Domeniu: Fizică

Conține 11 fișiere: pdf

Pagini : 215 în total

Cuvinte : 86084

Mărime: 5.70MB (arhivat)

Publicat de: Lorin Balint

Puncte necesare: 0

Profesor îndrumător / Prezentat Profesorului: Ion Gruia

Acest curs a fost predat la Facultatea de Fizica din Bucuresti.Este un curs introductiv incercand sa faca lesne de inteles notinile de baza din cadrul spectroscopiei si radiatiei laser.Cursul este atat in limba romana cat si in limba engleza.

Descarcă acum

Cuprins Extras Bibliografie Preview

Cuprins

1. Introducere – Radiaţia laser şi proprietăţile ei.
1.1. Radiaţia electromagnetică – interacţia ei cu materia.
1.2. Proprietăţile radiaţiei laser – Monocromaticitatea, Direcţionalitatea, Coerenţa.
2. Mecanismele Laserului.
2.1. Modelul atomic Bohr.
2.2. Fotonii si diagramele nivelelor energetice.
2.3. Absorbţia radiaţiei electromagnetice.
2.4. Emisia spontană de radiaţie electromagnetică.
2.5. Echilibrul termodinamic.
2.6. Inversia de populaţie.
2.7. Emisia stimulată.
2.8. Ecuaţiile de dezexcitare.
2.9. Tranziţiile stimulate.
2.10. Amplificarea.
2.11. Laserul cu 3 nivele.
2.12. Laserul cu 4 nivele.
3. Sistemul laser
3.1. Mediul activ.
3.2. Mecanismul de excitare.
3.3. Rezonatorul laser.
4. Cavitatea optică şi modurile de oscilaţie.
4.1. Undele de excitare.
4.2. Modurile longitudinale ale unui laser.
4.3. Modurile transversale ale unui laser.
4.4. Cavitatea optică.
5. Amplificarea laser – Câştigul laser.
5.1. Forma liniilor de florescenţă.
5.2. Amplificarea într-un ciclu din cavitatea optică.
5.3. Calculul pierderilor din cavitate.
6. Tipuri de laser şi caracteristicile lor.
6.1. Laseri cu gaz:
Gaz atomic:- laserul cu He-Ne.
- laserul cu vapori metalici neutrii (laserul cu vapori de cupru).
- laserul cu He-Cd.
Gaz ionic: - laserul cu Ar+
- laserul cu Kr+
Gaz molecular:- Laserul cu CO2.
- Laserul cu N2.
- Laserul cu excimeri.
- Laserul chimic.
- laserul de infraroşu îndepărtat (mμ1000÷12)
6.2. Laser cu corp solid:
- Laserul cu rubin.
- Laserul cu YAG:Nd şi laserul cu sticlă dopată cu Nd.
- Laserul cu alexandrit.
- Laserul cu centri de culoare.
- Laserul cu Ti:safir.
6.3. Laserul cu semiconductori (Diodele laser, laser cu injecţie).
6.4. Laser cu colorant (lichid).
6.5. Laseri speciali:
- Laser cu electroni liberi.
. Laser cu raze X.
7. Caracteristicile radiaţiei laser.
- Radiometria şi unităţile de măsură a radiaţiei electromagnetice.
- Distribuţia spaţială a energiei unui laser cu corp solid.
- Divergenţa fasciculului laser şi posibilitatea de focalizare.
- Caracteristicile radiaţiei pulsate.
- Mecanisme speciale de creare de pulsuri (Modul de comutare Q-swich şi mecanisme de blocare a modurilor longitudinale a unui laser)
- Polarizaţia radiaţiei electromagnetice:
- polarizarea prin reflexie,
- polarizarea prin refracţie,
- polarizarea prin absorbţie selectivă,
- polarizarea prin dispersie,
- polarizarea prin dublă refracţie,
- polarizarea prin lamă sfert de undă.
8. Aplicaţii ale laserilor
- Aplicaţii industriale.
- Aplicaţii în medicină.
- Aplicaţii militare.
- Aplicaţii cotidiene.
- Aplicaţii în investigaţii ştiinţifice.
- Aplicaţii speciale.
- Holografia.
- Coerenţa fasciculului laser (coerenţa temporală, coerenţa spaţială).
- Principiile holografiei.
- Tipuri de holograme.
- Aplicaţiile holografiei.
- materiale (medii) penttru înregistrarea hologramelor.

Extras din curs

1. Introducere – Radiaţia laser şi proprietăţile ei.

În principiu, Laserul este un dispozitiv care transformă diverse forme de energie (radiaţie electromagnetică, energie electrică, energie chimică, etc.) în radiaţie electromagnetică (include radiaţia optică). Este o definiţie prea generală, ce impune introducerea bazelor fizice ale unui laser.

LASER=Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

Intenţionăm să obţinem o descriere calitativă a naturii cuantice a laserului, bazându-ne pe câteva principii de bază, ce provin exclusiv din matematicile avansate.

Înainte de a studia laserul, trebuie să ne familiarizăm cu termenii de bază folosiţi la descrierea undelor electromagnetice:

- Lungimea de undă ()λ

- Frecvenţa ()ν

- Perioada ()T

- Vieza luminii ()c

- Indicele de refracţie (. )n

1.1. Radiaţia electromagnetică – interacţia ei cu materia.

Radiaţia electromagnetică produsă de un laser, se poate situa în regiunea spectrală ce include domeniul spectral vizibil, spectrul ultra-violet (UV), spectrul infra-roşu (IR), precum şi în alt domeniu.

Pentru început să descriem proprietăţile radiaţiei electromagnetice:

1.1.1. Radiaţia electromagnetică în vid.

Radiaţia electromagnetică este o undă transversală, care se propagă în vid cu o viteză constantă, egală cu viteza luminii . smc/1038⋅≅

Unul din parametrii mai importanţi ai unei unde este Lungimea de undă ()λ (lambda) ce reprezintă distanţa dintre două puncte consecutive ale unei unde ce au aceeaşi fază.

Fig. 1.1: Deplasarea în funcţie de coordonata spaţială (la un timp dat). A= amplitudinea

Frecvenţa ()ν (niu) se defineşte ca numărul de oscilaţii într-o secundă (numărul de perioade de oscilaţie într-o secundă).

Relaţia dintre cei doi parametrii este:

νλ⋅=c

Din punct de vedere fizic, toate undele electromagnetice sunt la fel (din punct de vedere al proprietăţilor) exceptând unda longitudinală.

Fig. 1.2. Deplasarea în funcţie de timp (a unui punct din spaţiu)

Perioada reprezintă distanţa minimă între două puncte adiacente ce au aceeaşi fază. ()T

Fig. 1.3. Comparaţia a două unde cu lungimile de undă diferite: lungimea de undă ()2λlungă şi()1λ scurtă

Figura 1.4. descrie spectrul electromagnetic.

Fig. 1.4. Spectrul electromagnetic

Undele electromagnetice conţin multe ordine de mărime a lungimilor de undă []()mμ731010÷− (sau frecvenţă ).

Frecvenţa radiaţiei eletromagnetice este invers proporţională cu lungimea de undă.

Spectrul vizibil este o regiune mică din spectrul electromagnetic.

Aspectul discret al radiaţiei electromagnetice este rezultatul muncii lui Einstein la începutul secolului XX.

A quantum optical description of absorption and emission as a phenomenon of interaction of light with matter is given by Albert Einstein in 1917. He distinguished between the three processes of absorption, spontaneous emission and stimulated emission (whereby the latter builds the theoretical basis for laser operation). Einstein’s derivations are precise and they give a comprehensive formulation of the processes. Nevertheless, for most investigations of absorption and emission the stimulated emission can be neglected and a description based on the laws of Johann Lambert and August Beer is sufficient.

Most colour impressions are generated by absorption. White light is filtered by coloured materials absorbing a certain region of the spectrum and transmitting the remaining light which exhibits a specific colour. In Lamberts law the absorption is a function of the thickness of the absorbing layer, in Beers law it is a function of the concentration of the

Albert Einstein

1879 – 1955

Topics:

Lambert-Beer Law

Absorbance

Fluorescence

Phosphorescence

Absorption / Emission Spectra

absorbing species. Some absorption processes are follwed by light emission, so called fluorescence or in some cases phosphorescence.

The laws which are related to absorption and emission are discussed and investigated in this experiment. With an absorbing sample the Lambert-Beer law is verified by measuring the transmitted light with a photodiode. Light sources of different colours are used to excite fluorescent samples. The absorption and emission of light is visualized spectrally using an optical grating.

Preview document

Conținut arhivă zip

Curs 1 Spectroscopie si LASERI 2007.pdf
Curs 2 Spectroscopie si LASERI 2007.pdf
Curs 3 Spectroscopie si LASERI 2007.pdf
Curs 4 Spectroscopie si LASERI 2007.pdf
Curs 6 _7 Spectroscopie si LASERI 2007.pdf
Curs Capitolele 1 _5 Spectroscopie si LASERI 2007.pdf
Curs engleza 1 Spectroscopie si LASERI 2007.pdf
Curs engleza 2 Spectroscopie si LASERI 2007.pdf
Curs engleza 3 Spectroscopie si LASERI 2007.pdf
Curs engleza 4 Spectroscopie si LASERI 2007.pdf
Curs engleza Capitolele1 _5 Spectroscopie si LASERI 2007.pdf

Descarcă Cursul

Alții au mai descărcat și

Proiect

Conversia Energiei Solare

Introducere Energia solarã reprezintã una din potentialele viitoare surse de energie, folositã fie la înlocuirea definitivã a surselor...

Proiect

Panouri Fotovoltaice

Introducere Soarele s-a format cu 5 miliarde de ani în urmă. Este steaua cea mai apropiată de pământ, la cca. 150 milioane kilometri distanţă, iar...

Referat

Laserul

Laserul Prezentare generala-formarea undei laser ;principiu de functionare; -conditia de prag-conditia laser ; -emitator laser ; -factorul de...

Proiect

Aplicațiile laserului în specialități medicale

Laserul medical tehnologie revoluționară Laserul medical face parte din categoria tehnologiilor revoluționare care prezintă avantaje multiple atât...

Referat

Laseri cu Dioxid de Carbon

LASERUL CU CO2 1. Notiuni introductive Primul laser cu CO2 a fost construit de C. Patel în 1964. El a trimis un puls de descărcare electrică...

Referat

Laserul cu Bioxid de Carbon

Efectul laser în molecula de CO2 a fost demonstrat prima oară de C. Patel în 1964. El a trimis un puls de descărcare electrică printr-un gaz pur...

Referat

Lumina

Lumina, forma vizibila de energie, observabila de ochiul uman, ce este radiata prin miscarea particulelor încarcate energetic. Lumina soarelui...

Laborator

Determinarea lărgimii benzii interzise a unui semiconductor

Mecanica cuanticå aratå cå microsistemele (electroni, molecule, ioni, etc.) izolate dispun de un spectru discret de energii, între care pot efectua...