LASER VÀ ỨNG DỤNG TS. Nguyễn Thanh Phương Bộ môn Quang học và Quang điện tử Mởđầu 31/08/2011 3 Out line 30 lý thuyết + 15 bài tập: Chương I: photon và nguyên tử Chương II: khuếch đại laser Chương III: phát xạ laser Chương IV: các loại laser và ứng dụng Giáo trình: B. E.A. Saleh and M. C. Teich, Fundamentals of Photonics, John Wiley & Sons, Inc. 2007. Chương 13, 14, 15 31/08/2011 4 What is a laser? femto-second TiSa laser Femtosource-200, by Femtosource standing-wave fs-oscillator standing-wave fs-oscillator 31/08/2011 5 What is a laser? amplifier: Titan- Saphire crystal amplifier: Titan- Saphire crystal multilayer dielectric mirror on piezo- electric transducer multilayer dielectric mirror on piezo- electric transducer multilayer dielectric chirped mirror multilayer dielectric chirped mirror single-axis translation stage single-axis translation stage triple control mirror mount triple control mirror mount lens for mode matching of pump beam lens for mode matching of pump beam pump beam: frequency doubled, diode pumped YAG laser pump beam: frequency doubled, diode pumped YAG laser water-cooling of crystal water-cooling of crystal standing-wave fs-oscillator standing-wave fs-oscillator flexure stage flexure stage femto-second TiSa laser Femtosource-200, by Femtosource 31/08/2011 6 What is a laser? 31/08/2011 7 Menlo Systems FC 8003/8004 SHG PCF f 0 f REP external Ti:Sa Pump-laser for Ti:Sa ⊗ ⊗ MASER laser Complex laser system: octave-spanning optical frequency comb Grating Enhanced External Cavity Diode Laser A.Wicht et al., Appl. Phys. B 78 (2004) 137 What is a laser? folded feedback cavity with confocal geometry folded feedback cavity with confocal geometry volume holographic transmission phase grating volume holographic transmission phase grating laser diode mount with TEC-cooler laser diode mount with TEC-cooler λ/4-waveplate for frequency-stabilization λ/4-waveplate for frequency-stabilization 31/08/2011 9 Why are these NO lasers? some devices EMIT laser radiation although they are NO laser 31/08/2011 10 Why to deal with lasers? Lasers are used for medical applications [...]... (DVD) 31/ 08/2 011 12 Why to deal with lasers? Lasers can be cheap (few US$ per piece) laser diodes & diode lasers most laser diodes are complete diode laser systems 31/ 08/2 011 13 Why to deal with lasers? Lasers are used in many ultra-high precision physics experiments Lasers will soon replace microwave-clocks to define the unit of time laser ranging laser gyro 31/ 08/2 011 14 Why to deal with lasers?... Er = L2/2J (1. 17) L2 = r(r +1) ћ2 (1. 18) L là mômen góc của hệ quanh trục quay, r là số lượng tử quay ⇒ Er = r(r +1) ћ2 (1/ 2J) r = 0 ,1, 2 Khe năng lượng của chuyển động quay nằm chủ yếu từ 1 0-4 đến 1 0-2 eV (1. 19) 31/ 08/2 011 29 I .1. 1 Mức năng lượng - Chuyển động dao động của phân tử 2 nguyên tử : Chuyển động dao động của phân tử 2 nguyên tử (N2, CO, HCl ) do lực hấp dẫn giữa nguyên tử với nhau và tie lệ... phụ thuộc vào tọa độ và không thay đổi theo thời gian (1. 2) Ψ (r , t ) = ψ (r ) exp[ j ( E / h )t ] (1. 1) ⇔ h2 − ∇ 2ψ ( r ) + V ( r )ψ ( r ) = E ψ ( r ) 2m (1. 3) (1. 3) là phương trình Schrödinger đối với các trạng thái dừng +∞ ∫ ∫∫ψ 2 dxdydz = 1 (1. 4) −∞ 31/ 08/2 011 18 I .1. 1 Mức năng lượng chỉ với một số giá trị năng lượng E1, E2 En nhất định mới tồn tại hàm sóng thỏa mãn (1. 3) và (1. 4) E1, E2 En là... 1 phân lớp 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 Số điện tử tối đa trong lớp 2 2 8 3 18 4 32 31/ 08/2 011 24 I .1. 1 Mức năng lượng Cấu hình điện tử: nlu trong đó l kí hiệu bằng s, p, d, f, g, h, i tương ứng với l = 0, 1, 2, 3, 4 u chỉ số điện tử trong mỗi phân lớp Ví dụ: He có 2 điện tử cấu hình ở trạng thái cơ bản: 1s2, Ne có 10 điện tử: 1s22s22p6 K có 19 điện tử: ??? 31/ 08/2 011 25 I .1. 1 Mức năng lượng Cấu hình điện... =l + S r J = h J ( J + 1) (1. 9) (1. 10) J = |l + S| là số lượng tử mômen toàn phần hay số lượng tử nội 31/ 08/2 011 21 I .1. 1 Mức năng lượng - Nguyên tử nhiều điện tử: hạt nhân có điện tích +Ze, bao quanh bởi Z điện tử mỗi điện tử có điện tích - e h2 Z 2 − ∇ i ψ ( r ) + V ( r )ψ ( r ) = E ψ ( r ) (1. 11) 2m ∑ i =1 Thế năng bao gồm năng lượng tương tác giữa các điện tử với hạt nhân và giữa các điện tử với... Gọi M1, M2 là khối lượng 2 nguyên tử ta có khối lượng rút gọn: M 1M 2 Mr = (1. 20) M1 + M 2 V ( x) = 1 κx 2 2 (1. 21) κ là hệ số đàn hồi Eϑ = (ϑ + 1 )hω 2 υ = 0 ,1, 2 (1. 22) ω= κ/ Mr là tần số dao động ½ ћω gọi là năng lượng điểm 0 Khe năng lượng của chuyển động dao động nằm chủ yếu từ 0.05 đến 0.5 eV 31/ 08/2 011 30 I .1. 1 Mức năng lượng - Chuyển động dao động của phân tử 3 nguyên tử: Ví dụ với CO2: - Phân... =1 ri i =1 j =1 ri , j Z (1. 12) rj là khoảng cách từ điện tử i tới hật nhân, ri,j là khoảng cách giữa các điện tử i và j Trạng thái của mỗi được mô tả bởi n, l, m và s Tuy nhiên năng lượng của điện tử phụ thuộc cả vào số lượng tử quỹ đạo me Z 2 e 4 En = 2h 2 n 2 ⎧ α 2Z 2 ⎛ 1 ⎞ 3 ⎫ ⎜ ⎟− ⎬ 1 + n ⎝ J + 1 / 2 ⎠ 4n ⎭ ⎩ (1. 13) α = e2/ħc là hằng số cấu trúc tinh vi, me là khối lượng nguyên tử 31/ 08/2 011 ... 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d10 Mỗi cấu hình trạng thái điện tử chứa bên trong nó một số các trạng thái siêu cấu trúc tuân theo quy luật tương tác spin-quỹ đạo Đối với đa số các nguyên tố nhẹ và trung bình tương tác chủ yếu trong nguyên tử là tương tác giữa các mômen động lượng quỹ đạo với nhau và giữa các mômen động lượng spin với nhau 31/ 08/2 011 26 I .1. 1 Mức năng lượng ∑ r li (1. 14) ∑ r Si (1. 15) r r r J =S+L (1. 16)...Why to deal with lasers? Lasers may be the key part for future power plants (fusion reactors) Lawrence-Livermore Laboratory, USA, National Ingnition Facilty, NOVA laser system tubes contain the laser beams 1 ns pulse duration, 45 kJ/pulse, 10 0 TW peak power 31/ 08/2 011 11 Why to deal with lasers? Lasers are a key part of todays consumer electronics, telecommunication,... least: lasers are cool… 31/ 08/2 011 15 What is a laser? optical resonator optical amplifier in short: a LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) consists of two units: (i) the optical amplifier converts pump energy into "coherent radiation" (ii) the optical resonator provides optical feedback which is mandatory for sustaining optical oscillation 31/ 08/2 011 16 Chương I: photon và nguyên . 2007. Chương 13 , 14 , 15 31/ 08/2 011 4 What is a laser? femto-second TiSa laser Femtosource-200, by Femtosource standing-wave fs-oscillator standing-wave fs-oscillator 31/ 08/2 011 5 What . LASER VÀ ỨNG DỤNG TS. Nguyễn Thanh Phương Bộ môn Quang học và Quang điện tử Mởđầu 31/ 08/2 011 3 Out line 30 lý thuyết + 15 bài tập: Chương I: photon và nguyên tử Chương II: . NO lasers? some devices EMIT laser radiation although they are NO laser 31/ 08/2 011 10 Why to deal with lasers? Lasers are used for medical applications 31/ 08/2 011 11 Why