1 / 30

4 - לייזרים בפזה הגזית

מקורות קרינה ולייזרים. 4 - לייזרים בפזה הגזית. נחשב את הצפיפות של היון לפי משקל: r (Nd +3 ) = r x [Nd +3 ] r (Nd +3 ) = 1.97 g x 0.015 = 2.95x10 -2 [g Nd +3 /cm 3 ]. מה המסה של כל יוני Nd +3 שבתוך סמ"ק. ריכוז פרודות עם יכולת לזירה. נחשב את ריכוז יוני ה- Nd +3 בגביש של לייזר Nd:YAG.

thi
Download Presentation

4 - לייזרים בפזה הגזית

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. מקורות קרינה ולייזרים 4 - לייזרים בפזה הגזית 4 -Gaseous Schechner (c)

  2. נחשב את הצפיפות של היון לפי משקל: r(Nd+3) = r x [Nd+3] r(Nd+3) = 1.97 g x 0.015 = 2.95x10-2 [g Nd+3/cm3] מה המסה של כל יוני Nd+3 שבתוך סמ"ק ריכוז פרודות עם יכולת לזירה נחשב את ריכוז יוני ה-Nd+3 בגביש של לייזר Nd:YAG נתונים המסה של יון אחד של Nd+3 הוא: mion = awion/NAvo mion(Nd+3) = aw(Nd+3)/ NAvo = 144.24 g/(6x1023) = 2.4x10-22 g/ion האם זה סביר? 4 -Gaseous Schechner (c)

  3. rw(Nd+3) [dopand]= [Nd+3] = mion(Nd+3) 2.95x10-2 g/cm3 [Nd+3] = 1.23 x1020 ions/cm3 = 2.4x10-22 g/ion NAvo לכן, עבור כל גז אידיאלי 6x1023 atoms [Gas] = = 2.68 x1019 atoms/cm3 = Vstp 22.4x 103 cm3 הריכוז (מספר פרודות ליחידת נפח) של לייזר מבודד מזוהם [dopand] הריכוז, מספר פרודות ליחידת נפח, של לייזר בפזה גזית, [gas] PV = nRT בתנאים תקניים, עבור גז אידיאלי P = 1 atm. nmol = 1 T = 273.15 0K Vstp = 22,4 liter = 22.4x103 cm3 קיים: Vstp x [Gas] = NAvo 4 -Gaseous Schechner (c) =

  4. [Nd+3] = 1.23 x1020 ions/cm3 [Gas] = 2.68 x1019 atoms/cm3 זה המצב במקרה של הלייזר He-Ne, לכן: [Gas] ~ [Nd+3]/100 - [Nd+3]/1000 השוואה בין ריכוז פרודות עם יכולת לזירה בסמ"ק של לייזר של מבודד מזוהם יש כמעט פי 5 יותר יונים של מזהם מאשר אטומים בסמ"ק של גז אידיאלי בתנאים תקניים אבל, בלייזר גזי יש תערובת של גזים, והלחץ עשוי להיות נמוך מ-1 אטמ'. 4 -Gaseous Schechner (c)

  5. תערובת גזים אצילים 10 x [He] = [Ne] הרכב 1 mmHg of He 0.1 mmHg of Ne לחצים 760 mmHg = 1 atm. ב- Ne nm 632.8 פס הלזירה עיקרי ב-He השאיבה מנורת התפרקות עם מתח הפעלה של 2-4 kV בזרם של 5-10 mA מנגנון עירעור לייזר He-Ne Electro-Optics\laser2005-06\Stimulated Emission Devices LASERS – Tutorial - NI Developer Zone - National Instruments.htm 4 -Gaseous Schechner (c)

  6. צינור התפרקות דק תערובת He-Ne e- מבנה של לייזר He-Ne Wilson and Hawkes, p.225 Output Mirror R = 0.980 R = 0.999 קתודה תרמיונית חיוני לתהליך נטל ballast ספק כח 4 -Gaseous Schechner (c)

  7. e-metal e- + metal+ Thermionic Emission √ e-+ V e-*Electron Acceleration √ e-* + He He+ + 2e- Ionization He+ +V He+* Ion Acceleration e-* + He He* + e- Excitation √ e-* + He+ He* Recombination He* He + hn Photon Emission e-* + He(0 eV) He(20.61 eV) + e- e-* + He(0 eV) He(19.9 eV) + e- תגובות בשפורפרת ההתפרקות רק חלק מהתגובות המתרחשות בשפופרת חשובות לתהליך 4 -Gaseous Schechner (c)

  8. +10 +2 Ne: 1s22s2 p6 He: 1s2 העברת אנרגיה בהתנגשויות בין אטומים בגז 4 -Gaseous Schechner (c)

  9. Excitation * +2 +2 +2 2 1 +2 +10 +10 3 4 Inelastic Collision העברת אנרגיה בהתנגשויות בין אטומים בגז 4 -Gaseous Schechner (c)

  10. +2 +10 +2 +10 4 5 4 -Gaseous Schechner (c)

  11. helium neon 22 radiative decays: (t~100ns) atomic collisions t = 0.5 ms 3.39μm 543nm 633nm 1.15μm p t = 0.1 ms 4 קווי לזירה 20 p energy (eV) 18 fast decay (t~10ns) אורות "נאון" 16 collision with tube walls תחרות בשאיבה + חסימת פריקה Pumping 0 ground state time Helium-Neon LASER: energy levels שבר בציר 4 -Gaseous Schechner (c)

  12. pumping bands 3 fast non-radiative decay 2 energy (eV) 1064 nm 1 0.7 mm 0.9 mm 0 fast n.r. decay ground state Plaser h = = 2.9 x10-4 Pelec נזכור את דיאגרמת הרמות Nd:YAG LASER רמת השאיבה הגבוהה ביותר לא מגיע ל-3 eV לכן לייזר He-Ne הרבה פחות יעיל מ- Nd:YAG נצילות אורית של לייזר He- Ne לייזר He:Ne צורך 8mA במתח V = 3kV DC . ההספק האורי המופק ממנו הוא Plaser = 7 mW. חשב את היעילות האורית. Pelec = IV = (8 x 10-3 )x (3 x103) = 24 Watt 4 -Gaseous Schechner (c)

  13. תערובת גזים CO2:N2:He1:4:5 הרכב ב- CO2 10.6 mm ו-mm 9.6 פסי הלזירה ב-N2 השאיבה מנורת התפרקות סגור RF Transversally Excited Atmospheric גז דינמי כימי מנגנוני עירעור לייזר CO2 100 W in 1 m lengthהספקים: 4 -Gaseous Schechner (c)

  14. 1 nosc= 2p r re אוסצילטור מולקולרי (מודל סמי-קלסי) אנרגית המערכת Ep,classic = ½ k x2 = 2p2mx2 E(v) = hnosc(v + 1/2) v = 0, 1, 2, 3, 4… DE = hnosc E הפרש קבוע או מכפלה (הרמויות) 4 -Gaseous Schechner (c)

  15. מולקולה סימטרית C O O (100) (001) • = 4.256 mm Antisymmetrical strech: O C O 9.6 mm O C O Symmetrical strech: no IR absoption (020) • = 14.986 mm Bending, degenerate O C O 10.6 mm Laser CO2 אופני תנודה סימון http://www.forumsci.co.il/HPLC/FTIR_page.html 4 -Gaseous Schechner (c)

  16. eV CO2 N2 0.4 (050) (200) Meta- stable (001) Molecular Energy Transfer Collision (040) v = 1 0.3 9.6 mm (030) 10.6 mm 0.2 (100) (100) pumping (020) collisions 0.1 (010) He Collisional Deactivations (000) v = 0 0.0 Asymmetric Stretch Symetric Strech Bending CO2: N2:He 1:4:5 רמות אנרגיה ומעברים מרחקים שווים בין רמות הוויברציה 4 -Gaseous Schechner (c)

  17. חומרים שקופים באורכי הגל קרובים ל- 10 mm בעיית החומרים http://www.globalopticsuk.com/germanium.htm 4 -Gaseous Schechner (c)

  18. חומרים שקופים באורכי הגל קרובים ל- 10 mm בעיית החומרים 4 -Gaseous Schechner (c)

  19. חומרים חשובים גם לאופטיקה של מערכות הדמיה תרמיות 4 -Gaseous Schechner (c)

  20. מבנים של לייזר CO2 4 -Gaseous Schechner (c)

  21. מבנה דומה לזה של הלייזר He-Ne מלבד הצינור הצר לזירוז ה-relaxation 2 CO2 2 CO + O2 תגובה לא רצויה מבנים שונים של לייזרים 1 - Sealed קירור לא יעיל. מתחמם. הרחבת דופלר Power Output < 100 W אורך חיים ~ 10,000 שעות 4 -Gaseous Schechner (c)

  22. e- מבנה של לייזר CO2Sealed R = 0.999 Output Mirror R = 0.950 תערובת גזים קתודה תרמיונית נטל ballast ספק כח 4 -Gaseous Schechner (c)

  23. החדרת אנרגיה לליזר CO2 2 - RF Ionization מקור מתח חילופין גבוה זרימת הגז משמשת גם לקירור ~ מפתח כניסה לגז מפתח יציאה לגז מראה R = 0.999 מראה R = 0.90 שטח אלקטרודות גדול. היונים נוצרים במקביל בהרבה מקומות 4 -Gaseous Schechner (c)

  24. א +Z +V -V ב +Z ב. המולקולות עוברות קיטוב מושרה +V -V קיטוב ג +Z ג. מואצות לכיוון מסויים -V +V ד +Z ד. השדה מתחלף ומשנה את כיוון התנועה יינון ע"י קיטוב מושרה ב-RFInduced Ionization by RF Polarization 4 -Gaseous Schechner (c)

  25. +V* -V* e- + ה +Z יינון • יש תערובת של מולקות של גז. • למולקולות של כל חומר יש: • מסה שונה • מקדם קיטוב שונה לכן, המולקולות מתנגשות. יש מעבר מאנרגיה קינטית לאנרגיה וויברציונית. הקשרים מתנדנדים עד ליינון הינון לא חשוב לתהליך הלזירה, רק הוויברציה. 4 -Gaseous Schechner (c)

  26. - e- e- e- l = 10.6 mm + High Voltage Transversally Excited Atmospheric CO2 Laser Pin Cathodes and ballast resistors Anode Bar ההתפרקות ניצבת לקרן של הלייזר Fig 5.45 - Schematic diagram of the TEA CO2 laser. Wilson and Hawkes p.232 4 -Gaseous Schechner (c)

  27. ברז Nozzle M2 CO2 at high TH and PH In gas mixtures M1 הגז נמצא בהתפלגות המתאימה לטמפרטורות גבוהות. כאשר הוא מתפשט ללחץ הנמוך הוא מתקרר. בתהליך הקירור נפלטים הפוטונים מהרמה המטה-סטבילית לייזר גז דינמי CO2 התפשטות הגז ל- TL and PL 4 -Gaseous Schechner (c)

  28. 2O2 + CH4 CO2* + 2H2O M1 M2 Nozzle CH4 Chemical Laser • CO2 נוצר מעורר. • חלק מהאנרגיה הכימית • נשארת • ברמות המטסאביליות. הבעירה שקופה, הגזים נקיים O2 4 -Gaseous Schechner (c)

  29. r1 r2 m2 m1 C r + 2 h J ( J 1 ) = E p 2 8 I הרוטטור הצפיד מומנט אינרציה לא נלמד הסמסטר הפרשי האנרגיה הולכים וגדילים http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/molecule/rotrig.html#c3 4 -Gaseous Schechner (c)

  30. שילוב רמות וויברציה ורוטציה לא נלמד הסמסטר חזרה לשקף 22 4 -Gaseous Schechner (c)

More Related