Các loại Laser

Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động của 1 số loại laser

1 Common Lasers Các Laser thông dụng 2 Nội dung • Giới thiệu chung • Các loại laser phổ biến (khí, rắn, lỏng, bán dẫn) – He-Ne – N2 – CO2 – Hơi Au, Cu – Excimer – Ruby – Nd – Màu hữu cơ – Điện tử tự do – Bán dẫn 3 Các phương pháp phân loại • Các tiêu chí phân loại: – Trạng thái của môi trường hoạt tính: solid, liquid, gas, plasma, ) – Vùng phổ của bước sóng laser: visible spectrum, Infra-Red (IR) spectrum, etc. – Phương pháp bơm (kích thích): Optic pumping, Electric pumping, etc. – Các đặc trưng của bức xạ laser: CW, pulsed,… – Số mức năng lượng tham gia vào quá trình phát laser: 3-level, 4-level. 4 Các laser khí (Gas Lasers) • Đặc điểm chung • Một số hệ laser khí thông dụng – Laser nguyên tử (He-Ne) – Laser phân tử (N2, CO2) – Laser hơi kim loại (Au, Cu) – Laser Excimer 5 Các đặc điểm chung của laser khí • Hầu hết nguyên tố ở trạng thái khí đều có thể phát laser. • Rất nhiều nguyên tử, phân tử có thể phát laser. • Đa số laser khí là áp suất thấp (vài milli-torr). • Lý do là: – Để có thể tạo ra sự phóng điện trên một khoảng cách xa giữa các điện cực. – Để thu được vạch phổ hẹp (không bị mở rộng do va chạm). • Một số laser khí đặc biệt có áp suất cao (hàng trăm torr) • Laser khí đầu tiên (Helium-Neon laser) được chế tạo năm 1961, một năm sau khi laser đầu tiên trên thế giới ra đời (laser Ruby). • Laser khí đầu tiên (Helium-Neon laser) phát bước sóng vùng hồng ngoại gần (1152,27 nm, Near Infra-Red). 6 BƯỚC SÓNG MỘT SỐ LOẠI LASER KHÍ 7 BƯỚC SÓNG MỘT SỐ LOẠI LASER KHÍ 8 Các nhóm laser khí • Nguyên tử (Atoms) - The laser active medium is composed of neutral gas atoms such as Helium-Neon and Copper Vapor. • Ion (Ions) - The laser active medium is composed of ionized gas such as Argon ion gas or Helium-Cadmium gas. • Phân tử (Molecules) - The laser active medium is composed of gas molecules, like Carbon Dioxide (CO2), Nitrogen (N2), Excimer laser, Chemical lasers (HF, DF), Far Infra-Red (FIR) laser. 9 Kích thích (bơm) • Có 2 kỹ thuật chính: – Phóng điện ( Electrical Discharge ) – Bơm quang học ( Optical Pumping ) 10 He-Ne Laser • Giới thiệu chung • Nguyên lý hoạt động • Đặc điểm • Ứng dụng [...]... cao để các phân tử CO2 được bơm lên các mức kích thích dao động, và tạo ra đảo lộn mật độ giữa các mức laser của CO2 Energy Level Diagram of N2 and CO2 in Laser - laser 4 mức Mỗi mức năng lượng dao động có nhiều mức quay Các chuyển dời có thể xảy ra giữa các mức dao động với các mức quay khác nhau, vì vậy có nhiều vạch laser 22 xung quanh các chuyển dời giữa các mức quay chính Các đặc điểm của laser. .. (ν3) 21 Nguyên lý hoạt động • • Các chuyển dời phát laser: – Chuyển dời từ mức laser trên (co giãn phi đối xứng) xuống mức dưới (mode co giãn đối xứng): 10.6 μm – Chuyển dời từ mức laser trên (co giãn phi đối xứng) xuống mức dưới (mode uốn): 9.6 μm Đảo lộn mật độ xảy ra khi: – Các điện tử do dòng phóng điện khí sinh ra, kích thích chuyển động của N2 Các phân tử N2 có các mức năng lượng kích thích siêu... phép đo phổ huỳnh quang 18 CO2 Laser 19 Giới thiệu • Carbon dioxide laser (CO2 laser) do Kumar Patel tại Bell Labs phát minh năm 1964 • Là một trong những laser được ứng dụng rộng rãi nhất • Là một trong những laser liên tục có công suất lớn nhất hiện nay • Hiệu suất bơm khá cao: ~ 20% • Phát vùng hồng ngoại, từ 9.4 đến 10.6 µm 20 Các mode dao động của phân tử CO2 • Laser CO2 đầu tiên của C Patel (1964)... suất cao Các laser CO2 CW (liên tục) thường có công suất > 10,000 watts • Phổ ra: hồng ngoại (Infra-Red, IR): 9-11 mm • Hiệu suất rất cao: tới 30% • Có thể hoạt động cả chế độ xung và liên tục • Công suất trung bình: từ 75 W (khí luân chuyển chậm) tới ~hàng trăm W (khí chảy nhanh) • Dễ hoạt động, khí không độc hại 23 Các loại laser CO2 • Ba loại chính: – Khí lưu chuyển (xả liên tục) (Flowing CO2 laser) :... thoảng phải đổi khí mới) (Sealed off CO2 laser ): công suất thấp (vài trục W) – Loại mới: vỏ bình là kim loại và bơm bằng sóng radio (RF) Phóng điện ngang ở áp suất thấp (TE) Phóng điện ngang ở áp suất khí quyển (TEA) Phóng điện dọc 24 Cấu tạo Loại khí chảy: • Các khí thành phần được trộn với nhau trong BCH trong khi chảy qua bình • Cần bơm chân không Loại khí đóng: • Các khí thành phần được trộn sẵn với... • Helium-Neon laser là laser phổ biến nhất trong (cho đến gần đây, khi diode laser ra đời) • Do Ali Javan, William Bennet Jr và Donald Herriot tại Bell Labs phát minh lần đầu năm 1961 Ali Javan, William Bennett, and Donald Herriott adjust the helium neon laser, the first laser to generate a continuous beam of light at 1.15 microns and the first of many electrical discharge pumped gas lasers 11 Nguyên... chỉ có khí CO2 thuần, năng lượng ra thấp • Phân tử CO2 là phân tử tạo chuyển dời laser, nhưng các khí phụ có thể trộn thêm để nâng cao hiệu suất • Laser CO2 tiêu chuẩn: môi trường hoạt tính là hỗn hợp khí CO2 + N2 + He Tỷ lệ tối ưu giữa các thành phần khí phụ thuộc từng hệ laser riêng và cấu hính kích thích Nói chung, một laser CO2 liên tục có tỷ lệ khí là CO2:N2:He - 1:1:8 • CO2 là phân tử thẳng, 3... electrical discharge pumped gas lasers 11 Nguyên lý hoạt động • Môi trường hoạt tính ( active medium) là khí hiếm Neon (Ne), và là laser 4 mức (khí He là khí đệm) • Có 2 mức siêu bền có vai trò là các mức laser trên, và 2 hai mức laser dưới Do đó, có thể phát ra vài bước sóng laser • Các bước sóng chính: 0.6328 [µm] (632.8 nm); 1.152 [µm], 3.3913 [µm]; • Vai trò của khí He: tăng hiệu suất bơm (~200 lần) nhờ... facelifts ") – dermabrasion • Được ứng dụng nhiều trong quân sự và LIDAR (do khí quyển hầu như truyền qua tòan bộ ánh sáng laser CO2) 26 Nitrogen Laser Laser khí Nitơ 27 Nội dung • Giới thiệu • Nguyên lý hoạt động • Đặc điểm cấu tạo • Các ứng dụng 28 Giới thiệu • Laser Nitơ (Nitrogen laser) do H.G Heard phát minh lần đầu năm 1963 và trở thành thương phẩm từ 1972 29 Nguyên lý hoạt động • Môi trường hoạt... tạo BCH • Laser phát siêu bức xạ (superradiant laser) • Công suất xung rất cao, có thể tới vài Mega-Watts • Tần số xung: tới kHz - bị giới hạn bởi hiệu ứng nhiệt • Chiều dài xung: tới 10 ns • Năng lượng một xung: vài mJ • Phổ tương đối rộng: ~ 0,1 nm (do chuyển dời từ các mức điện tử - dao động xuống các mức điện tử - dao động của N2) 31 • Hiệu suất : khoảng 0.1 % Cấu tạo laser TE N2 • Loại áp suất . dụng – Laser nguyên tử (He-Ne) – Laser phân tử (N2, CO2) – Laser hơi kim loại (Au, Cu) – Laser Excimer 5 Các đặc điểm chung của laser khí • Hầu hết nguyên tố ở trạng thái khí đều có thể phát laser. . (Helium-Neon laser) phát bước sóng vùng hồng ngoại gần (1152,27 nm, Near Infra-Red). 6 BƯỚC SÓNG MỘT SỐ LOẠI LASER KHÍ 7 BƯỚC SÓNG MỘT SỐ LOẠI LASER KHÍ 8 Các nhóm laser khí • Nguyên tử (Atoms) - The laser. etc. – Các đặc trưng của bức xạ laser: CW, pulsed,… – Số mức năng lượng tham gia vào quá trình phát laser: 3-level, 4-level. 4 Các laser khí (Gas Lasers) • Đặc điểm chung • Một số hệ laser khí