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
Trang 1Huỳnh Long BÀI THU HOẠCH
Điể m
Lời Phê
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
medium and
type
Operation wavelength(s) Bơm Applications and notes
Helium-cadmium
(HeCd)
metal-vapor laser
441.563 nm, 325
hơi kim loại trộn lẫn với khí đệm
là Helium
Printing and typesetting applications, fluorescence excitation examination (ie in U.S paper currency printing), scientific research
Helium-mercury
(HeHg)
metal-vapor laser
567 nm, 615 nm Rare, scientific research, amateur laser construction.
Helium-selenium
(HeSe)
metal-vapor laser
up to 24 wavelengths between red and UV
Rare, scientific research, amateur laser construction
Copper vapor
laser
510.6 nm, 578.2
Dermatological uses, high speed photography, pump for dye lasers
Trang 2laser 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, được 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, tức là bằng quá trình: + A → A* + e
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
Trang 3- 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 B m 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)
Trang 4⇒ 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
Trang 5 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
Trang 6Buồng 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 được
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 )
Trang 7 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 5.1013/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 sống ở mức laser trên lên tăng lên 10ms, tạo mật độ đảo lộn giữa mức laser trên và mức laser dưới (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
Trang 8Hình 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 …
