Fyzikálna stáž pre pokročilých

Praktický kurz fyziky pre pokročilých Pokus 30 Nelineárna optika uskutočnená: 8. januára 2009 1. Predloženie protokolu: 15. januára 2009 2. Predloženie protokolu: 22. januára 2009 Vedúca: Skupina Anke Leitner 732 Kathrin Alpert kathrin.alpert@uni- ulm.de Sascha Hankele [email protected] Podpis Podpis

pokročilých

Obsah 1 Teoretické základy 3 1.1 Laser. 3 1.1.1 Všeobecne. 3 1.1.2 Štruktúra lasera. 3 1.1.3 Vyvolané a spontánne prechody. 4 1.1.4 Generovanie populačnej inverzie na príklade troj- a štvorúrovňového laseru. 5 1.1.5 Model frekvenčnej rovnice pre Nd-YAG laser. 7 1.1.6 Časovo závislé riešenie rýchlostnej rovnice. 8 1.1.7 Časovo závislé riešenie rýchlostnej rovnice. 10 1.2 Optické rezonátory. 11 1.2.1 Typy. 11 1.2.2 Rezonátorové režimy. 12 1.2.3 Stabilita rezonátora. 12 1.2.4 Straty. 13 1.2.5 Priečne režimy. 14 1.3 Polovodičové lasery. 15 1.3.1 Štruktúra a funkcia. 15 1.3.2 Vlastnosti polovodičového lasera. 16 1.4 Nd-YAG laser. 17 1.4.1 Definícia. 17 1.4.2 Fluorescenčné spektrum a absorpčné spektrum. 18 1.5 Nelineárna optika. 19 1.5.1 Nelineárna polarizovateľnosť. 19 1.5.2 Účinky druhého rádu. 20 1.5.3 Nasýtiteľný absorbér. 22 2 Nastavenie experimentu 23 2.1 Popis systému experimentu. 23 2.2 Experimentálne usporiadania. 27 2.2.1 Uvedenie diódového laseru do prevádzky. 27 2.2.2 Stanovenie charakteristickej krivky diódového lasera. 27 2.2.3 Vloženie páčky YAG. 28 2.2.4 Meranie životnosti fluorescencie. 28 2.2.5 Štruktúra Nd-YAG laseru. 28 2.2.6 Zdvojnásobenie frekvencie. 29 1

OBSAH 2 3 Vyhodnotenie experimentu 30 3.1 Meranie polovodičovej diódy. 30 3.1.1 Meranie výkonu a meranie laserového prahu. 30 3.1.2 Stanovenie regresných koeficientov. 32 3.1.3 Meranie vlnovej dĺžky nad prahovou hodnotou laseru. 33 3.1.4 Pracovná čiara pre vlnovú dĺžku. 35 3.1.5 Meranie životnosti fluorescencie. 35 3,2 Nd-YAG laser. 36 3.2.1 Meranie výkonu s konštantným príkonom. 37 3.2.2 Meranie výkonu s konštantnou vlnovou dĺžkou vstupu. 38 3.3 Zdvojnásobenie frekvencie. 38 3.3.1 Meranie vlnovej dĺžky frekvenčne zdvojeného lúča. 38 3.3.2 Meranie výkonu pomocou kryštálu zdvojovača frekvencie. 39 4 Záverečná diskusia 40 A Údaje o meraní 41

Kapitola 1 Teoretické základy 1.1 1.1.1 Všeobecne o laseri Skratka LASER znamená zosilnenie svetla stimulovanou emisiou žiarenia. Lasery produkujú intenzívne, monochromatické, koherentné svetlo, vďaka čomu sú nenahraditeľné v mnohých poliach. Používajú sa v mnohých oblastiach, ako je zábavná elektronika, optická komunikácia, spektroskopia, lekárska technika a mnoho ďalších. Až do vynálezu laseru bolo veľkým problémom generovať koherentné svetlo. Prvýkrát sa T. H. Maimanovi podarilo realizovať laser s viditeľným svetlom v roku 1960. Išlo o rubínový laser, ktorý bol čerpaný zábleskovou lampou. 1.1.2 Štruktúra laseru Obrázok 1.1: Štruktúra laseru 3

KAPITOLA 1. TEORETICKÉ ZÁSADY 22 1.5.3 Nasýtený absorbér Nasýtiteľný absorbér je pasívny optický prepínací prístroj a používa sa na prepínanie Q v laserových rezonátoroch. Skladá sa z materiálu s absorpčným koeficientom, ktorý závisí od intenzity dopadajúceho svetla. Na tento účel napr. roztok farbiva alebo polovodičové zariadenie. Ako to funguje: So zvyšujúcou sa populačnou inverziou v aktívnom médiu sa zvyšuje aj počet fotónov. Po dosiahnutí určitého prahu sa materiál absorbéra stane priepustným pre laserové žiarenie a laser začne kmitať. Po výraznom znížení inverzie sa absorpcia po relaxačnom čase opäť zvýši. Kvalita rezonátora potom klesá späť pod prahovú hodnotu lasera. Pri maximálnej inverzii by sa mala dosiahnuť najlepšia možná intenzita sýtosti. To sa dá dosiahnuť koncentráciou roztoku farbiva. Výsledkom sú krátke laserové impulzy s veľkým výkonom.