Přeladitelné lasery, optické parametrické generátory a ramanovské lasery Laserové systémy 2009-2010.

Prezentace na téma: "Přeladitelné lasery, optické parametrické generátory a ramanovské lasery Laserové systémy 2009-2010."— Transkript prezentace:

1 Přeladitelné lasery, optické parametrické generátory a ramanovské lasery
Laserové systémy

2 Přeladitelné lasery, optické parametrické generátory a ramanovské lasery
I. Klasické lasery-“monochromatické“ Nd:YAG, rubín, He-Ne atd. Lze přelaďovat pouze diskrétně mezi jednotlivými přechody a generovat nové vlnové délky metodami nelineární optiky. Př: Generace v Nd:YAG na vlnových délkách 1.06um, um, 1.44 um… Generace vyšších harmonických frekvencí.:0.532 um, um… II. Přeladitelné pevnolátkové lasery: Ti:safír, Alexandrit, forsterit… - vibrační hladiny, lze přelaďovat spojitě v širokém rozsahu. III. Optické parametrické generátory. Založeny na třívlnové interakci světelných vln v nelineárním prostředí. Dochází k výměně energie mezi čerpací, signálovou a jalovou vlnou. Spojitě přeladitelné v širokém rozsahu. IV. Ramanovské lasery - využívají stimulovaného Ramanova rozptylu v plynných a pevných látkách. Diskrétní ladění.

3 Vlnové délky nejpoužívanějších laserů

4

5 I. Klasické lasery-“monochromatické“ Nd:YAG, rubín, He-Ne atd.
Lze přelaďovat pouze diskrétně mezi jednotlivými přechody a generovat nové vlnové délky metodami nelineární optiky. Př: Generace v Nd:YAG na vlnových délkách 1.06um, um, 1.44 um… Generace vyšších harmonických frekvencí.:0.532 um, um…

6 Přelaďování Nd:YAG laseru

7 Vlnové délky generované Nd:YAG laserem

8 Metody přelaďování vlnové délky
Dichroickými zrcadly (diskrétní ladění, potlačení jiných vlnových délek) Disperzními hranoly v rezonátoru Mřížkami v rezonátoru (uzší spektrum) Dvojlomými etalony

9 Dvoufrekvenční Nd:YAG Laser

10 Přelaďování disperzním hranolem

11 Dual wavelength generation of a diode pumped Nd:GdVO4 laser at 1063 and 1066 nm
Václav Kubeček*, Michal Drahokoupil, Petr Zátorský, Miroslav Čech and Petr Hiršl Czech Technical University, Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering Brehova 7, Prague 1, Czech Republic SPIE Photonics Europe 08: Paper

12 Fluorescent spectra of Nd:GdVO4
Czeranowsky et.al. , Optics Communications 205 (2002)

13 Nd:GdVO4 lasing at different wavelengths from 1063nm
912 nm /456 nm Czeranowsky et.al. Opt. Communications 205 (2002) 1340 nm/670 nm Agnesi et al. Opt. Lett. 29, (2004) 56-58 – nm Chen et. al. Opt. Lett. 30, (2005) This work : 1063 nm and 1066 nm lasing of Nd:GdVO4 in a bounce geometry.

14 Experimental setup (grazing incidence geometry *)
M3 (R3= 30% or 88 % ) LD λ/2 waveplate WP POL M1 M2 Nd:GdVO4 M1 - flat rear mirror, M2 - folding mirror (concave 1-m radius of curvature), M3- flat and wedged output coupler with reflectivity of 30% or 88 %, LD – 100 W QCW laser diode array, AM – active medium slab, WP-wave plate, POL-polarizer * A.J. Alcock and J.E. Bernard, “Diode-pumped grazing incidence slab lasers,”IEEE J. Sel. Topics in QE, 3, 3-8 (1997)

15 Active medium and laser diode
Slab crystal: Nd:GdVO4 –1% Nd 16x4x2 mm FOCtek, China 4 mm 16 mm 14 mm 808 nm nm

16 Output characteristics of the dual frequency Nd:GdVO4 laser.
Rout = 30 %, tpump = 100 us, R out = 88 %, tpump = 150 us Efficiency : 38 %/15% Efficiency : 33 %/28%

17 Measured spectra of Nd:GdVO4 laser
Ocean Optics HR 2000 fiber spectrometer (resolution 1 nm)

18 DUAL wavelength laser WITHOUT POLARIZER
- TUNING BY M1 ONLY M3 (R3= 88%) LD WP M1 M2 AM 1063 nm, E out 4,6 mJ TEM00 1066 nm, Eout: 3.5 mJ TEM00/4,6 mJ TEM01 DUAL WAVELENGTH, Eout 4 mJ TEM01, (1,5 mJ 1063, 2.5 mJ 1066) Pump 99,9 A, 150 us, 50Hz

19 II. Přeladitelné pevnolátkové lasery: Ti:safír, Alexandrit, forsterit…
- vibrační hladiny, lze přelaďovat spojitě v širokém rozsahu.

20 II. Generace-Pevnolátkové vibrační přeladitelné lasery od r. 1984

21 Vibrační lasery - principy
Laditelnost je dosažena vazbou mezi stimulovanou emisí fotonu a emisí vibračního kvanta (fononu) Celková energie přechodu je fixní ale může být rozdělena mezi fotony a fonony spojitým způsobem Interakce mezi Coulomb polem laserového iontu, polem krystalové mříže a elektron-fononovou vazbou Zisk ve vibračních laserech závisí na přechodech nei vázanými vibračními a elektronovými stavy.

22 Parametry nejpoužívanějších krystalů přeladitelných laserů

23 Aktivní materiály

24 Nejvýznamnější představitel –Titan:safírový laser

25

26 Příklad pulzně buzeného Ti:Sa laseru

27 Charakteristiky pulzně buzeného Ti:Sa laseru

28 Příklad pulzně buzeného Ti:Sa laseru s uzší spektr. šířkou

29 Kontinuálně buzený Ti:Sa laser

30 Kompaktní Cr:YAG lasery- oblast kolem 1.5 um

31 Yterbiove lasery

32 Závěr PVL lasery lze přelaďovat od 600 nm do 4500 nm.

33 Optické parametrické generátory a ramanovské lasery
Laserové systémy

34 … III. Optické parametrické generátory. Založeny na třívlnové interakci světelných vln v nelineárním prostředí. Dochází k výměně energie mezi čerpací, signálovou a jalovou vlnou. Spojitě přeladitelné v širokém rozsahu.

35

36 Optická parametrická generace a zesilování
Nelineárně optický proces probíhající v nelineárním krystalu, kdy za určitých podmínek světelná vlna o kruhové frekvenci w(p) předá svoji energii dvěma vlnám o frekvencích w(s) a w(i). Musí platit w(p) = w(s) + w(i). (Zachování energie) k (p) = k(s) + k(i). (zachování impulsu ) Třívlnová interakce, je popsána složkou nelineární susceptibility c (2) Využívá optickou vlnu o nejkratší vlnové délce ke generaci dvou vln o vyšších vlnových délkách. První OPG – Giordmaine a Miller, 1965 Laser Maiman

37 Parametrické zesílení

38 Parametrická generace

39 Rezonátory OPG

40 Metody přelaďování vlnové délky
Natáčením krystalu Laděním teploty krystalu Jedná se o splnění podmínky fázového synchronismu

41 BBO OPO čerpaný harmonickými Nd laseru

42 Příklad pulzně buzeného OPO

43 Parametry OPG

44 Příklady: www.ekspla.com
OPG Příklady:

45 Závěr OPG lasery lze přelaďovat od 250 nm do 6000 nm.

46 IV. Ramanovské lasery - využívají stimulovaného Ramanova rozptylu v plynných a pevných látkách. Diskrétní ladění.

47 Ramanovské lasery Princip: Stimulovaný Ramanův rozptyl
dochází k nepružnému rozptylu čerpacích fotonů a část jejich energie je předána prostředí- např vibrační kmity molekul či elektronová excitace Princip: Stimulovaný Ramanův rozptyl Nelineárně optický jev 3. řádu Susceptibilita c (3) Generace diskrétních frekvencí sStokes, Ramanovský posuv, Stokesova frekvence, antistokesova frekv

48 Ramanovská prostředí dochází k nepružnému rozptylu fotonů a část jejich energie je předána prostředí- např vibrační kmity molekul či elektronová excitace Plyny Pevné látky (krystalické) Skla- optická vlákna

49 Schemata Raman. laserů

50 Plynné prostředí

51 H2 Raman Laser

52 Vláknový laser

53 Pevnolátkový Ramanovský laser

54 Zajímavá oblast je nyní v blízké IČ
Měření polucí, laserová medicína.