Xem mẫu
- Huỳnh Long BÀI THU HOẠCH
Lớp: Tin_Lý 14 Môn: LTVL 1
Lời Phê
Đi
ểm
Đề: Laser kim loại
Bài Làm
Giới thiệu về laser hơi kim loại
Laser hơi kim loại là loại laser khí có môi trường hoạt tính là hơi kim loại.
Laser hơi kim loại gồm 2 loại: laser notron hơi kim loại (vd: laser hơi đồng, vàng,
…) và laser ion hơi kim loại (vd:laser He-Cd, He-Hg,He-Cd…)
Dưới đây là bảng ví dụ về những laser hơi kim loại:
Laser gain
Operation
Bơm
medium and Applications and notes
wavelength(s)
type
Helium- Printing and typesetting applications,
cadmium 441.563 nm, 325 fluorescence excitation examination
(HeCd) metal- nm (ie. in U.S. paper currency printing),
vapor laser scientific research.
Helium- Phóng điện vào
mercury Rare, scientific research, amateur
hơi kim loại
567 nm, 615 nm
(HeHg) metal- trộn lẫn với khí laser construction.
vapor laser đệm là Helium
Helium- up to 24
selenium wavelengths Rare, scientific research, amateur
(HeSe) metal- between red and laser construction.
vapor laser UV
Copper vapor Dermatological uses, high speed
510.6 nm, 578.2 nm
laser photography, pump for dye lasers.
Phóng điện
Gold vapor Rare, dermatological and
627 nm
laser photodynamic therapy uses.
- Nx: bước sóng phát ra nằm trong vùng nhìn thấy hoặc gần vùng nhìn thấy.
Cơ chế tạo mật độ đảo lộn của laser hơi kim loại.
Cơ chế tạo mật độ đảo lộn trong laser khí
- Trong laser khí bơm chủ yếu được thực hiện bằng dòng phóng điện khí, đ ược
thực hiên chủ yếu bằng một trong hai quá trình sau đây:
+ Khí đơn chất: nguyên tử chỉ có thể được kích thích bằng va chạm điện tử,
+ A → A* + e
tức là bằng quá trình:
Trong đó A: nguyên tử ở trạng thái cơ bản
A* : và trạng thái kích thích tương ứng.
+ Quá trình trên được gọi là quá trình va chạm không đàn hồi loại 1
- Trong trường hơp khí gồm 2 thành phần thì kích thích nguyên tử chủ yếu bằng
va chạm không đàn hồi loại 2 giữa các hạt khí A + B* → A* + B + ∆ E
Trong đó A, B: nguyên tử ở ttrạng thái cơ bản
A*,B*: nguyên tử ở trạng thái kích thích.
- Khi va chạm, năng lượng kích thích của nguyên tử B * sẽ được truyền sang
nguyên tử A, làm nguyên tử A từ trạng thái cơ bản sẽ chuyển lên trạng thái kích thích
A*.
- - Trong phần lớn laser hơi kim loại, bơm được thực hiên bằng quá trình chuyển
điện tích M + B+ →(M+)* + B + ∆ E
Tức là: nguyên tử M ở trạng thái cơ bản khi va chạm với ion của nguyên tử B +
sẽ truyền điện tích cho ion nguyên tử B+ chuyển thành ion (M+)* ở trạng thái kích thích,
và ion B+ trở thành nguyên tử B và chuyển về trạng thái cơ bản. (∆ E: biến đổi nội năng
của hệ.)
- Ion hoá Penning : M + Bm → (M+)* + B +
Tức là: ion Bm ở trạng thái siêu bền va chạm với nguyên tử M sẽ làm ion hoá
nguyên tử M làm cho nguyên tử M mất e trở thành ion ở trạng thái kích thích, và B m trở
về nguyên tử ở trạng thái cơ bản.
- Quá trình ion hoá Penning chỉ xảy ra trong trường hợp " năng lượng kích thích
của nguyên tử Bm lớn hơn hay bằng năng lượng ion hoá nguyên tử M.
Ví dụ: khảo sát sơ đồ mức năng lượng của laser hơi kim loại He-Se
Ta thấy: năng lượng mức laser trên của ion Se+ khoảng 25eV, lớn hơn năng
lượng của các mức siêu bền của He (24,58eV)
⇒ để tạo tích tụ laser trên chỉ có thể thực hiện bằng chuyển điện tích.
- Ví dụ: khảo sát sơ đồ mức năng lượng của laser hơi kim loại He-Cd
Ta thấy : mức năng lượng của He* cao hơn các mức năng lượng kích thích của
ion Cd+
⇒ Bơm trong laser He-Cd chủ yếu bằng va chạm ion hoá penning.
He* + Cd → He + Cd+ + e-
Laser He-Cd
Giới thiệu.
Laser He-Cd là loại laser được sử dụng khá phổ biến trong họ laser ion hơi kim
loại. Được Silfvast phát hiện ra đầu tiên vào năm 1966.
Công suất phát ra của laser He-Cd khá lớn 150mW ở bước sóng 441,6nm (Xanh) ;
50mW ở vạch 325nm (UV); thời gian hoạt động của laser lên tới 6000-10000 giờ.
Laser He-Cd được quan tâm nhiều là do bước sóng phát ra và hiệu suất cao của
nó.
- Dịch chuyển năng lượng.
Sự ion hoá Penning sẽ sinh ra ion Cd ở trạng thái kích thích.
He+ + Cd → He + (Cd+)*
Ta có thể hiểu quá trình này gồm 2 bước như sau:
e- + Cd → Cd+ + 2e- (e va chạm với nguyên tử Cd làm ion hoá nguyên tử Cd)
Sau đó e- + Cd+ → (Cd+)* + e-
Từ trạng thái siêu bền 21S và 23S của He có thể ion hoá và kích thích Cd lên các
mức 2D3/2 và 2D5/2 hoặc mức 2P3/2 và 2P1/2 . Vì thời gian sống ở mức D rất lớn (100ns) so
với mức P (1ns). Vì vậy dể dàng mật độ đảo lộn giữa các mức D và P.
Sự dịch chuyển của e các ion Cd từ các mức D về các mức P làm phát ra các bức
xạ laser có bước sóng 441,6nm (xanh) và 325nm (UV)
Cấu tạo laser He-Cd
- Buồng chứa Cd được nung nóng (hơi Cd) được đặt ở anôt, đầu cuối của ống
phóng laser. Một bẩy hơi KL được đặt ở xa catot để ngăn hơi kim loại đọng lên cưa sổ
brewster or gương.
Phóng điện để tạo môi trường nghịch đảo nồng độ đuợc thực hiện ở ống (bore)
Ứng dụng: Chính vì ánh sáng phát ra của laser He-Cd (xanh, UV) nên nó đ ược
ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như Chụp ảnh lập thể ,In, Kiểm tra vi chíp, In đá, Phân
tích huỳnh quang ...
Laser hơi đồng (Copper Vapour Laser).
Giới thiệu.
Được phát minh ra đầu tiên do 1 nhóm các nhà khoa học W.T.Walter, N.
Solimene, M.Pitch vào năm 1966.
Ánh sáng laser hơi đồng phát ra có 2 vạch chính 578nm (vàng) và 510nm(xanh ).
Dịch chuyển năng lượng.
- Đối với laser hơi đồng nguời ta bơm bằng cách cho 1 dòng điện có điện thế cao
xuyên qua môi trường hoạt tính, hay ta nói la bơm bằng va chạm điện.
Cu + → (Cu)* + e
Nguyên tử Cu va chạm với các electron nhanh chuyển lên mức laser trên.
Khi mật độ hơi Cu là 1011nguyên tử/cm3 thì laser vẩn chưa hoạt động nguyên
nhân là do thời gian sống của nguyên tử ở mức này rất ngắn, chỉ 10ns, sau đó chúng sẽ
chuyển về trạng thái cơ bản. không tạo được nghịch đảo nồng độ.
Khi ta nâng mật độ nguyên tử lên tới 5.10 13/cm-3 thì lúc này mặc dù thời gian sống
của mỗi nguyên tử là không đổi tuy nhiên vì mật độ khá cao nên thời gian s ống ở mức
laser trên lên tăng lên 10ms, tạo mật độ đảo lộn giữa mức laser trên và mức laser d ưới
(trang thái siêu bền). làm phát laser.
Vậy ta thấy vấn đề đặt ra ở đây là cần phẩi cung cấp cho hệ laser một nhiệt độ
đủ lớn để có thể cung cấp nồng đô nguyên tử ở mức laser trên đủ lớn, trong laser hơi
đồng thì nhiệt độ cần thiết là 15000C.
Và làm thế nào để tăng quá trinh tích thoàt nguyên tử ở mức laser dưới? để giải
quyết vấn đề này người ta cho vào môi trường hoạt tinh 1 lượng khí đệm, cụ thể trong
laser hơi đồng thông thường ngươi ta hay cho vào He hoặc Neon.
Sơ đồ cấu tạo
- Hình a: Ống phóng làm bằng vật liệu có tính chịu nhiệt cao (Gốm) có đường kinh từ
6cm-1-3m.
Một hệ thống chất lỏng làm nguội, một bộ biến điệu hiệu điện thế và một hệ
thống điều khiển khí (điều khiển bằng tay).
Ứng dụng
Do công suất phát của laser khá lớn nên CLV được xem như là 1 ứng cử viên quan
trọng trong việc bơm laser màu. Ngoài ra còn được ứng dụng trong chụp ảnh plash tốc
độ cao, tivi màu màn ảnh rộng, và xử lí vật liệu …
nguon tai.lieu . vn
