Φυσική των lasers. Φυσική των lasers. K. Κοσμίδης Καθηγητής Τμήμα Φυσικής, Παν/μίου Ιωαννίνων Ε.Υ. Κέντρου Εφαρμογών Laser

Transcript

1 Φυσική των lasers Φυσική των lasers K. Κοσμίδης Καθηγητής Τμήμα Φυσικής, Παν/μίου Ιωαννίνων Ε.Υ. Κέντρου Εφαρμογών Laser

2 LASER Το ακρωνύμιο του: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Ενίσχυση φωτός μέσω εξαναγκασμένης εκπομπής ακτινοβολίας

3 LASER Το ακρωνύμιο του: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Ενίσχυση φωτός μέσω εξαναγκασμένης εκπομπής ακτινοβολίας Άρα: φως

4 LASER Το ακρωνύμιο του: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Ενίσχυση φωτός μέσω εξαναγκασμένης εκπομπής ακτινοβολίας Άρα: φως Λάμψιν έχει όλη φλογώδη χείλος, μέτωπο, οφθαλμός φως το χέρι, φως το πόδι κι όλα γύρω σου είναι φως Διονύσιος Σολωμός Ύμνος προς την Ελευθερία

5 LASER Το ακρωνύμιο του: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Ενίσχυση φωτός μέσω εξαναγκασμένης εκπομπής ακτινοβολίας Όμως, τι ακριβώς σημαίνει εξαναγκασμένη εκπομπή ακτινοβολίας; Φυσική του μικρόκοσμου: ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ

6

7 Απορρόφηση και εκπομπή ακτινοβολίας E 3 E 2 E 1

8 Απορρόφηση και εκπομπή ακτινοβολίας E 3 E 2 E 1

9 Απορρόφηση και εκπομπή ακτινοβολίας E 3 E 2 E 1

10 Εξαναγκασμένη (επαγόμενη) εκπομπή ακτινοβολίας E 2 E 1

11 Αυθόρμητη εκπομπή απορρόφηση διεγερμένα άτομα/ μόρια προσπίπτει φως κατάλληλης συχνότητας Εξαναγκασμένη εκπομπή

12 Παροχή ενέργειας (άντληση ενεργού μέσου) καθρέπτης ενεργό μέσο ημιπερατό οπτικό

13 Οπτική κοιλότητα

14 Αντιστροφή πληθυσμού: προαπαίτηση για ενισχυτική λειτουργία - πρόκειται για προϋπόθεση που δεν συναντάται στην φύση και πρέπει να επιτευχθεί με τεχνητό τρόπο

15 -μονοχρωματικότητα -κατευθυντικότητα -συμφωνία -ισχυρή ένταση

16 Ταξινόμηση των lasers με βάση: το ενεργό μέσο (πολύ καλή γνώση των ιδιοτήτων του μέσου) την άντληση (τρόπος παροχής της ενέργειας: οπτικός, ηλεκτρικός, χημικός, άλλα laser,...πυρηνική αντίδραση) τον τρόπο λειτουργίας (συνεχής, παλμικός) το μήκος κύματος (EUV- FIR) την επικινδυνότητα για τον άνθρωπο σε πιθανή έκθεση (class I, II, IIIa, IIIb, IV)

17 επικινδυνότητα για τον άνθρωπο σε πιθανή έκθεση class I :(έχει ληφθεί πρόνοια ώστε να είναι ακίνδυνα: π.χ. laser printers) class II: (δεν προκαλούν βλάβες εάν η έκθεση δεν είναι παρατεταμένη) class IIIa: (δεν προκαλούν βλάβες εάν η έκθεση είναι μικρότερη των 1000 sec π.χ. bar codes supermarket...) class IIIb: (προκαλούν βλάβη εάν η έκθεση είναι απ ευθείας) class IV: (καταστρέφουν τον οφθαλμό ακόμη και από ανάκλαση) Σύγκριση: λυχνίες πυρακτώσεως σε απόσταση ενός μέτρου υπολείπεται της έντασης (στην ορατή περιοχή) ενός laser He/Ne 5mW.

18 Ιστορική εξέλιξη της έντασης των lasers

19

20 Εκ του μακρόθεν ανίχνευση

21 Εφαρμογές στην Ιατρική

22 Εφαρμογές στην βιομηχανία

23 Εφαρμογές στην αεροπλοΐα

24 Στρατιωτικές εφαρμογές

25 Τεράστιο εύρος εφαρμογών

26 Τεράστιο εύρος εφαρμογών Laser: Μία λύση που αναζητά το πρόβλημα

27 Έχει σταματήσει η έρευνα στην ανάπτυξη νέων συστημάτων laser;

28 Έχει σταματήσει η έρευνα στην ανάπτυξη νέων συστημάτων laser; ΟΧΙ!.και ήθελε ακόμη πολύ φως να ξημερώσει Μανώλης Αναγνωστάκης

29 Αποτελεί θέμα έρευνας αιχμής και βρίσκεται στις προτεραιότητες του Στρατηγικού Σχεδιασμού της Ευρωπαϊκής Κοινότητας Κύριες κατευθύνσεις έρευνας: -διεύρυνση των μηκών κύματος laser -μεγαλύτερη ισχύς εξόδου -στενότεροι χρονικά παλμοί laser ΓΙΑΤΙ; -Νέα Φυσική -Νέα τεχνολογία -Νέες εφαρμογές

30 -Η ύλη συμπεριφέρεται διαφορετικά όταν ακτινοβολείτε από ισχυρά πεδία laser: νέα φαινόμενα θέλουμε στενούς χρονικά παλμούς laser (atosec= sec): παγώνουμε τους εσωτερικούς βαθμούς ελευθερίας νέα μήκη κύματος π.χ. περιοχή ακτίνων-χ ισχυρά πεδία για εφαρμογές π.χ. στην σύντηξη

31 και στα Ιωάννινα; Διαθέτουμε καλά οργανωμένο εργαστήριο - ο εξοπλισμός σε μεγάλα συστήματα laser περιλαμβάνει: 1 Excimer laser 2 Nd:YAG pumped dye lasers (4ns) 1 Nd:YAG laser 35ps 1 Ti-Sap Laser 20fs 1ns=10-9 sec, 1ps=10-12 sec, 1fs=10-15 sec

32

33 Τα ερευνητικά αντικείμενα του Εργαστηρίου: μελέτη της δομής των ατόμων, μορίων και μοριακών συσσωματωμάτων (τεχνικές φασματοσκοπίας laser) μελέτη της μοριακής δυναμικής και έλεγχος αυτής μελέτη της συμπεριφοράς της ύλης υπό ισχυρά πεδία laser αναλυτικές (διαγνωστικές) τεχνικές laser φωτονικές εφαρμογές laser(αισθητήρες, κλπ) ανάπτυξη λεπτών υμενίων και νανοδομημένων υλικών

34 Ευθυγράμμιση μορίων στην αέρια φάση Τα μόρια στην αέρια φάση είναι προσανατολισμένα προς όλες τις διευθύνσεις -Ενδιαφέρον Φυσικής σε βασικό επίπεδο -ενδιαφέρον εφαρμογών: η αντίδραση Cl + CH 3 I CH 3 Cl + I μεγιστοποιείται όταν το Cl πλησιάζει από την μεριά του CH 3

35 Επιλεκτικός ιονισμός προσανατολισμένων μορίων Αλληλεπίδραση ασύμμετρου πεδίου με μοριακό δείγμα: Πειραματική διάταξη Ισχυρή αλληλεπίδραση με μόρια προσανατολισμένα ως προς το ασύμμετρο πεδίο Ασύμμετρο πεδίο δύο χρωμάτων (ω/2ω) A-B B-A Ευθυγράμμιση vs Προσανατολισμός A-B A-B

36 Υπερταχεία μοριακή δυναμική T R Η δέσμη υπερύθρου (IR) από το laser προσπίπτει σε διαχωριστή δέσμης (BS). Η διερχόμενη δέσμη (T) εστιάζεται σε κελί Ar και παράγει περιττές αρμονικές της θεμελιώδους συχνότητας του laser. Ο καθρέφτης 5ω ανακλά επιλεκτικά την 5 η αρμονική (160 nm). Στην πορεία της ανακλώμενης δέσμης (R) παρεμβάλλεται κινούμενη βάση με καθρέφτες για την ελεγχόμενη αυξομείωση του δρόμου που ακολουθεί. Οι δύο δέσμες επανενώνονται σε ένα καθρέφτη με οπή στο κέντρο του (H) και διαδίδονται συγγραμμικά ως το σημείο αλληλεπίδρασης με τη μοριακή δέσμη. Τα παραγόμενα ιόντα επιταχύνονται από ηλεκτρικό πεδίο, ανιχνεύονται και αναλύονται από ηλεκτρονικά συστήματα (MCPs, PC).

37 Μικροσκοπία Φωτοϊονισμού: Παρατήρηση της Κυματοσυνάρτησης του ηλεκτρονίου (Κβαντική Συμβολή) (1/2)

38 Μικροσκοπία Φωτοϊονισμού: Παρατήρηση της Κυματοσυνάρτησης του ηλεκτρονίου (Κβαντική Συμβολή) (2/2) Ηλεκτρικό πεδίο Ανιχνευτής θέσης. Ηλεκτρόνια που ακολουθούν διαφορετικές τροχιές συμβάλλουν Κυματοσυναρτήσεις ηλεκτρονίων ως συνάρτηση της ενέργειάς τους

39 Ανάπτυξη λεπτών υμενίων και νανοδομημένων υλικών

40

41

42 Φωτονικές εφαρμογές Ανάπτυξη αισθητήρων πάγου στα φτερά των αεροπλάνων (συνεργασία με Airbus,κλπ) -Έλεγχος (φωτονικός) της διαδικασίας κρυοπηξίας

43 Τα ερωτήματα Φυσικής που περιμένουν απάντηση είναι πολλά και εξαιρετικά ενδιαφέροντα Η δικιά σας γενιά... ΕΣΕΙΣ καλείστε να δώσετε απαντήσεις σε κάποια από αυτά Η πρόσκληση είναι ανοιχτή!!