Lasery

1
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)

2
Laserowa obróbka,
transformacja materialów

• Pole EM zwiazane z promieniowaniem lasera moze
  modyfikowac
• a) str. energetyczna materialów wlasnosci
  fiz-chem.
• b) selektywnie inicjowac reakcje chemiczne

2. Termiczne dzialanie wiazki laserowej na
materialy (musi byc
absorbowana)

1. Fotoablacja rozrywanie wiazan molekularnych
   (dysocjacja, defragmentacja)
   

4. Laser-Plasma Deposition (nanoszenie
materialów za pomoca plazmy laserowej)
(dwie wiazki lasera excymerowego generuja
strumienie plazmowe róznych substancji, które
sie osadzaja na plytce substratu w odpowiednich
proporcjach)
3
Badania rozpraszania swiatla
Rodzaje rozpraszania

1. Rezonansowe swiatlo rezonansowo oddzialuje z
   okreslonym przejsciem w atomach/czasteczkach
   absorpcja/reemisja

? swiatla rozpraszanego ? sw. reemitowanego
mozliwy
pomiar str. widmowej str. energetycznej
rozpraszanie elastyczne ?scatt ?exc
gdy bogatsza str. poziomów bogatsze widma
rozpraszanie Ramana ?scatt ?exc?Di
umozliwia pomiar rozszczepien Di
D1 D2
4
SRS (Stimulated Raman Scattering)
Z laserowym wzbudzeniem - rozpraszanie wymuszone
2. Rozpraszanie nierezonansowe (oscylujacy dipol)

• male czastki (objetosc ? ) rozprasz. Rayleigha
  elastyczne

?
kolor nieba i zachodzacego slonca

• duze czastki rozpraszanie Mie Gustaw Mie

zalezne od rozmiarów czastek, slabiej zalezy od
? - kolor chmur
5
Rola interferencji i dyfrakcji
w rozpraszaniu

• w rozpraszaniu Mie, interferuja przyczynki
  swiatla rozprosz.
• przez rózne czesci czastki i daja zaleznosc od
  rozmiaru czastek

6
w rozpraszaniu na wielu malych czastkach
istotna dyfrakcja na indywidualnych czastkach
Przyklad - badania aerozoli
?
Analiza obrazów dyfr. wazna metoda pomiaru
rozmiarów obiektów i struktur
7
Elastometria
analizator
polaryzator
przezroczysty przedmiot z naprezeniami
obraz naprezen

• defektoskopia
• badanie naprezen, sprawdzanie modeli konstrukcji

8
Koherencja swiatla lasera
? zastos. do interferometrii
laser speckle (cetki laserowe) - wynik
interferencji swiatla rozproszonego
Interferometria plamkowa
? nieniszczaca metoda badania powierzchni
9
Przyklady zastosowan interferometrii laser speckle
wizualizacja uszkodzen i ruchu obiektów i
powierzchni
10
Prazki mory (moire pattern)
mechanizm powstawania interferencja fal
swietlnych
Zastosowania - np. ochrona zabytków
11
Materialy fotoniczne
1. Materialy na standardowe elementy
optyczne (soczewki, pryzmaty, okienka) ?
wazna
transmisja/absorpcja i dyspersja
12
2. Materialy do manipulacji wiazkami swietlnymi
Modulatory swiatla
wymuszona dwójlomnosc efekty magneto-
i
elektro-optyczne
Np. modulatory natezenia (AM) substancja
dwójlomna miedzy skrzyz. polaryzatorami

• gdy poprzeczne pole B
• ef. Voigta (?B2)
• (Cottona-Moutona)

gdy podluzne pole E - ef. Pockelsa (?E)
13
Modulatory czestosci (FM) i fazy
najczesciej elektro-optyczne (EOM) (material
dwójlomny bez polaryzatorów)
Wazne modulatory akusto-optyczne (AOM)
wykorzystujace efekt elastooptyczny (cisnieniowa
modyfikacja n )
Piezoceramiczny nadajnik ultradzwiekowy (PZT)
wytwarza w krysztale fale zageszczen n (o
czestosci ?), na której nastepuje ugiecie wiazki
swietlnej. Ponadto ugieta wiazka ma czestosc
zmieniona o czestosc fali zageszczen ? ? ? ? ?
generator akust. ?
wiazka o czestosci ?
PZT
wiazka ugieta o czestosci ?-? lub ??
?

• modulatory akusto-optyczne umozliwiaja
• szybkie kierowanie wiazki laserowej w zadanym
  kierunku
• modulowanie czestosci wiazki swietlnej ? ? ? ? ?

14
Optyczne materialy nieliniowe
n i ? sa tez nieliniowymi funkcjami natezenia
swiatla
Podstawowe optyczne zjawiska nieliniowe
1. Generacja drugiej harmonicznej
2. Samoogniskowanie i deogniskowanie swiatla
gdy n2gt0, osrodek nieliniowy dziala jak soczewka
skupiajaca, gdy n2lt0, osrodek nieliniowy dziala
jak soczewka rozpraszajaca,
15
Pomiary nieliniowosci optycznej

• metoda Z-scan

n2 gt 0
n2 lt 0
w zaleznosci od znaku n2 , nieliniowa próbka
poddana jest samoogniskowaniu lub
samo-deogniskowaniu i w zaleznosci od swego
polozenia wzgl. ogniska wiazki laserowej,
wywoluje charakterystyczne zmiany rejestrowanego
natezenia swiatla
16
Pojedyncze centra barwne/kropki kwantowe
(niby-atomy)
17
Technologia centrów NV

• syntetyczne diamenty
• a) HPHT (High Pressure High Temperature)
• b) CVD (Chemical Vapor Deposition)
• ? cena, kontrola parametrów
• (koncentracja N 6 600 ppm, 10181020
  cm3,
• zawartosc azotu - typ Ia lub IIa )

• naswietlanie wiazka jonizujaca
• (e, p, He, ... _at_ 1.73 MeV,
  10161018 cm 2)

18
Optyczna detekcja stanu spinowego

• prawdopodobienstwa absorpcji
• 0? rozprasza 30 wiecej
• fotonów niz 1?
• 0? stan jasny
• 1? stan ciemny

• technika ODMR (Optically Detected Magnetic
  Resonance)
• transfer populacji miedzy podpoziomami
  spinowymi
• przez rezonansowe pole ?w, ESR (podwójny
  rezonans)
• detekcja zmian absorpcji, fluorescencji, ...

19
Nanomagnetometria
G. Balasubramanian et al. Nature 455, 648 (2008)
20
Krysztaly fotoniczne
materialy z periodycznymi niejednorodnosciami
wspólczynnika zalamania charakteryzuja sie
fotoniczna przerwa energetyczna obszarem
zabronionych czestotliwosci fal swietlnych
Krysztaly fotoniczne pozwalaja na propagacje
dozwolonych modów promieniowania z b.
malymi stratami i zmiane kierunku propagacji pod
b. ostrymi katami (co jest niemozliwe w
standardowych swiatlowodach)
21
Swiatlowody fotoniczne

• bardzo male tlumienie,
• bardzo silne nieliniowosci

22
Metamaterialy, left-handed materials
jonosfera Re(n) 0
RHM (right-handed materials) n gt 0
seignetto-magnetyki
LHM n lt 0
23
(No Transcript)
24
(No Transcript)