Light Amplification by Stimulated Emission of

Transkript

1 Düzlem dalga örneği ve holografinin i temel ışık kkanağığ Light Amplification b Stimulated mission of Radiation

2 Zorlamalı ışık salması (emison) Atomlar kendiliğinde soğurma apamazlar. Işık alanı + Temel durum (temel enerji seviesi) Soğurma: uarılmış durum (uarılmış enerji seviesi). Uarılmış bir durumda bulunan atomlar kendiliğinden ışık salabilirler. Uarılmış durum uarılmış durum + ışık alanı Temel e durum u (: mission) temel e durum u (:mission) I h h h h I1 Soğurma ğ (Absorpsion) kendiliğinden zorlamalı Işık salması (mison) instein-katsaıları: B 1 A 1 B 1

3 Lazer Lazer Işığı S1 S L=1 cm, R=95% için L Rezonator uzunluğu L,1m 1 3,344 1 s 8 c,99 1 m / s L,33ns t 6, 6ns c (1 R) (1,95),33ns

4 Lazer Lazer içindeki foton saısı hesap eşitlikleri W N İlk başta lazer elemini gerçekleştiren fotonlar (rezonatör ekseni bounca) dikkate alınırsa 1 N 1 dn dt N Wn 1 zorlamalı mison N Wn W N Kaıplar n t Soğurma kendiliğinden mison 1 N W : kendiliğindenğ W : zorlamalı N 1 n : Dikkate alınan foton saısı W: Geçiş olasılığı N 1 : Temel durumda bulunan atomların saısı N : Uarılmış durumda bulunan atomların saısı t : Lazer içerisinde bulunan bir fotonun aşam süresi

5 Lazer W V 1 D( ) V: Lazer ortamının hacmi : Uarılmış sevienin aşam süresi D()d : +d frekans aralığının birim hacminde bulunan olası duran dalgalar l D( ( ) 8 3 c Örnek Hesaplama: akut lazeri için verilen şu verilere göre W i hesaplaınız V= 6,8 cm 3, = 4, Hz, =, Hz c=, cm/s, = 3, ms W = 1,4 1-1 s -1 Haken Kendiliğinden salınımın lazer olaına katkısı ok. Lazer şartı için n den bağımsız olan W N terimi ihmal edilebilir. Bir sistemin lazer etkinliği gösterebilmesi için fotonların üretilme debisi dan büük olmalıdır: dn dt W ( N N 1) n n t n şartı ise şunu verir:

6 Lazer Şartı N N 1 8 V 3 c t t L (1 R) c Lazer içerisindeki fotonların aşam süresi t mümkün olduğunca uzun olmalı Lazer ortamının hacminin mümkün olduğunca küçük olması gerekir. Yapı ile ilgili kriterler misonun aşam süresi mümkün olduğunca kısa olmalı Mümkün olduğunca üksek enerji sevielerin büük dolum imkanı N -N 1 Frekans de mümkün olduğunca ğ küçük ük olmalı. l Lazer malzemesi ile ilgili kriterler Bunlara ek olarak daha başka faktörler de bir lazerin apılmasında rol onarlar. örneğin.: pompa kanağı, güç kanağı, boutlar Hesaplama örneği: L = 1cm L = 1 cm L = 1 cm Farklı rezonatör uzunlukları ve R = 99%, 3, s, 3, s, 3, s, ansıma eğinlikleri ğ için t ın R = 9%, 3, s, 3, s, 3, s, hesaplanması R = 1%. 3, s, 3, s, 3, s, Haken / Wolf

7 Lazer türleri, enerji şemasına göre İki sevieli lazer sistemi Üç sevieli lazer sistemi Dört sevieli lazer sistemi Pompa Pompa Pompe Pompa 1 1 Işımasız geçiş Işımasız geçiş Lazer-geçişi Lazer-geçişi geçişi Işımasız geçiş Lazer-geçişi Işımasız geçiş

8 Lazer türleri, lazer malzemesine göre (aktif ortam) Atomlardaki elektronik geçişleri i Katıhal lazerleri (z.b. Rubin,Nd-YAG, ) Gaz lazerleri (z.b.argon-ion, Krpton, He-Ne,...) 4 F 1 4 F 4 A

9 Lazer türleri, lazer malzemesine göre (aktif ortam) Moleküllerdeki ki elektronik geçişler cimer Lazer (HeN, XeBr, XeCl, ) Kimasal Lazer (F+H HF * +H, etc.) Renk malzemesi lazerleri (z.b. Rodamin 6G, Stilbene, Pridin,...)

10 Lazer türleri, lazer malzemesine göre (aktif ortam) Moleküllerdeki ki titreşimler i ( Örneğin CO ) Yarı iletkenlerdeki elektronik geçişler Serbest elektron lazerleri Röntgen lazeri Fiber lazerleri Disk lazerleri

11 Lazer ışığı özellikleri Tek renklilik (monokromatiklik) (zamansal Koherentlil), l =c t =c/ Işın özelliği (uzasal Koherentlik) üksek eğinlik çok kısa salmalar (pulslar) üretebilme imkanı

12 KUTUPLANMA Polarizason vektörü her zaman dalganın ilerleme önüne dik olan bir düzlemin içindedir.

13 KUTUPLANMA Işık dalgasının +z önünde ilerlediği kabul edilsin Işık dalgasının z önünde ilerlediği kabul edilsin ˆ ˆ ) ( t z k i ) ( ) ( t z k i t k i e e ) ( ] ˆ ˆ [ t kz i i i e e e ) ( ~ t kz i e ) ( e

14 Çizgisel Kutuplanma Kutuplanma düzlemi

15 Döngüsel Kutuplanma Sağ döngüsel Sol döngüsel

16 Döngüsel-Çizgisel Kutuplanma

17 Kutuplanma

18 Jones Vektörü ve matris öntemi Frekansına sahip z önünde ilerleen bir tek renkli dalga ) ( ) ( ~ ] ˆ ˆ [ t kz i t kz i i i e e e e ile tam olarak betimlenir. ] [ A i i e e ~ ~ ~ A A J Jones Vektörü Yeğinlik: I Polarizason elipsinin biçimini ve önelimini belirler ve Polarizason elipsinin biçimini ve önelimini belirler

19 Çizgisel kutuplanma: Jones Vektörü 1 1 cos sin

20 Dairesel kutuplanma: Jones Vektörü Sol dairesel polarizason P P A A P t= t=t/8 t=t/4 = A = Acos45 = = = Asin45 = A Sağ dairesel polarizason z= da ~ ~ e e it i(t ) Acost Asin Acos(t 1 1 Jones Vektörü + :, Sağ dairesel: i, A Jones Vektörü : sol dairesel: i )

21 Kutuplama Araçları 1. lemeli soğurma ğ ile kutuplama (Çizgisel örgü)

22 Kutuplama Araçları. lemeli ansıtma ile kutuplama (Brewster Açısı)

23 Kutuplama Araçları 3. lemeli kırılma ile kutuplama (Çift kırılma) Kalsitten oluşan bir dikdörtgenler prizması bir satır azının üzerine konulduğunda, bir satır çift satır halinde görünür; bu olaa çift kırılma denir. CaCO 3 Gelen ışın Normal ışın (ordinar beam o ): bir ışık ışını kristal üzeine dik olarak geldiğinde, hiç bir kırılmaa uğramadan oluna devam eden ışındır. ş e o kstra ışın ( etra ordınar beam e ): bir ışık ışını kristal üzeine dik olarak geldiğinde, bu doğrultudan saparak ilerleen ışındır.

24 Kutuplama Araçları 3. lemeli kırılma ile kutuplama (Çift kırılma) Kırılma indisi normal ışın için kalcitte n o = ve eksta ışın için n e = Çift kırılmanın eğinliği bu iki kırılma indisinin farkı ile ifade edilir. n o -n e = = (optik negatif) Her iki ışın kristalde farklı hızlarla aılırlar. Polarizasona etki - ğer çizgisel olarak polarize olmuş ışın kirstale düşerse, çift kırılmış ışınlar birbirlerine dik polarize olmuş iki ışın olurlar. - Her iki ışın farklı hızlarla ilerlediğinden aralarında bir faz farkı oluşur. - Aralarındaki faz farkı 9 o olursa dairesel polarize olmuş ışın elde edilmiş olur.

25 Kutuplama Araçları Polarize olmamış ışığı polarize eden bir çift kıran kristal. Çizgisel polarize ışığı ancak, bu ışın kristal ekseni ile belirli bir açı aparsa geçerir. Örneğin, doğal arışma üzei iice düzeltilmiş uzunca bir Kalkspat köşegensel olarak kesilir ve bir Kitt katmanı ada hava katmanı ile tekrar birleştirilirse Işık ışınının normal ve ekstra die iki arı ışına bölmesi Kristalin sınır üzelerinde normal ışın daha büük kırılmaa uğrar. Kitt (hava) sınırında normal ışın tam ansımaa uğrar ve bölece ışın doğrultusundan ğ d arıştırılır. Bu, Kittlerin i vea havanın normal ışın için i kırılma indisinin Kalkspat kristalinkinden daha küçük olması gerektirir.

26 Kutuplama Araçları 3. lemeli kırılma ile kutuplama (Çift kırılma)

27 Kutuplama Araçları

28 Kutuplama Araçları 4. Saçılma aracılığı ile kutuplama saçıcı

29 4. Saçılma aracılığı ile kutuplama Kutuplama Araçları

30 Kutuplama tkileri Daha fazla bilgi için bkz örn.

31 Dalga geciktiriciler ve eğinlik aarlamal