Lézerek

• A lézerműködés feltételei

• Lézerek osztályozása

• Folytonos lézerek (He-Ne)

• Impulzus üzemű lézerek (Nd-YAG, Ti:Sa)

• Ultrarövid impulzusok

• Extrém energiák

• Alkalmazások

Lézerek

• Pumpálás

• Populáció inverzió

• Stimulált emisszió

• Erősítés

A lézerműködés feltételei

abszorpció spontán emisszió Stimulált emisszió

Abszorpció és emisszió

LASER = Light amplification by stimulated emission of radiation

A lézerben a lézeraktív anyagban kerül sor a stimulált emisszióra, a kilépő

fotonok két tükör között járnak körbe újabb stimulált emissziót okozva. A kisebb

reflexiójú tükrön a fotonok egy része kilép.

R = 100% R < 100%

I0 I1

I2 I3 Lézer aktív

anyag

A lézerműködés folyamata

Populáció inverzió

Miért van szükség a populáció inverzióra?

Termikus

egyensúlyban Populáció inverzió

R = 100% R < 95%

I0 I1

I2 I3 Lézeraktív

anyag

I

Mire van szükség a populáció inverzióhoz?

Populáció inverzió

Két nívós

rendszer

Lézer

átmenet

Pumpa

átmenet

Legjobb esetben

egyenlő populáció,

nincs lézer

Négy nívós

rendszer

Könnyen megvalósul

a lézer

Lézer

átmenet

Pumpa

átmenet

Gyors relaxáció

Három nívós

Erős pumpálás

esetén van lézer

Gyors relaxáció

Két és három nívós lézerek

Pumpa

átmenet

Lézer

átmenet

Gyors relaxáció

Energia szerint:

• I. osztály (veszélytelen, lézer pointerek, CD lejátszók

stb.)

• II. osztály (< 1 mW, veszélytelen a pislogás miatt ),

• III. osztály (veszélyes, < 500 mW),

• IV. osztály (kiemelten veszélyes, égési sérüléseket

okozhat, retinakárosodás stb.)

Lézerek osztályozása

Az aktív anyag szerint:

• gáz lézerek (He-Ne, Ar-ion, CO2, N2, kripton stb.)

• szilárdtest lézerek (rubin, Nd-YAG, Nd-YLF, Nd-üveg,

titán-zafír)

• dióda lézerek

• festék lézerek

• kémiai lézerek (I, HF, HBr, stb.)

Lézerek osztályozása

Üzemmód szerint:

• Folytonos lézerek (CW = continuous wave)

• Impuzus lézerek : Q-kapcsolt lézerek, módus szinkronizált

lézerek

Lézerek osztályozása

Sugárzás nélküli ámenet

Metasabil

állapotok

694,3 nm

Rubin lézer

Az első lézer (Theodore Maiman, 1960 )

Az aktív anyag krómmal szennyezett szintetikus zafír kristály

Anód

Katód He-Ne keverék

R=95 %

R=100%

U

He-Ne lézer

• 7:1 – 10:1 hélium és neon gáz keverék, alacsony nyomáson (3-7 mbar)

• A gerjesztett hélium atomok ütköznek a neon atomokkal

• Négy nívós lézer

• Q-kapcsolt lézerek

• Módusszinkronizált lézerek

Impulzus lézerek

• Ismétlési frekvencia: 15 Hz – 100 MHz

Impulzus lézerek paraméterei

• Impulzushossz: ns - fs

• Energia: egy impulzusban tárolt energia nJ-kJ

(1.85 MJ @ National Ignition Facility)

National Ignition Facility

Rutherford Appleton Laboratory

Central Laser Facility

ASTRA

• Extrém energiájú impulzusok (2.6 kJ)

• Magfúziós kísérletek

• Extrém UV generálás

• Attoszekundumos impulzusok

• Kisebb méretű lézerek

• Rezgési spektroszkópia

• Képalkotás,

lézercsipeszek

VULCAN LSF

Extreme Light Infrastructure

Q-kapcsolt lézerek

• A módszer lényege a populáció inverzió maximalizálása, majd

egy hatalmas impulzus kicsatolása

• Impulzushossz: 100-200 ns

Hét longitudinális módus, illetve azok szuperpozíciója látható

véletlenszerű fázis (A) és azonos fázis esetében (B). (Forrás:

Enoch Small,19912

Módusszinkronizálás

• A legelterjedtebb femtoszekundumos lézer

• Lézeraktív anyag: titánnal szennyezett zafír kristály (nagyon jó

hővezető, széles abszorpciós spektrum)

• Impulzushossz 6-150 fs

• Energia: nJ-mJ

• Magyar kapcsolat: Femtolasers (Krausz Ferenc), R&D Ultrafast

Lasers (Szipőcs Róbert)

Titán-zafír lézer

Titán-zafír lézer

Tranziens abszorpció @ Biofizika

BBO

CaF2

Minta

Foto-

dióda

Ch

Monokromátor

St

F

100 fs, 1 nJ,

100 MHz, 800

nm

100 fs, ~ µJ,

1 kHz, 800

nm

A pumpa és próba

impulzus térben (és

időben) átfed a

mintában!

CCD

Időkorrelált egy-foton számlálás (ns, ps, fs)

Mikroszkópok : konfokális, szuper felbontás (CW), két-foton

(Ti:sa)

FTIR (Fourier –transformed infrared spectroscopy)

Lézer csipesz (CW)

Raman spektroszkópia (CW )

Tranziens abszorpció

Alkalmazások

LIBS analízis

LIBS = Laser Induced Breakdown Spectroscopy

Az Akropolisz „megtisztítása”

Az Akropolisz „megtisztítása”

Lézeres tisztítás

Lézeres tisztítás Pécsett

http://www.physik.uni-wuerzburg.de/femto-welt/pulsstart.html

https://www.youtube.com/watch?v=boiQkDon9Fs