Fizyka

Spis treści

Laser rubinowy:

-ogólne
-budowa
-działanie

Laser półprzewodnikowy:

-ogólne
-rodzaje
-budowa
-działanie

Zastosowanie laserów

1

2 3

Laser rubinowy

Czyli trochę z historii i teorii

Laser rubinowy, jest to laser na ciele stałym,
którego obszarem czynnym jest rubin
(Al2O3:Cr+3).

Ten skład chemiczny zapewnia występowanie
trójpoziomowego układu stanów energetycznych
w rubinie. Emitowana długość fali jest równa
694,3 nm. Laser ten pracuje w trybie
impulsowym.

Laser rubinowy był pierwszym działającym typem
lasera. Został skonstruowany przez Theodore'a
Maimana w 1960.

Rubin

Powrót do spisu
treści

Budowa lasera
rubinowego

Laser rubinowy ma
prostą konstrukcję,
typową dla laserów w
których ośrodkiem
czynnym jest ciało stałe.
Substancją czynną jest
kryształ rubinu
ukształtowany w walec.
Powierzchnie czołowe
walca są dokładnie
oszlifowane i
przepuszczają światło do
luster lub też są pokryte
warstwą odbijającą i
same stanowią lustra.
Laser ten jest
pompowany optycznie
lampą ksenonową przez
boczne powierzchnie.

Powrót do spisu
treści

Działanie lasera
rubinowego

Pompowanie optyczne odbywa się
poprzez boczne
powierzchnie przy pomocy błysków
lampy fleszowej. Intensywny błysk
światła wzbudza niektóre atomy
kryształu rubinu do wyższego stanu
energetycznego.
Atomy te, powracając do stanu
podstawowego, emituj ˛ a fotony,
które następnie pobudzaj ˛ a inne
atomy do wysłania identycznych
fotonów,
co w efekcie prowadzi do
gwałtownego wzrostu liczby
fotonów. Powstałe
fotony odbijają się wielokrotnie od
zwierciadeł po obu stronach
rezonatora
optycznego, zwiększając tym
samym prawdopodobieństwo
wzbudzenia kolejnych
atomów. Następnie wyemitowane
fotony opuszczają układ optyczny
przez jednoczęściowo
przepuszczalne, zwierciadło dając
koherentną
wiązkę światła laserowego.

Powrót do spisu
treści

Laser
półprzewodnikowy

Jest to laser, którego obszarem czynnym jest
półprzewodnik. Najczęściej laser
półprzewodnikowy ma postać złącza p-n w
którym obszar czynny jest pompowany przez
przepływający przez złącze prąd elektryczny.
Są to najbardziej perspektywiczne lasery z
punktu widzenia ich zastosowań w fotonice
ze względu na małe wymiary, dość wysokie
moce, łatwość modulacji prądem sterującym
o wysokiej częstotliwości (rzędu gigaherców)
i możliwość uzyskania promieniowania od
pasma bliskiej podczerwieni (diody laserowe
dla telekomunikacji światłowodowej) do
skraju fioletowego pasma widzialnego.

Powrót do spisu
treści

• złączowe

-na materiale objętościowym
-na studniach kwantowych
-na kropkach kwantowych

•bezzłączowe

-

kwantowy laser kaskadowy

•wielomodowe

-

generacja kilku (co najmniej dwóch) modów

laserowych różniących się częstotliwością i długością fali świetlnej.

•

jednomodowe

-

generacja jednego modu laserowego czyli

jednej częstotliwości i jednej długości fali świetlnej.

Laser półprzewodnikowy -
rodzaje

Powrót do spisu
treści

Średnica soczewki (około 5 mm) określa maksymalną średnicę
skoligowanej wiązki. Dioda ma ustalone położenie, położenie
soczewki może być regulowane przez zmianę położenia
wkręcanej przesłony kołowej (przesłona ta ogranicza również
średnicę wiązki do około 2,5-3 mm.

Zewnętrzna, wymienna nasadka służy do

wyświetlania rozmaitych rysunków. Działa na zasadzie siatki
dyfrakcyjnej (kwadratowa sieć jednakowych symboli
graficznych). Podstawowym elementem konstrukcyjnym lasera
jest metalowy korpus, w którym umocowana jest płytka
drukowana z diodą laserową, a z przedniej strony wkręcona jest
przesłona kołowa i nakręcona wymienna nasadka. We wnętrzu
korpusu umieszczona jest soczewka (dociskana do przesłony
kołowej za pomocą sprężyny). Korpus umocowany jest na wcisk
w aluminiowej rurce stanowiącej obudowę zewnętrzną. Dioda
jest zasilana napięciem 4,5 V z trzech baterii pastylkowych
przez sprężynę kontaktową, niestabilny mikrowyłącznik i
rezystor.

Budowa lasera
półprzewodnikowego

Powrót do spisu
treści

Powrót do spisu
treści

Szczególną odmianą laserów ze stałym
ośrodkiem laserującym są lasery
półprzewodnikowe. Realizuje się je często na
specjalnych złączach półprzewodnikowych p+-
n+ (zdegenerowanych). W złączach takich w
obszarze dziurowym p, pasmo przewodnictwa
jest puste, a pasmo walencyjne nie do końca
obsadzone. Z kolei w obszarze elektronowym n,
pasmo walencyjne jest w pełni zajęte, a także
występuje znaczna ilość elektronów w paśmie
przewodzenia. Przepuszczając elektrony z pasma
przewodzenia obszaru n do obszaru p, wpadają
one w pasmo przewodzenia obszaru p. Pasmo
przewodzenia ma wyższą energię niż pasmo
walencyjne (mamy w ten sposób uzyskaną
inwersję obsadzeń), więc z uwagi na pustki w
paśmie walencyjnym obszaru p, elektrony
spadają do niego, emitując kwant
promieniowania o częstotliwości równej
szerokości przerwy między stanami
energetycznymi walencyjnym i przewodzenia
Rekombinacja ta następuje szczególnie silnie w
obszarze złącza i umieszcza się tam specjalne
lustra rezonatora, wzmacniające drgania tylko w
jednym kierunku. W ten sposób uzyskuje się
oprócz monochromatyczności również i spójność
promieniowania, a więc klasyczny laser

Ilustracja działania lasera
półprzewodnikowego

Laser półprzewodnikowy -
działanie

Powrót do spisu
treści

Zastosowanie laserów

W medycynie:

a) Lasera używa się w medycynie przede

wszystkim dla "twardej" obróbki tkanek:

-cięcia,
-koagulacji,
-odparowania (fotoablacji oraz ablacji stymulowanej

plazmą)

-obróbki mechanicznej (rozrywania, fragmentacji czy

kawitacji)

b) Lasery stosowane w medycynie estetycznej:

-Erbium-YAG-Laser jest stosowany do usuwania blizn,

niewielkich brodawek oraz znamion

-Laser CO2 jest stosowany do niwelowania

powierzchownych zmarszczek na skórze oraz
blizn po trądziku

-Laser KTP jest stosowany do usuwania naczyń

krwionośnych

dzięki laserowi można również usunąć plamy starcze,

przebarwienia oraz tatuaże

Telekomunikacja:

-Nadajniki laserowe przy transmisji
światłowodowej
-Odczyt i zapis informacji na płytach
kompaktowych

Efekty wizualne:

-Lasery są wykorzystywane do tworzenia
efektów wizualnych np. w spektaklach
teatralnych, reklamach, koncertach i
dyskotekach.
-Tanie lasery diodowe są wykorzystywane
jako wskaźniki podczas prezentacji
dydaktycznych, konferencyjnych,
reklamowych itp.

Geodezja, budownictwo:

Prostoliniowy bieg wiązki lasera
wykorzystywany jest w pomiarach
geodezyjnych (dalmierze), a także w
budownictwie (poziomnice laserowe,
generatory linii)

Zastosowanie laserów

Powrót do spisu
treści

Powrót do spisu
treści

Poligrafia:

-Computer-to-Film CtF czyli w
naświetlarkach filmów poligraficznych

-Computer-to-Plate CtP w
naświetlarkach offsetowych form
drukowych

-Computer-to-Press CtPress czyli w
naświetlarkach zintegrowanych z
maszyną drukarską

-Computer-to-Print CtPrint czyli w
jednym z typów druku cyfrowego, tj. w
technologii analogicznej do używanych
w cyfrowych kserokopiarkach

Znakowanie produktów:

Podstawowym założeniem stosowania
lasera do znakowania jest jego
trwałość oraz nieusuwalność znaku.
Aby 'zniszczyć' np. datę przydatności
do produkcji na towarze spożywczym
wykonaną laserem , należałoby
zniszczyć także opakowanie lub
usunąć etykietę.

Zastosowanie laserów

Dziękuję za uwagę 