1 / 33

Lézer- források

Lézer- források. Kereskedelmi forgalomban levő lézerek sugárzásának hullámhossza. Lézerforrások. Gázlézerek > Monoatomos/ionos > He/Ne lézer. Gerjesztés elektromos kisüléssel He-atomot He-Ne energiaátadás ütközéssel Legerjesztődés fallal való ütközéssel Négy energiaszintű lézer

poppy
Download Presentation

Lézer- források

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. Lézer- források Kereskedelmi forgalomban levő lézerek sugárzásának hullámhossza

  2. Lézerforrások Gázlézerek > Monoatomos/ionos > He/Ne lézer • Gerjesztés elektromos kisüléssel He-atomot • He-Ne energiaátadás ütközéssel • Legerjesztődés fallal való ütközéssel • Négy energiaszintű lézer • Több lézerátmenet, kiválasztás a rezonátorüreggel és etalonnal • Folytonos (cw) üzemmód

  3. Lézerforrások Gázlézerek > Monoatomos/ionos > He/Ne lézer • He:Ne ≈ 5:1 • Nyomás: ~ 1 mbar • Sugárnyaláb átmérője: ≤ 5 mm • Teljesítmény: 0-100 mW (632 nm) • Koherenciahossz: 20-30 cm • Vonalszélesség: ~ 0.001 cm-1 • Viszonylag olcsó (legolcsóbb zöld lézerfény 543 nm) • Hosszú élettartam • Felhasználás: optikai beállítások, távolságmérés (pl. FT-IR készülék interferométere), vonalkód-leolvasó, nyomtatás

  4. Lézerforrások Gázlézerek > Monoatomos/ionos > Argonion-lézer • Gerjesztés elektromos kisüléssel • Átmenetek: 330 – 530 nm • Megfelelő lézerátmenet kiválasztása etalonnal vagy prizmával (általában 488, 514.5 nm) • Három energiaszintű lézer • Többnyire folytonos (cw) üzemmód, de impulzus üzem-mód is lehet (cavity dumping) • Hasonló elven kriptonion- és xenonion-lézerek (és ezek keveréke)

  5. Lézerforrások Gázlézerek > Monoatomos/ionos > Argonion-lézer • Adszorpció csökkentése: fal kvarcból vagy BeO, grafit; • Ar+-ok mágneses térrel gáztérben tarthatók • Nyomás: ~0.05 mbar • Kis hatásfok  extenzív víz- vagy léghűtés • Teljesítmény: > 100 mW – 50 W • Vonalszélesség: ~0.0001 cm-1

  6. Lézerforrások Gázlézerek > Monoatomos/ionos > Argonion-lézer • Felhasználás: Festéklézerek meghajtása, szemészet és egyéb orvosi, nyomdaipar, műsoros CD-k, CVD-k gyártása, litográfia, lézer show-k

  7. Lézerforrások Gázlézerek > Fémgőz lézerek > He-Cd lézer • Működési elv és felépítés: He/Ne lézerhez hasonló (gerjesztett He ionizálja a Cd-ot: Penning ionizáció) • Három energiaszintű lézer • Folytonos üzemmód

  8. Lézerforrások Gázlézerek > Fémgőz lézerek > He-Cd lézer • He:Cd ≈ 100:1 • Nyomás: 2-4 mbar • Teljesítmény: 10 -200 mW • Keskeny vonalszélesség tiszta Cd izotópokkal • Felhasználás: litográfia, nyomtatás, integrált áramkörök ellenőrzése, CD-k írása

  9. Lézerforrások Gázlézerek > Fémgőz lézerek > Rézgőz-lézer (CVL) • Három energiaszintű lézer • Ne:Cu ≈ 400:1 – 40:1 • Nyomás: ~ 5-10 mbar • Impulzus üzemmód, 20 kHz, 30 ns • Teljesítmény: 1 MW/impulzus • Hasonló felépítés: Pb, Au, Mn, Ba • Felhasználás: festéklézerek meghajtása, projektoros TV, gyors fotográfia, holográfia, víz alatti világítás, uránium izotóp-szeparáció

  10. Lézerforrások Gázlézerek > Molekuláris lézerek > Nitrogénlézer • Elektrongerjesztés N2 -ben elektromos kisüléssel • Felső energiaszint rövid élettartamú  populáció inverzió folyamatosan nem tartható fenn  •  kizárólag impulzus üzemmód, 1 – 200 Hz, 1 – 10 ns •  effektív spontán emisszió („szupersugárzó”)  nincs szükség rezonátorüregre • Vonalszélesség: ~ 0.1 nm • Teljesítmény: 0.25 – 10 mJ / impulzus ( 0.25 – 1 MW) • Felhasználás: festéklézerek meghajtása (kiszorulóban)

  11. Lézerforrások Gázlézerek > Molekuláris lézerek > CO2 lézer • N2 gerjesztése elektromos kisüléssel • CO2 antiszimmetrikus nyújtási rezgésének gerjesztése ütközéssel • lézersugárzás a másik két rezgési módus rezgési-forgási szintjeire • Átmenetek 900-1100 cm-1 között, izotópokkal szinte folytonosan hangolható • Legerjesztés ütközéssel (He) • Négy energiaszintű lézer • Folytonos vagy impulzus ü.m.

  12. Lézerforrások Gázlézerek > Molekuláris lézerek > CO2 lézer • CO2: N2: He ≈ 1: 4: 5 • Nyomás: 50 mbar – 1-2 bar • nyomnyi H2O gőz, nikkel elektród elbomlott CO2 (CO) regenerálására • gázkeverék áramoltatása • Nagy nyomású, nagy teljesítményű típusok: TEA (transverse excitation atmospheric) és dinamikus gázlézerek • Teljesítmény: 1 – 100 000 W • Felhasználás: legelterjedtebben használt infravörös lézer (spektroszkópia), fémmegmunkálás (fúrás, vágás), orvosi alkalmazás (rákos, beteg sejtek „elpárologtatása”), párologtatás, plazmák létrehozása

  13. Lézerforrások Gázlézerek > Molekuláris lézerek > Távoli-IR gázlézerek • Elv és felépítés megegyezik a CO2 lézerekkel • Lehetséges anyagok: CO, N2O, HCN, CH3OH, C2H2F2, CH3F, CH3NH2, ezek deuterált származékai, … • Általában inert gázokkal keverik (N2, He, Ne), ~ 1 mbar össznyomás • 30 – 2000 mm-es energiatartomány (kvázi-folytonosan hangolható) • Folytonos és impulzus üzemmód egyaránt lehetséges • Teljesítmény: néhány mW (cW) – 30 kW (impulzus) • Felhasználás: infravörös lézer (spektroszkópia), plazma diagnosztika, légkörvizsgálatok, félvezetők spektroszkópiai vizsgálata

  14. Lézerforrások Gázlézerek > Molekuláris lézerek > Kémiai lézerek HCl és HF (HX) lézerek: X2 + hnpump 2X X + H2  HX* + H H + X2  HX* + X HX*  HX + hnlaser (HF esetben SF6/O2/He/H2 keverék) NO/F2/CO2 lézer: NO + F2 ONF + F F + D2  DF* + D DF* + CO2  DF + CO2* CO2*  CO2 + hnlaser (CO2 lézerrel azonos energiatartomány) • Energiát irreverzibilis kémiai reakció szolgáltatja • Láncinicializálás spontán, villanófénnyel vagy kisüléssel • Gázok effektív keverése, áramoltatása • Felhasználás: elsősorban lézerfegyverek

  15. Lézerforrások Gázlézerek > Molekuláris lézerek > Jódlézer C3F7I + hnpump C3F7 + I* I*  I + hnlaser C3F7 + I + M  C3F7I + M • Gerjesztés villanófénnyel  atomi jód gerjesztett elektronállapotba • Láncletörések  ciklusonként ~ 10 % veszteség  anyagutánpótlás • Mellékreakcióban keletkező I2 csökkenti a hatékonyságot  keringetés szűréssel • Impulzus üzemmód ~ 1 ms, 1 – 10 J (Q-kapcsolt ~ ns) • Négy energiaszintű lézer • Felhasználás: hirtelen melegítés (kémia, biológiai vizsgálatok), LIDAR, száloptika

  16. Lézerforrások Gázlézerek > Molekuláris lézerek > Excimer lézerek • Csak gerjesztett állapotban stabilis komplexek vagy dimerek (excimer: EXCIted diMER; exciplex: EXCIted comPLEX) •  alapállapot „nem betöltött” (nem kötött) • Leginkább nemesgáz és halogén keveréke • XeF: 353 nm, XeCl: 308 nm, KrF: 248 nm, KrCl: 222 nm, ArF: 193 nm • Gerjesztés elektromos kisütéssel • Két (pszeudo-három) energiaszintű lézer • Impulzus üzemmód, 10 – 50 ns, 1 – 500 Hz

  17. Lézerforrások Gázlézerek > Molekuláris lézerek > Excimer lézerek • Rg:X2:He ≈ 10: 1: 500 • Időnkénti utántöltés, folyamatos szűrés • Nyomás: 1- 2.5 bar • Teljesítmény: ~ 1J /impulzus (MW-os csúcsteljesítmény, 20 – 100 W átlag) • Felhasználás: festéklézerek meghajtása, fotokémia, elpárologtatás (abláció), anyagfeldolgozás, orvosi alkalmazások

  18. Lézerforrások Röntgen (plazma) lézerek • Erősítő közeg: sokszorosan ionizált atomok • Gerjesztés: Nagy energiájú lézer (pl. Nd:YAG)  plazmát hoz létre • Impulzus üzemmód ((as) – 500 ps – 10 ns) • Teljesítmény: 10 nJ – 1 mJ (1 – 2 MW csúcsteljesítmény az impulzusra) • Felhasználás: alapkutatás (Röntgen mikroszkópia, krisztallográfia, atomfizika, plazmák fizikája)

  19. Lézerforrások Röntgen (plazma) lézerek

  20. Lézerforrások Optikailag pumpált szilárdtest lézerek > Fix energiájú > Nd lézerek • Nd-mal szennyezett • ittrium-alumínium gránát (Nd:YAG, 1.5% Nd) • üveg (Nd:glass, 6% Nd) • ittrium-litiumoxide (Nd:YLF) • Gerjesztés villanófénnyel • Sugárzásmentes átmeneteknél energiaátadás a kristálynak • Négy energiaszintű lézer • 1064 nm-es sugárzást gyakran többszörözik (532 nm, 355 nm, 266 nm) • Tipikusan Q-kapcsolt impulzus üzemmód, ritkán cw

  21. Lézerforrások Optikailag pumpált szilárdtest lézerek > Fix energiájú > Nd lézerek • Effektív víz- (ritkábban lég-)hűtés • Teljesítmény: Nd:YAG ~ 1J/ impulzus • Nd:glass lézer: akár 10 kJ/impulzus, de néhány impulzus/nap • Nyaláb átmérője: 0.5-1 cm, de akár 1 m is! • Hosszú élettartam 1 XY beállítás 2 Expander 4 Nd:YAG rúd és villanófény lámpa 7 polarizátor 8 He/Ne lézer (beállítás) 9 Q-kapcsoló akuszto-optikai/Pockels-cella/…) Hűtővíz cirkuláció

  22. Lézerforrások Optikailag pumpált szilárdtest lézerek > Fix energiájú > Nd lézerek • Felhasználás: festéklézerek és egyéb lézerek meghajtása, Raman fényforrás, anyagmegmunkálás, orvosi alkalmazás, száloptika, katonai távolságmérők és célkijelölők, …

  23. Lézerforrások Optikailag pumpált szilárdtest lézerek > Fix energiájú > Rubinlézer • Cr3+:Al2O3 • Három energiaszintű lézer • Folytonos és impulzus üzemmód • Teljesítmény: akár 100 J/ pulzus • Felhasználás: holográfia, bőrgyógyászat, tetoválás eltávolítása

  24. Lézerforrások Optikailag pumpált szilárdtest lézerek > Állítható energiájú lézerek > Vibronikus lézerek> Ti:sapphire lézer • Ti3+:Al2O3 (~0.1%) • Gerjesztés cw argonion- vagy duplázott Nd:YAG lézerrel (ritkán villanófény) • Elektronállapotok csatolnak a rácsrezgésekkel  diszkrét átmenetek helyett széles sávok • Hangolás prizmával és rezonátorüreggel 660 – 900 (– 1180) nm • Négy energiaszintű lézer

  25. Lézerforrások Optikailag pumpált szilárdtest lézerek > Állítható energiájú lézerek > Vibronikus lézerek> Ti:sapphire lézer • Teljesítmény: < 50 W (cw) • 1012 W (100 fs) • Felhasználás: nagyfelbontású spektroszkópia, fs-os impulzusok, lézer radar, távolság mérés, röntgen fény generálása

  26. Lézerforrások Optikailag pumpált szilárdtest lézerek > Állítható energiájú lézerek > Vibronikus lézerek> Cr:alexandrite lézer • Cr3+:BeAl2O4 (0.01– 0.4%) • Elv megegyezik a Ti:sapphire lézerrel • 700 – 825 nm között hangolható • Általában villanófény gerjesztés • Teljesítmény: <1.2 J/impulzus • További vibronikus lézerek: • Cr:LiSAF (Li-Sr-Al-F) • Cr:LiCAF (Li-Ca-Al-F)

  27. Lézerforrások Optikailag pumpált szilárdtest lézerek > Állítható energiájú lézerek > Színcentrumos lézerek („Color centre lasers”) • Alkáli-halogenid kristály rácshibákkal (F-centrumok) • Argonion- vagy Nd:YAG lézer gerjesztés • Kriogénes hűtés • Négy energiaszintű • Teljesítmény: < 500 mW • Felhasználás: rezgési spektroszkópia

  28. Lézerforrások Félvezető lézerek • n és p- típusú félvezető illesztése • Gerjesztés elektromosan • Teljesítmény: mW – W • Változtatható energiájú félvezető lézerek („Pb só” diódák): energiatartomány: ~ 300 – 6000 cm-1, de egy adott dióda csak kb. 100 cm-1-es tartományban • Rosszul kollimált, gyenge nyalábprofil, kicsi koherenciahossz, de olcsó • Felhasználás: CD, DVD, lézernyomtatók, lézerceruza, száloptika, a He/Ne egyes alkalmazásait kiváltja, spektroszkópia

  29. Lézerforrások Festéklézerek • Oldott szerves molekulák elektronátmenetei • Gerjesztés más lézerrel (argonion-, nitrogén-, excimer, vagy Nd:YAG lézer), ritkán villanófény • Négy energiaszintű • Energiaátadás az oldószernek • Energiaátadás gyorsítására „triplet quencher” (pl. O2, DMSO) • Degradáció csökkentése: keringetés • Festékek élettartama: pár óra – 1-2 hét • Hangolás: prizma/rács, rezonátorüreg és etalon • cw és impulzus üzemmód egyaránt lehetséges

  30. Lézerforrások Festéklézerek • Festék kiválasztása: meghajtó lézer fotonenergiája + pásztázni kívánt energiatartomány

  31. Lézerforrások Festéklézerek

  32. Lézerforrások Festéklézerek • Hatásfok: 5 – 10 % • Felhasználás: alapkutatásban főleg spektroszkópia

  33. Lézerforrások Szabadelektron lézer • Sugárzás elektronok lassításával gyorsításával mágneses tér segítségével (Bremsstrahlung) • Elvileg bármilyen energiatartományban változtatható, gyakorlatban 248 nm – 8 mm • cw és impulzus mód (akár 2 ps!) • Teljesítmény: akár 1 GW (impulzus ü.m.) • Felhasználás: alapkutatás, pl. spektroszkópia FELIX (Hollandia): Free Electron Laser for Infrared eXperiment

More Related