Klasyfikacja laserów
Według materiałów aktywnych
Półprzewodnikowe (np. GaAs)
Gazowe atomowe (Ne), jonowe (Cd,Ar), molekularne (XeCl, CO2)
Na ciele stałym - jonowe (Nd, Cr, Yb, Ti)
Molekuły w roztworach (barwniki)
Ekscymerowe (XeCl, KrF, ArF)
Systemy pompowania
PrÄ…d elektryczny
Wyładowania elektryczne
Lampa wyładowcza (naświetlanie)
Inny laser
Reakcja chemiczna
Klasyfikacja laserów cd
Klasyfikacja z punktu widzenia sposobu działania
Ciągłego działania (cw)
Impulsowe
Wysokiej mocy lub energii w impulsie
Mikrolasery
Włóknowe
Ekscymerowe (irradiacja)
Chemiczne
Przestrajalne
Niektóre osiągane parametry przez współczesne lasery
Moce ciągłe działanie (cw  continuous wave) odźW  kilka kW
w impulsie rzędu 5 fs max. moc 1020W, energia impulsu do 104J
Nowy rekord 1.6 fs przez wykorzystanie kilku pasm emisyjnych
Photonics Spectra, luty 2005, strony 92-105
Rekord  lasery gazodynamiczne kilkadziesiÄ…t kW podczas kilku sekund
Lasery chemiczne
Stabilizacja częstotliwości nawet do 10-13
Ceny od 1$ (diody LED) do wielu milionów $
Objętość od 1cm3 do całego budynku
Lasery gazowe
1961 Javan (USA)  = 1.15 źm
1962  = 632.8 nm
Atomowe typowy He-Ne
zderzenia
atomów He z Ne
Długości fal w nm
3.39 źm
543.3 594.1 611.8 632.8
1152.3 2395.1 3395.1
0.633 źm
1.15 źm
Praca ciągła
0.594 źm
Mieszanina  = 633 nm 1.15 źm
He:Ne 5:1 9:1
zderzenia ze
ściankami kapilary
Moce 0.5  50 mW
Hel Neon
z atomami He
Zderzenie elektronów
Rezonatory laserów He-Ne
promieniowanie niespolaryzowane
promieniowanie spolaryzowane
liniowo
Na zamówienie światło spolaryzowane liniowo, mod TEM00
Budowa kompaktowa lasera
He-Ne
Czas pracy 20 tys. godzin
Lasery gazowe cd
Jonowe przejścia między poziomami energetycznymi jonów
Laser argonowy i kryptonowy (gazy szlachetne)
Pompowanie wzdłuż kapilary o wysokich gęstościach natężenia
prądu 30  150 A/cm2 w gazie o niskim ciśnieniu
Wiele linii
Ar 457.9 476.5 488.0 496.5 501.7 514.5 528.7 nm
Kr 476.2 520.8 530.9 568.1 647.1 676.4 nm
Praca ciągła  do 25 W dla wielu linii, 10 W Ar dla  = 488 nm
Energia impulsu do 100 mJ
Konieczność chłodzenia (przepływ wody)
Drogi  czas życia kapilary  2 lata
Selekcja linii w laserach na gazach szlachetnych
Ośrodek czynny
Obrotu pryzmatu i zwierciadła niezależne, tak aby na płaszczyzny
prymatu promienie wiązki generowanej padały pod kątem Brewstera
Lasery gazowe cd
Jonowe na parach metali
schładzanie
Jony wyparowanego metalu
Cd+
przemieszczajÄ… siÄ™ w stronÄ™ katody i
+-
są osadzane w obszarze schładzania
grzejnik
Laser He-Cd
Pompowanie na He, zderzenia He z Cd emisja laserowa na kadmie
Długości fal 325.0 353.6 441.6 nm cw
Moce 10  200 mW
Po włączeniu lasera  oczekiwanie kilku minut na parowanie metalu
Laser kadmowy
Lasery kadmowe cw HeCd
jednocześnie
325
5 - 50
 [nm] dla dwóch
moce [mW]
10 - 150
długości fal
442
Lasery gazowe cd
Lasery molekularne
Przejścia między wibracyjno-rotacyjnymi poziomami energetycznymi
molekuł
Laser CO2
Mieszanina gazów CO2:N2 0.8:1
Pompowanie na azocie, akcja laserowa na CO2
Zasilacz
zasilanie
WiÄ…zka lasera
Szybki przepływ gazu
Laser TEA
(usuwanie zużytych
Transverse Electric Atmospheric
molekuł i ich chłodzenie)
Lasery gazowe Laser CO2 cd
zderzenia
molekuł N2 i CO2
Długości fal linie 10.6
 = 10.6 źm
źm w paśmie 22 nm
zderzenia ze
ściankami kapilary
N2 CO2
Praca impulsowa ciągła (cw)
Ciśnienie atmosferyczne obniżone 50x
Åšrednia moc 1 kW typowa 5 kW (do 100 kW)
Energia
do 10 kJ z repetycjÄ… 1 kHz
w impulsie
WyjÄ…tkowo
do 30% do 20 %
wysoka sprawność
2
Zderzenie
elektronów z
molekułami N
Lasery gazowe cd
Lasery ekscymerowe
Ośrodek czynny z mieszaniny gazów (głównie He) z ekscymerami,
związki fluoru i chloru, przykładowo XeCl, KrF, ArF
Gazy niebezpieczne dla zdrowia
Poprzeczne pompowanie impulsowe
Laser bez rezonatora
Generacja przez irradiacjÄ™
Długości fal XeCl 308 nm KrF 248 nm ArF 193 nm
Praca impulsowa kilka ns z repetycjÄ… 10 Hz  1 kHz
Lasery UV dużej średniej mocy (1  100 W)
i energii impulsu (100 mJ  10 J)
Lasery na ciele stałym
Typowe rezonatory
Wpływ temperatury na trwałość powłok
Kąt padania osi wiązki na ścianki pręta
Ä…B
pod kÄ…tem Brewstera Ä…B
Możliwość wstawienia modulatorów itp
Konieczność zjustowania elementów
Dopasowanie geometryczne
Pręt
laserowy
Lampa
wyładowcza
Zwierciadło
Pompowanie
eliptyczne
poprzeczne
Lekko matowana powierzchnia
aby uniknąć irradiacji i poprawić
jednorodność pompowania
Lasery na ciele stałym cd
Pręt laserowy
nośnik (osnowa pręta) + atomy (jony) jako centra aktywne
kryształy: YAG, korund,
Nd Cr Ti Er i inne
forsteryt, YVO i inne
szkło
ceramika
Problem technologiczny: czystość chemiczna i jednorodność optyczna
Lasery na ciele stałym cd
w granacie jony Nd3+
Laser Nd:YAG
Granat itrowo-aluminiowy YAG ma dobrą przewodność cieplną
i jednorodność (defekty) zależną od technologii
Pompowanie
lampą wyładowczą (np. kryptonową) lub diodą laserową  = 808 nm
Długość fali  = 1.064 źm
Praca ciągła impulsowa
Moc 100 W  1 kW impuls ns do 250 W ps do 30 W
Energia do 100 J do 50 mJ
Częstotliwość repetycji do 50 kHz do 100 Hz
Sprawność do 1 % do 4 %
Konieczność chłodzenia obiegiem wody, lub przy mniejszych mocach
powietrzem
w szkle jony Nd3+
Laser Nd na szkle
Niska przewodność cieplna szkła  praca lasera z repetycją 10 Hz
Duże średnice i długości prętów
Długości fal  = 1.054 - 1.062 źm
Praca impulsowa
ms ns 10 ps
Moc średnia do 1 W
Energia 0.5 kJ do 0.2 kJ do 10 mJ
Sprawność do 1 %
Lasery chemiczne
Lasery na ciele stałym Dopasowanie geometryczne cd
Zwierciadło: odbicie p częściowa transmisja las
las
Pompowanie
wzdłużne
Dioda
Zwierciadło: transmisja p odbicie las
Promieniowanie
pompy p
Dopasowanie widmowe
Widmo lampy wyładowczej powinno być dopasowane do widma
absorpcyjnego pręta laserowego w celu zoptymalizowania sprawności
układu pompującego
Generowanie drugiej harmonicznej
I2É
Druga harmoniczna
IÉ
IÉ
Mikrolaser
Moce  kilkadziesiÄ…t mW
Lasery włóknowe
Pompowanie laserów z włóknami dwupłaszczowymi