Optyczne metody badan material

1
Optyczne metody badan materialów w.2

• Resume W1
• struktura energetyczna materialów okresla ich
  wlasnosci optyczne
• a) transmisje / absorpcje
• b) odbicie (od dielektryków i metali)
• c) rozproszenie

- zespolony wspólczynnik zalamania
2
Odbicie od metali

• duza koncentracja swobodnych elektronów

? silna absorpcja, silne oscylacje swobodnych
elektronów
oscylacje swob. elektronów z czestoscia plazmowa

• propagacja w glab metalu silnie oslabiana,
• róznica faz miedzy polami E i B
• (inaczej niz w
  dielektrykach)

3
?metaliczny odblask i kolory metali

1. dla ? gt ?p , ? jest dodatnie a k rzeczywiste,

2) dla ? lt ?p , k jest urojone, brak
propagujacej fali sinusoidalnej, ampl. zanika
wykladniczo i cala energia jest w fali
odbitej
(kompensacja pradów zwiazanych ze stala diel.
osrodka ?L i z oscylacjami elektronów)

1. dla ? ? 1, tzn.

(minimum plazmowe) brak odbicia, R0
?
4
Polaryton powierzchniowy

• cienka (50 nm) warstwa metalu na pow.
  dielektryka

• oscylacja ladunków fala powierzchniowa lad.
  polaryton powierzchniowy

• relacja dyspersji

• na ogól w metalach dla VIS
• ?(?) ltlt -1 ? kz gt k0

? brak synchronizacji fal opt. i lad.,
slabe wzbudzanie polarytonu silne odbicie
5
? ale mozna uzgodnic skladowe styczne
nd k0 kzSP
nd k0 sin ? kSP
wtedy mozliwe sprzezenie oscylacji pola el. fali
swietlnej i ladunków wydajne wzbudzenie
polarytonu straty energii fali swietlnej
brak odbicia
? efekt tylko dla fali p zaleznosc od
polaryzacji i katów
6
Lasery co kazdy powinien wiedziec,
ale sie bal zapytac...
glówny mechanizm emisja wymuszona przez
wzbudzone atomy

• Emisja wymuszona

• fazy emisji
• kierunki emisji
• czestosci emisji

Skorelowane z fotonami wymuszajacymi !!!
konieczne warunki dzialania lasera

• Inwersja obsadzen stanów o wyzszej energii
  wzgledem nizszej
• (aby emisja promieniowania przewazala nad
  absorpcja)
• Rezonator laserowy pozwalajacy na zwiekszenie
  liczby
• fotonów wymuszajacych
• (aby emisja wymuszona przewazala nad
  spontaniczna)

7
Róznorodnosc laserów
rózne parametry promieniowania

• zakresy energii (dl. fal) od (X) VUV, do IR
• mozliwe rozszerzanie przez procesy
  nieliniowe
• monochromatycznosc na ogól stale dl. fali,
• ale sa tez lasery
  przestrajalne
• praca ciagla i impulsowa (ultrakrótkie impulsy
  fs i as)
• energia i moc promieniowania bardzo rózne
• moc 1 W wiazki laserowej znacznie silniejsze
  zaburzenie
• niz dla swiatla od np. 100 W zarówki
• (kolimacja, kat brylowy,
  monochromatycznosc)
• polaryzacja (na ogól tak, ale czasem nie)
• spójnosc dla wiazek ciaglych b. duza
• kolimacja ograniczona jedynie dyfrakcja

8
Popularne lasery
Laser osrodek aktywny dlugosc fali nm rodzaj emisji moc typowe zastosowania
He-Ne gaz 633 1150 3390 ciagla (CW) 1-40 mW holografia, i wiele innych (swietna jakosc wiazki)
CO2 gaz (9 600) 10 600 ciagla 5-10 000 termiczna obróbka materialów
Argonowy zjonizowany gaz 488 514,5 ciagla 5 mW-5W holografia, medycyna (chirurgia oka), laser shows
ekscymerowy gaz 193 308 351 impulsowa (P) - 20 MW (peak) obróbka materialów, medycyna
He-Cd pary metalu 325 441 ciagla 5-100 mW spektroskopia i tak jak He-Ne
Cu pary metalu 511 578 impulsowa 50 W (usredn.) holografia, medycyna, laser shows
barwnikowy ciecz 370 1000 przestrajalny ciagla/ impulsowa 10-500 mW CW 1 MW (P peak) spektroskopia, medycyna
Tiszafir cialo stale 700 1100 nm przestrajalny ciagla/ impulsowa - j.w. - spektroskopia, medycyna, ultrakrótkie impulsy
rubinowy cialo stale 694 impulsowa holografia, obróbka materialów, znaczenie histor.
NdYAG cialo stale 1064 (druga harmon. 532) impulsowa/ ciagla 2x108 W obróbka materialów, medycyna
szklo Nd cialo stale 1064 impulsowa 5x1014 W obróbka materialów
diodowy cialo stale 380 40 000 mozna przestrajac ciagla/ impulsowa 1mW-100W CD, DVD, komunikacja, drukarki, medycyna, spektroskopia, ...