Источники оптического когерентного излучения для информационных систем 13

1. Источники оптического когерентного излучения для информационных систем 13

2.

300
CW@1064nm
1
240
180
2
120
60
0
800
1200
1600
2000
2400
Electrical pump power (W)
150
Average output power
Pulse width
120
2
1
90
400
350
300
60
250
30
200
0
1200
450
150
1500
1800
2100
2400
Electrical pump power(W)
Pulse width (ns)
Output power(W)
QCW@20kHz
Average output power (W)
180
360

3.

Pulse train amplifier architecture showing multipass and
cascade operation of PowerPULSE modules
Northrop Grumman Cutting Edge Optronics

4.

5.

Ytterbium-doped crystals

6.

Yb-doped laser media for near-IR lasing
Yb:CaAlGdO4
Sr3Y(BO3)3
Peter Moulton Advances in Solid State and Semiconductor Sources for Biomedicine Q-Peak, Inc.
Paper JM3O.6 New Advances in Solid State and Semiconductor Lasers CLEO 2013

7.

A. Klenner, S. Schilt, T. Südmeyer, U. Keller
“Gigahertz frequency comb from a diode-pumped
solid-state laser” Optics Express, vol. 22, No. 25, pp.
31008-31019
, 2014

8.

9.

Молекулярная спектроскопия
Энергия переходов
E h
hc
hc
ν – частота электомагнитного излучения (Гц
λ – длина волны электомагнитного излучени
ω – волновое число (см-1)
Eврj,j+1 ~ 10-5–10-3эВ = 10-3-0,1 кДж/моль
Eколv,v+1 ~ 10-3–10-1эВ = 0,1-10 кДж/моль
Een,n+1 ~ 0,1–104эВ = 10-106 кДж/моль
9

10.

где m - масса электрона, M приведенная масса ядер.

11.

12. Молекула водорода

v = 1 J = 0 СКР
1
ККР
T2
см 1
0.00173
амага
СКР
КР
J = 0; 2
F=0.67
Т2 = 0.1…2 нс

13.

14.

Колебательная спектроскопия
ИК-спектроскопия. Спектры газов.
Извлекаемая информация:
•Диаграмма энергетических уровней
•Энергия диссоциации связи
•Константа жесткости связи
•Длина связи
•Момент инерции молекулы (2-х атом.)
14

15.

Колебательная спектроскопия
ИК-спектроскопия. Колебания.
Правило отбора:
Проявляются колебания,
приводящие к изменению
дипольного момента молекулы.
Валентное
симметрич
ное (ν(s))
Валентное
антисимметр
ичное (ν(аs),
Деформацион
ное
симметричное
( (s))
Деформацион
ное
антисимметри
чное
15

16.

17.

Колебательно-вращательные линии молекулы
СО2 и коэффициенты усиления слабого сигнала

18.

где N —плотность молекул С02 на
верхнем лазерном уровне;
t — время, в течение которого
отводятся тепловые потери
l,88.10-20 Дж энергия фотона С02-лазера.

19.

20.

Газодинамический лазер

21.

22.

Фотодиссоционный йодный лазер

23.

Лазеры в ТГц диапазоне частот

24.

25.

Аргоновый ионный лазер

26.

Конструкция охлаждаемого водой Ar+ лазера
1 — охлаждающая вода (дистиллированная); 2 —обводной канал;
3 — газоразрядной канал; 4 - катод; 5 — источник тока для создания
магнитного поля; 6 — электромагнитная катушка; 7 — источник тока для
разряда; 8 — диски из вольфрама; 9 —анод

27.

28.

Лазеры на парах металлов

29.

30.

Excited dimer

31.

32.

Конструкция эксимерного лазера

33.

34.

Гибрид фемтосекундной лазерной системы Ti:S и трехпроходового
усилителя на KrF
Сравнение между расчетной и
измеренной формой поверхности
для интерференции с четырьмя
пучками

35.

36. National Ignition Facility (192 laser beams) Lawrence Livermore National Laboratory. Livermore, CA

37.

38.

39.

40.

A NIF Beamline

41.

42.

43.

44.

Laser Bay 2, one of NIF's two laser bays, was commissioned
on July 31, 2007.

45.

NIF Target Chamber

46.

BEAMS ON

47. Образцы лазерных стёкол, использовавшихся в различных системах для лазерного термоядерного синтеза

48.

49.

Тестирование лазерных стекол

50.

This potassium dihydrogen phosphate (KDP) crystal,
weighing almost 800 pounds

51.

52. Внутри 10-метровой мишенной камеры

53. Пульт управления и контроля

54.

55.

56.

57.

58.

LFEX — Laser for Fast Ignition Experiments
2 кДж 1 пс – 2 1015 Вт

59.

Progress in Direct-Drive Laser Fusion Using GEKKO-XII/PW Facility

60.

Внешний вид субпетаваттного лазера PEARL
ИПФ, Нижний Новгород, 24 Дж при длительности
43 фс

61.

ЛАЗЕРЫ НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ
World’s First Hard X-ray Laser

62. Длины волн ВУФ - рентген

Вакуумный ультрафиолет (ВУФ)
180 нм > > 50 нм
Поглощается в слое воздуха <<1 мм
Мягкий рентген
5 нм > > 0.5 нм
Взаимодействие с
ядрами атомов
Жесткий (предельный) ультрафиолет (XUV)
50 нм > > 5 нм

63.

КОНСТРУКЦИЯ ЛСЭ С ОНДУЛЯТОРОМ
Электрон обладает скоростью, близкой к скорости света, на основе продольного
сжатия период ондулятора в совместно движущейся системе сокращается в g раз:

64.

КОНУС (ДИПОЛЬНОГО) ИЗЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОНА
в совместно движущейся системе
В лабораторной системе
L = 2см
— угол наблюдения,

65.

LINAC COHERENT LIGHT SOURCE

66.

67.

Advanced Photon Source

68.

69.

Лазер на свободных электронах Сибирского
центра фотохимических исследований

70.

The European XFEL
Facts
3.4 km long facility from the DESY site in Hamburg to
Schenefeld in Schleswig-Holstein
1.7 km long 17.5 GeV superconducting linear accelerator
generating 27 000 flashes/sec
Peak brilliance 109 times higher than that of most advanced
synchrotron sources
Construction cost: 1.15 B€ (2005 price level)
Preparation project Pre-XFEL: 5 M€ (EC)

71.

72.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ЛАЗЕРА
В результате бомбардировки поверхности мишени короткими лазерными
импульсами высокой мощности образуется плазма в качестве активной среды.
Область усиления имеет длину 10-20 мм и диаметр 0,1 мм. Рентгеновский луч
проходит в активной среде с легким искривлением, поскольку плотность
электронов снижается в направлении кверху.
С применением предварительного наносекундного импульса в плазме создаются
Ne-подобные ионы титана (Ti12+). С помощью пикосекундного импульса накачки
возбуждается верхний лазерный уровень Зр, осуществляется лазерный переход к
3s

73.

ЛИТЕРАТУРА
1. О. Звелто. Принципы лазеров. М. Мир. 1984
2. Н.В. Карлов. Лекции по квантовой электронике.
М. Наука. 1983
3. А. Ярив. Введение в оптическую электронику. М.
Высшая школа. 1983.
4. Оптоинформатика. Часть 1. Учебнометодическое пособие.

74.

Контрольные вопросы.
1. Расшифровка слова «лазер».
2. Два сектора рынка лазеров, какого типа лазеров больше всего.
3. Кто внес наибольший вклад в становление лазерной физики.
4. Три фундаментальных положения лазерной физики.
5. Три типа переходов между энергетическими состояниями, общая
характеристика.
6. Основное состояние квантовой системы, поглощение из основного состояния.
7. Спонтанное излучение в квантовой системе.
8. Вынужденное излучение, основные свойства.
9. Вывод соотношений между коэффициентами Эйнштейна, их физический
смысл.
10. Усиление (поглощение) излучения в квантовой системе.
11. Три условия лазерной генерации, критическая инверсия, условие генерации в
резонаторе Фабри-Перо (потери только на зеркалах).
12. Трех- и четырехуровневая схемы накачки и лазерной генерации.
13. Методы создания инверсной заселенности. Типы активных сред.
14. Сколько недиодных лазеров выпускается в мире, основные типы, области
применения..
15. Схема возбуждения гелия и неона в электрическом разряде.
16. Упрощенная схема уровней в неодимовых лазерах.
17. Оптическая схема лазера с диодной накачкой.