1 Kubinyi Miklós (kubinyi@mail.bme.hu, 438-1120)
Lézerspektroszkópia Kubinyi Miklós )

2 Tananyag az Interneten:

3 1. Bevezetés • Energiaskála Időskála A lézerek működési elvei

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

5 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)

6 Időskála

7 A lézerek működési elvei
stimulált emisszió inverz populáció optikai rezonátor

8 Stimulált emisszió (áttekintés)

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

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

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

12 Einstein-relációk A három sebességi állandó közötti összefüggés:

13 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.)

14 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.

15 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)

16 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.

17 Optikai rezonátor

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

19 Lézersugár spektruma

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

21