MODERNÍ METODY CHEMICKÉ FYZIKY I lasery a jejich použití v chemické fyzice Přednáška 5



Podobné dokumenty
MODERNÍ METODY CHEMICKÉ FYZIKY I lasery a jejich použití v chemické fyzice přednášky 4-7

Zdroje optického záření

Něco o laserech. Ústav fyzikální elektroniky Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity 13. května 2010

PSK1-14. Optické zdroje a detektory. Bohrův model atomu. Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka.

Optoelektronika. elektro-optické převodníky - LED, laserové diody, LCD. Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

Úvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, Plynové lasery. Plynové lasery většinou pracují v kontinuálním režimu.

Měření charakteristik pevnolátkového infračerveného Er:Yag laseru

Lasery. Biofyzikální ústav LF MU. Projekt FRVŠ 911/2013

STUDIUM OHYBOVÝCH JEVŮ LASEROVÉHO ZÁŘENÍ

Základy fyziky laserového plazmatu. Lekce 1 -lasery

Laserové technologie v praxi I. Přednáška č.2. Základní konstrukční součásti laserů. Hana Chmelíčková, SLO UP a FZÚ AVČR Olomouc, 2011

ZÁKLADNÍ ČÁSTI SPEKTRÁLNÍCH PŘÍSTROJŮ

Otruba, Novotný LASERY ZÁKLADY. Vítězslav Otruba, Karel Novotný

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

Automatizace výrobních procesů ve strojírenství a řemesel, CZ.1.07/1.1.30/ , Přednáška - KA 5

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: Lasery - druhy

Obchodní akademie, Vyšší odborná škola a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Uherské Hradiště

Tajemství ELI - nejintenzivnějšího laseru světa

Lasery optické rezonátory

CZ.1.07/1.1.30/

Osnova. Stimulovaná emise Synchrotroní vyzařování Realizace vyzařování na volných elektronech FLASH XFEL

Fyzika II. Marek Procházka Vlnová optika II

2 Nd:YAG laser buzený laserovou diodou

Charakteristiky optického záření

Cvičení z fyziky Lasery. Jan Horáček (jan.horacek@seznam.cz) 19. ledna 2014

Nekoherentní a koherentní zdroj záření. K. Sedláček : Laser v mnoha podobách, Naše vojsko 1982)

Fyzika laserů. 4. dubna Katedra fyzikální elektroniky.

R10 F Y Z I K A M I K R O S V Ě T A. R10.1 Fotovoltaika

Laserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.

Úloha 15: Studium polovodičového GaAs/GaAlAs laseru

Charakteristiky laseru vytvářejícího světelné impulsy o délce několika pikosekund

Praktikum školních pokusů 2

Elektromagnetické záření. lineárně polarizované záření. Cirkulárně polarizované záření

CZ.1.07/2.2.00/ AČ (RCPTM) Spektroskopie 1 / 24

ATOM VODÍKU MODEL : STOJÍCÍ BODOVÉ JÁDRO A ELEKTRON VZÁJEMNĚ ELEKTROSTATICKY INTERAGUJÍCÍ SCHRÖDINGEROVA ROVNICE PRO PŘÍPAD POTENCIÁLNÍ ENERGIE.

- Rayleighův rozptyl turbidimetrie, nefelometrie - Ramanův rozptyl. - fluorescence - fosforescence

Laserové technologie v praxi I. Přednáška č.1. Fyzikální princip činnosti laserů. Hana Chmelíčková, SLO UP a FZÚ AVČR Olomouc, 2011

Úvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, Energie elektronů v atomech nabývá diskrétních hodnot energetické hladiny.

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

1. Zdroje a detektory optického záření

13. Spektroskopie základní pojmy

Přednášky z lékařské přístrojové techniky

Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních signálů z optických normálů frekvence a času

λ hc Optoelektronické součástky Fotorezistor, Laserová dioda

Ing. Pavel Hrzina, Ph.D. - Laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů Katedra elektrotechnologie K13113

Spektroskopické metody. převážně ve viditelné, ultrafialové a blízké infračervené oblasti

Vybrané spektroskopické metody

Základní experimenty s lasery

Metody nelineární optiky v Ramanově spektroskopii

1. Pevnolátkový Nd:YAG laser v režimu volné generace a v režimu Q-spínání. 2. Zesilování laserového záření a generace druhé harmonické

2. Zdroje a detektory světla

Historie vláknové optiky

1.3. Módy laseru, divergence svazku, fokuzace svazku, Q- spínání

(Umělé) osvětlování pro analýzu obrazu

VY_32_INOVACE_ENI_2.MA_13_Nekoherentní zdroje záření

Úvod do laserové techniky

4. Z modové struktury emisního spektra laseru určete délku aktivní oblasti rezonátoru. Diskutujte,

Průmyslové lasery pro svařování

Laserová technika 1. Laser v aproximaci rychlostních rovnic. 22. prosince Katedra fyzikální elektroniky.

VLNOVÁ OPTIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Optika - 3. ročník

Charakteristiky optoelektronických součástek

Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv

Fyzika 2 - rámcové příklady vlnová optika, úvod do kvantové fyziky

Úvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, 2014

Laserová technika 1. Rychlostní rovnice pro Q-spínaný laser. 22. prosince Katedra fyzikální elektroniky.

16. Franck Hertzův experiment

ŠVP Gymnázium Jeseník Seminář z fyziky oktáva, 4. ročník 1/5

Měření šířky zakázaného pásu polovodičů

2. kapitola: Přenosová cesta optická (rozšířená osnova)

Světlo x elmag. záření. základní principy

OPTOELEKTRONIKA SNELLOVY ZÁKONY

Laserové technologie v praxi I. Přednáška č.4. Pevnolátkové lasery. Hana Chmelíčková, SLO UP a FZÚ AVČR Olomouc, 2011

L A S E R. Krize klasické fyziky na přelomu 19. a 20. století, vznik kvantových představ o interakci optického záření s látkami.

Úvod do laserové techniky

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

Svařování LASEREM. doc. Ing. Jaromír Moravec, Ph.D

Netradiční světelné zdroje

MASARYKOVA UNIVERZITA

Fotonické nanostruktury (nanofotonika)

nano.tul.cz Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL

Laserová technika 1. Rychlostní rovnice pro Q-spínaný laser. 16. prosince Katedra fyzikální elektroniky.

Využití fotonických služeb e-infrastruktury pro přenos ultrastabilních optických frekvencí

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Molekuly. Vazby, přechody mezi energetickými hladinami, laser

Lasery historie. Stručná historie laserů

Fluorescence (luminiscence)

Měření vlastností optického vlákna

??): Radiová oblast vlnové délky od kilometrů po 0.1 m, záření se generuje a detekuje pomocí

Stručný úvod do spektroskopie

Středoškolská technika Setkání a prezentace prací středoškolských studentů na ČVUT. Polovodičový laser. Tomáš Nosek.

ERBIEM DOPOVANÉ VLÁKNOVÉ ZESILOVAČE

ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH, PLYNECH A POLOVODIČÍCH

3. Vlastnosti skla za normální teploty (mechanické, tepelné, optické, chemické, elektrické).

Blue-light LED, modrá

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Charakteristiky optoelektronických součástek

VLIV IONIZACE VZDUCHU NA ŠÍŘENÍ LASEROVÉHO SVAZKU

Gymnázium, Havířov - Město, Komenského 2 MATURITNÍ OTÁZKY Z FYZIKY Školní rok: 2012/2013

Metody charakterizace nanomaterálů I

Transkript:

MODERNÍ METODY CHEMICKÉ FYZIKY I lasery a jejich použití v chemické fyzice Přednáška 5 Ondřej Votava J. Heyrovský Institute of Physical Chemistry AS ČR

Opakování z minula Light Amplifier by Stimulated Emission of Radiation Základní stavební prvky laseru a jejich funkce Einsteinovy koeficienty, absorbce, spontální a indukovaná emise, inverze stavů Optický rezonátor, interference, módy rezonátoru

Opakování z minula Light Amplifier by Stimulated Emission of Radiation Základní stavební prvky laseru a jejich funkce Einsteinovy koeficienty, absorbce, spontánní a indukovaná emise, inverze stavů Optický rezonátor, interference, módy rezonátoru

Opakování z minula Light Amplifier by Stimulated Emission of Radiation Základní stavební prvky laseru a jejich funkce Einsteinovy koeficienty, absorbce, spontánní a indukovaná emise, inverze stavů Optický rezonátor, interference, módy rezonátoru

Optický rezonátor: podélné mody FSR Dn FSR= c 2L Δ ν F= π R FSR (1 R)

Optické rezonátory: Finesse _ Dn

Co dnes a co příště: Dnes Vlastnosti laserového záření: Koherence, monochromatičnost, Plynule přeladitelné lasery a metody výběru vlnové délky. Jednomodové a vícemodové lasery. Za týden Generování krátkých a velmi krátkých laserových pulsů Q-switching a mode locking úvod do nelineární laserové optiky, generace vyšších harmonických frekvencí, rozdílové frekvence, zařízení OPO a OPA

Charakteristiky laserů Koherence Monochromatičnost - Spektrální rozlišení Časové rozlišení Výkon a spektrální jas

Charakteristiky laserů Koherence Monochromatičnost - Spektrální rozlišení Časové rozlišení Výkon a spektrální jas

Koherence Je definovaná jako vlastnost vlnění, která se projevuje schopností interference

Interference dvou vln Je definovaná jako vlastnost vlnění, která se projevuje schopností interference Ve FÁZI konstruktivní interference V PROTIFÁZI destruktivní interference

Interference dvou vln Ve FÁZI konstruktivní interference V PROTIFÁZI destruktivní interference

Interference elektromagnetických vln: Michelsonův inteferemetr I DL

Koherenční čas, koherenční délka: Představme si proces vyzáření jednoho fotonu atomem procesem spontánnní emise. Tento proces má omezenou dobu trvání, takže je lepší ho charakterizovat jako vlnový balík, například: Jaký interferenční signál můžeme očekávat?

Interference elektromagnetických vln: Michelsonův inteferemetr DL = 0

Interference elektromagnetických vln: Michelsonův inteferemetr DL ~ c t

Interference elektromagnetických vln: Michelsonův inteferemetr DL >> c t

Pozorovaný interferenční signál Vypovídá o kohrenční délce pozorovaného záření Interference vymizí pokud DL >> c tc

Koherence a Heisenbergův princip neurčitosti ℏ Δ E Δ t 2

Koherence v případě laserového záření (nikoli spontánní ale indukovaná emise) Jednotlivé fotony nejsou generovány náhodně, ale vždy se stejnou fází, takže koherentní doba není omezená dobou vyzáření jednotlivého fotonu jedním atomem (Koherentní doby v řádech ~1s jsou technicky proveditelné).

Koherence v případě laserového záření (nikoli spontánní ale indukovaná emise) Jednotlivé fotony nejsou generovány náhodně, ale vždy se stejnou fází, takže koherentní doba není omezená dobou vyzáření jednotlivého fotonu jedním atomem (Koherentní doby v řádech ~1s jsou technicky proveditelné).

Charakteristiky laserů Koherence Monochromatičnost - Spektrální rozlišení Časové rozlišení Výkon a spektrální jas

Monochromatičnost laserů Šířka emisní čáry Emise záření nastane na vlnové délce, kde: Systém aktivní medium + rezonátor přesáhne prahové zesílení:

vyzařovací frekvence laseru Profil zesílení módy rezonátoru frekvence laseru n

vyzařovací frekvence laseru: Multimodové chování Profil zesílení módy rezonátoru n Pokud FSR << pásmo zesílení - multimodové chování

Konkrétní příklad: He-Ne laser Metastabilní stavy He excitované dopadem elektronů

He-Ne laser Metastabilní stavy He excitované dopadem elektronů Laserové přechody na hladinách atomů Neonu

He-Ne laser Metastabilní stavy He excitované dopadem elektronů Laserové přechody na hladinách atomů Neonu

Různé He-Ne laserové trubice: Jednomodové a vícemodové chování Krátký rezonátor: Malý výkon Velká vzdálenost módů Jednomodové chování: Spektrální šířka určená šířkou módu rezonátoru, případně Towens-Schawlow podmínkou Dlouhý rezonátor: Velký výkon Malá vzdálenost módů Vícemódové chování: Efektivní spektrální šířka určená Aktivním médiem!

Přelaďování vlnové délky laserů Potřbujeme širokou spektrální oblast zesílení a možnost měnit závislost zesílení nebo ztrát v rezonátoru na vlnové délce

Polovodičové lasery (laserové diody) Proud P-N přechodem způsobuje excitace do vodivostního pásu čímž vzniká inverze stavů. Rekombinace elektronů v oblasti P-N přechodu vede k emisi záření.

Polovodičové lasery Široké spektrální pásmo zesílení díky pásové struktuře

Polovodičové lasery (laserové diody) P - polovodič N - polovodič L~ 0.2mm Dn~25cm-1 Proud P-N přechodem způsobuje excitace do vodivostního pásu čímž vzniká inverze stavů

ladicí charakteristiky: 795 Vlnová délka [nm] 790 785 780 775-10 0 10 20 30 Teplota [ C] 40 50

optická zpětná vazba: LD zrcadlo vnější -rezonátor Možnost ovládání vlnové délky laseru

a Difrakční mřížka jako disperzní element a (sin(θi ) sin(θ m ))=n λ

Vnější rezonátor s optickou mřížkou: Výstupní paprsek Kolimační čočka Antireflexní vrstva Difrakční mřížka Laserová dioda

Selekce frekvence s vnějším rezonátorem Profil zesílení polovodiče mody rezonátoru n mody vnějšího rezonátoru

Shrnutí (a ke zkoušce) Vlastnosti laserového záření: Koherence, Monochromatičnost - jednomodové a vícemodové lasery. Plynule přeladitelné lasery a metody výběru vlnové délky.

Nd-YAG laser (YAG Y3Al5O12, syntetický granát) Pevnolátkový laser používající ionty Nd jako aktivní medium Čtyřhladinový optický čerpací systém vysoká účinnost (snadné dosažení inverze stavů) Na rozdíl od rubínového laseru, který jsme diskutovli minule. Poprvé vyroben 1964 (!) V současnosti jeden z nejčastěji používaných primárních laserů