Az elektromágneses színkép és egyes tartományai

Átírás

1 Az elektromágneses színkép és egyes tartományai

2 A spektrumtartomány különböző részein készített felvételek Amit az autós lát egy szembejövő jármű fénye mellett Egy Röntgen által készített felvétel A Napról készült röntgenfelvétel Amit egy IR kamera lát Gammasugaras átvilágítással a fémbõl készült fúró szerkezetét is láthatóvá lehet tenni

3 A Tejútrendszerről különböző spektrumtartományban készített felvételek

4 A hőmérsékleti sugárzás

5 Az atomi energianívók Az atomok diszkrét jól meghatározott energiaszintekkel rendelkeznek Energiaközlés a környezettel csak diszkrét energiacsomagokban Energianívók. Ε = E n - E m Ε = hν T = 1/ν E 2 λ = c/ν E 1 Helymeghatározás GPS E 0

6 A másodperc definíciója

7

8 A. Einstein (1917) indukált emisszió bekövetkezési valószínűség ~ B 12 N 1 w A 21 N 2 B 21 N 2 w (B 21 = B 12 A 21 ~ B 21 ν 3 )

9 Évtizedeken keresztül nem érzékeltek erősítést! Az erősítés feltétele: a gerjesztett állapotú részecskék száma legyen nagyobb mint az alapállapotúaké. Ez természetes körülmények között nem fordul elő, ezért gerjeszteni kell! Hogyan: kémiai reakció, elektronütközés, optikai gerjesztés. Ha van erősítés még nincs lézer! Visszacsatolás szükséges, ami az optikában tükörrel lehetséges. A két párhuzamos tükröt rezonátornak nevezzük. Reflecting Tükör surface 2 P f E f E i P i Steady state EM oscillations 1 Reflecting surface Tükör Optikai tengely Cavity axis x R 2 L R 1 Optical cavity resonator 1999 S.O. Kasap, Optoelectronics (Prentice Hall)

10 LightAmplification bystimulatedemission ofradiation LASER: MŰKÖDÉSI ELVET JELENT A lézerek különböznek egymástól: fizikai méret hullámhossz impulzushossz teljesítmény intenzitás

11 A fotonika,, a lézerek skálája atto exa femto peta zeta piko tera 10-9 nano 10 9 giga 10-6 mikro 10 6 mega 10-3 milli 10 3 kilo 10-2 centi 10 2 hekto 10-1 deci 10 1 deka Mindennapi élet

12 A lézerek mérete

13 Nagy Intenzitású Lézer Laboratórium High Intenzity Laser Laboratory (HILL) Excimer lézerrel pumpált rövid impulzusú lézerrendszerek kutatása, fejlesztése 80 mj, 600 fs (100 fs) 248 nm-en Nagy intenzitású lézer-anyag kölcsönhatások vizsgálata VUV és XUV keltése 100 µj, < 500 fs 83 nm-en

14 Kínai Atomenergiai Kutatóintézet Nagyenergiájú Lézer Laboratórium 100 J, 23 ns, 248 nm-en

15 National Ignition Facility

16 Hullámhossz Az első lézerek mézerek voltak Maser: Microwave Amplification by Stimulated Emission Mikrohullámú Infravörös Láltható Ultraibolya Röntgen (1953) (1960) (1980) Ok: A ~ BνB 3

17 Attofizika as s fs s ps s ns 10-9 s µs 10-6 s Femto-kémia Zewail, lézer szem ms 10-3 s 10 0 s ember 10 3 s 10 6 s 10 9 s s gyorsfényképezés s Univerzum s

18 Impulzushossz 10 ps forgási (10-12 s) 1 ps rezgési 100 fs 10 fs PULSED DYE EXCIMER LASERS (10-15 s) 1 fs 100 as elektron Bohr modell T orbit ~ 150 as HHG új fizika (Krausz Ferenc) Idő

19 Teljesítmények (=energia/idő) ember teljesítménye W ló 1 kw (LE) személygépkocsi 100 kw mozdony 3 MW repülőgép anyahajó 300 MW Paks 2 GW 0-24 óra 700 GW 100 fs

20 NOVA lézer; termonukleáris fúzió 1250 TW csúcsteljesítmény

21 Intenzitás [= energia/(felület x idő)] I = E/A t ha az energia egy test nem relativisztikus mozgási energiája 1 2 mv I = 2 A s v = 1 ρv 2 3 gépkocsi I 10 4 W/cm 2 lövedék 10 7 W/cm 2 meteor W/cm 2 fény szoláris állandó 10-3 W/cm 2 napsugárzás lefókuszálva 10 W/cm 2 első lézerek W/cm 2 (nemlineáris optika) lézerek (jelenleg) W/cm 2

22 Short-pulse excimers

23 Új lehetőségek nagy intenzitásokon Lézeres termonukleáris fúzió Vákuum ultraibolya (VUV, nm) és extrém ultraibolya (EUV nm) sugárzás keltése Gyors elektronok által okozott fűtés tanulmányozása Laboratóriumi asztrofizika: sugárzásos lökéshullámok tanulmányozása Attoszekundumos (10-18 s) impulzusok az XUV tartományban. Elektron-dinamika valós idejű vizsgálata Lézeres elektrongyorsítás Ultrarelativisztikus kölcsönhatások: nemlineáris vákuum- polarizáció, e + -e - párkeltés vákuumból

24 Lézerek alkalmazása Anyagmegmunkálás Lézer-szike

25 Precíziós megmunkálás

26 Lézeres látás korrekció LEBENYVÁGÁS LÉZERREL LEBENYVÁGÁS 100 µm EXCIMER LÉZERNYALÁB MEGVÁLTOZOTT TÖRŐERŐ SZARUHÁRTYA SZOBRÁSZAT

27 Kozmetikai alkalmazások permanens szőrtelenítés tetováció eltávolítás

28 Festmények felületén lévő szennyeződések precíziós eltávolítása

29 Optikai kábel Jelenlegi gyártókapacitás 24 millió km/év Átviteli kapacitás 40 GB/s (2000) 14 TB/s (2006) 70 különböző hullámhossz, két különböző polarizáció

30 CD (DVD) lejátszó

31 pásztázó lézernyaláb Vonalkód leolvasó

32 Lézer nyomtató

33 Fotolitográfia: : az integrált áramkörök tömeggyártásának kulcsfontosságú technológiája Optikai leképezés, és a fényforrás (excimer lézer) fejlesztése.

34 Mikroelektronika TRANZISZTOROK SZÁMA MOORE-TÖRVÉNY AZ EGY CHIPEN KIALAKÍTOTT TRANZISZTOROK SZÁMA 2 ÉVENTE MEGDUPLÁZÓDIK MICRO2000 PENTIUM Machrone törvénye: Az a személyi számitógép, amelyet szeretnél megvásárolni mindig 5000$-ba került és fog kerülni ÉV

35 Lézer-vezérelt rakéták

36 LIDAR A radar elvét felhasználó lézeres távérzékelés

37 Lézeres gépjármű sebességmérő

38 Atomok lassítása (hűtése) lézerrel E = hν ν = ν + ν Lézerfény (fotonok) Atomok

39 Az atomenergia felszabadítás lehetőségei Fe 56

40 Deutérium trícium (D T) reakció

41 Lézeres fúziós elrendezések Direkt összenyomás lézerrel Indirekt összenyomás röntgennel Ehhez néhány MJ, 5-10 ns lézerimpulzus kell.

42 A NIF lézer (192 nyaláb 2 MJ) helye

43 NIF kamra Néhány nyalábköteg már működik, első kísérletek folynak. Teljesen között készül el. Európa: LMJ, Franciaország

44 Új módszer: gyors begyújtás Nagy intenzitású ( W/cm 2 ) pikoszekundumos impulzusok által keltett MeV energiájú elektronok felhasználhatók a fúzió beindítására. KrF lézerek alkalmasak gyors begyújtásra!? (Földes István, KFKI RMKI)