Слайд 1Источники оптического когерентного излучения для информационных систем 12
Общий обзор
лазерных
систем
"Кто, кто здесь?" -- дико закричал Гарин, и в это
же время ослепительный луч, не толще вязальной иглы, соскочил со стены и резнул Тыклинского наискосок через грудь и руку.
Толстой Алексей Николаевич
Гиперболоид инженера Гарина
Слайд 6Спектроскопические параметры основных лазерных
генераторов
Слайд 7Методы создания
инверсной заселенности
СВЧ излучение (пучок молекул аммиака NH3)
Оптическая
накачка (рубин, неодим, красители и др.)
Электрический разряд (He-Ne, Ar, Kr,
CO2, и др.)
Инжекция носителей (полупроводники)
Электронный пучок (практически все среды)
Газодинамика (CO2 и др. газы)
Химическое возбуждение (HF, HCl, HBr и др.)
Фотодиссоциация (CF3I + h I* + CF3)
Слайд 8Химическое возбуждение Лазерная
накачка
Электрический разряд
Диодная накачка
Слайд 10Лазер на кристаллах рубина
(оксид алюминия, Al2O3)
активированных хромом
Оптическая накачка
к.п.д.~1%
Слайд 11Александритовый лазер
(BeAl2O4)
к.п.д.~3%
Слайд 12The Ti:AI20 3
configurational diagram
Вибронный
титан-сапфировый
лазер
Слайд 16Устройство лазера
1 – излучение накачки
2 – поворотное зеркало
3 – отражатель
4
– поток красителя
5 – вспомогательное
зеркало
6 – селектор
7 – плоское
выходное зеркало
Слайд 17Перестройка частоты излучения
Осуществляется с помощью:
призменных устройств,
клиновых фильтров,
двоякопреломлящих фильтров,
Дифракционных решеток
Слайд 19Свойства лазерных кристаллических сред
для диодной накачки
Слайд 20Diode-Pumped Passively Q-Switched Nd:YAG Ceramic Laser
At 1123nm with a Cr:YAG
Saturable Absorber
Ping Li, Xiaohan Chen, Huanian Zhang, Baomin Ma, and
Qingpu Wang
School of Information Science and Engineering, Shandong University, Jinan 250100, China
Слайд 22Структура лазерного модуля
с диодной накачкой
http://www.qpeak.com/
Слайд 23ЛАЗЕРНАЯ СИСТЕМА – ЗАДАЮЩИЙ
ГЕНЕРАТОР - УСИЛИТЕЛЬ
http://www.qpeak.com/
Слайд 25Выходные характеристики
лазера с диодной накачкой
Слайд 281064 nm, >15 W multimode, >13 W TEM00, 46.3% slope,
35.0% optical and
13%electrical efficiency.
1342 nm, >6 W TEM00, 26%
slope, 15% optical and 6% electrical efficiency.
Слайд 29AO
Q-switch
Gain module
Diode Laser bar
Nd:YLF Oscillator
Faraday
Isolator
1st Stage
Amplifier
2nd Stage
Amplifier
19W @ 5kHz
25W
CW
Nd:YLF slab
Лазерная система
задающий генератор – многопроходовый усилитель
Слайд 32Monolithic ring Nd:YAG
800 mW single frequency
RRO and intensity noise suppression
(> 100 Hz) by electronic feedback
Frequency control by
temperature
3 GHz/K
(dc)
bandwidth 1 Hz
piezo
2 MHz/V
bdw. typ 50 kHz limited by mech. resonances
pump power
1 MHz/mA (dc)
1/f dependency f >100 Hz
bdw. 100 kHz
no observable beam pointing
External EOM for fast phase control
R. Byer 1984
Слайд 34
где m - масса электрона, M - приведенная масса
ядер.
Слайд 38Колебательно-вращательные линии молекулы
СО2 и коэффициенты усиления слабого сигнала
Слайд 39где N —плотность молекул С02 на верхнем лазерном уровне;
t
— время, в течение которого отводятся тепловые потери
l,88.10-20 Дж
энергия фотона С02-лазера.
Слайд 47Конструкция охлаждаемого водой Ar+ лазера
1 — охлаждающая вода (дистиллированная);
2 —обводной канал;
3 — газоразрядной канал; 4 -
катод; 5 — источник тока для создания магнитного поля; 6 — электромагнитная катушка; 7 — источник тока для разряда; 8 — диски из вольфрама; 9 —анод
Слайд 55Гибрид фемтосекундной лазерной системы Ti:S и трехпроходового усилителя на KrF
Сравнение
между расчетной и измеренной формой поверхности
для интерференции с четырьмя пучками
Слайд 57National Ignition Facility (192 laser beams)
Lawrence Livermore National Laboratory. Livermore,
Слайд 65Laser Bay 2, one of NIF's two laser bays, was
commissioned on July 31, 2007.
Слайд 68Образцы лазерных стёкол, использовавшихся в различных системах для лазерного термоядерного
синтеза
Слайд 71This potassium dihydrogen phosphate (KDP) crystal, weighing almost 800 pounds
Слайд 73Внутри 10-метровой мишенной камеры
Слайд 79ЛАЗЕРЫ НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ
World’s First Hard X-ray Laser
Слайд 80Мягкий рентген
5 нм > l > 0.5 нм
Взаимодействие с ядрами
атомов
Вакуумный ультрафиолет (ВУФ)
180 нм > l > 50 нм
Поглощается в слое воздуха <<1 мм
Жесткий (предельный) ультрафиолет (XUV)
50 нм > l > 5 нм
Длины волн ВУФ - рентген
Слайд 81КОНСТРУКЦИЯ ЛСЭ С ОНДУЛЯТОРОМ
Электрон обладает скоростью, близкой к скорости света,
на основе продольного сжатия период ондулятора в совместно движущейся системе
сокращается в g раз:
Слайд 82КОНУС (ДИПОЛЬНОГО) ИЗЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОНА
В лабораторной системе
в совместно движущейся системе
L =
2см
— угол наблюдения,
Слайд 87Лазер на свободных электронах Сибирского
центра фотохимических исследований
Слайд 88The European XFEL
Facts
3.4 km long facility from the
DESY site in Hamburg to Schenefeld in Schleswig-Holstein
1.7 km
long 17.5 GeV superconducting linear accelerator generating 27 000 flashes/sec
Peak brilliance 109 times higher than that of most advanced synchrotron sources
Construction cost: 1.15 B€ (2005 price level)
Preparation project Pre-XFEL: 5 M€ (EC)
Слайд 90В результате бомбардировки поверхности мишени короткими лазерными импульсами высокой мощности
образуется плазма в качестве активной среды. Область усиления имеет длину
10-20 мм и диаметр 0,1 мм. Рентгеновский луч проходит в активной среде с легким искривлением, поскольку плотность электронов снижается в направлении кверху.
С применением предварительного наносекундного импульса в плазме создаются Ne-подобные ионы титана (Ti12+). С помощью пикосекундного импульса накачки возбуждается верхний лазерный уровень Зр, осуществляется лазерный переход к 3s
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ЛАЗЕРА
Слайд 91ЛИТЕРАТУРА
О. Звелто. Принципы лазеров. М. Мир. 1984
Н.В. Карлов. Лекции по
квантовой электронике.
М. Наука. 1983
3. А. Ярив. Введение в оптическую электронику.
М.
Высшая школа. 1983.
4. Оптоинформатика. Часть 1. Учебно-
методическое пособие.
Слайд 92Контрольные вопросы.
1. Расшифровка слова «лазер».
2. Два сектора рынка лазеров, какого
типа лазеров больше всего.
3. Кто внес наибольший вклад в становление
лазерной физики.
4. Три фундаментальных положения лазерной физики.
5. Три типа переходов между энергетическими состояниями, общая характеристика.
6. Основное состояние квантовой системы, поглощение из основного состояния.
7. Спонтанное излучение в квантовой системе.
8. Вынужденное излучение, основные свойства.
9. Вывод соотношений между коэффициентами Эйнштейна, их физический смысл.
10. Усиление (поглощение) излучения в квантовой системе.
11. Три условия лазерной генерации, критическая инверсия, условие генерации в резонаторе Фабри-Перо (потери только на зеркалах).
12. Трех- и четырехуровневая схемы накачки и лазерной генерации.
13. Методы создания инверсной заселенности. Типы активных сред.
14. Сколько недиодных лазеров выпускается в мире, основные типы, области применения..
15. Схема возбуждения гелия и неона в электрическом разряде.
16. Упрощенная схема уровней в неодимовых лазерах.
17. Оптическая схема лазера с диодной накачкой.
