1 / 35

לייזרים ושימושיהם

לייזרים ושימושיהם. 3 – לייזרים של מבודדים מזוהמים. מושגי יסוד בפיסיקה של מצב מוצק. פס הערכיות פס ההולכה E g מבודדים מוליכים מוליכים למחצה רמות פנימיות של יונים קריסטלוגרפיה בסיסית. רמות באטום בגז. מקום בעל ההסתברות הגבוה ביותר למצוא את האלקטרון. גרעין עם Z פרוטונים.

mariel
Download Presentation

לייזרים ושימושיהם

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. לייזרים ושימושיהם 3 – לייזרים של מבודדים מזוהמים לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  2. מושגי יסוד בפיסיקה של מצב מוצק • פס הערכיות • פס ההולכה • Eg • מבודדים • מוליכים • מוליכים למחצה • רמות פנימיות של יונים • קריסטלוגרפיה בסיסית לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  3. רמות באטום בגז מקום בעל ההסתברות הגבוה ביותר למצוא את האלקטרון גרעין עם Z פרוטונים Inner Shells +Z רמה מלאה חלקית רמה ריקה ראשונה (Ze-) באטום נאוטרלי האטום לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  4. גרעין + n Inner Shells +Z רמה מלאה חלקית רמה ריקה ראשונה (Z-n)e- ביון הרמות: "מלאה חלקית" ו"ריקה ראשונה" יוצרות את הגבישים והמולקולות רמות האטום ביון לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  5. מרכיבים ותפקידים של מבודדים מזוהמים • מארח: מבודד – תחמוצת • מזהם: יון של "מתכות מעבר" או Lanthanides (בדרך כלל יון במצב +3 ) תפקידי המארח יצרת "שדה גביש" אשר: • מבטל ניוון רמות של יון המזהם. • משנה את סיכוי המעבר לרמות אסורות. לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  6. תורת ה-Crystal Field http://www.unine.ch/chim/chw/Chapter%204.html • מודל סמי-קלסי המסביר את הספקטרא של יונים מתכתיים בתוך מוצק או נוזל. • מניחה שהיונים מוקפים ב-ligands. • ה-ligands מוצגים כמטענים נקודתיים שליליים המסתדרים באופן סימטרי מסביב ליון המתכתי. • הכוחות בין היון המתכתי וה-Ligand הם אלקרוסטטיים לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  7. Cr+3 ~ 0.5% b/w llaser = 0.6943 mm llaser = 0.6927 mm דוגמה: קונפיגורציה של אטום Cr0 3d5 4s1 קונפיגורציה של היון Cr+3 ? 3d3 יש ליון Cr+3אלקטרונים ברמה d http://www.rpi.edu/dept/chem-eng/WWW/faculty/cale/classes/SMP/lecture1/sld011.htm לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  8. המבנה הגבישי נלקח מתוך http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk.picts/d5_1.s.png Al2O3 מזוהם ב- 0. 5% לפי משקל ביוני Cr+3 Al+3 O-2 יון הכרום מחליף את יון האלומיניום Cr+3 רדיוס היונים: r(Al+3) = 0.54 Å r(Cr+3) = 0.62 Å מבנה קריסטלוגרפישל אלומינה עם זיהום לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  9. רמת הולכה של המארח במבודד Eg > 4 eV מבודד רמת ערכיות של המארח במבודד רמות אנרגיה בתווך הלוזר של מבודד מזוהם Al+3 Cr+3 ליון Cr+3 יש רמות d מאוכלסות שאינן משתתפות ברמת ההולכה או הערכיות של הבגיש לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  10. לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  11. על הצירים בין הצירים Alonso Finn p.124 הסתברות מרבית למצוא אלקטרון באורביטלות פונקציות הגל הזוויתיות עבור 3 אורביטלות p l = 1 לייזר 3 - מבודדים מזוהמים פונקציות הגל הזוויתיות עבור 5 אורביטלות dl= 2

  12. שלושת הרמות עם סיכוי גדול בצירים x, y, z מושפעות יותר מהשדה מאשר השתיים שיש להם סיכוי להיות בין הצירים אורביטלות d בשדה octa-hedral לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  13. פיצול רמותd בגלל שדה הגביש סך כל האנרגיה של הרמות נשמר 3x (2/5) = 2x(3/5) רמות d מנווונות בשדה ספרי (בגז) רמות d מתפצלות בשדה octahedral לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  14. a = 7 cm-1 a = 4 cm-1 a = 0.13 cm-1 פסי בליעה לשאיבה קוו הלזירה [Cr+3] = 1.88x1019 ions/cm3 ספקטרום בליעה של Ruby ספקטרום מתוך : Optical Electronics, Amnon Yariv Sauders College Publishing 1991, Fourth Edition, p. 228 לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  15. Fast decay Pumping Laser Emission ms ns ms/ns דיאגרמת רמות לייזר Ruby 3 רמות Metastable רמת היסוד לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  16. 4F1 3 rapid decay (~50ns) “1” 4F2 2 energy (eV) “2” 2E 692.7nm blue 1 green 694.3nm “0” 0 ground state Ruby LASER energy levels לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  17. Ruby LASER energy levels pumping rapid decay to metastable level (~50ns) 3 2 Meta-stable levels energy (eV) blue 1 green 692.7nm laser 694.3nm ground state 0 time www.ph.surrey.ac.uk/~phs3ja/3mol/lecture17.ppt לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  18. לייזרים של מבודדים מזוהמים לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  19. תכונות אופטיות של המארח והזיהום לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  20. Laser Rod Optical Resonator Ellipsoidal Reflector Flashtube Capacitor bank Ballast Power supply Ballast Resistor Power Supply לייזר Nd:YAG נובמנר 22 לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  21. שם מארח מזהם % משקל מזהם r(Nd+3) = 0.995 Å אורך גל לזירה r(Y+3) ~ 0.98 Å תחום שאיבה תכונות של לייזר Nd:YAG Nd:YAG שם הלייזר = שם התווך לוזר Y3Al5O12 Yttrium aluminium garnet תחמוצת Nd+3 יון לנטניד במצב +3, מחליף את ה- Y+3 1.5 1.06 mm 0.7 – 0.9 mm לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  22. 3 pumping bands fast non-radiative decay 2 energy (eV) 1064 nm 1 green Laser IR fast n.r. decay 0 ground state Variable time Nd:YAG LASER דיאגרמת אנרגיה Metastable levels לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  23. 1 N0 + hn(0.8-0.9 mm) N3( 1.4-1.8 eV) pumping 2 N3 N2 (1.3 eV) + hn’ Fast decay to Meta-stable 3 N2+ hn(1.06 mm) N1 (0.25 eV) +2hn(1.06mm) Laser 4 N1 N0 (0.25 eV)+hn” Relaxation רמות אנרגיה שלבים לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  24. Laser Rod Flashtube רפלקטור אליפטי קרינה הנפלטת ממנורת ההתפרקות מוחזרת למוט של הלייזר לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  25. מעטפת זכוכית קתודה תרמיונית עם גוף חימום חימום נוסחת Richardson-Dushman הנטל Vflash = Vin – IR JRD = a AT2e-w/kT [A/cm2] A = 120 A cm-2 0K-2 גז אנודה e-metal e- + metal+ Thermionic Emission e-+ V e-*Electron Acceleration e-* + Xe Xe+ + 2e- Ionization Xe+ +V Xe+* Ion Acceleration e-* + Xe Xe* + e- Excitation e-* + Xe+ Xe* Recombination Xe* Xe + hn Photon Emission חזרה על מנורות התפרקות לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  26. ערך סביר סימן שם ההפסד 0.8 hl Quantum Loss 1 0.2 helec Electrical Loss 2 0.9 Hincident Reflection 3 0.1 hDl Effective band 4 0.8 ha Transmission Loss 5 0.95 hB10 Stimulation Loss 6 ניצולת hTotal = phi~ 0.01 לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  27. ערך סביר סימן שם ההפסד 0.8 hl Quantum Loss 1 0.2 helec Electrical Loss 2 0.9 Hincident Reflection 3 0.1 hDl Effective band 4 0.8 ha Transmission Loss 5 0.95 hB10 Stimulation Loss 6 ניצולת hTotal = phi~ 0.01 לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  28. ערך סביר כמה נשאר סימן הסבר שם ההפסד # 0.8 hl llaser>lpump Quantum Loss 1 0.2 helec P = IV Electrical Loss 2 0.9 hR R Reflection 3 0.1 hDl רק חלק מהקרינה היא בתחום השאיבה Effective band 4 0.9 ha חלק מהקרינה עוברת Transmission Loss 5 0.95 hB10 פוטונים שלא מדרבנים Stimulation Loss 6 hTotal = phi~ 0.01 לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  29. 1 מקדם האקספוננציאלי של הבליעה לא משתנה בזמן השאיבה או הלזירה: a(t) = constant גודלהמקובל לקוו לזירה, הנשאר קבוע עם הזמן בתרגיל שלנו נתעלם שבזמן השאיבה יש ירידה בפרודות הבולעות gpump(t) = - acaL([N0] - [N1]) = constant 2 הספק הפולס מרובע עם הזמן d 3 Dlpump = lpump פס השאיבה הוא קוו ספקטרלי לצינור הלוזר קוטר (הדרך האופטית) d = 1 cm וזאת הדרך האופטית של כל הפוטונים של השאיבה 4 הנחות תרגיל : חישוב מספר פוטונים בפולס לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  30. 2r 2p r A = 2pr h Aillu = 2prh h h V = pr2h בהנחת התרגיל הרדיוס הוא r = 0.5 cm יחידת נפח = 1cm3 A/V = 2/r =2/0.5 = 4cm2/cm3 Aillu/cc = 4cm2/cm3 השטח המואר ליחידת נפח Aillu/ V = 2prh/pr2h = 2/r כל סמ"ק של המוט מואר ע"י 4 סמ"ר לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  31. תנאי התחלה לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  32. exp(-0.1x 1) = 0.9 exp(-ad) שבר הקרינה העוברת 0.1 1 - exp(-ad) = שבר הקרינה הנבלעת 0.2 W/cm2 Iabs= I0[1 - exp(-ad)] I0 =2 W/cm2 הספק נבלע ליחידת שטח 0.2 x 5x 10-3 = 1x10-3 J/cm2 J = Iabs x tflash = אנרגית בג'אול נבלעת ליח' שטח 6.2 x 1015eV/cm2 JeV = J x (6.242 x 1018 eV/J ) אנרגית ב- eV נבלעת ליח' שטח לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  33. 1.24/0.9 = 1.38 eV Eph = hc/l אנרגיה של פוטון שאיבה 4.5 x 1015 Photons/cm2 nph,s = JeV/ Eph = שטף פוטונים נבלעים ליח' שטח 1.8 x 1016 Photons/cm3 nph,V = nph,s x Aillu/cc פוטונים נבלעים ליח' נפח 1.8 x 1016 Ions/cm3 [N2] = nph,V = ריכוז יונים שהועלו לרמה E3 ליחידת נפח לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  34. I זמן טעינת קבלים קרינת הלייזר זמן הלזירה w/cm2 קרינת ממנורת התפרקות זמן ההתפרקות t, ms תחילת הלזירה: מושג הפוך אוכלוסיה היסטוריה של פולס נפסק היפוך אוכלוסיה תחילת התפרקות הקבל תופעת ה-spikes חוסר הדירות עם הזמן לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

  35. שיעורי בית 3,5,6,8,18,19 + 20 שיעור בית חובה: שאילה 18, רק עבור לייזר אחד מתוך ה-8 המצויינים בשאילה. הסקר בזוגות. לבחירה הלייזרים 3, 4 , 5 , 6 , 7 ו- 8 . העדר שמות המחברים, תאריך הסיכום, הנדון או וסימוכין (במקומות המתאימים) מקנה למגיש ציון אפס, ללא אפשרות לתיקון 3% עם אפשרות להגדלה, אם העבודתות רציניות לייזר 3 - מבודדים מזוהמים

More Related