Download miễn phí Bài giảng Nguyên lý laser
Khi sử dụng buồng cộng hưởng để tạo ra tia laser
Để cường độ tia laser phát ra có độ lớn cần thiết thì quãng đường z mà bức xạ laser đi trong môi chất laser cần đủ lớn.Tuy nhiên kích thước của của môi trường laser bị hạn chế bởi điều kiện kỹ thuật , vì vậy cần sử dụng một hệ 2 gương đạt song song đối xứng với nhau tạo nên một buồng cộng hưởng để tăng lộ trình của tia laser đi qua môi chất laser.
Các mất mát khi ánh sáng phản xạ từ bề mặt hai gương có hệ số phản xạ R1 và R2 nhỏ hơn 100% và sự không đồng nhất của môi trường laser làm giảm cường độ trên khoảng L cách giữa hai gương được xác định bởi hệ số -z.
http://s1.liketly.com/flash/edoc/jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-swf-2014-06-04-bai_giang_nguyen_ly_laser.X6B0s019RC.swf /tai-lieu/de-tai-ung-dung-tren-liketly-68805/Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
ân tử ( còn gọi là hạt) tương ứng với một giá trị năng lượng nhất định - Năng lượng cực tiểu và ổn định: trạng thái cơ bản - Năng lượng lớn hơn và không ổn định: trạng thái kích thích Khi cấp cho các hạt năng lượng, điện tử của nó sẽ chuyển từ mức thấp lên mức cao, đó là quá trình kích thích. Hạt ở trạng thái kích thích có thời gian tồn tại rất ngắn, sẽ chuyển về trạng thái ổn đính sau khi phát xạ ánh sáng hay năng lượng cơ,nhiệt.Hạt ở trạng thái kích thích siêu bền tới hai hay ba giây, còn thường thì chỉ khoảng 10-8 đến 10-10 giây. 1.1.2. Mô tả vật lý sóng ánh sáng laser. Bức xạ laser là sóng điện từ có tần số từ 1017 ÷1011 Hz, ứng với bước sóng = 1nm ÷ 1mm. Mỗi hạt photon ánh sáng là một đoàn sóng điện từ có tần số xác định. Khi sóng lan truyền theo phương oz với vận tốc v thì biên độ sóng tại điểm z ở thời điểm t là : S = F(t - z/v) - F là hàm mô tả dạng sóng (mà dạng cơ bản thường là sin hay cos) thoả mãn phương trình sóng : Trường hợp tổng quát mà sóng lan truyền trong không gian: Khi một nguồn sáng điểm đặt trong một môi trường đồng tính và đẳng hướng thì mặt sóng là các mặt cầu đồng tâm ta có sóng cầu mà phương truyền sóng là các đường xuyên tâm vuông góc với các mặt sóng gọi là tia sóng. Biểu thức của sóng cầu sin tính : - gọi là số sóng -a là biên độ sóng cầu tại r =1 đơn vị. -:tần số sóng -0 : pha ban đầu S=acos[(t – kr) + 0 ] Khi ở rất xa nguồn một phần nhỏ của sóng cầu được coi là sóng phẳng. Sóng phẳng có các tia sóng song song và vuông góc với mặt sóng, biên độ sóng không giảm trên đường truyền . Với ánh sáng laser, sóng có thể coi là sóng phẳng. Biểu thức sóng phẳng: Biểu diên theo Ơ-le: ei= cos + isin S=acos[(t – kz) + 0 ] Hình1. 1 Mô tả sóng cầu và phẳng Sóng ánh sáng là sóng điện từ ngang phẳng : có tính đồng pha của 2 véc tơ E và H và tạo với v một tam diện thuận . Trường hợp sóng điện từ phẳng điều hoà mà véc tơ E của nó chỉ dao động trong mặt phẳng xác định chứa phương truyền v còn H dao động trong một mặt phẳng vuông góc với E thì sóng đó gọi là phân cực phẳng hay thẳng với mặt phẳng phân cực trùng với H. Sự phân cực ánh sáng Trong trường hợp véc tơ E vẽ nên các đường phức tạp trong không gian thì có thể phân véc tơ E thành 2 phần Ex và Ey . khi đó đỉnh của E vẽ nên trong không gian một hình elíp gọi là phân cực elíp. Khi Ex=Ey ta có ánh sáng phân cực tròn .Ánh sáng tự nhiên có thể coi là phân cực tròn. Nếu trên đường truyền sóng đồng thời tồn tại hai sóng phân cực cùng phương dao động thì sóng tổng hợp cũng là phân cực phẳng có cùng phương dao động nếu hai sóng thành phần có cùng tần số thì tại điểm z đã cho ta có biểu thức: E1 = a cos(t+ 01) E2 = a cos(t+ 02) Ta có thể dùng phương pháp giải tích hay véc tơ quay để xác định pha và biên độ A của sóng tổng hợp E = Acos(t+) : tg = A2 =2a2 + 2acos(01 - 02) Hiện tượng giao thoa xảy ra: -nếu 10 -20= 0 thì A sẽ lớn nhất A = 2a A -nếu 10 -20 = thì A sẽ nhỏ nhất A = 0 = = Khi ánh sáng lan truyền trong không gian thì mật đô năng lượng sóng được tính theo biểu thức sau: S= v. Khi tính theo cường độ sáng (hay độ rọi) - µ & là độ từ thẩm và điện thẩm của môi trường truyền sóng. Thường trong các tính toán về năng lượng sóng người ta chỉ tính với cho đơn giản: Biểu diễn dưới dạng phức : Vận tốc lan truyền sóng trong môi trường bất kỳ: Sù kh¸c biÖt cña sãng ®iÖn tõ ¸nh s¸ng vµ sãng ®iÖn tõ ra®i« Nguån ph¸t Sãng ¸nh s¸ng DÞch chuyÓn møc n¨ng lîng ®iÖn tö Thu lîng tö E=h vµ N¨ng lîng tØ lÖ víi b×nh ph¬ng biªn ®é sãng Sãng Radio ChuyÓn ®éng cã gia tèc cña ®iÖn tö Thu liªn tôc vµ N¨ng lîng tØ lÖ víi diÖn tÝch biªn ®é sãng Nguån thu 1.2 Phát xạ kích thích sóng ánh sáng laser. 1.2.1 Nguyên lý phát xạ kích thích Anhxtanh Các hạt khi hấp thụ năng lượng sẽ chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích gọi là quá trình hấp thụ. Khi ở trạng thái kích thích, sau một thời gian tồn tại rất ngắn sẽ chuyển về các mức năng lượng thấp hơn và phát xạ ra một phô tôn có mức năng lượng: E = h = Ei - Ek -Ei : mức năng lượng trên -Ek : mức năng lượng dưới Gọi là quá trình phát xạ tự nhiên Trong điều kiện tự nhiên quá trình hâp thụ và phát xạ tự nhiên là hai quá trình thuận nghịch. Năm 1928 Anhxtanh khi khảo sát quá trình bức xạ của vật đen tuyệt đối đã đưa ra giả thuyết về sự phát xạ kích thích. Theo Anhxtanh: “ Nếu photon tác động lên điện tử có hiệu mức năng lượng dịch chuyển cho phép có hiệu năng lượng tương ứng năng lượng của photon thì sẽ xảy ra bức xạ kích thích”. Mức laser trên Mức laser dưới Mô tả các quá trình hấp thụ và phát xạ trong tự nhiên Trạng thái bị kích thích Trạng thái chưa ổn định Năng lượng Quá trình phát xạ tự nhiên Trạng thái ổn định Qu¸ tr×nh ph¸t x¹ kÝch thÝch Đặc điểm của quá trình phát xạ kích thích: -Mức năng lượng dịch chuyển cho phép của hạt bị kích thích phải phù hợp với phô tôn. Đây là điều kiện của quá trình phát xạ kích thích. -Phô tôn phát ra trong quá trình kích thích có cùng tần số, biên độ, pha, hướng và trạng thái phân cực như phô tôn kích thích.Phô tôn kích thích không bị biến đổi và giữ nguyên trạng thái ban đầu. Phát xạ kích thích đóng vai trò chủ yếu trong hoạt động của nguồn phát ánh sáng laser . Tuy nhiên để phát ra được tia laser cần thiết phải có môi trường nghịch đảo mật độ tích luỹ và buồng cộng hưởng để bức xạ laser tạo nên các tính chất cơ bản của chùm tia laser. §Æc tÝnh cña bøc x¹ kÝch thÝch Cùng biên độ Cùng tần số - Cùng hướng - Đồng pha - Cùng phân cực -Đơn sắc -Kết hợp -Độ tập trung (định hướng) -Khả năng đạt mật độ cao §Æc tÝnh cña Tia LASER 1.2.2 Điều kiện phát xạ bức xạ laser thành chùm tia laser. Khi ánh sáng với cường độ I(z) và tần số f lan truyền trong hướng z, và môi chất laser có mức năng lượng Ni, Nk thoả mãn điều kiện năng lượng sẽ xảy ra sự hấp thu năng lượng theo định luật Bowger: I(z) = I(0) e -z Hệ số hấp thụ: = (c2 /4f2)( ln2/ )1/2 ( Nk/ f) -: thời gian sống của vật chất trong môi trường -Nk :Số hạt ở mức k -C: tốc độ ánh sáng trong môi trường đó -f vàf: tần số và độ rộng phổ của ánh sáng hấp thụ Khi ánh sáng truyền trong môi trường xảy ra bức xạ kích thích: I(z)= I(0)e gz g: hệ số khuếch đại Hệ số khuếch đại: g= (c2 /4f2) ( ln2/ )]1/2 ( Ni/ f) Quá trình hấp thụ và bức xạ là quá trình thuận nghịch Kết quả ánh sáng đi qua môi trường vật chất: I(z) = I(0) exp [(c2 /4f2) ( ln2/ )1/2 ( 1/ f)( Ni- Nk)z ] Nếu Ni > Nk thì I(z) tăng, ngược lại Ni Nk : gọi là nghịch đảo mật độ tích luỹ. Nghịch đảo độ tích luỹ là trạng thái không bình thường: Nếu vật chât nằm ở nhiệt độ T của môi trường cân bằng nhiệt thì phân bố mật độ các hạt theo luật Bonzerman: N2 / N1 = exp [-(Ei – Ek) / kT ] Với k là hằng số Bonzerman và luôn có Ni >Nk bằng quá trình bơm kích thích. Khi sử dụng buồng cộng hưởng để tạo ra tia laser Để cường độ tia laser phát ra có độ lớn cần thiết thì quãng đường z mà bức xạ laser đi trong môi chất laser cần đủ l
