IMPULSNI LASERI I PFH

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "IMPULSNI LASERI I PFH"

Πράξις Κόρακας
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 PRIMENA LASERA u FiZIČKOJ HEMIJI IMPULSNI LASERI I PFH Milan S. Trtica, ( etrtica@vinca.rs) Institut za nuklearne nauke Vinča Š.S. Miljanić, M. Kuzmanović Fakultet za fizičku hemiju

2 - PLAN IZLAGANJA: ŠTA je to LASER? OSOBINE LASERSKOG ZRAČENJA KLASIFIKACIJA LASERA PRINCIPI RADA LASERA SAVREMENI IMPULSNI LASERI PRIMENE LASERSKIH SISTEMA

3 - ŠTA je to LASER? -Termini: LASER; ЛАЗЕР; OKГ; - LASER; Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation god. (A. Prokhorov, N. Basov, C. Townes)- Nobelova nagrada. - C. Townes, god. MASER; NH 3, λ= 1,25 cm, P L = W. - Maiman (Hughes Lab.), god., LASER, Rubinski laser.

4 - OSOBINE LASERSKOG ZRAČENJA - Intenzivno - Monohromatično - Usmereno - Koherentno - Intenzivnost zračenja: I L = (E/t)/A= P/A, (W/cm 2 ) Tabela 1. Intenzivnost izvora Tip izvora Sunce Crno telo (λ=10 μm, T= 1473 K) Lampa He-Ne laser Ar- laser TEA CO 2 laser Intenzitet, W/cm ,

5 Δν/ν = LASER: R L λ=1 10 7, W/(cm 2 nm), SUNCE: R S =1 10-4, W/(cm 2 nm). Tabela 2. Radiometrijske veli. izvora - I L (a)= (E/t)/πθ 2 = P/Ω, (W/sr) - B= P/Ωω 02, (W/cm 2 sr) Tip izvora I L (a), W/sr B, W/cm 2 sr B λ, W/cm 2 sr nm - B λ = B/Δλ, (W/cm 2 sr nm) Sijalica (66 W) 5 / / He-Ne laser 300 2, Hglampa / 95 9,5 - Monohromatičnost zračenja: (He-Ne laser: P L = W, λ= 632,8 nm, Δλ= nm. Hg-lampa: P= 100 W, λ (Hg)= 546 nm, Δλ= 10 nm).

6 - Usmerenost zračenja: Tabela 3. Prostiranje laser. snopa θ= λ/πω 0, (mrad). ω 0, Z, ω, cm m cm - Koherentnost zračenja: 0, ,1 2,02 - Vremenska (slika 1), L K = c Δt, L K = c/δν, (cm) L K (Hg)= 2 cm, L K (He-Ne las.)= 30 cm m, (Km) ,02 20,2 - Prostorna, He-Ne laser: λ= 632,8 nm, TEM 00. L P = 1,22 λ/θ, (cm).

7 Slika 1. Koherentnost las. zračenja. - KLASIFIKACIJA LASERA Prema aktivnoj sredini (gasni; tečni; čvrsti). Prema čestici (atomi; joni; molekuli). Prema talasnoj dužini ((Slika 2) IR; vidljivi; UV; itd.). Prema vremenskoj evoluciji izlaza. Kontinualni las.: P; λ (Δλ, Δν); θ; mod ; η. Impulsni las.: E; Δτ 1/2 (ms, μs, ns, ps, fs, as); P P ; f; P sr

8 Slika 2. Elektromagnetni spektar zračenja. - PRINCIPI RADA LASERA Slika 3. Sistem dva nivoa.

9 Slika 4. Procesi apsorpcije i emisije zračenja (sistem dva nivoa). - Apsorpcija zračenja, P 12 = B 12 ρ(ν) dt - Spontana emisija, P 21 = A 21 dt - Stimulisana emisija, P 21 = B 21 ρ(ν) dt B 12 = B 21 - Sistem većeg broja čestica: N 2 (A 21 + ρ(ν) B 21 ) = N 1 B 12 ρ(ν) A 21 /(B 21 ρ(ν)) = exp (hν/kt) - 1, Primer: Svetlosni izvor, T= 1000 K, λ= 500 nm, odnos = N 1 > N 2 ; N 2 = N 1 ; N 2 > N 1, inverzija naseljenosti.

10 Bolcmanov zakon: N 2 /N 1 = exp (-hν/kt) Slika 5. Dijagram energetskih nivoa. POJAČANJE: ρ(ν)/ρ 0 (ν) = exp (- α l), α= (N 1 N 2 ) σ Slika 6. Tehnike kreiranja inverzije naseljenosti.

11 Slika 8. Procesi u laseru. Slika 7. Proces pojačanja (sistem tri čestice).

12 Slika 9. Dizajn lasera. Slika 10. Modovi lasera. - SAVREMENI IMPULSNI LASERI - Čvrsto-telni sistemi - Tečni sistemi - Gasni sistemi

13 - Čvrsto-telni sistemi - Rubinski laser - Nd:YAG laser - Ti:Safirni laser (a) - Rubinski laser: (b) Al 2 O 3 i 0,05% Cr 2 O 3. (Cr 3+ ). Slika 11. Energetski nivoi Cr 3+ jona (u Al 2 O 3 ) (a), apsorpcioni spektar rubina (b).

Izlazni parametri: E, 1-100 J; Δτ 1/2, 1 ms

14 Izlazni parametri: E, J; Δτ 1/2, 1 ms (Q-switching, 10 ns); P P, KW (MW, GW); λ, 694,3 nm; Δλ, 0,1-1 Å; θ, mrad; f, reda Hz. - Nd:YAG laser: Slika 12. Konstrukscija i fotografija rubinskog lasera. YAG i Nd 2 O 3. (Nd 3+ ).

15 (a) (a) (b) (b) Slika 13. Energetski nivoi Nd 3+ jona (u matrici YAG) (a), apsorpcioni spektar (b). Slika 14. Konstrukcija Nd:YAG lasera.

16 Izlazni parametri: E, J; Δτ 1/2, 1 ns (Q-switching); P P, MW (GW); λ, 1064 nm; 1/Δλ, 4 cm -1 ; θ, mrad; f, nekoliko Hz. - mode locking : E, J; Δτ 1/2, reda ps. - λ, 1064 nm, 532 nm, 355 nm. (a) - Ti:Safirni laser: Ti 3+ : Al 2 O 3 (Safir). (b) Slika 15. Energetski dijagram za Ti:safirni las. (a), apsorp. i emis. spektar (b).

17 Slika 16. Konstrukscija Ti:Safirnog lasera. Izlazni parametri: E, nj do mj; Δτ 1/2, reda fs do 200 fs (mode-locking); P P, MW (GW, TW); λ, 700 do 1000 nm; Δν, reda GHz; θ, mrad; f, MHz. - pumpanje, Ar + laserom; mode-locking ( Kerr-lens tehnika). - merenje kratkog impulsa: vremenski auto-korelator. - atosekundni impulsi: SRR; VH.

18 - Poluprovodnički laseri: Slika 17. Auto-korelator. GaAlAs, λ, 808 nm (Nd:YAG las.) Izlazni parametri: E, pj do nj; Δτ 1/2, 1 ns (ps); P P, reda W; λ, 375 do 1060 nm; Δλ, 3 nm; θ, reda 10 mrad; f, do MHz. Slika 18. Izgled PP lasera.

19 - Tečni sistemi - Dye: Rodamin 6G/rastvarač (a) Slika 19. Struktura Rodamina 6G (a), spektar R 6G u etanolu (b). (b)

20 Slika 20. Konstrukscija tečnog lasera. Izlazni parametri: E, reda J; Δτ 1/2, 1 ns (ps, fs- domen); P P, MW; λ, 340 do 1175 nm; Δλ, 0,5 do 0,01 Å; θ, mrad; f, 100 Hz. - Gasni sistemi - TEA CO 2 laser - Excimerni laseri - Hemijski laseri - Optički pumpani laseri

21 -TEA CO 2 laser: Transversely Excited Atmospheric CO 2 /N 2 /He; 1 atm Slika 21. Šematski prikaz TEA CO 2 lasera. Slika 22. Energetski nivoi CO 2 molekula.

22 Slika 23. Opseg zračenja TEA CO 2 lasera. Slika 24. Dizajn TEA CO 2 lasera. Slika 25. Vremenski oblik TEA CO 2 (A) i HF (B) lasera.

23 Slika 26. Foto TEA CO 2 lasera. Izlazni parametri: E, do 100 J; Δτ 1/2, reda μs, ns, ps; P P, MW (GW); λ, 10,6 μm; Δν, 1 GHz; θ, mrad; f, KHz.

24 - Excimerni laseri: - XeCl; KrF; ArF; F 2, itd. - dizajn lasera: Sl. 28; p- reda atm Slika 27. Energetski nivoi excimernih molekula. Slika 28. Dizajn excimernog lasera. Izlazni parametri: E, do J; Δτ 1/2, reda ns; P P, MW (GW); λ, 150 do 308 nm; Δν, GHz; θ, mrad; f, KHz.

25 - Hemijski laser: F + H 2 (D 2 ) HF * (DF * ) + H (D), λ, 2,8-3,2 (3,5-4,5) μm. HCl *, CO *, itd. - Optički pumpani laseri: NH 3 ; CF 4 ; (p-h 2 ); itd. (npr. pumpanje TEA CO 2 las.). Slika 29. Šema opt. pum. lasera.

26 - Optičko pumpanje: p-h 2 laser Slika 30. Energ. nivoi p-h 2. Slika 31. Dizajn opti. pumpanog p-h 2 lasera.

27 - Plazma laseri - X- laseri: Ne- like Ar jon; λ, 46,68 nm. Ni- like Pd jon; λ, 14,7 nm. Slika 32. Dizajn X-ray lasera. Karakter. pump. lasera: P p,tw; λ, 1054 nm, τ 1/2, 500 fs; f, 1-4 imp/min. Slika 33. Šema X-ray lasera.

28 Izlazni parametri: E, μj/mj; Δτ 1/2, 0,02 do 3 ns; P P, MW (GW); λ, 3,5 do 50 nm; θ, mrad; f, reda Hz. - Jodidni laser: C 3 F 7 I + hν 1 C 3 F 7 + I *, I * hν 2, 1,315 μm. - Laseri na bazi metalnih para: Cu, Au, itd. - Cu laser, λ (510,5; 578,2 nm). - Free Electron Laser Laseri na bazi slobodnih elektrona - Zaključak:

29 - PRIMENE IMPULSNIH LASERA u FH Osobine laserskog zračenja: - Intenzivnost - Monohromatičnost - Usmerenost - Koherentnost E; Δτ 1/2 (ms, μs, ns, ps, fs, as). P p (kw; MW; GW; TW; Peta-W; Exa-W). - Las. indukovanje i kontrola hem. reakcija - Preparativna hemija - Analitička hemija/spektrohemija - Dijagnostika hemijskih procesa, itd.

31 Aksijalni modovi: n λ/2 = L; ν = nc/2l; Δν = c/2l. (L= 50 cm, λ= 0,5 μm, n=?; n= ). Slika 34. Kriva pojačanja i aksijalni modovi.

Σχετικά έγγραφα

ΓΗ ΚΑΙ ΣΥΜΠΑΝ. Εικόνα 1. Φωτογραφία του γαλαξία μας (από αρχείο της NASA)

ΓΗ ΚΑΙ ΣΥΜΠΑΝ. Εικόνα 1. Φωτογραφία του γαλαξία μας (από αρχείο της NASA) ΓΗ ΚΑΙ ΣΥΜΠΑΝ Φύση του σύμπαντος Η γη είναι μία μονάδα μέσα στο ηλιακό μας σύστημα, το οποίο αποτελείται από τον ήλιο, τους πλανήτες μαζί με τους δορυφόρους τους, τους κομήτες, τα αστεροειδή και τους μετεωρίτες.