Vật lý đại cương - Cơ học lượng tử phần 1 doc

Môi trường đảo mật độ hạt lμ môi trường kích hoạt Hấp thụ ánh sáng bởi môi trường hấp thụ: bức xạ truyền qua suy giảm E2 E1 hν=E2-E1 Phát xạ cảm ứng: bức xạ truyền qua mạnh lên phát xạ h

Môi trường đảo mật độ hạt lμ môi trường kích hoạt

Hấp thụ ánh sáng bởi môi trường

hấp thụ: bức xạ truyền qua suy giảm

E2

E1

hν=E2-E1

Phát xạ cảm ứng: bức xạ

truyền qua mạnh lên

phát xạ

hν=E2-E1 kích thích

E2

E1

x

'

0 e I

I = ưα

I0 I

x

α’>0 hấp thụ ánh sáng α’<0 cường độ ánh sáng tăng theo bề dầy của môi trường Số photon tăng thác lũ

Môi trường kích hoạt có trạng thái đảo mật độ

hạt N2>>N1

x

0 e I

I0 I

x Biểu thức cường độ bức xạ

cộng hưởng

Bộ cộng hưởng - Hiệu ứng Laser

- Môi trường kích hoạt khí, lỏng hoặc rắn

- Cơ chế bơm năng lượng cung cấp cho môi

trường

- Bộ cộng hưởng khuyếch đại chùm bức xạ

truyền qua

Gương

phản xạ

100% Gương phảnxạ 50%

L

2

n

Môi trường kích hoạt Máy phát Laser:

6.5 Cơ chế bơm - Phát xạ cộng

hưởng

E2

E1

hν=E2-E1

Thời gian sống ở mức E3 , E4 cỡ 10-8-10-9s vμ nhảy xuống mức E2 ->môi trường ở trạng thái

đảo mật độ N2>>N1.

bơm lên mức E3 , E4 bằng các phương pháp: Chiếu chùm ánh sáng mạnh vμo

MT rắn, lỏng; Phóng điện trong khí, bán dẫn

Thời gian sống ở mức E2

cỡ 10-3s vμ nhảy xuống

mức E1 khi có kích thích

Phát xạ cộng hưởng: Laser phát ra

E4

E3

6.6 LASER hång ngäc

λ=692.7nm

I

III

Cr+++

Møc c¬ b¶n

(10-7 s) τI & τII

<< τIII (10-3s)

Al2O3 pha t¹p 0.03-0.05% Cr2O3

LASER xung : Khi tõ tr¹ng th¸i III nh¶y vÒ

tr¹ng th¸i c¬ b¶n ph¸t ra chíp s¸ng loÐ

V

Neon

xanh

6.7 LASER Hêli-Neon

90%He+10%Ne

áp suất cỡ 1.1mmHg

eV

19.81 He (I) vađập Ne(II)

Ne(IV) Ne(III)

LASER bán dẫn

V dẫn

V Hoá trị

mức donor E2

mức Acceptor E1

p n

Đảo mật độ giữa vùng hoá trị vμ vùng dẫn

λ=632.8nm

hν=En-Eh

Đảo mật độ giữa Ne(IV) vμ Ne(III)

6.8 Các tính chất ưu việt của Laser

1 Tính định hướng cao: ở nhiệt độ phòng độ

mở 0.01o

2 Tính kết hợp cao: Hiệu pha trong khoảng hai thời điểm luôn không đổi, độ đơn sắc cao Δ λ ~ (10-18 -10-20)m Δν/ν ~ 10-15

3 Tính kết hợp không gian cao: trong khoảng

cách ΔL=100km giữa hai điểm hiệu pha không

đổi Cường độ ánh sáng cực lớn E~107V/m

công suất đạt 1012W

4 Hiệu suất: Heli-Neon 1%, CO2-N đạt

10-20%, Bán dẫn 40-100%

5 Bức xạ cường độ cao ở chế độ liên tục,

6.9 ứng dụng của LASER

a, Trong kỹ thuật đo lường chính xác, in chụp vμ tạo ảnh: ảnh vết sáng trên mặt trăng của tia laser nhỏ hơn của vết do sóng điện từ cùng điều kiện

5000 lần

Điều khiển từ xa

Bom laser c=(299792458±1)m/s

Điều biên AM, Điều tần FM, Chế độ xung cực ngắn 6.10-15s(femtosecond)

b, T¹o ¶nh 3 chiÒu honogram

c, Kỹ thuật thông tin

• Góc mở nhỏ, tần số cao (= 10 6 tần số

VT)->200kênh TH

• Truyền lượng thông tin lớn, tốc độ cao theo cáp quang

d, Cường độ lớn 1017W/cm2: ứng dụng trong kỹ thuật gia công vật liệu, vi phẫu thuật

e, Trong các ngμnh khoa học kỹ thuật khác, như vật lý:

• Nhiệt độ cao: tập trung năng lượng trên λ2

•Kích thích vμ chọn lọc trong phản ứng hoá học với sự tham gia của đồng vị nhất định

• Trong sinh học: chiếu rọi các tế bμo cỡ

micromet

• Tần số cao dùng tách các đồng vị phóng xạ

f, Quan sát sự chuyển dời nhiều photon

i

f

ω h

hấp thụ một

photon

i m f

f

1

ω h

2

ω h

hấp thụ hai photon

qua trạng thái trung gian m; Δt

~10-8s Photon thứ 2 kịp

đến nâng lên mức f

i m

f

2

ω

1 ω Δt ~10-15s

trạng thái trung gian m

không quan sát

đ−ợc photon thứ 2 đến trong khoảng Δt

~10-15s

g, Quang học phi tuyến: Khi chiếu laser vμo

chất điện môi gây ra véc tơ phân cực:

E E

E

P = χ1 + χ2 2 + χ3 3 +

có thể tạo ra tia laser có bước sóng bằng 1/2

bước sóng tia sơ cấp ứng với tia hoạ ba

t sin

E

) kx t

( sin E

) kx t

sin(

E

Px = χ1 0 ω ư + χ2 02 2 ω ư

sóng lan truyền với: tần số bằng tần số kích thích Véc tơ phân cực không đổi

Sóng hoạ ba thứ 2 có tần số gấp đôi tần số sóng kích thích

) kx 2 t

2 ( cos

E 2

1 E

2

1 )

kx t

sin(

E

Px = χ1 0 ω ư + χ2 02 + χ2 02 2 ω ư