A lézerek veszélyességi osztályai

1. A lézerek veszélyességi osztályai

2. Balesetek lézerekkel

3. A lézersugárzás biológiai hatása

4. A lézersugárzás átalakítása • Fókuszálás (és defókuszálás) • Polarizáció Brewster-szögű ablakok Kettőstörő (anizotróp) kristályok • Impulzusok lerövidítése Q-kapcsolás (Q-switching)  „Rezonátorüreg kiürítése” (Cavity dumping)  „Módus összezárás” (Mode locking) „Szinkron pumpálás” (Synchronous pumping) „Sajátfázis moduláció” (Self-phase modulation, chirping) + Impulzus kompresszió (Pulse compression) • Frekvenciakonverzió Lézeres: Festéklézer, Ti:sapphire lézer Raman-eltolódás Nemlineáris optika: frekvencia-duplázás (frequency doubling, second harmonic generation, SHG), Összeg- és különbség-frekvencia generálás (Sum and difference frequency mixing), Optikai parametrikus oszcilláció (Optical Parametric Oscillation, OPO), frekvencia triplázás (third harm. g., THG)

5. Fókuszálás Alkalmazás: pl. nemlineáris optika/spektroszkópia, lézer mikroszkópok

6. A polarizáció főbb típusai cirkulárisan (+) polarizált síkban polarizált elliptikusan (+) polarizált cirkulárisan (-) polarizált

7. Polarizáció Brewster-szögű ablakkal Fresnel és Snell törvényekből a párhuzamos komponens visszaverődése 0% (transzmisszió 100%), ha: Brewster-szög n1, n2: a két közeg (pl. vákuum/levegő, kvarc) törésmutatója

8. Polarizáció kettőstörő kristállyal

9. Impulzusok lerövidítéseMódus összezárás w, 2w, 3w azonos fázisszöggel w, 2w, 3w különböző fázisszöggel w 2w 3w 3w+2w+w Intenzitás (amplitúdó négyzet)

10. Impulzusok lerövidítéseMódus összezárás Fázisszögek „összehangolása”: nagyfrekvenciás „Q-kapcsolás”

11. Impulzusok lerövidítéseMódus összezárás

12. Impulzusok lerövidítése Módus összezárás + Szinkronpumpálás „Módus összezárt” lézerrel meghajtott festék lézer ! A hullámcsomag rezonátorüregben való körbehaladásának ideje össze van hangolva a meghajtó lézer nagyfrekvenciájával:

13. Impulzusok lerövidítése Sajátfázis moduláció Impulzus kompresszió Gyorsan változó intenzitás esetén: pl. száloptikán keresztülvezetve Impulzus elején vöröseltolódás impulzus végén kékeltolódás  fény frekvenciatartományában kiszélesített („chirped”) impulzus

14. Frekvenciakonverzió festéklézerekkel

15. Frekvenciakonverzió Raman-eltolással Leggyakrabban használt anyagok H2: ± 4155 cm-1 D2: ±2987 cm-1 CH4: ±2917 cm-1 Ba(NO)3: ± 1047 cm-1 fémgőzök virtuális energiaszintek wbe wAnti-Stokes(1) wbe wStokes(1) rezgési energiaszintek Nd:YAG Raman-cella

16. Frekvenciakonverzió nemlineáris optikai elemekkel Polarizáció (P): külső elektromos tér által egységnyi térfogatban keltett dipólusmomentum Első rendben (gyenge tér): P=ce0E E: térerő c: elektromos szuszceptibilitás e0: vákuum permittivitás Erős térben: Elektromágneses hullám: A másodrendű nemlineáris polarizáció hatása:

17. Frekvenciakonverzió nemlineáris optikai elemekkel Frekvencia kétszerezés (frequency doubling, second harmonic generation, SHG) Konverzió: 10-30% Követelmény: koherencia, „hullám-vektor egyezés” (wave-vector or index matching) Törésmutató hőmérséklet és hullámhosszfüggő  változtatható frekvencia esetén kompenzáló kristállyal w 2w w kompenzáló kristály nemlineáris optikai kristály

18. Frekvenciakonverzió nemlineáris optikai elemekkel Összegfrekvencia generálás (Sum frequency mixing, SFM) Különbségfrekvencia generálás (Difference frequency mixing, DFM) Optikai parametrikus oszcillátor (Optical parametric oscillation, OPO) wbe2 wki wbe2 wki=wbe1+wbe2 wki= wbe1-wbe2 wmaradék (idler) wbe1 wbe wbe1

19. Optikai parametrikus oszcillátor Frekvenciakonverzió nemlineáris optikai elemekkel részben-áteresztő tükrök widler wbe Nemlineáris optikai kristály Nem feltétlen szükséges stimuláció (seeding) wki Hangoló elem (pl. etalon, rács)

20. Frekvenciakonverzió nemlineáris optikai elemekkel Leggyakrabban alkalmazott másodrendű nemlineáris optikai anyagok Kristály Régió (nm) LiB3O5 LBO 160-2600 b-BaB2O4 BBO 190-2500 BiB3O6 BiBO 286-2500 KNbO3 400-5500 Ba2NaNb5O15 400-5000 KH2PO4 KDP 200-1400 KTiOPO4 KTP 350-4400 inverziós szimmetria nélküli kristályok

21. Frekvenciakonverzió nemlineáris optikai elemekkel Harmadrendű nemlineáris optikai konverziók Négyszínkeverés (Four wave mixing, FWM) Második felharmonikus generálás (Third harmonic generation, THG) w w 3w w

22. Frekvenciakonverzió nemlineáris optikai elemekkel

23. Frekvenciakonverzió nemlineáris optikai elemekkel Nd:YAG lézer alapfrekvenciájának konverziója 369-570 nm 185-285 nm 266 nm 383-389 nm

24. Frekvenciakonverzió nemlineáris optikai elemekkel

25. Különböző frekvenciájú sugárzások elválasztása • szűrők: a) levágó (cut-off filter) b) szélessávú (broad-band filter) c) interferenciaszűrő • Pellin-Broca prizma • tükör (dichroic mirror): bevonat adott tartományban átereszt, máshol visszaver

26. Detektorok Fotonok detektálása • Termikus detektorok, pl. piroelektromos • Fotoemissziós detektor, pl. fotódióda, foton-sokszorozó cső (photomultiplier tube, PMT) • Fényérzékeny félvezetők • Detektorsorok, pl. CCD (charge coupled device) Ionok/elektronok detektálása • Dinódás sokszorozó • Channeltron • Micro channel plate (MCP)

27. Detektorok CCD foton-sokszorozó cső (photomultiplier tube, PMT)

28. Dinódás sokszorozó Detektorok Micro channel plate (MCP) Channeltron