JU UNIVERZITET U TUZLI
MAŠINSKI FAKULTET
PROIZVODNO MAŠINSTVO
Predmet: Laserske Tehnologije
SEMINARSKI RAD
PLINSKI LASERI
Student
Profesor
Harsen Kočan II-83/06
SADRŽAJ
1. Laseri – teorijske osnove...............................................................
3
2. Plinski laseri.................................................................................
6
2.1. Podjela plinskih lasera............................................................. 6
2.2. Atomski laseri........................................................................ 9
2.2.1. He-Ne laser (Helium – Neon)......................................... 9
2.3. Ionski laseri......................................................................... 10
2.3.1. Argonski laser............................................................ 10
2.4. Molekularni laseri................................................................. 14
2.4.1. CO
2
laser................................................................... 14
3. Zaštita pri radu sa laserima.......................................................... 21
Zaključak....................................................................................... 23
Literatura...................................................................................... 24
2
Slika 1b. Populacijska inverzija kod lasera sa tri energetska nivoa
Kako ustvari dolazi do laserskog svjetla? Vanjska pobuda dovede do
inverzije naseljenosti u aktivnom mediju. Ovi atomi spontano emitiraju
fotone koji zatim induciraju stimuliranom emisijom dodatne fotone. Neki
od ovih fotona se vraćaju u medij djelovanjem rezonatora i stvaraju lavinu
fotona u istom pravcu. Konačno se stvara ravnotežno stanje u kojemu
veliki broj fotona putuje naprijed-natrag u rezonatorskoj šupljini po osi,
dok mali dio fotona izlazi kroz zrcalo i daje laserski snop.
Laseri su korisni zbog svojih jedinstvanih karakteristika,
monokromatičnosti
,
usmjerenosti
,
velikog sjaja
i
velike
koherencije
.
Pod monokromatičnošću lasera podrazumijevamo da laser emitira
skoro samo jednu talasnu dužinu. Dok je spektralna širina zračenja
dobivena spontanom emisijom s jednog prijelaza reda veličine 10
-12
–10
-10
m, kod laserskog svjetla širina može biti i tek 10
-20
m. Ovakva mala širina
je posljedica činjenice da laserski rezonator može osigurati da skoro sva
svjetlost dolazi stimuliranom emisijom koja potiče od svega nekoliko
početnih, sličnih fotona.
Budući da je skoro sva laserska svjetlost rezultat fotona koji putuju
po pravcu paralelnom s osi rezonatora u osnovi bi laserski snop trebao biti
savršeno kolimiran. Međutim, snop se širi zbog difrakcije jer je
transverzalna dimenzija rezonatora konačna. Tipični kutovi divergencije
laserskog snopa su manji od 1 miliradiana odnosno 0.05
O
.
Spektralni sjaj je optičko svojstvo koje je ujedno mjera
monokromatičnosti i usmjerenosti izvora svjetlosti. Spektralni sjaj je
definiran kao svjetlosna snaga izračena u jedinični prostorni ugao u
4
jedinični valni interval po jediničnoj površini. Možemo usporediti spektralni
sjaj sunca i tipičnog He-Ne lasera. Na tipičnoj vidljivoj talasnoj dužini od
500 nm, spektralni sjaj sunca iznosi 7∙10
12
[W/m
3
rad]. Spektralni sjaj
1mW He-Ne lasera na talasnoj dužini 632,8 nm koji daje snop promjera
0,5 mm iznosi 5∙10
23
[W/m
3
rad], znači 10 milijardi više od sunčevog.
Koherencija se definira kao mjera korelacije faza između različitih
tačaka talasa (slika 2a i slika 2b). Iako je to osobina putujućeg talasa,
koherencija je direktno vezana uz osobine izvora talasa. Slikovito se
koherencija može shvatiti uz pomoć slike dva čepa koji plutaju na površini
vode. Neka je izvor talasa kamen bačen u vodu daleko od čepova. Tada
ćemo imati savršenu korelaciju u gibanju dva čepa. Oni ne moraju biti u
fazi, odnosno jedan se može gibati gore dok drugi ide dolje, ali će
relativna faza između položaja dva čepa u vremenu ostati konstantna.
Ovdje imamo savršenu koherenciju jer je izvor tačkasti. Zamislimo sada
da su izvori talasa kišne kapi koje nasumce padaju na vodu. Talas je u
svakoj točki superpozicija valova nastalih od svih kišnih kapi. Budući da
kišne kapi nasumce pogađaju različita mjesta na vodi u nasumičnim
vremenskim trenucima, ne možemo očekivati da će faza talasa na jednom
mjestu biti korelirana s fazom na drugom mjestu. Čepovi sad skaču gore
dolje bez ikakvog međusobnog odnosa u njihovim gibanjima. U ovom
slučaju izvor talasa je jako nekoherentan.
a) Koherentni svjetlosni talas
b) Nekoherentni svjetlosni talas
Slika 2. Koherencija svjetlosnih talasa
Lasere možemo podjeliti na tri osnovne grupe:
1) Plinski laseri;
2) Čvrsti laseri;
3) Tečni laseri.
Prema načinu rada, lasere možemo podjeliti na kontinuirane i impulsne.
5
Slika 3. Plinska cijev
Slika 4. Shematski prikaz laserske cijevi
Emitirana svjetlost nije polarizirana. Pošto je potrebno imati
linearno polariziranu svjetlost, odstranićemo nepoželjene komponente
polarizacije. Moramo modifikovati lasersku cijev time što ćemo na krajeve
laserske cijevi postaviti prozore pod Brewsterovim uglom, koji će
eliminirati nepoželjene polarizacije i tada kompletna laserska cijev ima
izged kao na slici 5. (Brewsterov ugao je uago kod kojeg važi
tg
B
n
, pri
čemu je n-indeks prelamanja sredine). Brewsterovi prozori koji su
postavljeni na cijev plinskog lasera zadržavaju vertikalnu komponentu
unutar cijevi, pa je prema tome izlazna svjetlost uvjek paralelno
polarizirana.
Slika 5. Modificirana cijev plinskog lasera
7
