Что такое findslide.org?

FindSlide.org - это сайт презентаций, докладов, шаблонов в формате PowerPoint.


Для правообладателей

Обратная связь

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Яндекс.Метрика

Презентация на тему Цель лекций:

Содержание

Цель лекций:Дать представление аудитории о принципах работы лазеров ультракоротких импульсов (УКИ) пикосекундного (~10-11-10-12с) и фемтосекундного (~10-13-10-14с) диапазонов, методах измерения их основных параметров - длительности, интенсивности, спектрального состава, контраста, а также о современных областях применения таких лазеров
Гарнов Сергей ВладимировичИнститут общей физики им. А.М. Прохорова РАН ИОФРАНЛекция №1. Цель лекций:Дать представление аудитории о принципах работы лазеров ультракоротких импульсов (УКИ) пикосекундного Предмет лекций:В рамках курса будут рассмотрены механизмы и способы генерации и усиления Учебные пособия:Основные:1. Херман И., Вильгельми Б. Лазеры сверхкоротких световых импульсов // М.: GOOGLE :«laser» –Результатов: примерно 547 000 000 (0,31 сек.)  (11.02.2015)  Результатов: примерно 622 000 Лазерный термоядерный синтезВ 1962 году Н.Г. Басов и О.Н. Крохин высказывают смелую Charles Hard Townes , MIT, USA, 1/21915 г.р.Николай Геннадиевич Басов , ФИАН, Нобелевская премия по физике 1964 г. Первая публикация о рубиновом лазере:«Stimulated Optical Radiation in Ruby»T. H. MAIMANNature 187, 493 Как излучается свет? Эти радиационные переходы могут быть как спонтанными, так и ЛАЗЕР, от английского сокращения “LASER” –  Light Amplification by Stimulated Emission Оптический резонатор – это устройство, осуществляющее «положительную обратную связь». Оптический (открытый) резонатор Мгновенные изображения быстро протекающих процессов.СВЕРХКОРОТКАЯ ВСПЫШКА СВЕТА – ЛАЗЕРНЫЙ ИМПУЛЬС 10×2 µm2Динамика формирования фемтосекундной лазерной микроплазмы Микроплазма пробоя воздуха. Временная задержка зондирующего импульса 10 пс Как получить короткую вспышку света – короткий лазерный импульс? Длительность вспышки Т Электрооптический затвор. Эффект Керра или Поккельса U(t)Минимальная длительность вырезанного импульса не меньше УКИ - ультракороткий лазерный импульс.Что это такое?х Ультракороткий лазерный импульс.Чем больше число периодов колебаний поля, тем уже спектр импульса.И, Это т.н. «чирпированые» импульсыДругие УКИ. Как сгенерировать ультракороткий лазерный импульс? Моды резонатора Моды резонатора На длине резонатора, укладывается целое число полуволн «светового» поля. Продольные моды резонатора.Гассовы пучки. Поперечные моды резонатора.Мn,m моды. Y1(t)=cos(1*t)Y2(t)=cos(2*t)Синхронизация мод резонатораY1(t) + Y2(t)=???По мере увеличения числа слагаемых мод, фазы которых Синхронизация мод резонатораЕсли фазы слагаемых мод НЕ остаются неизменными, столь регулярной картины Гарнов Сергей ВладимировичИнститут общей физики им. А.М. Прохорова РАН ИОФРАНЛекция №2. Синхронизация мод резонатора.Как синхронизовать моды?http://www.rp-photonics.com/mode_locking.htmlПериод следования «пичков» т.е. УКИ неизменен и равен Синхронизация мод резонатора.Синхронизованные моды.Принцип синхронизации мод состоит во внесении «потерь добротности» в Синхронизация мод резонатора.Активная и пассивная синхронизация.активная синхронизацияпассивная синхронизация Синхронизация мод резонатора.Активная синхронизация.Принцип активной синхронизации мод состоит в преднамеренном т.е. активном Активная синхронизация мод.Акустооптический модулятор.Принцип работы: отклонение светового (лазерного) луча за счет его Активная синхронизация мод.Электрооптический модулятор.U(t)Принцип работы: вывод несфазированного светового потока из резонатора за Синхронизация мод резонатора.Пассивная синхронизация на основе насыщающегося поглотителя.Принцип работы основан на нелинейно-оптическим Синхронизация мод резонатора.Пассивная синхронизация.просветление пассивного затвора Синхронизация мод резонатора.Пассивная синхронизация на основе механизма «Керровской линзы»Принцип работы основан на Что еще необходимо для того чтобы сгенерировать ультракороткий лазерный импульс?АКТИВНАЯ ЛАЗЕРНАЯ СРЕДА
Слайды презентации

Слайд 2 Цель лекций:
Дать представление аудитории о принципах работы лазеров

Цель лекций:Дать представление аудитории о принципах работы лазеров ультракоротких импульсов (УКИ)

ультракоротких импульсов (УКИ) пикосекундного (~10-11-10-12с) и
фемтосекундного (~10-13-10-14с)
диапазонов,


методах измерения их основных параметров - длительности, интенсивности, спектрального состава, контраста,
а также о современных областях применения таких лазеров в физике, технике, биологии и медицине.

Слайд 3 Предмет лекций:
В рамках курса будут рассмотрены механизмы и

Предмет лекций:В рамках курса будут рассмотрены механизмы и способы генерации и

способы генерации и усиления ультракоротких лазерных импульсов пикосекундного и

фемтосекундного диапазона, а также методы измерения и инструментарий используемые для характеризации их основных параметров.
Будут рассмотрены схемы наиболее широко используемых лазеров УКИ и примеры их применения в физике, технике, биологии и медицине.
Лекционный курс будет включать демонстрацию действующих лазерных систем УКИ в лабораториях ИОФРАН.
Вопросы по ходу лекции приветствуются.
Посещение лекций: выбор слушателя.
Проверка полученных знаний: выбор преподавателя.

Слайд 4 Учебные пособия:
Основные:
1. Херман И., Вильгельми Б. Лазеры сверхкоротких

Учебные пособия:Основные:1. Херман И., Вильгельми Б. Лазеры сверхкоротких световых импульсов //

световых импульсов // М.: МИР, 1986, 368 с.
2. Ахманов

С.А., Выслоух В.А., Чиркин А.С. Оптика фемтосекундных лазерных импульсов // М.: Наука, 1988, 312 с.
3. Крюков П.Г. Лазеры ультракоротких импульсов и их применения // М.: Интеллект, 2012, 248 с.
Дополнительные:
1. Звелто O. Принципы лазеров // М.: МИР, 1990, 559 с.
2. Беспалов В. Г., Козлов С. А., Крылов В. Н., Путилин С. Э. Фемтосекундная оптика и фемтотехнологии // Санкт-Петербург: СПбГУ ИТМО, 2010, 234 с. http://window.edu.ru/resource/762/72762/files/itmo512.pdf, http://books.ifmo.ru/book/624/femtosekundnaya_optika_i_femtotehnologii.htm
3. Ким А.В, Рябикин М.Ю., Сергеев А.М. От фемтосекундных к аттосекундным импульсам. – Успехи физических наук, 1999, Т.169, №1, С.85-103.
4. Желтиков А.М. Сверхкороткие импульсы и методы нелинейной оптики. – М.: Физматлит, 2006, 296 с.

Слайд 5 GOOGLE :«laser» –
Результатов: примерно 547 000 000 (0,31 сек.)  (11.02.2015)

GOOGLE :«laser» –Результатов: примерно 547 000 000 (0,31 сек.)  (11.02.2015)  Результатов: примерно 622

 
Результатов: примерно 622 000 000 (05.12.2012)
Результатов: примерно 354 000 000 (30.05.2011)
Результатов:

примерно 145 000 000 (05.05.2010)

Слайд 6 Лазерный термоядерный синтез
В 1962 году Н.Г. Басов и

Лазерный термоядерный синтезВ 1962 году Н.Г. Басов и О.Н. Крохин высказывают

О.Н. Крохин высказывают смелую идею об осуществимости термоядерного синтеза

при нагреве мишени излучением лазера, положив начало новому мощному научно-техническому направлению -- лазерному термоядерному синтезу (ЛТС).

В России, в РФЯЦ-ВНИИЭФ (г.Саров) начато создание установки мегаджоульного уровня УФЛ-2М на длине волны второй гармоники неодима
с длительностью импульса 3 нс.

National Ignition Facility


Слайд 7 Charles Hard Townes , MIT, USA, 1/2
1915 г.р.
Николай

Charles Hard Townes , MIT, USA, 1/21915 г.р.Николай Геннадиевич Басов ,

Геннадиевич Басов , ФИАН, СССР, 1/4
1922- 2001гг.
Александр Михайлович Прохоров

, ФИАН, СССР,1/4
1916-2002 гг.

Основатели лазерной эры.


Слайд 8 Нобелевская премия по физике 1964 г.
"for fundamental

Нобелевская премия по физике 1964 г.

work in the field of quantum electronics, which has

led to the construction of oscillators and amplifiers based on the maser-laser principle"

«за фундаментальные работы в области квантовой электроники, которые привели к созданию излучателей и усилителей на лазерно-мазерном принципе»

construction of : 1) конструирование; проектирование 2) сооружение; постройка 3) строительство;
4) истолкование, объяснение

создание: 1) creation, making developing,


Слайд 10 Первая публикация о рубиновом лазере:
«Stimulated Optical Radiation in

Первая публикация о рубиновом лазере:«Stimulated Optical Radiation in Ruby»T. H. MAIMANNature 187,

Ruby»
T. H. MAIMAN
Nature 187, 493 - 494 (6, August, 1960)


Т. Мэйман - 16 мая, 1960
Hughes Research Laboratories, California, USA

Theodore Harold Maiman, 1927-2007


Слайд 11 Как излучается свет?
Эти радиационные переходы могут быть

Как излучается свет? Эти радиационные переходы могут быть как спонтанными, так

как спонтанными, так и вынужденными –«стимулированными» самими световыми квантами.


h = E1-E0

Фотон, «рожденный» в результате такого вынужденного перехода – является копией фотона, стимулировавшего этот переход.
Количество квантов увеличилось вдвое – произошло усиление света в результате вынужденного излучения.
Этот процесс лежит в основе принципа действия лазеров.

E1 >E0


Слайд 12 ЛАЗЕР, от английского сокращения “LASER” – Light Amplification

ЛАЗЕР, от английского сокращения “LASER” – Light Amplification by Stimulated Emission

by Stimulated Emission of Radiation: “Усиление Света за счет Вынужденного

Испускания Излучения”

Что нужно для эффективного вынужденного усиления света?

1. Выбрать подходящую физическую систему – «лазерную среду» (газы; растворы органических и неорганических соединений; кристаллы с внедренными «примесями» и т.п.);
2. Перевести систему в возбужденное состояние;
3. Обеспечить эффективное взаимодействие фотонов с возбужденной лазерной средой.

h = E1-E0

Источник «накачки»: свет; электрический разряд; химическая реакция и т.п.

Такая «трехуровневая» схема была реализована в первом созданном лазере на кристалле рубина (1960г.).


Слайд 13 Оптический резонатор – это устройство, осуществляющее «положительную обратную

Оптический резонатор – это устройство, осуществляющее «положительную обратную связь». Оптический (открытый)

связь». Оптический (открытый) резонатор состоит из двух съюстированных зеркал,

одно из которых полупрозрачное.

Отразившись от зеркала, фотоны возвращаются в активную среду и «стимулируют» рождение новых фотонов: между зеркалами движется быстро нарастающая «фотонная лавина» и формируется лазерный луч.

Принципиальная схема лазера. Оптический резонатор.


Слайд 15 Мгновенные изображения быстро протекающих процессов.
СВЕРХКОРОТКАЯ ВСПЫШКА СВЕТА –

Мгновенные изображения быстро протекающих процессов.СВЕРХКОРОТКАЯ ВСПЫШКА СВЕТА – ЛАЗЕРНЫЙ ИМПУЛЬС

ЛАЗЕРНЫЙ ИМПУЛЬС


Слайд 16 10×2 µm2
Динамика формирования фемтосекундной лазерной микроплазмы
Микроплазма пробоя

10×2 µm2Динамика формирования фемтосекундной лазерной микроплазмы Микроплазма пробоя воздуха. Временная задержка зондирующего импульса 10 пс

воздуха. Временная задержка зондирующего импульса 10 пс


Слайд 17 Как получить короткую вспышку света – короткий лазерный

Как получить короткую вспышку света – короткий лазерный импульс? Длительность вспышки

импульс?
Длительность вспышки Т определяется:
1. Временем развития и затухания

плазмы
2. Временем срабатывания ключа –замыкателя
3. Паразитными емкостями и индуктивностями электрической цепи
Т  1 сек-10-6 сек

Длительность вспышки Т определяется временем горения магния : Т10-3 сек


Слайд 18 Электрооптический затвор.
Эффект Керра или Поккельса
U(t)
Минимальная длительность

Электрооптический затвор. Эффект Керра или Поккельса U(t)Минимальная длительность вырезанного импульса не

вырезанного импульса не меньше времени включения/выключения затвора : Т100

пс
(определяется паразитными емкостями и индуктивностями электрической цепи)

Слайд 19 УКИ - ультракороткий лазерный импульс.
Что это такое?
х

УКИ - ультракороткий лазерный импульс.Что это такое?х

Слайд 20 Ультракороткий лазерный импульс.
Чем больше число периодов колебаний поля,

Ультракороткий лазерный импульс.Чем больше число периодов колебаний поля, тем уже спектр

тем уже спектр импульса.
И, наоборот, - чем меньше периодов,

тем спектр импульса шире.

Слайд 21 Это т.н. «чирпированые»
импульсы
Другие УКИ.

Это т.н. «чирпированые» импульсыДругие УКИ.

Слайд 22 Как сгенерировать ультракороткий лазерный импульс?

Как сгенерировать ультракороткий лазерный импульс?

Слайд 23 Моды резонатора

Моды резонатора

Слайд 24 Моды резонатора
На длине резонатора, укладывается целое число

Моды резонатора На длине резонатора, укладывается целое число полуволн «светового» поля.

полуволн «светового» поля.


Слайд 25 Продольные моды резонатора.
Гассовы пучки.

Продольные моды резонатора.Гассовы пучки.

Слайд 26 Поперечные моды резонатора.
Мn,m моды.

Поперечные моды резонатора.Мn,m моды.

Слайд 27 Y1(t)=cos(1*t)
Y2(t)=cos(2*t)
Синхронизация мод резонатора
Y1(t) + Y2(t)=???
По мере увеличения числа

Y1(t)=cos(1*t)Y2(t)=cos(2*t)Синхронизация мод резонатораY1(t) + Y2(t)=???По мере увеличения числа слагаемых мод, фазы

слагаемых мод, фазы которых остаются неизменными, длительность «пичков» сокращается,

а период «пичков» остается неизменным и равным «времени обхода резонатора» : 2L/c.
ДОКАЗАТЬ самостоятельно.

Слайд 28 Синхронизация мод резонатора
Если фазы слагаемых мод НЕ остаются

Синхронизация мод резонатораЕсли фазы слагаемых мод НЕ остаются неизменными, столь регулярной

неизменными, столь регулярной картины не наблюдается!
СЛЕДОВАТЕЛЬНО, нам надо иметь

достаточно много СФАЗИРОВАННЫХ мод.

Слайд 29 Гарнов Сергей Владимирович
Институт общей физики им. А.М. Прохорова

Гарнов Сергей ВладимировичИнститут общей физики им. А.М. Прохорова РАН ИОФРАНЛекция №2.

РАН ИОФРАН
Лекция №2. 12 февраля 2015 г.
Принципы

генерации УКИ. Активная и пассивная синхронизация мод. Акустооптические и электрооптические модуляторы Насыщающиеся оптические среды. Активные среды различных типов лазеров и источники накачки.

ЛАЗЕРЫ УЛЬТРАКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ Механизмы и способы генерации и усиления ультракоротких (пс и фс) лазерных импульсов; методы измерения их основных параметров;практические применения.

КУРС ЛЕКЦИЙ МИФИ 2015


Слайд 30 Синхронизация мод резонатора.
Как синхронизовать моды?
http://www.rp-photonics.com/mode_locking.html
Период следования «пичков» т.е.

Синхронизация мод резонатора.Как синхронизовать моды?http://www.rp-photonics.com/mode_locking.htmlПериод следования «пичков» т.е. УКИ неизменен и

УКИ неизменен и равен времени обхода резонатора

 2L/c.

Самостоятельно промоделировать сложение синусоид с одинаковыми фазами и разными АМПЛИТУДАМИ


Слайд 31 Синхронизация мод резонатора.
Синхронизованные моды.
Принцип синхронизации мод состоит во

Синхронизация мод резонатора.Синхронизованные моды.Принцип синхронизации мод состоит во внесении «потерь добротности»

внесении «потерь добротности» в резонатор с периодичностью равной времени

обхода  2L/c. БОльшую часть времени потери (например, поглощение излучения) д.б. велики для того, чтобы подавить несфазированное лазерное поле внутри резонатора и «пропускать без потерь циркулирующий по резонатору одиночный лазерный импульс.

Слайд 32 Синхронизация мод резонатора.
Активная и пассивная синхронизация.
активная синхронизация
пассивная синхронизация

Синхронизация мод резонатора.Активная и пассивная синхронизация.активная синхронизацияпассивная синхронизация

Слайд 33 Синхронизация мод резонатора.
Активная синхронизация.
Принцип активной синхронизации мод состоит

Синхронизация мод резонатора.Активная синхронизация.Принцип активной синхронизации мод состоит в преднамеренном т.е.

в преднамеренном т.е. активном внесении «потерь добротности» в резонатор

с периодичностью равной времени обхода  2L/c. БОльшую часть времени потери (например, поглощение излучения) д.б. велики для того, чтобы подавить несфазированное лазерное поле внутри резонатора.

потери в резонаторе


Слайд 34 Активная синхронизация мод.
Акустооптический модулятор.
Принцип работы: отклонение светового (лазерного)

Активная синхронизация мод.Акустооптический модулятор.Принцип работы: отклонение светового (лазерного) луча за счет

луча за счет его дифракции ( отклонения) на решетке

показателя преломления (Бреговская дифракция) создаваемой в кристалле кварца, ниобата лития, стекле и т.д. звуковыми (механическими!) колебаниями пьезоэлектрического генератора, к которому прикладывается переменное напряжение в десятки вольт с частотой  равной  c/2L. L=1м, с=3х1010 см/сек,   150 МГц.

Слайд 35 Активная синхронизация мод.
Электрооптический модулятор.
U(t)
Принцип работы: вывод несфазированного светового

Активная синхронизация мод.Электрооптический модулятор.U(t)Принцип работы: вывод несфазированного светового потока из резонатора

потока из резонатора за счет периодического изменения поляризации в

результате электрооптического эффекта в кристалле (ниобата лития, КДП, ДКДП и т.д), к которому прикладывается переменное напряжение в сотни вольт с частотой
 равной  c/2L. L=1м, с=3х1010 см/сек,   150 МГц.

Слайд 36 Синхронизация мод резонатора.
Пассивная синхронизация на основе насыщающегося поглотителя.
Принцип

Синхронизация мод резонатора.Пассивная синхронизация на основе насыщающегося поглотителя.Принцип работы основан на

работы основан на нелинейно-оптическим эффекте «просветления» среды в интенсивном

световом (лазерном) поле за счет опустошения нижнего уровня и заполнения верхнего уровня. В шумовой структуре несфазированных мод в резонаторе могут появляться выбросы поля («пички») с большой интенсивностью достаточной для возникновения такого процесса . НЕОБХОДИМО не только быстрое насыщение поглотителя, но его быстрая релаксация в невозбужденное состояние для предотвращения пропускания сопутствующих низкоинтенсивных шумовых импульсов. Времена релаксации лежат в диапазоне 1 нс -10 пс. Поглотители изготавливаются на основе органических красителей и позволяют генерировать импульсы до нескольких пс.

меньше число фотонов может поглотиться!


Слайд 37 Синхронизация мод резонатора.
Пассивная синхронизация.
просветление пассивного затвора

Синхронизация мод резонатора.Пассивная синхронизация.просветление пассивного затвора

Слайд 38 Синхронизация мод резонатора.
Пассивная синхронизация на основе механизма «Керровской

Синхронизация мод резонатора.Пассивная синхронизация на основе механизма «Керровской линзы»Принцип работы основан

линзы»
Принцип работы основан на нелинейно-оптическим эффекте Керра : увеличения

показателя преломления среды под действием интенсивного лазерного импульса приводящего к самофокусировке лазерного пучка и уменьшению его расходимости. В шумовой структуре несфазированных мод в резонаторе могут появляться выбросы поля («пички») с большой интенсивностью достаточной для возникновения такого процесса. Времена возникновения и релаксации Керровской линзы лежат в диапазоне 1 пс - 10 фс. Это позволяет генерировать импульсы от десятков до нескольких фемтосекунд! При этом, Керровской средой, как правило, служит сама активная среда лазера, в частности кристалл наиболее широко распространенных фемтосекундных Ti-Sa лазеров.

  • Имя файла: tsel-lektsiy.pptx
  • Количество просмотров: 136
  • Количество скачиваний: 0