Transcript Láser de Titanio:Zafiro
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LASER DE TITANIO: ZAFIRO
(Ti +3:Al2 O3)
PRESENTA: MISAEL SANTIAGO BERNAL
FISICA DE LASERES, 2004
Slide 2
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN
EMISIÓN-ABSORCIÓN
COMPOSICIÓN QUÍMICA
LASER SINTONIZABLE
CONFIGURACIONES
APLICACIONES
CONCLUSIONES
Slide 3
EL LASER : TITANIO - ZAFIRO
Luz
monocromática
Concentrada
**** DE ESTADO SÓLIDO
LÁSER VIBRONICO
Particularmente intensa
Coherente
Slide 4
ESPECTRO DE EMISION-ABSORCIÓN
La banda de
absorción esta
centrada en 490 nm
Laseo: longitudes
675 nm
longitud
onda sintonizable
esta en el rango de los
El La
espectro
de de
fluorescencia
va
670 alos
los600
1070
nm1050
(aprox.)
desde
a los
nm con el pico centrado a los 800
nm.
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COMPOSICIÓN QUÍMICA
Ión (Ti+3)
CRISTALES DE
TI: ZAFIRO
(Al2O3)
Ti:Al2O3
La cantidad de iones de Ti dentro del
material huésped, es de alrededor del
0.1%
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DIAGRAMA DE NIVELES
El tiempo de relajación debe
ser rápido entre el nivel
terminal y el nivel
fundamental comparado con
el tiempo de vida de
fluorescencia
Bombeo del nivel
fundamental a una
banda de alta absorción
Rápida transición no
radiativa al nivel
fundamental
Slide 7
DIAGRAMA DE NIVELES
Bandas de
emisión y
absorción del ión
3d1 Ti3+
Nivel 2T2 es el
estado
fundamental
Nivel 2E es
el estado
excitado
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PARÁMETROS TÍPICOS
Fórmula
química
Ti3+: Al2O3
Estructura
cristalina
Punto de
fusión
Densidad
Dureza
Conductividad
térmica
Calentamiento
especifico
Hexagonal
2050 °C
3.98 g/cm3
9 Mohs
0.11 cal/(°C x
sec x cm)
0.10 cal/g
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CONTINUACION…
Propiedades ópticas
Acción láser
4-Level Vibronic
Constantes de
estructura
a = 4.748, c = 12.957
Tiempo de vida de
fluorescencia
Rango sintonizable
3.2 μs (T = 300 K)
Rango de absorción
400-600 nm
Emisión pico
795 nm
Absorción pico
488 nm
660-1050 nm
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Por lo que se dice que…
La potencia de bombeo es de 3 a 10 W.
Disponibilidad en CW y pulsados.
La potencia típica de salida a 800 nm es de 150 a 1000
mW
Longitud de pulso en picosegundos y femtosegundos, 20 a
200 fs
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LASER DE ESTADO SÓLIDO SINTONIZABLE
Slide 12
Continuación…
•La sintonizabilidad de la emisión en láseres de estado sólido es
alcanzada cuando la emisión estimulada de fotones es
profundamente acoplada a la emisión de cuantos vibracionales
(fonones) en una estructura cristalina.
•En otras palabras, los láseres de estado sólido sintonizables se
deben a la fuerte interacción entre el campo de Coulomb del ión
laseante, el campo del cristal de la estructura huésped y el
acoplamiento electrón.-fonon permitiendo la absorción y emisión de
banda ancha.
•Por lo tanto, la ganancia en láseres vibrónicos depende de las
transiciones entre el acoplamiento vibracional y los estados
electrónicos Un fotón es emitido o absorbido
con cada transición electrónica.
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CONFIGURACIONES
CAVIDAD COMPENSADA
ASTIGMATICAMENTE
Las caras externas del
cristal se colocan al
ángulo de Brewster
El cristal esta en el rango
de 2 a 10 mm de longitud
Filtro
birrefringente,
rotar para la
sintonización
Slide 14
VERSION MODIFICADA
Este incluye dos prismas para la compensación intracavidad de
dispersión y utiliza una lente Kerr en Mode - Locking (KLM)
Ajustes extremadamente precisos, alineación de los espejos
y dimensiones de la cavidad son esenciales para mantener
una salida estable en mode - locked de este láser.
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FUTURO O RETO?
Miniaturizar el láser Ti: zafiro.
•La salida del láser debe ser compatible con la
tecnología de fibra óptica
• Introducción local de Ti3+ para formar el
medio de ganancia y una guía de onda óptica.
• Deposición de una cinta de óxido de Titanio, de
0.27 μm de alto y 3 μm ancho sobre la superficie de
una oblea de Zafiro.
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APLICACIONES
Aplicaciones en la medicina.
Cirugía Keratectomía fotorefractiva (PRK),
LIDAR remoto para mediciones de vapor de agua,
presión y temperatura
Ámbito de la investigación, particularmente en
espectroscopia
Slide 17
CONCLUSIONES
El Ti: Zafiro es un material láser muy eficiente y
ampliamente sintonizable. El rango de sintonización
cubre casi por completo la banda de fluorescencia de los
680 nm a los 1100 nm.
Niveles de potencia del orden de Terawatts. Pulsos de
femtosegundos (10-15 seg). A las longitudes de onda de
760-840 nm.
LASER DE TITANIO: ZAFIRO
(Ti +3:Al2 O3)
PRESENTA: MISAEL SANTIAGO BERNAL
FISICA DE LASERES, 2004
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CONTENIDO
INTRODUCCIÓN
EMISIÓN-ABSORCIÓN
COMPOSICIÓN QUÍMICA
LASER SINTONIZABLE
CONFIGURACIONES
APLICACIONES
CONCLUSIONES
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EL LASER : TITANIO - ZAFIRO
Luz
monocromática
Concentrada
**** DE ESTADO SÓLIDO
LÁSER VIBRONICO
Particularmente intensa
Coherente
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ESPECTRO DE EMISION-ABSORCIÓN
La banda de
absorción esta
centrada en 490 nm
Laseo: longitudes
675 nm
longitud
onda sintonizable
esta en el rango de los
El La
espectro
de de
fluorescencia
va
670 alos
los600
1070
nm1050
(aprox.)
desde
a los
nm con el pico centrado a los 800
nm.
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COMPOSICIÓN QUÍMICA
Ión (Ti+3)
CRISTALES DE
TI: ZAFIRO
(Al2O3)
Ti:Al2O3
La cantidad de iones de Ti dentro del
material huésped, es de alrededor del
0.1%
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DIAGRAMA DE NIVELES
El tiempo de relajación debe
ser rápido entre el nivel
terminal y el nivel
fundamental comparado con
el tiempo de vida de
fluorescencia
Bombeo del nivel
fundamental a una
banda de alta absorción
Rápida transición no
radiativa al nivel
fundamental
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DIAGRAMA DE NIVELES
Bandas de
emisión y
absorción del ión
3d1 Ti3+
Nivel 2T2 es el
estado
fundamental
Nivel 2E es
el estado
excitado
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PARÁMETROS TÍPICOS
Fórmula
química
Ti3+: Al2O3
Estructura
cristalina
Punto de
fusión
Densidad
Dureza
Conductividad
térmica
Calentamiento
especifico
Hexagonal
2050 °C
3.98 g/cm3
9 Mohs
0.11 cal/(°C x
sec x cm)
0.10 cal/g
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CONTINUACION…
Propiedades ópticas
Acción láser
4-Level Vibronic
Constantes de
estructura
a = 4.748, c = 12.957
Tiempo de vida de
fluorescencia
Rango sintonizable
3.2 μs (T = 300 K)
Rango de absorción
400-600 nm
Emisión pico
795 nm
Absorción pico
488 nm
660-1050 nm
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Por lo que se dice que…
La potencia de bombeo es de 3 a 10 W.
Disponibilidad en CW y pulsados.
La potencia típica de salida a 800 nm es de 150 a 1000
mW
Longitud de pulso en picosegundos y femtosegundos, 20 a
200 fs
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LASER DE ESTADO SÓLIDO SINTONIZABLE
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Continuación…
•La sintonizabilidad de la emisión en láseres de estado sólido es
alcanzada cuando la emisión estimulada de fotones es
profundamente acoplada a la emisión de cuantos vibracionales
(fonones) en una estructura cristalina.
•En otras palabras, los láseres de estado sólido sintonizables se
deben a la fuerte interacción entre el campo de Coulomb del ión
laseante, el campo del cristal de la estructura huésped y el
acoplamiento electrón.-fonon permitiendo la absorción y emisión de
banda ancha.
•Por lo tanto, la ganancia en láseres vibrónicos depende de las
transiciones entre el acoplamiento vibracional y los estados
electrónicos Un fotón es emitido o absorbido
con cada transición electrónica.
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CONFIGURACIONES
CAVIDAD COMPENSADA
ASTIGMATICAMENTE
Las caras externas del
cristal se colocan al
ángulo de Brewster
El cristal esta en el rango
de 2 a 10 mm de longitud
Filtro
birrefringente,
rotar para la
sintonización
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VERSION MODIFICADA
Este incluye dos prismas para la compensación intracavidad de
dispersión y utiliza una lente Kerr en Mode - Locking (KLM)
Ajustes extremadamente precisos, alineación de los espejos
y dimensiones de la cavidad son esenciales para mantener
una salida estable en mode - locked de este láser.
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FUTURO O RETO?
Miniaturizar el láser Ti: zafiro.
•La salida del láser debe ser compatible con la
tecnología de fibra óptica
• Introducción local de Ti3+ para formar el
medio de ganancia y una guía de onda óptica.
• Deposición de una cinta de óxido de Titanio, de
0.27 μm de alto y 3 μm ancho sobre la superficie de
una oblea de Zafiro.
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APLICACIONES
Aplicaciones en la medicina.
Cirugía Keratectomía fotorefractiva (PRK),
LIDAR remoto para mediciones de vapor de agua,
presión y temperatura
Ámbito de la investigación, particularmente en
espectroscopia
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CONCLUSIONES
El Ti: Zafiro es un material láser muy eficiente y
ampliamente sintonizable. El rango de sintonización
cubre casi por completo la banda de fluorescencia de los
680 nm a los 1100 nm.
Niveles de potencia del orden de Terawatts. Pulsos de
femtosegundos (10-15 seg). A las longitudes de onda de
760-840 nm.