Transcript Laser : descrizione - Università degli Studi dell`Insubria

I LASER
LASER
a stato solido
a gas
chimici e ad eccimeri
a coloranti
a diodo
ad elettroni liberi
LASER A STATO SOLIDO
LASER A RUBINO
Maiman 1960
LASER A RUBINO
Al2O3 + Cr3+ (0.5% in peso)
Cr3+ d3
4T
1
4T
2
4F
2G
In un campo ottaedrico
4F = 4A + 4T + 4T
2
1
2
2G = 2A + 2E + 2T + 2T
1
1
2
4A
2
LASER A ALESSANDRITE
Cr3+ in BeAl2O4
4F
= 4A2 + 4T1 + 4T2
4T e 4A sono
2
2
allargati per accoppiamento vibronico
4A  4T
Transizioni
2
2
Laser vibronico 720 - 800 nm
Laser a 4 livelli
ZAFFIRO: Al2O3 DROGATO CON Ti3+
d1
2D
In un campo ottaedrico
2D = 2T + 2E
2
Laser vibronico
670 - 1100 nm
Nd-YAG
Yttrium
Aluminum
Garnet
Granato di ittrio ed alluminio
Y3Al5O12 + Nd3+
Nd3+ f3
Termini importanti
1064 nm
4F 4I
Raddoppio di frequenza con LBO (LiB3O5) = 532 nm
LASER A GAS
Atomi
He-Ne, vapori di Cu
Ioni
ioni Ar+
Molecole
CO2 N2
LASER He-Ne
2p55s1
2p54p1
2p54s1
Coincidenza tra i livelli di He
e Ne
1. He è eccitato mediante
pompaggio
2. L’energia è trasferita al
Neon.
3. Luce di 632.8 nm (rossa) è
emessa per emissione
stimolata dal Neon eccitato
2p53p1
2p53s1
2p6
LASER A IONI
1. Scarica elettrica ionizza
Argon generando Ar+
2. Ar+ è formato in uno stato
eccitato
3. Emissione laser di Ar+
10 linee tra 454 e 529 nm
488 nm (blue) e 514.5 nm
(verde)
4. Emissione simultanea di
alcune linee
• Usato in spettroscopia Raman
LASER A CO2
1.
N2 è vibrazionalmente eccitato
mediante scarica elettrica
2. Energia è trasferita (livelli in
corrispondenza) allo stiramento
antisimmetrico 3 di CO2
3. L’azione laser è da 3=1 a 1=1
(stiramento simmetrico) perché 1=1
non è popolato per collisione
•
•
Elevata intensità IR : usata per
misure in atmosfera con lungo
cammino ottico
Efficienza 20%
N2
Superradiante
337.1 nm = UV
Studi di fotochimica
Esperimenti di fotolisi
Pompaggio di laser a colorante
CARS
LASER A ECCIMERI
ECCIMERI
AA*
excited dimer
ECCIPLESSI AB*
excited complex
Legati solo nello stato eccitato
NeF ArF KrF ArCl KrCl ...
LASER CHIMICI
H2 + F2
HF*
H2 + Cl2
HCl*
CS2 + O2
CO*
DF + CO2
CO2*
LASER A COLORANTI
MISCELE DI COLORANTI
LASER A COLORANTI
Degradazione fotochimica dei coloranti
Laser a stato solido (Ti zaffiro) fotochimicamente stabili
LASER A DIODO
Giunzione a diodo
LASER A DIODO
SEMICONDUTTORE
Laser a due livelli
Pompaggio: differenza di potenziale elettrico
Efficienza 30%
Una frequenza poco stabile e modulabile
variando T
Varietà di materiali (GaAs, InP,…)
Fascio divergente
LASER AD ELETTRONI LIBERI
• Un laser ad elettroni liberi è un laser che prende energia da un
fascio di elettroni, non da atomi eccitati
• Funziona accelerando un fascio di elettroni, che vengono fatti
oscillare: emissione spontanea di fotoni
Metodi di ottica non lineare
di estensione delle frequenze
• Generazione di seconda armonica
→2
• Generazione di somma di frequenze
 = 1 + 2
• Oscillatore parametrico ottico
pompa = segnale + idler
• Generazione di differenza di frequenze
diff = 1 - 2
• Raman stimolato