Lzerspektroszkpia Eladk Kubinyi Mikls kubinyimail bme hu 21

Lézerspektroszkópia Előadók: Kubinyi Miklós (kubinyi@mail. bme. hu, 21 -37) Grofcsik András (agrofcsik@mail. bme. hu, 14 -84)

1. A fény abszorpciója és emissziója • Foton-molekula kölcsönhatások • Energiaskála • Időskála

Abszorpció

Spontán emisszió

Stimulált (indukált) emisszió

Az elektromágneses sugárzás tartományai 106 108 1010 1012 1014 1016 1818 1010 1020 rádióhullámú mikrohullámú infravörös látható ultraibolya röntgen gamma 1022 [Hz]

106 108 1010 1012 1014 1016 1818 1010 1022 [Hz] rádióhullámú mikrohullámú infravörös látható ultraibolya röntgen gamma OPTIKAI SPEKTROSZKÓPIA (molekulák gerjesztése) NMR SPEKTROSZKÓPIA (magok gerjesztése) FOTOELEKTRON SPEKTROSZKÓPIA (molekulák ionizálása) MÖSSBAUER SPEKTROSZKÓPIA (magok gerjesztése)

Időskála

2. A lézerek működési elvei (ismétlés) • stimulált emisszió • inverz populáció • optikai rezonátor

Stimulált emisszió (áttekintés)

Abszorpció Sebességi egyenlet: N 1 : kisebb energiájú mol. koncentrációja : a fotonok koncentrációja A 12 : az abszorpció sebességi állandója

Spontán emisszió Sebességi egyenlet: B 21 : a spontán emisszió sebességi állandója

Stimulált emisszió A keletkező foton frekvenciája, iránya, polarizációja és fázisa megegyezik a stimulálóéval. Sebességi egyenlet: A 21 : a stimulált emisszió sebességi állandója

Einstein-relációk A három sebességi állandó közötti összefüggés:

Lézerekben a fényt stimulált emisszióval erősítik, a lézer anyagában stimulált emisszióval több foton keletkezik, mint amennyi abszorbeálódik: Stimulált emisszió: Abszorpció: Mivel A 21=A 12 a lézer működésének feltétele, N 2>N 1 (Spontán emissziót elhanyagoltuk. )

Inverz populáció Termikus egyensúlyban Boltzman-eloszlás: N 1/N 2=exp((E 2 -E 1)/k. T) Ha T nő, N 1 közelít N 2 -höz. De N 1>N 2 mindig fennmarad. Lézerekben N 2>N 1. Ezt az állapotot nevezzük inverz populációnak. Nincs termikus egyensúly! Létrehozása speciális, három vagy négy E-szintes rendszerekkel lehetséges.

Lézerek pumpálása Stimulált emisszióhoz szükséges energia közlése a lézer anyaggal. A pumpáláshoz használható: - fényenergia (villanó lámpa, másik lézer fénye) - elektromos energia (gázkisülés) - kémiai energia (kémiai reakció)

Optikai rezonátor A lézer közeget két tükör közé helyezik. A fénysugár ide-oda verődik, így a fotonok átlagos úthossza megnő, s vele együtt a stimulált emisszió valószínűsége.