• plynové lasery (HeNe, iontové, excimerové)
• kapalinové (barvivové lasery)
• pevnolátkové (rubínový, Nd:YAG,Ti:Safírový)
• laserové diody, vláknové lasery,
• lasery s volnými elektrony,
• X-lasery
B. E. A: Saleh, M. C. Teich: Fundamentals of Photonics
M. Vrbová: Lasery a moderní optika
http://www.rp-photonics.com/encyclopedia.html
Literatura
Typy laserů
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D.
zemanek@isibrno.cz
Historie
První laser uvedl do provozu T. H. Maiman 15. 5. 1960 - rubínový v pulsním režimu
První plynový (He-Ne) laser :
A. Javan, W. R. Bennet, D, R. Heriott
leden 1961 - kontinuálnì na 5 čarách (1118-1207 nm).
1962 - viditelný 632.8 nm
U nás :
Neodymový laser , Dr. K. Pátek, Fyzikální Ústav ČSAV, 1963
Rubínový, Ing. J. Pachman, Voj. výzkumný ústav Praha, 1963
He-Ne (infra), Ing. F. Petrů, ÚPT ČSAV Brno, podzim 1963
He-Ne (632.8nm), Ing. F. Petrů, ÚPT ČSAV Brno, jaro 1964
Následuje velmi prudký rozvoj v různých aktivních prostředích, dnes existuje přes
1000 různých aktivních prostředí, ve kterých byly realizovány různé typy laserů.
http://encyklopedie.seznam.cz/heslo/136340-laser#Rezon.C3.A1tor
Plynové lasery
Hélium-Neonový laser
Hélium-Neonový laser
Různých výstupních vlnových délek se
dosahuje vhodnými odraznými vrstvami
na zrcadlech.
Hélium-Neonový laser
APLIKACE
všude, kde je potřeba velmi koherentního záření TEM00 modu o malém výkonu
přístrojové aplikace - ozařování pacientů, navádění při chirurgických aplikacích
(zelený), holografie, frekvenčně stabilizované lasery mají vyšší koherenci a
používají se v metrologii (druhotný normál délky), interferometrii, měření rychlosti
vyměřování a vytyčování přímek
reprografie - v 80 letech osvit offsetových desek, vysokorychlostní xerografie
čtečky čárového kódu - nejvýznamnější aplikace kolem roku 1990, nyní jsou
postupně vytlačovány polovodičovými lasery (laserovými diodami).
Hélium-Neonový laser
Iontové lasery - argonový
Vyšší kontinuální výkony (až 25 W) na mnoha
vlnových délkách od blízké infračervené po
ultrafialovou část spektra
aktivním prostředí je plynný argon nebo krypton
nebo směs obou o nízkém tlaku.
čerpání je pomocí stejnosměrného výboje
buzeného napětím od 200 po 500 V ale s velkým
výbojovým proudem (do 65 A), který už dokáže
ionizovat plyn.
ionizovaný atom je sérií interakcí s elektrony
výboje excitován do metastabilní hladiny odkud
probíhá laserový přechod
Iontové lasery - argonový
existuje spousta stimulovaných přechodů v
jednou a dvakrát ionizovaných atomech vzácných
plynů (viz. tabulka). Pro Ar+ jsou nejčastější 488
nm a 514,5 nm. Pro Kr+ 647,1 nm. V poslední
době se množství ultrafialových vlnových délek
rozšiřuje o délky buzené v nelineárních krystalech
(beta barium borát BBO) procesem
zdvojnásobením základní frekvence.
Iontové lasery - argonový
omezená doba života (stovky
hodin), rezonátory s kovkeramickým
rezonátorem
dosahují až 5000 h.
vzhledem k tepelným nárokům
se rezonátor konstruuje z
materiálů jako je SuperInvar,
které mají malou tepelnou
roztažnost, pokud to nestačí a
dochází k termálnímu ovlivnění
činnosti laseru, tak se využívá
aktivní justování zrcadel
rezonátoru na maximální výkon.
dlouhou dobu byly nedostižné
vzhledem ke svým vysokým CW
výkonům v krátkovlnné oblasti
spektra, v poslední době jim
konkurují diodami čerpané
pevnolátkové lasery se
zdvojnásobenou frekvencí (532
nm z NdYAGu).
V UV oblasti doposud nemají
CW konkurenta s ohledem na
kvalitu svazku a výkon.
Iontové lasery - argonový
APLIKACE
modrozelené: využívají se na vysokorychlostní tisk řízený počítačem, exponování tiskařských
desek a filmů. Zapisují data na masky disků, používaných pro produkci CD, CD-ROM.
viditelné : dopplerovské rychloměry; stimulují fluorescenci olejů obsažených v otiscích prstů; v
biologii způsobují fluorescenci barviv, kterými se značí fragmenty DNA nebo buněk; osvětlování
v konfokálních mikroskopech.
ultrafialové: stereolitografie - 3D modely jsou vytvářeny vrstva po vrstvě. Světlo je fokusováno
na kapalný roztok monomerů, který po vystavení UV záření tvrdne, tvorba Braggových mřížek v
optických vláknech, které řídí propustnost vlnových délek (kanálů) v WDM komunikačních
systémech.
Excimerové lasery
v aktivním prostředí interakce halogenů (Kr, F) s atomy vzácných plynů (Ne). Při průchodu vysoce
energetického elektrického pulsu (elektronového svazku, RF pulsu) směsí těchto plynů se atomy excitují a
mohou vytvořit molekulu zvanou exciplet (excimer je molekula vytvořená ze stejných atomů, kdy jeden z nich
je v excitovaném stavu) za pomoci srážky s atomem vzácného plynu, který dodá energii potřebnou k
vytvoření excitované molekuly.
Po stimulované akci se molekula dostává do základního stavu, který však není vazebný a molekula se
rozpadá na volné atomy. To představuje velmi rychlé vyprazdňování základní hladiny laserového přechodu a
tím i extrémně vysokou účinnost (teoreticky není potřeba rezonátoru).
Excimerové lasery
Pro srážku je třeba vysokého tlaku plynů. Dále je potřeba plyn předionizovat pomocí UV, X záření nebo
koronového výboje, aby se výboj, který trvá cca 30-50 ns, mohl homogenně rozvinout. Proudové hustoty,
které tečou výbojem, jsou až 1000 A/cm2 a výboj musí dodávat špičkový výkon 108 až 109 W. Objem plynu,
který se podílí na výboji je cca 0,01 celkového objemu.
je třeba obměňovat plyn nebo připouštět v průběhu, aby byly zachovány parametry laseru.
lasery pro průmyslové aplikace jsou nabízeny asi 20 let, doba života elektrod je cca 5x109 pulsů (XeCl)
nebo 2,5x109 (KrF)
cca 5-10 % provozních nákladů tvoří velmi čisté plyny (99,995 %),
The use of all-
metal/ceramic
construction in excimer
laser tubes delivers a
dramatic impact on gas
lifetime and overall tube
lifetime.
Excimerové lasery
Excimerové lasery - aplikace
Excimer lasers are critical tools used in the
manufacture of the majority of inkjet printers. This
micrograph shows a single nozzle hole with a flow
channel. Image courtesy of Lexmark.
Ablated hair
mikroobrábění (vrtání mikroděr (20-200 m) do hlav tryskových tiskáren, mikroděr do integrovaných
obvodů- pro díry o průměru menším než 10 m je levnější než mechanické).
vysoká energie fotonů (cca 3,5 až 7,9 eV) umožňuje rozbití většiny vazeb v organických materiálech
(C=H vazba má vazebnou energii 3,5 eV). Tento proces přímého rozbití vazby se jmenuje fotoablace,
narozdíl od NdYAG nebo C02 laserů, které materiál odpařují tepelně.
Excimerové laserykorekce
očních vad
PRK (Photorefractive Keratectomy)
PRK reshapes the front surface of the cornea
without first creating a flap. In this case, the
protective superficial layer of the cornea is not
preserved and it will require several days to
repair. For most patients, this means
significantly more pain and a longer recovery
time until clear vision is achieved. However,
since no flap is created, there is no potential for
a flap complication in PRK.
LASIK (Laser Assisted In-Situ Keratomileusis)
LASIK is a surgical procedure that utilizes the excimer laser
to re-shape the cornea, but it also uses a micro-keratome
or an additional laser to create a flap on the front of the
cornea. The flap is lifted and the excimer laser energy is
applied to the cornea behind the flap. This laser energy is
delivered in a precise manner to reshape the cornea to
correct the refractive error in each eye. Once the excimer
laser has finished reshaping the middle layer of the cornea,
the flap is placed back in its original position. LASIK
generally results in less pain and faster vision recovery
than PRK.
CO2 lasery
CO2 lasery
50 W/m
80 W/m
800 W/m 10 kW/m
CO2 lasery
Aplikace: obrábění, kalení, řezání (např. i titanu), vrtání, tvorba plasmatu z
malých terčíků, laserový radar nebo lidar (signály na 10 mikronech se
zpracovávají podobně jako radarové), spektroskopie atmosféry, nekrvavá
chirurgie (zataví vlásečnice)
Kapalinové (barvivové) lasery
Laserujícím prostředím je látka, která je za pokojové teploty kapalná.
Tyto lasery jsou opticky čerpány buď jiným laserem (Argonový, Nd:YAG, na Cu-parách, excimerový) nebo
výbojkou.
Nejúspěšnějšími kapalinami jsou organická barviva rozpuštěná v kapalných rozpouštědlech (metanol,
zřídka voda...).
CW nebo pulsní režim, díky velmi široké křivce zisku až ps a fs pulsy. Doba života elektronů na horní
hladině je jen ns a tak je potřeba velké intenzity čerpacího záření k nastolení laserování (buď velké výkony
čerpacích svazků nebo jejich ostrá fokusace)
Spektrálně se klenou od UV po infra oblast (300nm - 1300nm), ale s použitím několika barviv (všechna by
měla mít největší absorpci na vlnové délce použitého budícího laseru). Tyto lasery mají spektrálně velmi
široké křivky zisku (jedno barvivo ale maximálně 80nm), umožňující širokou přeladitelnost. Způsobeno to je
množstvím vibračnícha rotačních hladin, které umožňutí témeř kontinuální přelaďování frekvence.
Problémem je životnost barviv (klesá jejich účinnost, zejména při UV čerpání) od několika tísíců Watthodin
po pouhé Watthodiny. Většina barviv a rozpouštědel je karcinogenních a toxických.
Kapalinové (barvivové) lasery
Kapalinové (barvivové) lasery
Příslušná vlnová délka se "naladí" vlnově selektivním
rezonátorem s hranolem nebo difrakční mřížkou. Díky
vnějšímu rezonátoru (např s vnitřním etalonem) mohou
mít v kontinuálním provozu velmi úzké výstupní spektrum
záření (pouze jeden podélný mod).
Kapalinové (barvivové) lasery
Kapalinové (barvivové) lasery
D. Psaltis Nature 2006
Polovodičové lasery – laserové diody
Polovodičové lasery – laserové diody
Illustration of the cavity structure of a semiconductor laser:
(a) the 3-D view, (b) the 2-D cross-sectional view in y-z plane.
Nekoherentní (LED Dioda) a koherentní (laserová dioda) zdroj
Basic double-heterostructure towards gain-guided, indexguided,
distributed feedback DFB, and distributed Bragg
reflector DBR
DBRDFB
Gain spectral profiles of gain-guided and index-guided laser
diodes
Quantum Well structure of laser diodes
High-power laser diodes – diode laser bars and arrays
Optical and electrical parameters of laser diodes I
Optical and electrical parameters of laser diodes
Extended Cavity Lasers – ECLs
Principle of operation
Littrow configuration Littmann configuration
Extended Cavity Lasers – ECLs
Principle of operation
Extended Cavity Lasers – ECLs
Principle of operation
Extended Cavity Lasers – mode selection
Laserové diody se svislým rezonátorem
(Vertical Cavity Surface Emitting Laser) VCSEL
Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL)
Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL)
Data Storage based on technique of Compact Disc
Data Storage based on technique of Compact Disc
Pevnolátkové lasery
Pevnolátkové lasery
opticky čerpané lasery, aktivní prostředí je pevná látka za
pokojové teploty
atomy odpovědné za generaci laserového záření jsou vybuzeny
absorpcí fotonu a pak relaxují na metastabilní hladinu, ze které
seskakují stimulovanou emisí
Rubínový laser
Cr atomy absorbují modré nebo zelené
světlo, proto je tento laser čerpán xenonovou
výbojkou.
vybuzené elektrony téměř ihned předávají
část své energie okolní krystalové mříži a
seskakují na metastabilní hladinu (105 krát
déle než na předcházející). Odtud
stimulovanou emisí seskakují na základní
hladinu a září na 694,3 nm.
tří hladinový systém - neefektivní, je potřeba
víc jak polovinu aktivních atomů vypudit ze
základní hladiny, aby se dosáhlo inverze. Zato
rubínový krystal může skladovat ohromné
množství energie, která za vhodných
podmínek může být naráz uvolněna ve
vysoce výkonném pulsu. CW (kontinuální)
režim je velmi problematický, potřeba
intenzívní čerpání.
vrtání tvrdých materiálů, laserová lokace
družic, lékařství,
První laser rozsvítil Theodore Maiman (1927-2007) v 1960!!
Rubínový laser
Nd:YAG laser
Nd:Y3Al5O12
čtyř hladinový systém - efektivnější
nejúspěšnější pevnolátkový materiál
elektrony v Nd jsou buzeny IR fotony 730
- 800nm. Z horní hladiny rychle seskakují
na metastabilní hladinu předávájíc část
energie krystalové mříží. Zde setrvají asi
250 mikrosekund a přeskakují do hladiny,
odkud téměř ihned přechází na základní
hladinu. Proto k dosažení inverze v
obsazení hladin není nutné vybudit
polovinu zúčastněných atomů. Elektrony
zůstavají na metastabilní hladině dlouho a
vytváři excitační reservoár (mnohem větší
než u konkurujících barvivových) a není
proto potřeba tak silných čerpacích zdrojů.
CW (až 100 W) i pulsní (5ps až zlomky
sekund)
dříve čerpán kryptonovou výbojkou,
nověji polem laserových diod (velmi
kompaktní konstrukce), které umožňují
velmi kompaktní konstrukci.
Nd:YAG laser
Nd:YAG laser
1064nm, násobením frekvence v
nelineárním krystalu lze dostat i
násobky základní frekvence (532 a
335 nm). Tyto lasery prodělávají
prudký rozvoj a miniaturizaci,
zejména proto, že nejsou k dispozici
jiné kompaktní zdroje v zelené oblasti
spektra, které by mohly být použity
např. v barevných laserových
tiskárnách nebo scannerech.
Titan Safírový laser
Rezonátor se stojatou vlnou
Standing-wave cavity (Spectra-Physics
Model 3900S). This laser is a passively
stabilized Ti:sapphire system that lases
simultaneously on numerous longitudinal
cavity modes. The titanium-doped sapphire
crystal gain element, mounted in a watercooled
tower, provides laser gain in the
wavelength range between 675 and 1130
nm when pumped with the green output
beam of the DPSS Millennia.
Wavelength tuning by a multiplate birefringence or Lyot filter which is mounted within the cavity
at Brewster’s angle in order to minimize reflection losses. This device modulates the spectral
gain of the laser cavity by providing high transmission at a specific wavelength range within the
spectral gain curve. The laser is forced to operate at that specific wavelength, which can be
varied by rotating the birefringence filter (also referred to as the BiFi). The output of this type of
laser has a linewidth of less than 40 GHz FWHM (< 1.5 cm–1). By adding intracavity etalons, this
linewidth can be narrowed further to less than 1 GHz.
Birefringent (Lyot) filter
Transmission function of a Lyot filter containing three quartz
plates, with thickness values of 5, 2.5, and 1.25 mm.
It consists of a sequence of birefringent crystalline
plates (e.g. of quartz) and polarizers. The birefringent
axis of each crystal is oriented at 45° to the axis
direction of the polarizers. The light propagating in a
crystal can be considered as containing two different
linear polarization components, which experience a
different phase delay. The relative phase delay for the
two polarization components depends on the
wavelength. Therefore, the loss of optical power at
the subsequent polarizer is wavelength-dependent.
Titan Safírový laser
Kruhový rezonátor
Ring lasers have been used since the early 1980s to achieve tunable CW radiation from a single
longitudinal cavity mode, so-called single-frequency radiation, with spectral bandwidths possible in the
submegahertz region. Initially using a dye solution as the active medium, ring lasers are available today
utilizing either dye or Ti:sapphire lasing media. The main difference between a ring laser and a standingwave
laser is the fact that, in the ring laser, the ring structure allows us to cause the radiation circulating
in the cavity to form a unidirectional traveling wave. One out of many longitudinal modes is selected by
passive walength-selective elements (burefringent filter and etalons).
Titan Safírový laser – fs režim
Acousto-optical modulator serves as a high-speed Q-switch. The
pulse repetition rate of a mode-locked laser depends on the cavity
length, with typical commercial lasers operating at around 80 MHz.
Pulse duration is inversely proportional to bandwidth, so ultrafast
lasers are inherently broadband; for example, a laser with a pulse
width of 50 fs at 800 nm has a spectral linewidth of more than 15
nm. Some ultrafast lasers provide the option of modifying the cavity
in order to narrow output linewidth at the expense of longer pulse
duration.
Kerr lens effect can be used in fs pulse generation by passive
mode-locking. With increasing puls energy the Kerr lens focuses
the light into the aprture and the losses decrease.
Vzpomínáte na ovčí laser?
Titan Safírový laser – fs režim
Kerr-lens modelocking vzniká
nelineárním Kerrovým jevem, kdy se
nelin. krystal chová při vysoké
intenzitě jako čočka. Přidáním clony
se sníží ztráty pro silné pulzy.
Čerpání Ti:Sa krystalu je optické, kontinuálním argonovým, nebo Nd:YAG laserem, zrcadla M2 a M3 jsou
propustná pro vlnovou délku čerpacího laseru, hranoly P1 a P2 kompenzují disperzi v rezonátoru, dvojlomný
filtr (B.R.F.) určuje střední frekvenci spektra podélných modů. Kerr-lens mode-locking je určován nastavitelnou
štěrbinou.
Ultrakrátké pulsy
Kompenzace disperse
Ultrakrátké pulsy
Erbiem dopovaná vlákna
koncentrace Er mohou být od 0,001 (několik metrů až stovek metrů vlákna stačí na zisky až desítky dB; 20-
40dB); nebo mnohem nižší 0,000001 rozprostřené po celé přenosové délce vlákna.
Výhody EDFA : stačí čerpací výkon několik mW, aby se dosáhlo optického zisku řádu tisíců. Zisk v EDFA
nezávisí na polarizaci světla (aktivní dipóly v matici skla náhodně orientované a optická vlákna nezachovávají
polarizaci), je stálý v teplotním rozsahu 100oC a je imunní vůči přeslechům, neboť není schopen stíhat tak
rychlé děje (doba života elektronů na horní hladině Er je 10ms. Navíc EDFA lze připojovat ke klasickým
vláknům s minimálními vazebnými ztrátami a bez odrazů na koncích vláken. Nevýhodou je pevná vlnová
délka kolem 1500 nm.
pro nejrozšířenější optické vlnovody (1300nm) se používá preseodymium (čerpané na 1017nm) jako
ekvivalent Er. Je zde jen 10% účinnost v porovnání s Er a proto je třeba čerpacích výkonů kolem 300 mW.
Tato vlnová délka není pokrytá žádnou LD a ani pevnolátkovým laserem (Nd:YLF pracuje na 1047, a proto by
bylo ptřeba výkonu kolem 700 - 800 mW).
lasery na bázy EDFA využívají velkého zisku Er, jako koncová zrcadla stačí dobře seříznuté vlákno s
odrazností 4%!! nebo se využívá kruhového rezonátoru (z vlákna) ze kterého se záření odvádí vláknovým
směšovačem (a naopak čerpací svazek přivádí jiným)
Vláknové zesilovače
Cladding-pumped fiber amplifier based on a double-clad fiber. The signal light is launched
into the doped core, while the pump light is launched into the inner cladding. The core is Dshaped
for more efficient pump absorption.
Vláknové mřížky
Zhotovení
Měření změn délky
Vlnovodové přepínače a interferometry
Vláknové lasery
Aktivním prostředím je vhodně dopované optické vlákno. Tyto lasery prodělaly
ohromný pokrok v posledních letech.
Odraz na konci vlákna tvoří výstupní zrcadlo
Vláknová Braggova mřížka (FBG)
Zrcadlo za kolimovaným svazkem
Kruhový rezonátor využívající vláknového kapleru
Vláknové lasery
Aktivním prostředím je vhodně dopované optické vlákno. Tyto lasery prodělaly
ohromný pokrok v posledních letech.
v nedávné době se dosáhlo velkých pokroků v technologii polovodičových polymerů, bylo nalezeno víc jak
deset těchto polymerů, které lze opticky čerpat a jsou schopny stimulované emise na řadě vlnových délek přes
celé viditelné spektrum
jsou rozpustné pomocí běžných organických rozpoštědel, což umožňuje vytvářet tenké vrstvy.
maximum absorpce je posunuté vůči maximu emise, což značí, že excitovaná hladiny se neúčastní
laserování a z hlediska teorie laseru jde o vícehladinový systém, který by měl umožnit funkční laser
Lasery na bázi organických polymerů
kvantová účinnost polymerů nezávisí na jejich koncentraci (na rozdíl od laserových barviv) a dosahuje 70 %.
tyto polymery dosahují téměř 90% absorpce na frekvenci přechodu na vzdálenosti 100nm!!! a rovněž jejich
zisk na takto malé vzdálenosti je srovnatelný. Takže by mohly sloužit jako zesilující prostředí laserů dlouhé
mikrometr
jejich index lomu leží mezi 1,6 a 2,0 a tak je možné polymery umístit z obou stran skleněného substrátu (index
lomu kolem 1,5). Spolu s rozhraním polymer vzduch dostaneme planární vlnovod
experimentálně se prokázalo zúžení emisní čáry při dostatečném optickém buzení, což prokázalo přítomnost
stimulované emise
tyto polymery dosahují cca 1000x menšího optického výkonu pro zúžení emisní čáry než laserová barviva
polymerový laser - tyto planární vlnovody sice zesilují, ale výstupní záření nemá žádnou modovou strukturu,
je potřeba přidat rezonátor
vzhledem k obrovskému zisku na jednotce délky můžeme uvažovat o mikrorezonátorech, např. konce
vlnovodu opatřili zrcadly- braggovskou mřížkou (R=99%) a 60nm stříbrnou vrstvou, dosáhli jednomodového
ostře směrovaného výstupu
konstrukce laserové diody (nutnost elektrického čerpání) na bázy polymerů naráží na nutnost velkých
budících proudů (cca 1000 A/cm2 ) pro generaci dostatečného počtu nosičů k dosažení inverze.
Lasery na bázi organických polymerů
FIGURE 1. Optical pumping of a polymer thin film
sandwiched in a Fabry-Perot cavity shows that
gain can be high, but power is low because the
cavity is very thin.
Lasery s volnými elektrony
svazek relativistických elektronů prochází periodickým magnetickým polem, které nutí elektrony kmitat v
příčném směru. Vzhledem k tomu, že se elektrony v tomto směru pohybují zrychleně vyzařují
eletromagnetické záření. Každé periodě prostorové změny MG pole 0 odpovídá vlnová délka  vysílaného
záření =0 (c/v-1). Je tedy mnohem menší než 0. Elektrony vstupují do zařízení v různých okamžicích a
každý vyzařuje vlnu s různou fází. Pokud je fázová rychlost vznikající EM vlny mírně odlišná od rychlosti
elektronů a je-li vlna dostatečně intenzívní, pomalejší elektrony urychluje a rychlejší brzdí. Vytváří se pak
elektronové zhustky, jejich záření již nemá chaotický charakter a zesiluje se takový typ vlnění, které
elektronový svazek účinně brzdí, neboť dochází k přenosu energie z elektronů na vlnu. Uspořádání cívek se
nazývá wiggler (třepač).
poprvé postaven v r 1976 ve Stanfordu.
vlnová délka může být od tisíců mm po stovky nm. Vyšší energie elektronového svazku vedou k nižších
vlnovým délkám.
Laser PALS (Prague Asterix Laser)
www.pals.cas.cz
Asterix IV je plynový laser, v němž se využívá atomů jódu ke generaci záření v blízké infračervené oblasti, na
vlnové délce 1,315 m. Jódový atom je přitom získáván z mateřské molekuly alkyljodidu C3F7I fotochemickým
procesem nazývaným fotodisociace (nebo fotolýza). Atom se uvolňuje z chemické vazby prostřednictvím
pulsního UV záření dodávaného výbojkami. Elektronový obal jódu vystupujícího z fotodisociační reakce je
excitován, čímž je automaticky zformována inverze populace vzhledem k níže ležícímu základnímu stavu. Tím
jsou vytvořeny podmínky pro laserovou akci.
Třetí největší fungující laserový systém v Evropě. Za 1DM převezen z Garchingu v roce 1997.
Laser PALS (Prague Asterix Laser)
X lasery
Laserové plazma, vytvářené fokusovaným laserovým svazkem na pevném či plynovém terčíku, je
zdrojem velmi krátkých, ale velmi intenzivních záblesků měkkého rentgenového záření. Ve zvláštním případě
se může dokonce samotné laserové plazma stát rentgenovým laserem, vyzařujícím monochromatický a vysoce
koherentní paprsek o bezkonkurenčním jasu. Lze toho docílit pomocí dvou laserových svazků, soustředěných
nikoliv do jednoho bodového ohniska, ale do ohniska tvaru tenké čárky o délce několika centimetrů
(tzv. lineární fokusace). Plazmový rentgenový laser je zcela novým nástrojem fyzikálního výzkumu, podstatně
rozšiřujícím možnosti využití plazmových rentgenových zdrojů.
Příkladem je v laboratoři PALS nedávno vyvinutý zinkový dvouprůchodový rentgenový laser
s jedním rentgenovým zrcadlem, který co do jasu, výkonu a stupně monochromatičnosti zatím nemá ve světě
konkurenci. Pracuje v oblasti velmi měkkého rentgenového záření, na vlnové délce 21 nm. Díky
automatickému posuvu rentgenového zrcadla může laser generovat na jedno nastavení až sto pulsů, při
výtečné reprodukovatelnosti parametrů výstupního rentgenového svazku (výstupní energie několik mJ,
délka pulsu typicky 100 ps, výstupní výkon minimálně 40 MW). Laboratoř PALS tak může nyní nabídnout
k využití svým kolegům nový unikátní instrument, vhodný jak pro fyzikální experimenty, tak i pro technické
aplikace (např. pro interferometrické zkoumání povrchů s velmi vysokým prostorovým i časovým rozlišením).
je potřeba dosáhnout inverze populace na energ.
hladinách vnitřních elektronových slupek atomů nebo na
energ. hladinách jader. Idea pochází již z r 1967.
problémem je vývoj efektivního zdroje buzení pro
dosažení inverze v obsazení populace (rentgenové
trubice, jaderný reaktor, jaderná roznětka), vhodné
aktivní prostřední (vysokoteplotním plazma) a rezonátor
(pro vlnové délky kolem 10 nm neexistují materiály s
vysokou odrazivostí)- to lze obejít prostředím s vysokým
ziskem a bez rezonátoru.
záření v této oblasti lze generovat i metodami
nelineární optiky s opakovaným násobením frekvence
výkoného laseru, nebo dopadem fs pulsu.
http://technik.ihned.cz/c4-10024800-27298190-800000_d-mega-projekt-xfel-v-hamburku-bude-nejsilnejsi-rtg-laser-na-svete
X lasery
Do roku 2013 bude v Hamburku-Bahrenfeldu postaven za 1 miliardu EUR nejsilnější
rentgenový laser na světě. Práce na jeho stavbě začaly v létě 2008.
Jde o evropský projekt, který má označení XFEL, což je zkratka názvu X-Ray Free Electron Laser. Na jeho
realizaci se vedle SRN podílí 12 dalších zemí, a to nejen evropských.
Pro urychlování elektronů se bude ve XFEL využívat efektu supravodivosti - v této situaci ztrácejí částice při
urychlení v elektromagnetickém poli při -271°C elektrický odpor, takže proud potom plyne bez jakýchkoliv ztrát.
Svazky elektronů budou dovedeny až na hladinu 20 miliard elektronvoltů, načež budou pomocí 10 metrů
dlouhých elektromagnetů rozděleny do několika tunelů. Pak se elektrony rychlostí světla budou po dráze
připomínající slalom pohybovat v undulátoru, což je speciální magnetické zařízení. V undulátoru dojde k tomu,
že elektrony ztratí svou energii, která se přemění v roentgenové záblesky. Některé záblesky elektrony urychlí,
jiné je naopak zbrzdí. Přitom se elektrony zformují do kotoučů, jež paralelně produkují záření. Jeho síla bude
podle jednoho z projektantů XFELu, Thomase Tschentschera, pokud dosáhne maximální hodnoty, vyšší než síla
dnešních nejmodernějších roentgenových zdrojů v řádu miliard.
Vysoká intenzita záření a malá vlnová délka laseru umožní něco, co dosud nebylo možné: dosud bylo možno
zkoumat většinou jen statické vlastnosti hmoty, a chemické reakce nikoliv, protože jejich průběh byl příliš
rychlý na to, aby se daly řádně analyticky zkoumat. Teď tomu bude jinak, říká Tschentscher: díky velmi krátké
expoziční době v řádu femtosekund (1 femtosekunda = 1 miliardtina vteřiny) lze zachytit činnost interagujících
molekul v atomárním rozlišení pomocí jediného laserového záblesku. První laserový záblesk vyvolá
fotochemickou reakci, druhý slouží k jejímu zachycení, zdokumentování. Série takovýchto momentek v různě
nastavitelných časových úsecích mezi počátečním a konečným zábleskem pak podává přehled o celkové
reakci. Takto je možno např. podrobněji poznat, jak probíhá fotosyntéza.
http://xfel.desy.de/
http://technik.ihned.cz/c4-10024800-27298190-800000_d-mega-projekt-xfel-v-hamburku-bude-nejsilnejsi-rtg-laser-na-svete
X lasery
Do roku 2013 bude v Hamburku-Bahrenfeldu postaven za 1 miliardu EUR nejsilnější
rentgenový laser na světě. Práce na jeho stavbě začaly v létě 2008.
http://xfel.desy.de/
Proč krátké vlnové délky?
visible
x-ray
synchrotron
source
new territory
Proč krátké pulzy?
Laserové statistiky
Laserové statistiky
Laserové statistiky
Laserové statistiky
Laserové statistiky