2. Motivaţia alegerii temei
Scopul lucrării este de a prezenta câteva generalităţi despre laseri
şi o particularizare pentru laserul cu Nd, care are numeroase
aplicaţii.
3. Laserul
Laserul este o prescurtare pentru amplificarea luminii prin
stimularea emisiei de radiaţii. Laserele sunt aparate care amplifică
lumina şi produc raze luminoase coerente, variind între infraroșu şi
ultraviolet. O undă luminoasă este coerentă atunci când undele
sale sau fotonii săi se propagă în etape unele faţă de celelalte.
Lumina laserului poate fi astfel foarte intensă, şi foarte bine
direcţionată, fiind foarte pură in cazul culorii sale(frecventei).
4. Componentele esenţiale ale unui sistem cu laser: :
Mediu activ sau mediu Poartă: Este sistemul în care
inversiunea popula iei i, prin urmare emisia stimulatăț ș
(ac iune laser) este stabilităț .
Mecanismul de pompare: Este mecanismul prin
care inversiunea de popula ie se realizează deț
exemplu, aceasta este metoda pentru ridicarea
atomilor de la un nivel de energie mai mic la un nivel
de energie mai mare pentru a realiza tranzi ia laser.ț
Mediu
activ
Mecanism de
pompare
Rezonator
optic
5. PROPRIETĂŢI ALE RADIAŢIEI LASER
1. Direcţionalitate.
2. Monocromaticitate.
3. Densitate de putere, strălucire.
4. Coerenţa spaţială şi temporală.
6. Principii de operare:
Laserul folosește atomii pentru a emite lumina intr-un mod
coerent. Electronii atomilor aflaţi in mediul laserului sunt întâi
absorbiţi, sau energizaţi, intr-o formă excitată de către o sursa de
energie. Ei sunt apoi”stimulaţi” de către fotonii externi pentru a
emite energie in forma de fotoni, un proces numit emisie
stimulată. Fotonii emiși au o frecvenţă caracteristică atomilor şi se
produc in etape cu fotonii stimulaţi. Acești fotoni în mişcare
acţionează asupra altor atomi pentru a se produce alţi fotoni.
Amplificarea luminii este realizata atunci când fotonii se
deplasează înainte şi înapoi intre două oglinzi paralele, emiţând o
rază stimulată. Lumina laserului intensă, direcţionată si
monocromatica iese în final prin una dintre oglinzi, argintată
parţial.
7. MECANISME DE POMPAJ DIFERITE :
i. Pompare optică: Expunerea la radiațiile electromagnetice de
frecvență υ = (E2-E1) / h obținută din descărcarea în tub bliț
rezultată prin pompare. Este potrivită pentru laseri în stare
solidă.
ii. Descărcare electrică: Inversiunea de populație este stabilită prin
ciocniri inelastice atom-atom. Este potrivită pentru laseri cu gaz
iii. Pompare chimică: Prin reacție chimică adecvată în mediul activ,
populația de pe nivelul excitat creşte comparativ cu cea a
nivelului de bază. Potrivit pentru lasere lichide.
iv. Rezonator optic: O pereche de oglinzi plasate pe fiecare parte a
mediului activ este cunoscută ca rezonator optic. O oglindă este
complet argintată, iar celălaltă este parțial argintată. Raza laser
iese prin oglinda parțial argintată.
8. Tipuri de lasere (bazat pe acțiunea de pompare) :
•Laser cu pompaj optic
•Laser cu pompaj electric
•Bazat pe modul de funcționare
•Lasere cu undă continuă
•Lasere în impulsuri
•Potrivit lungimii lor de undă:
•Regiune vizibilă, Regiune infraroșie, Regiune ultravioletă, regiune cu
microunde, Regiune cu raze X etc,
Potrivit sursei:
•Dye Laser(laser cu colorant organic), Laser cu gaz, lasere chimice,
lasere cu vapori de metal, lasere cu mediu solid, lasere cu
semiconductor și alte tipuri.
9. Nd: YAG Laser (Laser cu izolator dopat) :
Mediu lasing (generarea de lumină coerentă de un laser) :
In majoritatea laserilor cu mediu activ solid
elementele "active" sunt ionii. Aceşti ioni sunt
dispersaţi într-o concentraţie foarte mică fie într-o
reţea cristalină pură, fie sunt inseraţi într-o
matrice amorfă cum este sticla sau plasticul. in
aceasta categorie, se încadrează laserul cu sticla
dopata cu neodim si laserul cu granaţi (YAG)
dopat cu neodim.
Mediul gazdă pentru acest laser este Yttrium
Aluminium granat (YAG = Y3
Al5
O12
) cu 1.5% ioni
trivalenți de neodim (Nd3+
) prezenţi ca impurită iț .
10. Continuare.
Când un ion (Nd3+
) este plasat într-o rețea
cristalină gazdă este supus câmpului electrostatic al
ionilor din jur, așa numitul câmp al cristalului.
Câmpul cristalului modifică probabilitatea de
tranziție între diferitele niveluri de energie ale
ionului de Nd3+
astfel încât unele tranziții, care sunt
interzise ionului liber, devin permise.
12. Lungimea baghetei laserului Nd: YAG variază de la 5
cm la 10 cm, în funcție de puterea laserului și
diametrul său, este în general de 6 la 9 mm.
Tija cu laser și o lampa blitz liniară sunt adăpostite
într-o cavitate reflectoare eliptică
Deoarece tija și lampa se află în focarele elipsei,
lumina emisă de lampă este cuplată în mod eficient la
tijă.
Capetele tijei sunt lustruite și a făcute optic plate și
paralele.
13. Continuare.
•Cavitatea optică este formată fie prin argintarea
celor două capete ale tijei sau prin folosirea a două
oglinzi reflectorizante exterioare.
• O oglindă reflectă sută la sută, în timp ce celălală
oglindă este lăsată să transmită spre ieşire.
• Sistemul este răcit fie cu aer sau de circulaţia apei.
14. DIAGRAMA NIVELULUI DE ENERGIE
Diagrama simplificată a nivelului de energie pentru ionii Nd-YAG care arată
principalele tranziții ale laserului
15. Acest sistem laser are două benzi de absorbţie
(0.73 µm şi 0.8 µm)
Este folosit mecanismul de pompare optică.
Tranziţie laser are loc între două niveluri ale
laserului la 1.06 mm.
16. Caracteristici de ieșire :
Ieșirea laserului este sub formă de impulsuri cu o
frecvenţă de repetiţie mare.
Lămpi cu xenon sunt utilizate pentru ieșire în
impulsuri.
Nd: YAG poate fi utilizat de asemenea în mod CW
(undă continuă), folosind lampă cu incandescenţă cu
halogenuri-tungsten pentru pompare optică.
Se obţin puteri continue de ieșire de peste 1 KW.
17. Notă: Nd: laser cu sticlă :
Sticla actionează ca un material gazdă excelent pentru
neodim.
Ca și în YAG, în sticlă de asemenea, câmpuri electrice
locale modifică nivelul de energie al ionilor Nd3+
.
Având în vedere că lăţimea liniei este mult mai largă în
sticlă decât în YAG pentru ionii Nd3+
, puterea pragului de
pompaj necesare pentru acţiunea laserului este mai mare.
Nd: Lasere cu sticla sunt operate în modul pulsatoriu la
lungimea de undă 1.06 µm
18. Nd:YAG/ Nd: Aplicatii ale laserului cu sticlă :
Aceste lasere sunt folosite în multe aplicaţii știinţifice care
implică generarea de alte lungimi de undă ale luminii.
Importante utilizări industriale ale YAG și lasere de sticlă
au fost în procesarea materialelor, cum ar fi sudura, taierea,
gaurirea.
Deoarece radiaţiile cu lungimea de undă 1,06 µm trece
prin fibra optică fără absorbţie, endoscoapele cu fibră
optică cu laser YAG sunt folosite pentru a trata hemoragii
gastro-intestinale.
20. •Fasciculul YAG pătrunde în cristalin pentru a efectua
proceduri intraoculare.
•Laserele YAG sunt utilizate pentru tratarea
glaucomului prin iridotomia laser. Aceasta este o
procedură care constă în realizarea unui canal de
scurgere prin iris pentru umoarea apoasă (lichidul din
ochi) pentru a facilita eliminarea acesteia.
21. • Laserele YAG sunt utilizate pentru tratarea onicomicozei şi a
verucilor
• Laserele YAG sunt utilizate în serviciile militare la telemetrie și
identificarea țintei.
• Laserele YAG sunt utilizate pentru tratarea cataractei
secundare, tratament care se numeste capsulotomie laser YAG.
22. Concluzie:
Laserul este folosit in diverse domenii, cum ar fi: tehnica,
medicina: dermatologie,in tratarea unor afecţiuni grave ale
pielii, in lupta împotriva cancerului etc., in biologie, in tot
ceea ce implică cercetare. Oftalmologia a fost unul din
principalele câmpuri ale medicinii, şi după mai mult de 25
ani, acesta poate fi folosit de la diagnostic la tratament.
23. Bibliografie:
• Kang, Weekyung; E. R. Bernstein (2005). „Formation of
Yttrium Oxide Clusters Using Pulsed Laser „
• Kiss, Z. J.; Pressley, R. J. (1 octombrie 1966). „Crystalline
solid lasers”. Proceedings of the IEEE. 54. IEEE. pp. 1236–
1248. issn: 0018-9219. Accesat la 16 august 2008.
• Kong, J.; Tang, D. Y.; Zhao, B.; Lu, J.; Ueda, K.; Yagi, H.
and Yanagitani, T. (2005). „9.2-W diode-pumped Yb:Y2O3
ceramic laser”. Applied Physics Letters
• Internetul
