1 / 61

Grundlagen der LASER-Operation

Grundlagen der LASER-Operation. Dr. Rolf Neuendorf. Inhalt. Grundlagen der Lasertechnik Erzeugung und Modifikation von Laserpulsen. Grundlagen. LASER – Light Amplification byStimulated Emission of Radiation Physikalische Grundlage: Das 2 Niveau System. Das 2-Niveau System.

feoras
Télécharger la présentation

Grundlagen der LASER-Operation

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. Grundlagen der LASER-Operation Dr. Rolf Neuendorf

  2. Inhalt • Grundlagen der Lasertechnik • Erzeugung und Modifikation von Laserpulsen

  3. Grundlagen LASER – Light Amplification byStimulated Emission of Radiation Physikalische Grundlage: Das 2 Niveau System

  4. Das 2-Niveau System

  5. Das 2-Niveau System Absorption:

  6. Das 2-Niveau System Absorption:

  7. Das 2-Niveau System Absorption: spontane Emission:

  8. Das 2-Niveau System Absorption: spontane Emission:

  9. Das 2-Niveau System Absorption: spontane Emission: stimulierte Emission:

  10. Das 2-Niveau System Absorption: spontane Emission: stimulierte Emission:

  11. Stimulierte Emission • führt zu Photon-Multiplikation(Lichtverstärkung) • das stimuliert emittiertePhoton besitzt die gleicheFrequenz, Phase und Richtungwie das anregende Photon(Kohärenz)

  12. Absorption vs. stimulierte Emission Absorption ~N1 stimulierte Emission ~N2 Emission bevorzugt, wenn N2 > N1 Besetzungsinversion!

  13. Besetzungsinversion Gleichgewichts-Besetzung von Zuständen: Boltzmann-Verteilung E2 > E1 : im thermischen Gleichgewicht keine Besetzungsinversion möglich Nicht-Gleichgewichtszustand erforderlich !

  14. Pumpen 4 Niveau System

  15. Pumpen 4 Niveau System

  16. Pumpen 4 Niveau System

  17. Pumpen 4 Niveau System

  18. Pumpen 4 Niveau System

  19. Pumpen 4 Niveau System

  20. Reale Lasermedien Nd:YAG Ti:Saphir Cr:Rubin Nd:YVO4 Nd:YLF Nd:YAG Yb:YAG Cr4+:YAG

  21. Verstärkungsprofil endliche Linienbreite (der Laserniveaus)

  22. Verstärkungsprofil typische Breiten Dn0 (=Dhw / h) Medium Dn0 / Hz__ Argon-Ionen 1,1 · 108 Helium-Neon 1,5 · 109 Nd:YAG 2,1 · 1011 Rhodamin 6G (Dye) 1,0 · 1014

  23. Superstrahlung Aktives Medium (mit Inversion)  „Superstrahlung“ • (spontan) emittiertes Photon wird verstärkt • isotrop • undefinierte Verstärkungviele unkorrelierte Wellenzüge

  24. Feedback Bedingung für (stabile) Laser-Oszillation: FEEDBACK  Superstrahlung wird in aktives Medium rückgekoppelt

  25. Resonator Reflexionen an den Resonatorspiegeln  Ausbildung stehender Wellen Bedingung für konstruktive Interferenz:

  26. Moden  Dwmode ~ 1,5 ·108 Hz (mit L = 1m) Verstärkung w Longitudinale (axiale) Lasermoden in der Regel passen viele Resonatormoden in das Verstärkungsprofil des aktiven Mediums zum Vergleich: Dwgain ~ 108 – 1014 Hz

  27. Resonatorumlauf

  28. Resonatorumlauf

  29. Resonatorumlauf

  30. Resonatorumlauf

  31. Resonatorumlauf

  32. Moden Verstärkung Schwelle w Resonatorumlauf Verstärkung, wenn Schwellenwert:

  33. Resonatorverluste • R1, R2 < 100% (Auskopplung) • Absorptionsverluste (A) • Beugungsverluste

  34. Transversale Lasermoden Beugung  transversale Moden Spiegelsystem Äquivalentes Spaltsystem iterative Berechnung der Beugungsfigur  Fox-Gordon-Gl.

  35. Transversale Lasermoden

  36. Resonatormoden Filtermoden Verstärkung Schwelle w Modenselektion • transversale Modenhohe Mode = große laterale Ausdehnung Selektion TEM00- Mode (Blende) • logitudinale Moden z.B. zusätzliches, (inkommensurables) Interferenzfilter(Etalon)

  37. Erzeugung von Laserpulsen • Güteschaltung des Resonators (Q-Switch) ns -, ps - Pulse • aktive/passive Modenkopplung (mode locking)ps - , fs - Pulse

  38. Güteschaltung (Q-Switch)

  39. Güteschaltung mit Pockelszelle

  40. Güteschaltung mit Pockelszelle

  41. Güteschaltung mit AO-Schalter Akusto-Optischer-Schalter

  42. Moden Verstärkung Schwelle w Modenkopplung Mehrere (viele) Moden innerhalb des Verstärkungsprofils Laserbetrieb in diesen Moden möglich

  43. Überlagerung Phase Amplitude Modenfrequenz zufällige Phasenbeziehung  feste Phasenbeziehung jj statistisch verteilt jj konstant destruktive Interferenz konstruktive Interferenz Modenkopplung

  44. Modenkopplung 1 Mode w0 = 1015 s-1

  45. Modenkopplung 3 Moden w0 = 1015 s-1 Dw = 108 s-1

  46. Modenkopplung 25 Moden w0 = 1015 s-1 Dw = 108 s-1

  47. Modenkopplung 51 Moden w0 = 1015 s-1 Dw = 108 s-1

  48. Modenkopplung Abstand der Pulse T = 2L / c = 1/Dn = 2p/DwMode Breite der Pulse DT = 1 / dn = 2p/DwGain

  49. Aktive Modenkopplung Moduliere Licht der Frequenz w0 mit w‘: (z.B. mit Akusto-Optischem-Modulator) Wähle w‘ = Dw Besetzung benachbarter Moden

  50. w0-2Dw w0-Dw w0-Dw w0w0 w0 w0+Dw w0+Dw w0-2Dw Aktive Modenkopplung Modulation Grundmode 1. Durchlauf 2. Durchlauf N Durchläufe 2N+1 Moden

More Related