Domande sul laser

Messaggioda Lionel » 05/07/2009, 17:24

Salve, ho una serie di domande da porre:

1) Che differenza c'è tra il Laser e Diodo Laser?
2) A cosa servono i vari livelli nel laser? Cos'è l'inversione di popolazione? (mi interessa il concetto non le formule)
3) E come il laser è legato alle rate equation?

grazie a tutti
Lionel
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Messaggioda giacor86 » 05/07/2009, 21:21

Ciao Lionel

1) Con "azione laser" si intende genericamente la produzione di radiazione elettromagnetica ottenuta per emissione stimolata. Ci sono infiniti modi per realizzarla, e una di queste è utilizzare un diodo, (che usato a questo scopo, prende il nome di diodo laser) opportuunamente costruito e "pompato".

2) i livelli nel laser sono quelli che si sfruttano per far fare transizioni stimolate di emissione, agli elettroni del materiale che si vuol far laserare. solo che con gli stessi fotoni, si può sia far avvenire emissione stimolata che assorbimento fra 2 livelli. Un processo genera fotoni mentre l'altro li mangia. Quindi si deve favorire il processo che li genera. La condizione di inversione popolazione è proprio quella situazione in cui tu sul livello "alto" hai più elettroni rispetto al livello "basso", così hai favorita l'emissione rispetto all'assorbimento. l'inversione la raggiungi con un adeguato pompaggio, meccanismo (ne esistono diversi tipi, a seconda del materiale che usi per fare il laser) che serve a prendere elettroni nel livello basso e portarli al livello alto e quindi mantenere la condizione di inversione di popolazione. Bisogna anche saper scegliere i livelli buoni da utilizzare per ottenere inversioni efficienti. Creare inversione usando solo 2 livelli è impossibile. Di solito i laser sfruttano 3 o 4 livelli diversi.

3) Le rate equations sono 2 equazioni differenziali non lineari accoppiate, che servono a descrivere l'evoluzione temporale dei 2 parametri fondamentali del laser, ossia l'inversione popolazione, e il numero di fotoni. in queste ci sono vari parametri fisici (tempi di decadiemnto stimolato e spontaneo) del materiale e parametri costruttivi, tipo tasso di pompaggio dei livelli.
giacor86
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Messaggioda Lionel » 06/07/2009, 16:08

giacor86 ha scritto:Ciao Lionel

1) Con "azione laser" si intende genericamente la produzione di radiazione elettromagnetica ottenuta per emissione stimolata. Ci sono infiniti modi per realizzarla, e una di queste è utilizzare un diodo, (che usato a questo scopo, prende il nome di diodo laser) opportuunamente costruito e "pompato".

2) i livelli nel laser sono quelli che si sfruttano per far fare transizioni stimolate di emissione, agli elettroni del materiale che si vuol far laserare. solo che con gli stessi fotoni, si può sia far avvenire emissione stimolata che assorbimento fra 2 livelli. Un processo genera fotoni mentre l'altro li mangia. Quindi si deve favorire il processo che li genera. La condizione di inversione popolazione è proprio quella situazione in cui tu sul livello "alto" hai più elettroni rispetto al livello "basso", così hai favorita l'emissione rispetto all'assorbimento. l'inversione la raggiungi con un adeguato pompaggio, meccanismo (ne esistono diversi tipi, a seconda del materiale che usi per fare il laser) che serve a prendere elettroni nel livello basso e portarli al livello alto e quindi mantenere la condizione di inversione di popolazione. Bisogna anche saper scegliere i livelli buoni da utilizzare per ottenere inversioni efficienti. Creare inversione usando solo 2 livelli è impossibile. Di solito i laser sfruttano 3 o 4 livelli diversi.

3) Le rate equations sono 2 equazioni differenziali non lineari accoppiate, che servono a descrivere l'evoluzione temporale dei 2 parametri fondamentali del laser, ossia l'inversione popolazione, e il numero di fotoni. in queste ci sono vari parametri fisici (tempi di decadiemnto stimolato e spontaneo) del materiale e parametri costruttivi, tipo tasso di pompaggio dei livelli.


Grazie. ed il risonatore ottico cos'è? O meglio come è collegato con il laser?
Lionel
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Messaggioda giacor86 » 06/07/2009, 17:40

il risonatore ottico è la "scatola" che contiene il materiale attivo che tu vuoi far laserare. In pratica non sono altro che 2 specchi, di cui uno ha riflettività 100% e l'altro riflettività molto alta (95,98%). E' indispensabile perchè il laser è basato sull'emissione stimolata e quindi bisogna mantenere in cavità dei fotoni che stimolino il decadimento degli elettroni. Diciamo che il meccanismo è un po' tipo a "retroazione positiva", ossia tu generi dei fotoni, questi sbattono contro lo specchio a riflettività massima, tornano tutti indietro, riattraversano il materiale, ed ognuno genera altri fotoni. poi tutti sbattono contro lo specchio a riflettività 95%, quindi il 5% attraversa lo specchio e forma il fascio laser in uscita) e il 95% torna di nuovo nel materiale a generare altri fotoni, e così via. Come detto nell'altro post, è necessario che ci sia un meccanismo di pompaggio per fare in modo da avere sempre il livello superiore pieno di elettroni pronti a decadere. Inoltre il meccanismo di retroazione, ad un certo punto satura (non è che alla fine spari fuori potenza infinita) perchè l'inversione di popolazione non può andare oltre un certo livello.
Si chiama risonatore ottico perchè questa coppia di specchi (o sistema di specchi + complicato, anche qui ci si può sbizzarrire) costituisce una cavità risonante per i fotoni/campo elettromagnetico che quindi può oscillare solo secondo un certo numero di modi normali. A seconda di come la si costruisce, si possono produrre fasci di forma diversa. La forma tipica di un fascio in uscita da un risonatore ottico è di tipo gaussiano, con determinate caratteristiche di direzionalità, di curvatura bla bla. Tutti questi parametri in uscita del laser possono essere regolati modificando il risonatore...

scusa una curiosità, ma coma mai ti interessano queste cose sui laser? Se ti interessano in maniera un po' + approfondita posso fornirti del materiale su cui studiarli bene..
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Messaggioda Lionel » 06/07/2009, 20:03

giacor86 ha scritto:scusa una curiosità, ma coma mai ti interessano queste cose sui laser? Se ti interessano in maniera un po' + approfondita posso fornirti del materiale su cui studiarli bene..


Me li hanno fatti studiare ma in maniera poco approfondita. A livello di definizione. E sinceramente non mi basta sapere l'acrononimo della parola laser, vorrei capirne di più perciò ho pensato che su matematicamente ci sono tante persone da cui c'è molto da imparare....beh se puoi e non ti da fastidio mi farebbe piacere avere un po' di materiale a scopo informativo...:)
Lionel
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Messaggioda giacor86 » 06/07/2009, 20:30

daccordo. a che livello ti interessa? Che scuola / università fai? Su che argomenti vorresti principalmente del materiale?
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Messaggioda Lionel » 06/07/2009, 20:34

giacor86 ha scritto:daccordo. a che livello ti interessa? Che scuola / università fai? Su che argomenti vorresti principalmente del materiale?


Vorrei qualcosa di molto semplice e discorsivo, sul laser, risonatore, pompaggio.
Ingegneria informatica. Tu? Però se lo posso fare vorrei mettere l'esame di optoelettronica nel piano di studi...
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Messaggioda giacor86 » 06/07/2009, 20:36

direi che si continua in pvt :D
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