5 Lasery Rola emisji wymuszonej Rozwj akcji laserowej

5. Lasery Rola emisji wymuszonej Rozwój akcji laserowej we wnęce laserowej Cechy światła laserowego Podstawy fizyczne działania laserów: Inwersja obsadzeń Wybór ośrodka aktywnego Przegląd podstawowych typów laserów

Widmo elektromagnetyczne i promieniowanie ciała doskonale czarnego poprzedni wykład: n n n Rzędy wielkości energii przejść elektronowych i rotacyjno-wibracyjnych w atomach i cząsteczkach Boltzmannowski rozkład obsadzeń Emisja spontaniczna Absorpcja, widma absorpcyjne Światło oświetlające Ziemię Promieniowanie ciała doskonale czarnego, rozkład Plancka Promieniowanie reliktowe Emisja wymuszona Einsteinowskie wspólczynniki Widmo elektromagnetyczne Proces widzenia u człowieka i zwierząt n Zadania

Einstein pokazał, że prócz emisji spontanicznej i absorpcji istnieje również emisja wymuszona. N 2 N 1 Emisja spontaniczna Absorpcja N 2 N 1 Emisja wymuszona

Współczynniki Einsteina: A 21, B 12 i B 21 i opisują prawdopodobieństwa przejść między dwoma stanami w jednostce czasu w wyniku: • emisji wymuszonej: B 21 I • absorpcji: B 12 I • emisji sponatnicznej: A 21 B 12 A 21 B 21 Relacje Einsteina: g 1 B 12 = g 2 B 21 g 1 i g 2 – degeneracje stanów 1 i 2 Emisja wymuszona: zjawisko leżące u podstaw działania laserów

Współczynniki Einsteina Przypadkowa w czasie i przestrzeni Einstein rozważał (1917 r. ) prędkość przejść między stanami energetycznymi (np. stanów 1 i 2) atomów w równowadze ze światłem o irradiencji (natężeniu) I: prędkość emisji spontanicznej: d. N 2/dt = A 21 N 2 prędkość absorpcji: N 2 d. N 1/dt = B 12 N 1 I prędkość emisji wymuszonej: d. N 2/dt = B 21 N 2 I równe prawdopodobieństwa ale różne prędkości! By mogło dojść do równowagi termodynamicznej w obecności pochłanianych i emitowanych fotonów: Emisja spontaniczna N 2 N 1 Emisja wymuszona Spójna z fotonem wymuszającym B 12 N 1 I = A 21 N 2 + B 21 N 2 I Zazwyczaj: Absorpcja N 1 N 2 << N 1 !!! I słabe Emisję wymuszoną można zaniedbać!!!

O emisji wymuszonej N 2 Prawdopodobieństwa emisji wymuszonej i spontanicznej są równe w: T = 33 500 K !!! W temperaturze pokojowej: ~`10 -35 W T = 3000 K (żarówka): ~ 10 -4 Absorpcja N 1 Emisja spontaniczna N 2 N 1 Emisja wymuszona B 12 N 1 I = A 21 N 2 + B 21 N 2 I Zazwyczaj: N 2 << N 1 !!! I słabe Emisję wymuszoną można zaniedbać!!!

Lasery Rola emisji wymuszonej Rozwój akcji laserowej we wnęce laserowej Cechy światła laserowego Podstawy fizyczne działania laserów: Inwersja obsadzeń Wybór ośrodka aktywnego Przegląd podstawowych typów laserów

Lasery

Lasery

Lasery

LASER* Działanie lasera bazuje na dwóch zjawiskach: inwersji obsadzeń i emisji wymuszonej. * Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

LASER* wzbudzo ny

źródło energii pompujacej LASER* zwierciadło całkowicie odbijające zwierciadło wyjściowe ośrodek wzmacniajacy wneka laserowa Unikalne właściwości światła laserowego: • mała szerokość linii emisyjnej (duża moc w emisyjnym obszarze widma) można uzyskać wiązkę: • spolaryzowaną, • spójną w czasie i przestrzeni • o bardzo małej rozbieżności W laserach impulsowych można uzyskać bardzo dużą moc w impulsie oraz szybkie narastanie impulsu. Laser He-Ne

źródło energii pompujacej LASERy* zwierciadło całkowicie odbijające zwierciadło wyjściowe ośrodek wzmacniajacy wneka laserowa Unikalne właściwości światła laserowego: • mała szerokość linii emisyjnej (duża moc w emisyjnym obszarze widma) łatwo uzyskać wiązkę: • spolaryzowaną, • spójną w czasie i przestrzeni • o bardzo małej rozbieżności Laser He-Ne Działanie lasera bazuje na dwóch zjawiskach: inwersji obsadzeń i emisji wymuszonej.

Rola emisji wymuszonej we wnęce laserowej Jeden foton emisji spontanicznej może wywołać lawinę fotonów: początek akcji laserowej. Proces ten jest podstawą działania laserów. Ośrodek o wielu atomach wzbudzonych

Cechy światła generowanego w procesie emisji wymuszonej we wnęce laserowej • promieniowanie ma tą samą częstotliwość co promieniowanie wymuszające • promieniowanie ma ten sam kierunek co promieniowanie wymuszające (fotony emisji spontanicznej emitowane są w przypadkowych kierunkach!!!) • promieniowanie ma tą samą fazę co promieniowanie wymuszające Wzmacniacz kwantowy

Wnęka laserowa (dodatnia pętla sprzężenia zwrotnego) - rezonator optyczny dla wybranych częstotliwości i kierunku (wielokrotne odbicie fal) zamknięta jest zwierciadłami, jedno z nich jest częściowo przepuszczalne. Wzmacniacz laserowy zamienia się w generator, gdy ośrodek wzmacniający zostanie umieszczony w rezonatorze.

Wnęka laserowa - rezonator optyczny dla wybranych częstotliwości i kierunku (wielokrotne odbicie fal) zamknięta jest zwierciadłami, jedno z nich jest częściowo przepuszczalne. Wnęka laserowa zapewnia olbrzymią gęstość mocy: (w oszacowaniach prawdopodobieństwo emisji spontanicznej można zaniedbać)! Emitowana wiązka jest równoległa do osi wnęki (fale, które nie wędrują tam i z powrotem między zwierciadłami, szybko uciekają na boki bez wzmocnienia). Tylko te fotony dla których układ optyczny jest rezonatorem (częstość i kierunek), mogą wielokrotnie przebiec przez ośrodek czynny wywołując emisję kolejnych fotonów spójnych z nimi; pozostałe fotony nie uczestniczą w akcji laserowej (straty).

Wnęka laserowa (dodatnia pętla sprzężenia zwrotnego) Wybrane częstotliwości (długości fal):

Wnęka laserowa Zmiana długości fali przez zmianę długości drogi optycznej we wnęce

Wnęka laserowa

Wnęka laserowa (poprzeczne) Widok modów niepoosiowych - symetria prostokątna

Wnęka laserowa I 0 R = 100% I 3 I 1 Układ laserowy o wzmocnieniu G I 2 R < 100% Układ laseruje, gdy fala świetlna o danej długości fali zyskuje na natężeniu, to znaczy, gdy w obiegu: Z obiegiem światła we wnęce związane są straty w natężeniu (absorpcja, rozpraszanie, odbicia). Aby mogła zajść akcja laserowa, wzmocnienie promieniowania w obszarze czynnym musi co najmniej równoważyć straty: wzmocnienie straty Równość: wzmocnienie = straty określa próg akcji laserowej

Wnęka laserowa I 0 R = 100% I 3 I 1 Układ laserowy o wzmocnieniu G I 2 R < 100% Układ laseruje, gdy fala świetlna o danej długości fali zyskuje na natężeniu, to znaczy, gdy w obiegu: Z obiegiem światła we wnęce związane są straty w natężeniu (absorpcja, rozpraszanie, odbicia). Aby mogła zajść akcja laserowa, wzmocnienie promieniowania w obszarze czynnym musi co najmniej równoważyć straty: wzmocnienie straty Równość: wzmocnienie = straty określa próg akcji laserowej

Wnęka laserowa I 0 R = 100% I 3 I 1 Układ laserowy o wzmocnieniu G I 2 R < 100% Układ laseruje, gdy fala świetlna o danej długości fali zyskuje na natężeniu, to znaczy, gdy w obiegu: Z obiegiem światła we wnęce związane są straty w natężeniu (absorpcja, rozpraszanie, odbicia). Aby mogła zajść akcja laserowa, wzmocnienie promieniowania w obszarze czynnym musi co najmniej równoważyć straty: wzmocnienie straty Równość: wzmocnienie = straty określa próg akcji laserowej.

Ośrodek laserowy Akcja laserowa: warunki I(0) Zaniedbując emisję spontaniczną, zmiana gęstości fotonów : I(L) 0 L z [Emisja wymuszona minus absorpcja] Rozwiązaniem jest: Stała proporcjonalności W zależności od różnicy N 2 < N 1 nastąpi wykładniczy wzrost lub spadek irradiancji. W równowadze termodynamicznej, zgodnie z rozkładem Boltzmana: N 2 < N 1. Ale jeśli N 2 > N 1 (inwersja obsadzeń), ma miejsce wzmocnienie. Jeśli N 2 < N 1 : Jeśli N 2 > N 1: Współczynnik wzmocnienia:

Ośrodek laserowy Akcja laserowa: warunki I(0) Zaniedbując emisję spontaniczną, zmiana gęstości fotonów : I(L) 0 L z [Emisja wymuszona minus absorpcja] Rozwiązaniem jest: Stała proporcjonalności W zależności od różnicy N 2 < N 1 nastąpi wykładniczy wzrost lub spadek irradiancji. W równowadze termodynamicznej, zgodnie z rozkładem Boltzmana: N 2 < N 1. Ale jeśli N 2 > N 1 (inwersja obsadzeń), ma miejsce wzmocnienie. Jeśli N 2 < N 1 : Jeśli N 2 > N 1: Współczynnik wzmocnienia:

Ośrodek laserowy Akcja laserowa: warunki I(0) Zaniedbując emisję spontaniczną, zmiana gęstości fotonów : I(L) 0 L z [Emisja wymuszona minus absorpcja] Rozwiązaniem jest: Stała proporcjonalności W zależności od różnicy N 2 < N 1 nastąpi wykładniczy wzrost lub spadek irradiancji. W równowadze termodynamicznej, zgodnie z rozkładem Boltzmana: N 2 < N 1. Ale jeśli N 2 > N 1 (inwersja obsadzeń), ma miejsce wzmocnienie. Współczynnik wzmocnienia:

Ośrodek laserowy Akcja laserowa: warunki I(0) Akcję laserową można otrzymać tylko wtedy, jeżeli w ośrodku czynnym (kosztem energii wpompowanej w układ) wytworzymy stan inwersji obsadzeń, czyli jeśli N 2 > N 1. I(L) 0 L z Aby uzyskać inwersję, trzeba właściwie wybrać ośrodek aktywny. Współczynnik wzmocnienia:

Inwersja obsadzeń: Aby osiągnąć współczynnik wzmocnienia G > 1, czyli: N 2 > N 1 W równowadze: emisja wymuszona musi przewyższać absorpcję, N 2 / N 1 = exp(–DE/k. BT ), Trzeba wytworzyć stan nierównowagowy. gdzie: DE = E 2 – E 1. Równowagowe N 2 < N 1 obsadzenia stanów cząsteczkowych: niska T wysoka T Stan nierównowagowy Czasteczki Energia Inwersja Czasteczki “ujemna temperatura” !

Inwersja obsadzeń; pompowanie ośrodka aktywnego Inwersję wytworzyć można kosztem energii wpompowanej w układ w wyniku oświetlenia światłem (pompowanie optyczne): • wyładowaniem prądu w gazach, • innym laserem, • lampą błyskową, I I 0 R = 100% I 3 • reakcjami chemicznymi albo • wykorzystując rekombinację w półprzewodnikach. I Laser medium I 1 I 2 R < 100% I - intensywność lampy błyskowej (użytej do wpompowania energii w ośrodek aktywny)

Inwersja obsadzeń; pompowanie ośrodka aktywnego Inwersję wytworzyć można kosztem energii wpompowanej w układ w wyniku oświetlenia światłem (pompowanie optyczne): • wyładowaniem prądu w gazach, • innym laserem, • lampą błyskową, I I 0 R = 100% I 3 • reakcjami chemicznymi albo • wykorzystując rekombinację w półprzewodnikach. I Laser medium I 1 I 2 R < 100% Jakie warunki muszą być spełnione, by osiągnąć inwersję obsadzeń, N 2 > N 1?

Inwersja obsadzeń: poszukiwanie ośrodka aktywnego Równania bilansu obsadzeń dla układu dwupoziomowego: Absorpcja Emisja wymuszona 2 Pompowanie, I 1 Emisja spontaniczna Natężenie pompy N - całkowita liczba cząsteczek N 2 N 1

Inwersja obsadzeń: poszukiwanie ośrodka aktywnego Równania bilansu obsadzeń dla układu dwupoziomowego: Absorpcja Emisja wymuszona 2 Pompowanie, I 1 Emisja spontaniczna Natężenie pompy N - całkowita liczba cząsteczek N 2 N 1

Inwersja obsadzeń: poszukiwanie ośrodka aktywnego 2 Pompowanie, I Równania bilansu obsadzeń dla układu dwupoziomowego: Absorpcja Emisja wymuszona 1 Emisja spontaniczna Natężenie pompy N - całkowita liczba cząsteczek N 2 N 1

Dlaczego w układzie dwupoziomowym inwersja nie jest możliwa: 2 Pompowanie, I 1 N 2 N 1 W warunkach stacjonarnych: gdzie: Isat – natężenie nasycenia DN jest zawsze dodatnie, niezależnie od tego, jak duże jest I ! Inwersja w układzie dwupoziomowym nie jest możliwa!

Dlaczego w układzie dwupoziomowym inwersja nie jest możliwa: 2 Pompowanie, I 1 N 2 N 1 W warunkach stacjonarnych: gdzie: Isat – natężenie nasycenia DN = N 1 -N 2 jest zawsze dodatnie, niezależnie od tego, jak duże jest I ! Inwersja w układzie dwupoziomowym nie jest możliwa! Co najwyżej:

Inwersja obsadzeń w układzie trójpoziomowym Pompujemy poziom 3, który szybko zanika do metastabilnego (długożyciowego) poziomu 2. Równania bilansu obsadzeń: Emisja spontaniczna Absorpcja 3 2 poziom krótkożyciowy Pump Pompowanie Transition I 1 Fast decay poziom długożyciowy Laser Transition

Inwersja obsadzeń w układzie trójpoziomowym Pompujemy poziom 3, który szybko zanika do metastabilnego (długożyciowego) poziomu 2. Równania bilansu obsadzeń: Emisja spontaniczna Absorpcja 3 2 Pompowanie Fast decay Szybki zanik Przejście laserowe 1 N - całkowita liczba cząsteczek Poziom 3 jest krótkożyciowy, możemy zaniedbać jego obsadzenie.

Dlaczego w układzie 3 2 trójpoziomowym inwersja jest możliwa: Pompowanie Fast decay Szybki zanik Przejście laserowe 1 W stanie stacjonarnym: gdzie: Isat – natężenie nasycenia. Teraz jeśli I > Isat, DN jest ujemne! Inwersja jest możliwa.

Dlaczego w układzie 3 2 trójpoziomowym inwersja jest możliwa: Pompowanie Fast decay Szybki zanik Przejście laserowe 1 W stanie stacjonarnym: gdzie: Isat – natężenie nasycenia. Teraz jeśli I > Isat, DN = N 1 -N 2 jest ujemne! Inwersja jest możliwa.

Inwersja obsadzeń w układzie czteropoziomowym Załóżmy teraz, że poziom 1 też szybko zanika do poziomu 0. Z równania bilansu obsadzeń w stanie stacjonarnym w wyniku rozumowania analogicznego do poprzedniego: 3 2 Pompowanie 1 0 Szybki zanik Przejście laserowe Szybki zanik N - całkowita liczba cząsteczek gdzie: Isat – natężenie nasycenia. Teraz DN jest ujemne - zawsze ! gdyż:

Pierwszy laser: Laser rubinowy, uruchomiony w 1960 r (dopiero!) w Hughes Research Laboratories, Malibu, California W laserze Maimana laser ośrodkiem czynnym był syntetyczny kryształ rubinu wyhodowany przez Ralpha L. Hutchesona. Patent został jednak przyznany Gordonowi Gouldowi. Maiman za prace nad laserem był dwukrotnie nominowany do nagrody Nobla. Theodore Harold Maiman (1927 - 2007)

Laser rubinowy E 3 (jony Cr+ w krysztale Al 2 O 3) Pierwszy laser, skonstruowany przez Theodora a Maimana z Hughes Research Labs w 1960 r. E 2 Laser impulsowy pracujący w schemacie trójpoziomowym. Jest pompowany optycznie lampą ksenonową przez boczne powierzchnie walca z rubinu. 3 4 F 1 rapid decay (~50 ns) energy (e. V) “ 2” 2 4 F 2 “ 1” blue 1 0 “ 0” 692. 7 green nm 2 E 694. 3 nm ground state

Inwersja obsadzeń: podsumowanie Układ trójpoziomowy Układ dwupoziomowy Układ czteropoziomowy 3 2 1 N 2 Fast decay 3 2 Fast decay Szybki zanik Pompowanie N 1 Co najwyżej równe obsadzenia. Brak laserowania. 2 Przejście laserowe 1 Trudno jest osiągnąć akcję laserową. 1 0 Szybki zanik Przejście laserowe Szybki zanik Laserowanie łatwo osiągalne!

Inwersja obsadzeń Fizykom zajęło trochę czasu by zauważyć, że układ czteropoziomowy jest najkorzystniejszy. Układ trójpoziomowy Układ dwupoziomowy Układ czteropoziomowy 3 2 1 N 2 N 1 3 2 Pompowanie 1 Fast decay 2 Fast decay Szybki zanik Pompowanie Przejście laserowe 1 0 Szybki zanik Przejście laserowe Szybki zanik

Podsumowanie: 2 1 Emisja wymuszona zgodność: • faz • kierunku • częstości spójność, kolimacja, monochromatyczność • Propagacja promieniowania Laserowanie: inwersja obsadzeń emisja wymuszona > em. spontaniczna B 21 > A 21 konieczne duże rezonator

Podsumowanie: rozwój akcji laserowej Sekwencja wydarzeń: 1. Pompowanie, inwersja obsadzeń 2. Emisja spontaniczna 4. Zwierciadło zawraca do wnęki fotony przyosiowe (kolimacja) 5. Zmiana fazy fali na zwierciadle (węzeł) 6. Narastanie lawiny fotonów emisji wymuszonej 7. Zwierciadło wyjściowe zawraca część promieniowania do wzmacniacza (dalsza kolimacja) 7. Zmiana faza fali na zwierciadle, 8. Przekroczenie progu – AKCJA LASEROWA

Lasery Wielorakie konstrukcje: Różnorodne zastosowania

Zastosowania laserów: 1. Spójność holografia 2. Monochromatyczność spektroskopia, fizyka, medycyna, fotochemia 3. Kolimacja spektroskopia, dalmierze (np. pomiar odl. Ziemia – Księżyc), telekomunikacja (światłowody) płyty CD, DVD, 4. Intensywność militarne, przemysł medycyna

Klasyfikacja laserów w zależności od ośrodka czynnego * Lasery gazowe: helowo-neonowy (543 nm lub 633 nm) argonowy (458 nm, 488 nm lub 514, 5 nm) azotowy (308 nm) kryptonowy (jonowy 647 nm, 676 nm) na dwutlenku węgla (10. 6 μm) na tlenku węgla * Lasery na ciele stałym rubinowy (694, 3 nm) neodymowy na szkle neodymowy na YAG-u (Nd: YAG) erbowy na YAG-u (Er: YAG) (1645 nm) tulowy na YAG-u (Tm: YAG) (2015 nm) holmowy na YAG-u (Ho: YAG) (2090 nm) tytanowy na szafirze (Ti: szafir) na centrach barwnych * Lasery na cieczy (barwnikowe) * Lasery półprzewodnikowe (diody laserowe)

Laser helowo-neonowy pierwszy działający laser gazowy (1960 r. , Laboratorium Bella ) 1. Atomy He wzbudzone są przez rozpędzone elektrony (wyładowanie elektryczne). λ = 632, 8 nm 2. Wzbudzone atomy He w zderzeniach przekazują energię atomom Ne.

Laser na dwutlenku węgla, CO 2 Gazowy laser molekularny, w którym ośrodkiem czynnym jest mieszanina dwutlenku węgla, azotu, wodoru i helu. Emituje falę w zakresie podczerwieni, główne linie widmowe znajdują się w zakresie długości fal 9. 4 µm i 10. 6 µm. Emitowana moc dochodzi do 100 k. W przy pracy ciągłej i 1013 W przy pracy impulsowej. Laser na CO 2 pracuje analogicznie do lasera He-Ne: pompowana jest cząsteczka N 2 , która przekazuje energię do CO 2. Akcja laserowa zachodzi dla wielu linii rotacyjnych przejść oscylacyjnych cząsteczki CO 2

Laser na dwutlenku węgla, CO 2 Gazowy laser molekularny, w którym ośrodkiem czynnym jest mieszanina dwutlenku węgla, azotu, wodoru i helu. Emituje falę w zakresie podczerwieni, główne linie widmowe znajdują się w zakresie długości fal 9. 4 µm i 10. 6 µm. Emitowana moc dochodzi do 100 k. W przy pracy ciągłej i 1013 W przy pracy impulsowej. Zastosowania: * obróbka materiałów (cięcie i spawanie) * LIDAR * chirurgia * kosmetyka - usuwanie brodawek, tatuaży i blizn * badania naukowe

35 e. V energy (e. V) Jonowy laser argonowy, Ar+ Laser o pracy ciągłej. Wyładowanie w plazmie pozwala uzyskać wzmocnienie dla ponad 15 przejść. 15. 75 e. V 0 e. V Linie lasera argonowego: Długość fali 454. 6 nm 457. 9 nm 465. 8 nm 472. 7 nm 476. 5 nm 488. 0 nm 496. 5 nm 501. 7 nm 514. 5 nm 528. 7 nm Moc względna. 03. 06. 03. 05. 12. 32. 12. 07. 40. 07 Moc. 8 W 1. 5 W. 8 W 1. 3 W 3. 0 W 8. 0 W 3. 0 W 1. 8 W 10. 0 W 1. 8 W 488 nm 4 p Pumping (electron impact) 515 n m 4 s fast radiative decay Ar+ ground state collisions Ar ground state

Lasery barwnikowe Substancją czynną jest przepływająca, laminarna struga roztworu zawierającego barwnik organiczny, np. rodaminę. Barwnik jest pompowany optycznie laserem argonowym, kryptonowym lub neodymowym. S 1: 1 szy wzbudzony stan elektronowy Pompowanie Przejście laserowe S 0: Podstawowy stan elektronowy Lasery barwnikowe pracują w schemacie czteropoziomowym.

Lasery barwnikowe Substancją czynną jest przepływająca, laminarna struga roztworu zawierającego barwnik organiczny, np. rodaminę. Barwnik jest pompowany optycznie laserem argonowym, kryptonowym lub neodymowym. Laser barwnikowy na Rodaminie 6 G (barwnik pomarańczowy), emisja na 580 nm (żółty). Roztwór barwnika pompowany jest światłem lasera argonowego (514 nm, niebieski).

Lasery barwnikowe Odpowiedni dobór barwników umożliwia strojenie długością fali od bliskiej podczerwieni, przez zakres widzialny do bliskiego ultrafioletu (spektroskopia).

Lasery diodowe Rezonatorem jest kryształ półprzewodnika. Najczęściej laser półprzewodnikowy ma postać złącza p-n. Obszar czynny jest pompowany przez przepływający przez złącze prąd elektryczny.

Lasery diodowe Rezonatorem jest kryształ półprzewodnika. Najczęściej laser półprzewodnikowy ma postać złącza p-n. Obszar czynny jest pompowany przez przepływający przez złącze prąd elektryczny. Laser półprzewodnikowy z napędu dysków CD Ze względu na niewielkie rozmiary, niskie koszty produkcji, oraz wysoką wydajność, lasery półprzewodnikowe są dzisiaj najczęściej wykorzystywanym rodzajem laserów. Znajdują zastosowanie między innymi w napędach CD, DVD, wskaźnikach laserowych, łączności światłowodowej. Drukarka laserowa

Płyta kompaktowa Standardowa płyta CD mieści 74 minuty muzyki, co odpowiada 650 MB danych. Wgłębienie: ~ 125 nm głębokości przy 500 nm szerokości, zaś jego długość: od 850 nm do 3. 5 µm

Płyta kompaktowa Standardowa płyta CD mieści 74 minuty muzyki, co odpowiada 650 MB danych. Ciekawostki: • Długość ścieżki zapisanej na płycie CD wynosi około 50 kilometrów. • Średnica płyty CD (12 cm), która pozwala na nagranie 74 minut dźwięku, została dobrana tak, aby zmieściła się na niej cała IX Symfonia Ludwiga van Beethovena. • Od czasu wprowadzenia płyt CD, na całym świecie sprzedano ponad 200 miliardów egzemplarzy tego nośnika. Wystarczająco dużo, aby płyty ułożone jedna na drugiej opasały Ziemię sześć razy. Wgłębienie: ~ 125 nm głębokości przy 500 nm szerokości, zaś jego długość: od 850 nm do 3. 5 µm

Drukarka laserowa Zasada druku: W większości drukarek wykorzystywana jest "klasyczna" technika druku, polegająca na polaryzowaniu za pomocą promienia laserowego odpowiedniego miejsca na powierzchni wstępnie naelektryzowanego światłoczułego bębna pokrytego warstwą OPC (organic photoconducting cartridge) lub krzemu amorficznego. Źródłem światła jest zazwyczaj dioda laserowa emitująca światło przerywane w taki sposób, aby niosło informację odpowiadającą kolejnym bitom danych do wydruku. Przez soczewkę światło kierowane jest na wielokątne obrotowe zwierciadło. Dzięki obrotom lustra poszczególne błyski odbijane są pod różnymi kątami i trafiają w kolejne punkty danej linii obrazu tworzonego na bębnie.

Drukarka laserowa Zasada druku: Powierzchnia bębna musi być naładowana. Dlatego przykłada się wysokie napięcie do specjalnych szczotek. W ten sposób powstaje pole jonizujące, obejmujące jego ruchomą część. Powierzchnia bębna jest omiatana światłem lasera lub światłem pochodzącym z zestawu diod LED, modulowanym na podstawie obrazu strony przechowywanego w pamięci drukarki. W efekcie naświetlone fragmenty bębna drukującego zmieniają swoje właściwości elektryczne, otrzymując ładunek dodatni.

Przykłady jeszcze innych zastosowań: Lasery gazowe wytwarzające ultrafiolet o możliwie jak najmniejszej długości fali używane do produkcji półprzewodnikowych układów scalonych: F 2 (157 nm) Ar. F (193 nm) Kr. Cl (222 nm) Xe. Cl (308 nm) Xe. F (351 nm) Lasery używane w stomatologii i dermatologii w tym do usuwania tatuaży, znamion oraz włosów: rubinowy (694 nm) aleksandrytowy (755 nm) pulsacyjna matryca diodowa (810 nm) Nd: YAG (1064) Ho: YAG (2090 nm) Er: YAG (2940 nm) Półprzewodnikowe diody laserowe: małej mocy - używane we wskaźnikach laserowych, drukarkach laserowych, CD/DVD dużej mocy - używane w przemyśle do cięcia i spawania, występują o mocach do 10 k. W

Przykłady jeszcze innych zastosowań:

Szkodliwe skutki oddziaływania promieniowania laserowego

Przykłady rodzimych zastosowań naukowych: • Różnorodne techniki spektroskopowe • Badania materii przy pomocy światła rozproszonego • Badania LIDARowe • Chłodzenie atomów (ciśnienie światła – siły optyczne chłodzenie i pułapkowanie) • Zjawiska nieliniowe • Kondensaty Bosego-Einsteina • Kryptografia kwantowa

Przykłady rodzimych zastosowań naukowych: Spułapkowana kropla ze sferycznymi inkluzjami Zmiana promienia kropli w wyniku parowania (teoria rozpraszania Mie)

Przykłady rodzimych zastosowań naukowych: • Różnorodne techniki spektroskopowe • Badania materii przy pomocy światła rozproszonego • Badania LIDARowe (Light Detection And Ranging) • Chłodzenie atomów (ciśnienie światła – siły optyczne chłodzenie i pułapkowanie) • Zjawiska nieliniowe • Kondensaty Bosego-Einsteina • Kryptografia kwantowa Schemat blokowy lidaru zbudowanego w IF UW

Przykłady rodzimych zastosowań naukowych: • Różnorodne techniki spektroskopowe • Badania materii przy pomocy światła rozproszonego • Badania LIDARowe • Chłodzenie atomów (ciśnienie światła – siły optyczne chłodzenie i pułapkowanie) • Zjawiska nieliniowe • Kondensaty Bosego-Einsteina • Kryptografia kwantowa I I Polski biegun zimna (40 mikrokelwinów= 0, 00004 kelwina = -273, 1599 0 C) IFUJ, Kraków, & IF UMK, Toruń

Bal Fizyków, Politechnika Warszawska, 2005

Bal Fizyków, Politechnika Warszawska, 2005

Bal Fizyków, Politechnika Warszawska, 2005

Bal Fizyków, Politechnika Warszawska, 2005

Bal Fizyków, Politechnika Warszawska, 2005

Dziękuję za uwagę