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Lezione 9 Guadagno Amplificazione

Lezione 9 Guadagno Amplificazione. 2. 2. 1. 1. Sistema a due livelli. 2. 2. 1. 1. Sistema a due livelli. Guadagno. Guadagno. L’intensità aumenta via via che aumenta il percorso all’interno del mezzo!!

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Lezione 9 Guadagno Amplificazione

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Presentation Transcript

  1. Lezione 9 Guadagno Amplificazione

  2. 2 2 1 1 Sistema a due livelli Fisica della Materia

  3. 2 2 1 1 Sistema a due livelli Fisica della Materia

  4. Guadagno Fisica della Materia

  5. Guadagno L’intensità aumenta via via che aumenta il percorso all’interno del mezzo!! L’intensità in uscita è maggiore di quella in entrata: in pratica si ottiene una amplificazione della intensità incidente. Fisica della Materia

  6. Guadagno Si definisce coefficiente di guadagno g Affinché si abbia un aumento di intensità deve essere g>1 e di conseguenza N2>N1 Quando ciò accade si dice che è avvenuta una: Inversione di Popolazione Fisica della Materia

  7. Sistemi a due livelli E’ impossibile invertire la popolazione. Non ci sarà mai amplificazione. Fisica della Materia

  8. 3 2 1 Sistemi a tre livelli Fisica della Materia

  9. 3 2 1 Sistemi a tre livelli Fisica della Materia

  10. 3 2 1 Sistemi a tre livelli Fisica della Materia

  11. 3 2 1 Sistemi a tre livelli Fisica della Materia

  12. 3 2 1 Sistemi a tre livelli Fisica della Materia

  13. 3 2 1 Sistemi a tre livelli Fisica della Materia

  14. 3 2 1 Sistemi a tre livelli Fisica della Materia

  15. 3 2 1 Sistemi a tre livelli Fisica della Materia

  16. Sistemi a tre livelli Si ha inversione di popolazione solo se: In queste iporesi si ha: Fisica della Materia

  17. Esercizio Si consideri un listello di rubino illuminato da un’intensità di pompaggio I1 e da un’intensità I2 i cui fotoni hanno energia pari a E2-E1. Calcolare l’intensità sull’altra faccia Fisica della Materia

  18. Storia del Laser Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation Fisica della Materia

  19. Fisica della Materia

  20. Storia del Laser • 1917 Einstein • Descrizione teorica del processo interazione luce-materia. • Emissione stimolata. • Teorema di Einstein. • Amplificazione della radiazione elettromagnetica in un fascio a elevatissima intensità. • 1930-1940 • Definizione dei livelli energetici atomici e molecolari Fisica della Materia

  21. Storia del Laser Townes ottenne nel 1954l'inversione di popolazione nell'ammoniaca NH3 raffreddata nell'azoto liquido a 78K, separando fisicamente gli atomi in uno stato energetico superiore adatto ed immettendoli in una cavità risonante, dove amplificavano il segnale esterno che fungeva da innesco per il processo di emissione stimolata. Il segnale amplificato aveva una frequenza di 24GHz e quindi apparteneva alla regione delle microonde. Per questo amplificatore Townes coniò il nome MASER. Fisica della Materia

  22. Storia del Laser Fisica della Materia

  23. Storia del Laser I MASER sono tuttora utilizzati come amplificatori preliminari in strumenti atti a ricevere segnali estremamente deboli nel campo della radioastronomia e alla ricezione radar. Fisica della Materia

  24. Storia del Laser • Townes e Schawlow nel 1958 rivisitarono l'apparato teorico della tecnologia maser prendendo in considerazione il fenomeno dell'emissione spontanea, usarono come cavità risonante un interferometro Fabry-Perot. • Per l'amplificatore alla frequenze ottiche in fase di studio fu coniato il nome di LASER, Townes e Schawlow Fisica della Materia

  25. Storia del Laser Townes e Schawlow non completarono la scoperta del laser, poiché non riuscirono ad individuare né un materiale né l'eventuale modo per eccitarlo al fine di ottenere emissione stimolata alle frequenze ottiche. La scoperta avvenne nel 1960 ad opera di Maiman, il quale utilizzò come mezzo attivo dei cristalli di rubino irradiati dalla luce di una lampada flash allo xenon. Maimann ed il primo Laser Fisica della Materia

  26. Storia del Laser Fisica della Materia

  27. Storia del Laser Fisica della Materia

  28. Storia del Laser PREMI NOBEL RIGUARDANTI IL LASER Fisica della Materia

  29. LASER Fisica della Materia

  30. Componenti essenziali di un laser Fisica della Materia

  31. Componenti essenziali di un laser MEZZI DI ECCITAZIONE (pompaggio ottico, elettrico, chimico, …) MEZZO ATTIVO SPECCHIO RIFLETTENTE 100% SPECCHIO SEMIRIFLETTENTE CAVITA’ Fisica della Materia

  32. Mezzo attivo • Equilibrio termico: piu’ atomi nello stato fondamentale • Atomi sono pompati in stati eccitati per creare inversione di popolazione • Si ha una cascata di radiazione quando un fotone emesso ne stimola l’emissione di un altro fotone Fisica della Materia

  33. Cavità Fisica della Materia

  34. I0 R1 R2 R1 R2 R1 R2 Cavità Fisica della Materia

  35. R2 R1 E così via fino a quando la radiazione incidente diventa proprio I0 All’equilibrio si avrà: Fisica della Materia

  36. Cavità Posto si ha: Fisica della Materia

  37. Cavità Posto Perdita logaritmica interna La condizione di stazionarietà si ottiene quindi: Single pass loss Se R1=1 e R2=0,99 si ha che l’1% fuoriesce dallo specchio e questi fotoni hanno la stessa fase, direzione e verso dell’emissione stimolata Fisica della Materia

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