Pokročilé praktikum z LT (PPLT) 2012/13, 14.-16.leden, 2013

 

Garant:        Prof. V.Kubeček

Instruktoři:  Ing. M.Jelínek, Ing. M.Němec, Ing.M.Fibrich, Ing. V. Kmetík, Prof. V.Kubeček,

Studenti zapsaní: Batysta František, Cupal Josef, Hubka Zbyněk, Jirka Martin, Slabý Jiří

Studenti vytvoří dvě skupiny A,B

  Skupina A:

                            Skupina  B:

 

Z každé úlohy skupina vypracuje jeden protokol ve  formátu  MS Word v rozsahu 5-10 stran  a pošle Prof. Kubečkovi elektronicky do  31.1.2013

 

 

Úloha 1.

(pracoviště: Bio Praktikum TN230 , Ing. Němec: skup. A pondělí 9–12, skup. B úterý 9–12)

Výbojkou buzený Er:YAG laser generující v oblasti 2,9 um.

Cíl: Seznámit se s činností a měřením parametrů infračerveného laseru.

 

Úloha 2.

(TL Troja, Ing. Kmetík: skup. A středa 9–12, skup. B středa 13.30-16:30)

Charakterizace femtosekundového titan safírového laseru.

Cíl: Seznámit se s principem a základními bloky femtosekundového laserového systému.

 

Úloha 3.

(Lab TN 245, Prof. Kubeček: skup. B středa 9–12, skup. A středa 13.30-16:30)

Diodově buzený Nd:YAG laser s pasivní synchronizací módů pomocí MQW.

Cíl: Seznámit se s návrhem rezonátoru laseru pro režim pasivní synchronizace módů.

 

Úloha 4.

(Lab TN 245, Ing. Jelínek: skup. A úterý 9–12, skup. B pondělí 9–12)

Kvazikontinuální laserová dioda o výkonu 200 W, a stranové čerpáný Nd:YAG laser.

Cíl: Seznámit se s vysokovýkonovou pulzní laserovou diodou určenou pro čerpání neodymových laserů, a principem stranově buzeného Nd:YAG laseru

 

Úloha 5.

(pracoviště Bio Praktikum TN 230, Ing. Němec: skup. A pondělí 13–16, skup. B úterý 13-16)

Přenos záření výbojkou buzeného Er:YAG laseru generující v oblasti 2,9 um pomocí dutých vlnovodů.

Cíl: Seznámit se s principem a funkcí dutých vlnovodů pro přenos infračerveného světelného záření.

 

Úloha 6.

(Lab TN 244, Ing. Němec, Ing.Fibrich: skup. A úterý 13–16, skup. B pondělí 13 -16)

Spektrální a prostorové charakteristiky světelných zdrojů.

Cíl: Seznámit se se základními vlastnostmi a rozdíly nejpoužívanějších viditelných laserů (He-Ne laseru, zeleného ukazovátka a červeného ukazovátka), laserových diod a dalších zdrojů záření.

 

Harmonogram-Přehled

 

Úloha/Den

PO 9-12

PO 13-16

UT 9-12

UT 13-16

ST 9-12

ST 13:30-16:30

1

A

 

B

 

 

 

2

 

 

 

 

A

B

3

 

 

 

 

B

A

4

B

 

A

 

 

 

5

 

A

 

B

 

 

6

 

B

 

A

 

 

 

 

                                                                                                                                     Verze 7.1.2013 VK

 

 

 

 

 

 

POZOR:

Používané lasery jsou  z hlediska bezpečnosti lasery 4. třídy, tzn. že při jejím provozování je třeba nosit předepsané ochranné brýle a dodržovat bezpečnostní předpisy pro práci s lasery 4. třídy.

 

 

 

 

 

 

 

 

Seznam úloh:
Výbojkou buzený Er:YAG laser generující v oblasti 2,94 mm

 

Úloha 1. pro pokročilé praktikum z LT

na KFE, FJFI, ČVUT Praha

 

Instruktor: Ing. Němec

Pracoviště: Bio Praktikum TN230

 

1. Úvod - Er:YAG laserový systém

Er:YAG (Erbium:Yttrium Aluminium Granát) laser patří do skupiny pevnolátkových laserů. Součástí těchto laserů je laserová hlavice, chlazení a zdroj dodávající budící energii. Laserová hlavice se skládá z aktivního prostředí (Er:YAG krystal), xenonové výbojky a otevřeného rezonátoru. Aktivní prostředí a výbojka jsou pro lepší účinnost přenosu budící energie uzavřeny v keramické difusní budící dutině. Otevřený rezonátor tvoří dvě vzhledem k sobě přesně nastavená zrcadla, z nichž jedno je totálně odrazné a druhé (výstupní) má reflektanci < 100% (konkrétně v našem případě pro Er:YAG laseru je REr = 85%).

Er:YAG krystal funguje jako dostatečně intenzivně buzené aktivní prostředí, ve kterém, díky kladné zpětné vazbě zrcadel otevřeného rezonátoru, dochází ke stimulované emisi a zesílení záření. Resonátor určuje základní charakteristické rysy stimulovaného záření – spektrální čáru, časovou a prostorovou koherenci a směrovost záření.

Dominantními vlnovými délkami generovaného záření pro Er:YAG krystal jsou 2,94 mm a 1,56 mm. Obě tyto vlnové délky jsou mimořádně zajímavé pro aplikace. Na vlnové délce 2,94 mm je absorpční maximum vody (absorpční koeficient v tkáni je vyšší, než pro ostatní měřené vlnové délky – hloubka průniku je 2 mm), což je důležité především pro aplikace v medicíně. Vlnová délka 1,56 mm spadá do tzv. „oku bezpečné“ oblasti.

 

Laser pracuje v režimu volné generace, což znamená, že budící energie je dodávána po dlouhou dobu ve srovnání s dobou vyzáření a kvantový systém aktivního prostředí je vybuzován opakovaně. Generovaná délka pulsu je obvykle v rozmezí desítek až stovek mikrosekund, čímž je i špičkový výkon nízký. Dalším významným parametrem je celková výstupní energie a opakovací frekvence.

 


2. Experimentální část

 

Cíl: charakterizace záření Er:YAG laseru.

Pokyny:

1.            nastavte rezonátor laseru na maximální generovanou energii

2.            zjistěte prahovou energie buzení (Eb)p pro režim volné generace

3.            změřte celkovou energetickou charakteristiku Er:YAG laseru

4.            na fotografickém papíru zaznamenejte výstupní profil svazku záření a změřte jeho plochu (S)

5.            pomocí diody a osciloskopu naměřte délku výstupního impulsu (τ)

6.            vyplňte následující tabulku výstupních charakteristických hodnot Er:YAG laserového záření

Maximální výstupní energie E [J]

 

Délka generovaného impulsu τ [sec]

 

Špičkový pulsní výkon P [W]

 

Příčný průřez svazku S [cm2]

 

Hustota energie F [J/cm2]

 

Hustota výkonu W [W/cm2]

 

 

 

Literatura: Vrbová M, Jelínková H., Gavrilov P., Úvod do laserové techniky

Charakterizace femtosekundového titan safírového laseru

 

Úloha 2. pro pokročilé praktikum z LT

na KFE, FJFI, ČVUT Praha

 

Instruktor: Ing.V. Kmetík

Pracoviště: TL Troja, Femtolab

 

1.Úvod - Femtosekundové pulsy

Ultrakrátké laserové pulsy v poslední době dosahují značného rozvoje. Přináší nové možnosti jak do výzkumu plazmatu a jeho interakce s velmi intenzivními elektromagnetickými poli, tak i do oborů jako je fs rentgenografie molekul a tkání. Ultrakrátké pulsy mají ovšem mnoho specifik jak při své generaci, tak při svém šíření a interakci. Podstatou této odlišnosti je přítomnost širokého spektra frekvencí elektromagnetického záření potřebných k vytvoření ultrakrátkých pulsů. Čím širší je spektrum, tím může být teoreticky kratší puls. Ke generaci pulsů je tedy potřeba aktivní materiál se širokým emisním spektrem umožňující zisk pro velké množství modů rezonátoru (Ti:safír, Nd:sklo, barviva). Synchronizace modů (mode-locking) pak umožňuje tyto ziskové mody sladit tak, abychom získali krátký puls. Vysoké intenzity EM pole v pulsech mají za následek samovolné prodlužování pulsů při průchodu v podstatě jakýmkoliv materiálem vlivem projevení nelineárnosti indexu lomu na vlnové délce záření. Navíc, pokud chceme puls energeticky zesílit, vysoké intenzity EM pole mohou poškodit aktivní medium, ve kterém má k zesílení dojít. Tento problém obchází metoda CPA (Chirped Pulse Amplification). Puls je při ní časově roztažen (zhruba o čtyři řády), poté zesílen a nakonec opět komprimován na původní délku.

 

Systém Pulsar

Systém se skládá z oscilátoru, kde jsou generovány ultrakrátké pulsy, dvou zesilovačů (regenerativní a více průchodový), kompresoru a strecheru. Oscilátor tvoří Titan safírový laser generující pulsy o energii kolem 5nJ a délce 20 fs. Střední vlnová délka je 805 nm, šířka spektra cca 40nm. Po průchodu strecherem jsou pulsy roztáhnuty na desítky pikosekund a následně přivedeny do zesilovačů. Zesilovače, čerpané ND:YAG laserem na druhé harmonické (532nm) zesílí pulsy přibližně o šest řádů. Následuje stlačení pulsů v kompresoru a jejich výstup z laserového systému umožňující realizaci experimentů. Parametry celého systému jsou následující:

frekvence 10Hz, energie v pulsu ~ 10mJ, délka pulsů 60fs, hustota výkonu ve fokusu svazku 1016W/cm2.

 

2. Experimentální část

 

Cíl: Seznámení se s fs laserovým systémem PULSAR.

Pokyny:

1.            Seznámení se s laserem a metodou Chirped Pulse Amplification (CPA).

2.            Změřte střední energii výstupního svazku včetně odchylky (Joulemeter Coherent).

3.            Zachyťte příčný profil výstupního svazku (CCD od Dataray + notebook).

4a)    Zaznamenejte spektrum na výstupu laseru (Spektrometr OceanOptics + notebook).

4b)    Pomocí spektrometru změřte též spektrum laserového záření generovaného oscilátorem ve volně běžícím režimu a v režimu synchronizace modů.

5a)    Nalaďte autokorelátor tak, aby generoval druhou harmonickou frekvenci při překryvu rozdělených svazků v BBO krystalu.

5b)    Určete pomocí autokorelátoru délku pulsu (kamera + notebook).

 

Úlohy 4b a 5b jsou volitelné, pokud zbude čas.

 

Literatura: Návod k fs laseru Pulsar, článek o single-shot korelátoru

Diodově buzený Nd:YAG laser s pasivní synchronizací módů pomocí MQW

 

Úloha 3. pro pokročilé praktikum z LT

na KFE, FJFI, ČVUT Praha

 

Instruktor: Prof. Kubeček, Ing. Jelínek

Pracoviště: Lab TN245

 

 

Cíl: Seznámení se s laserem pro generací pikosekundových impulsů metodou pasivní synchronizace módů a měření výstupních charakteristik

 

 

Obr.1. Schéma rezonátoru laseru.

 

Záření laserové diody LD o výkonu 2W generující na vlnové délce 808 nm je pomocí vazební optiky L fokusováno do krystalu Nd:YAG skrz jedno čelo, na němž je napařeno dielektrické zrcadlo M1 o maximální reflektivitě na vlnové délce generace 1064 nm. Lomený rezonátor je dále tvořen zrcadly, M2, M3, M4 a polovodičovým zrcadlem HRMQW, jehož nelineární reflektivita zajišťuje docílení synchronizace módů. Energie z rezonátoru je vyváděna částečně propustným výstupním zrcadlem M3 o reflexi 92 %.

Laserový rezonátor byl navržen pomoci programu Paraxia, podle něhož byly zvoleny vhodné vzdálenosti mezi jednotlivými elementy. Tyto vzdálenosti a úhly dopadu ovlivní rozložení pole v rezonátoru, to znamená rozměr základního příčného modu v jednotlivých místech rezonátoru. Vzdálenosti jsou voleny tak, aby velikost modu v krystalu odpovídala velikosti stopy čerpacího záření a zároveň intensita záření dopadajícího na absorbér převyšovala jeho saturační intensitu. Každý vzorek polovodičového saturovatelného absorbéru vyžaduje pro svou činnost určitou hodnotu hustoty výkonu dopadajícího záření, což lze docílit právě velikostí stopy, respektive vzdáleností zrcadel. Výsledek počítačové simulace udávající příčný rozměr svazku v jednotlivých místech rezonátoru je uveden na obrázku 2. Rozměr svazku na polovodičovém zrcadle HRMQW (M5) je rozhodující pro docílení generace v režimu synchronizace módů. V našem uspořádání je poloměr svazku v krystalu 100 um, na polovodičovém zrcadle 30 um.

Obr. 2: Příčný rozměr svazku (poloměr základního příčného módu) v jednotlivých místech rezonátoru a na zrcadlech.

           

Pro modovou synchronizaci diodově i výbojkově buzených neodymových laserů používáme dva typy polovodičových saturovatelných absorbérů. První struktura je transmisní a je navržena pro použití uvnitř rezonátoru pod Brewsterovým úhlem. Aplikace tohoto absorbéru ve výbojkově čerpaném Nd:YAG laseru, kde vzorek nahradil dříve používané kapalné saturovatelné barvivo pro režim modové synchronizace je námi popsána například v článcích [2] a [3].

Druhá struktura je reflexní a byla použita jako koncové zrcadlo (HRMQW) našeho diodově buzeného laseru. Saturovatelný absorbér je deponován na Braggovské zrcadlo. Tento typ polovodičové struktury byl poprvé navržen U. Keller [4] a byl pojmenován antirezonanční Fabry-Perotův saturovatelný absorbér (AFPSA). Námi použitý absorbér byl vyvinut v "Center for High Technology Materials" na Universitě v Novém Mexiku, Albuquerque, USA, kde se skupinou profesora J.-C. Dielse na uvedené problematice úspěšně spolupracujeme.

Závislost výstupního výkonu laseru na čerpacím výkonu znázorňuje graf na obrázku č. 3. Výkon v každém svazku jsme měřili wattmetrem Molectron přímo za zrcadlem M3 (odrazivost zrcadla byla 96 %). Pro nízké úrovně čerpacího výkonu laser generuje v kontinuálním režimu a od čerpacího výkonu 1000 mW dochází ke generaci ultrakrátkých impulsů.

Časová vzdálenost těchto impulsů odpovídá době dvojnásobného průchodu světelného záření rezonátorem, jak je ilustrováno na obrázku 3b. Časovou diagnostiku výstupního záření lze provádět pomocí fotodiody připojené k osciloskopu. Přesnost měření délky jednotlivých impulsů je omezena analogovou šířkou pásma a vzorkovací frekvencí použitého osciloskopu a dále analogovou šířkou pásma fotodiody. Detaily lze nalézt v [5], případné možnosti zpřesnění zjištěné délky impulsu budou diskutovány v laboratoři.

 

 

Obr.3  Závislost výstupního výkonu laseru v jednom svazku (za zrcadlem M3) na čerpacím výkonu. b - Detail sledu impulsů v režimu kontinuální modové synchronizace

 

Důležitou charakteristikou výstupního svazku je také jeho prostorová struktura, kterou lze zaznamenat prostřednictvím CCD kamery.

 

Pokyny:

1.      Změřte vzdálenosti mezi jednotlivými prvky rezonátoru a nakreslete aktuální schéma.

2.      S využitím příslušného programu (Paraxia, ReZonator, Resonator Design apod.) vypočtěte profil módu TEM00 (viz obr. 2).

3.      Určete, v jakém intervalu vzdáleností HR MQW od zrcadla M4 je rezonátor stabilní.

4.      Změřte výstupní výkon za zrcadlem M3 pro oba svazky v závislosti na budícím proudu diody.

5.      Změřte výstupních výkon za zrcadly M4 a HR MQW (pouze pro maximální čerpání).

6.      Stanovte reflektivity resp. propustností jednotlivých zrcadel.

7.      Odhadněte transmisi a reflexi saturovatelného absorbéru.

8.      Proveďte časovou diagnostiku výstupního záření v optimálně běžícím režimu synchronizace módů s využitím dvou osciloskopů (Tektronix DPO3032 300 MHz, LeCroy SDA9000 9 GHz). Porovnejte naměřené délky impulsů, případně zkuste zpřesnit měření výpočtem.

9.      Vypočtěte hustotu výkonu a energie v krystalu Nd:YAG a MQW s využitím co nejpřesněji určené skutečné délky impulzu.

10.  Zaznamenejte prostorovou strukturu výstupního svazku v optimálně běžícím režimu synchronizace módů.

11.  Zpracujte výsledky do protokolu o rozsahu cca 5 stran, formát Word. doc.

 

 

Literatura:

[1]        A. Dombrovský et al.: Workshop ČVUT, FYZ 041, 2002.

[2]        V.Kubeček et al.: CLEO/Laser 2001 - Conference Digest, s.121, 2001.

[3]        A. Dombrovský et al.: Proceedings of SPIE, Vol.5036, s.113-118, 2002.

[4]        U. Keller: IEEE Journal of selected topics in QE, Vol.2, No.3, 1996.

[5]        M. Jelínek et al.: Single Shot Diagnostics of Quasi-Continuously Pumped Picosecond Lasers Using Fast Photodiode and Digital Oscilloscope, v knize Photodiodes – Communications, Bio-Sensings, Measurements and High-Energy Physics, Intech, 2011.

 

Kvazi-kontinuální laserová dioda o výkonu 200 W pro stranové čerpání Nd:YAG laseru

 

Úloha 4. pro pokročilé praktikum z LT

na KFE, FJFI, ČVUT Praha

 

Instruktor: Ing. Jelínek, Prof. Kubeček,

Pracoviště: Lab TN245

 

Cíl: Seznámení se s vysoko-výkonovou pulzní (kvazi-kontinuální) laserovou diodou určenou pro čerpání neodymových laserů, principem a konstrukcí stranově buzeného Nd:YAG laseru

 

Čerpací laserová dioda

Specifikace laserové diody Jenoptik JOLD-200-QPNN-1L je uvedena v tabulce níže, datasheet konkrétní použité diody s označením CH_ 06729 je uveden na obr. 1. Na obr. 2 je znázorněna prostorová struktura výstupního záření, která byla změřena CCD kamerou WinCamD ve vzdálenosti cca 9 cm od laserové diody. Je patrné, že laserová dioda generuje záření, jehož prostorový profil je přibližně obdélníkový, přičemž ve vertikální ose je jeho průměr 838 mm (na 13,5%), jak je vyznačeno na obrázku. Záření je ve vertikální ose kolimováno mikročočkou a rozměr svazku se ve vertikální ose nemění až do vzdálenosti více než 15 cm. V horizontální ose je velikost svazku na výstupu 1 cm a v této ose je záření značně divergentní.

 

 

 

Operation qcw

Maximum Pulse Length /                         Duty Cycle ≤0.3 ms / ≤10 %

Maximum Optical Output Power                              225 W

Center Wavelength at 25 °C                      808 nm

Center Wavelength Variation at 25°C       5 nm

Typical Spectral Bandwidth (FWHM)      3 nm

Maximum Spectral Bandwidth (FWHM) 5 nm

Typical Operation Current                       180 A

Maximum Operation Current                   240 A

Typical Threshold Current                       15 A

Maximum Operating Voltage                   2.2 V

Typical Fast Axis Divergence FWHM      37°°

Typical Fast Axis Divergence 95 %         63°

Typical Slow Axis Divergence FWHM      9°

Expected Lifetime under qualification      > 1 Gshot

Operation Temperature                            15...30°C

Options on request:                                                 15500524;

fast axis collimation with 180 W

qcw within 0.5° (design 15507126); fast axis (0.5°) and slow axis (4°)

 

 

 

 

 

 

Obr. 1. Specifikace použité laserové diody.

 

 

 

Obr. 2. Prostorová struktura záření generovaného laserovou diodou.

 

Zdroj proudu pro laserovou diodu

Laserová dioda je napájena proudovým zdrojem Ostech, který poskytuje budící proudový impuls s následujícími parametry: frekvence 10 Hz, délka impulsu 100 až 300 ms, proud max. 150 A.

 

Aktivní krystal Nd:YAG

Laserovou diodu s výše uvedeným profilem výstupního záření je vhodné využít ke stranovému čerpání aktivního krystalu ve tvaru kvádru (slab). Při využití aktivního krystalu s vysokým absorpčním koeficientem předpokládáme maximální načerpání krystalu u jeho hrany. Aby byl zajištěn co nejlepší překryv načerpané oblasti se základním módem rezonátoru, je vhodné sestavit uspořádání s tzv. klouzavým odpadem, kdy se mód rezonátoru odráží totálním vnitřním odrazem od načerpané hrany krystalu. Z tohoto důvodu je využíván krystal lichoběžníkového tvaru, jehož čela jsou zkosena pod úhlem 68°, což navíc umožňuje průchod záření v horizontální polarizaci pod Brewsterovým úhlem, a není zapotřebí provádět pokrytí čel krystalu antireflexní vrstvou. Krystal je schematicky znázorněn na obr. 3.

Konstrukce laserového rezonátoru s klouzavým dopadem vyžaduje aktivní materiál s co nejvyšším absorpčním koeficientem. Zajímavým materiálem je zkoumaný Nd:YAG s nadstandardně vysokou úrovní dopace okolo 2,5% (běžná úroveň dopace je do 1 %).

Obr. 3. Schéma a rozměry vzorku Nd:YAG krystalu.

 

 

Laserový rezonátor

Schéma laserového rezonátoru je uvedeno na obr. 4. Rezonátor je tvořen totálně odrazným zrcadlem HR (High Reflectivity) a polopropustným zrcadlem OC (Output Coupler). Pokyny k návrhu jsou uvedeny níže.

 

Obr.4. Schéma Nd:YAG laseru stranově buzeného kvazi-kontinuální výkonovou diodou.

 

 

 

Pokyny:

1.      Prostřednictvím měřiče energie Molectron FieldMaxII proveďte charakterizaci výstupní energie diody v závislosti na budícím proudu.

2.      Ze známé délky impulsu vypočtěte maximální špičkový výkon a porovnejte naměřenou hodnotu s katalogovým listem.

3.      Pomocí spektrometru Ocean Optics změřte závislost vlnové délky při maximálním buzení v závislosti na teplotě diody. Měření proveďte v okolí maximální absorpce Nd:YAG krystalu. Zdůvodněte změnu vlnové délky v závislosti na teplotě.

4.      Porovnejte tvar proudového impulsu (měřeného proudovou sondou) a světelného výstupního impulsu (měřeného fotodiodou).

5.      Nastavte optimální teplotu diody pro čerpání Nd:YAG krystalu.

6.      Nd:YAG krystal umístěte vhodně vzhledem k výstupnímu svazku laserové diody.

7.      Pomocí spektrometru Ocean Optics se pokuste naměřit píky fluorescence v oblasti 900-1100nm.

8.      Pomocí polovodičové fotodiody naměřte relaxační dobu (dobu života) vzorku krystalu Nd:YAG.

9.      Porovnejte naměřenou relaxační dobu s relaxační dobou Nd:YAG krystalu se standardní úrovní dopace ~1 % a pokuste se zdůvodnit případný rozdíl.

10.  Proveďte návrh laserového rezonátoru s využitím příslušného programu (Paraxia, ReZonator, Resonator Design apod.). Uvažujte rovinné výstupní zrcadlo a duté totálně odrazné zrcadlo, přičemž máte na výběr zrcadla o poloměrech křivosti 300, 500 a 1000 mm. Při návrhu a určení polohy Nd:YAG krystalu zohledněte prostorový profil čerpacího svazku z laserové diody, jehož velikost ve vertikální ose by měla odpovídat velikosti základního módu rezonátoru.

11.  Proveďte konstrukci laserového oscilátoru a naměřte výstupní energii v závislosti na čerpání. Z grafu určete konverzní účinnost laserového systému.

12.  Změřte časový průběh výstupního laserového záření současně s průběhem budícího proudu.

13.  Zpracujte výsledky do protokolu o rozsahu cca 5 stran, formát Word. doc

 

Literatura:

[1]        www.jenoptik-dlg.com

[2]        D. Sauder, Opt. Express 14 , 2006, 1079-1085

 

 

POZOR:

Výkonová laserová dioda emituje na vlnové délce 808 nm a je z hlediska bezpečnosti laserem 4. třídy, tzn. že při jejím provozování je třeba nosit předepsané ochranné brýle a dodržovat bezpečnostní předpisy pro práci s lasery 4. třídy.

Přenos záření výbojkou buzeného Er:YAG laseru generující v oblasti 2,94 mm pomocí dutých vlnovodů

 

Úloha 5. pro pokročilé praktikum z LT

na KFE, FJFI, ČVUT Praha

 

Instruktor: Ing. Němec

Pracoviště: Bio Praktikum TN230

 

1. Úvod: přenosový systém – duté vlnovody

Duté vlnovody jsou zařízení, která umožňují realizaci jedné z možných metod přenosu laserového záření od zdroje laseru k objektu interakce, čímž může být tkáň (v medicíně), hmota (v materiálových interakčních procesech) nebo zkoumané vzorky v laboratorním výzkumu. Kromě vlnovodů lze pro přenos využít různých druhů vláken (lišících se většinou materiálem, ze kterých jsou vyrobena) nebo dalších naváděcích prvků, jako jsou zrcadla nebo hranoly tvořící odrazné plochy artikulačních ramen. Přenos pomocí speciálních dutých vlnovodů je využíván zvláště ve střední a vzdálené infračervené oblasti, kde je přenos standardními vlákny z důvodu velkého útlumu procházejícího záření daným vláknem neefektivní.

V posledních několika letech byly vyvinuty nové typy dutých vlnovodů, se kterými byly získány dobré výsledky při přenosu záření blízkého a středního infračerveného pásma. Tyto vlnovody mohou přenášet záření k interakčnímu místu s vysokou hodnotou koeficientu transmise.

 


2. Experimentální část

 

Cíl: charakterizace přenosu záření Er:YAG laseru pomocí dutých vlnovodů.

Úloha navazuje na úlohu 1. výbojkou buzený Er:YAG laser generující v oblasti 2,94 mm

Pokyny:

1.            optimálně nastavte fokusační čočku do svazku záření a nalezněte ohnisko čočky

2.            proměřte stopu svazku ve fokusační rovině pro různé energie

3.            nastavte ochranný protektor a pomocí 10 cm dutého vlnovodu optimalizujte jeho polohu

4.            proměřte přenos rovného a zahnutého 80 cm vlnovodu

5.            vypočtěte maximální hustoty energie a výkonu na vstupu vlnovodu

 

Literatura: H.Jelínková, M.Němec, J.Šulc, P.Černý, M.Miyagi, Y.-W.Shi, Y.Matsuura, Hollow waveguide delivery systems for laser technological application, Progress in Quantum Electronics, Volume 28, Issue 3-4, p.145-164, Elsevier Ltd., 2004

 

 

Měření spektrálních parametrů optických zdrojů

 

Úloha 6. pro pokročilé praktikum z LT

na KFE, FJFI, ČVUT Praha

 

Instruktor: Ing. M. Fibrich, Ing. Němec

Pracoviště: Lab TN244

 

1. Úvod - spektroskopie

Spektroskopie je obor fyziky zaměřený na studium spektra, které vzniká v procesu interakce mezi látkou a elektromagnetickým vlněním. Její význam spočívá v tom, že spektrum každé látky je složeno ze souboru charakteristických spektrálních čar, který studovanou látku jednoznačně určuje.

Prostřednictvím spektroskopie lze studovat kvantové přechody a usuzovat na energetické hladiny atomů, molekul a makroskopických soustav, a tak získat informaci o stavbě a vlastnostech látky.

Spektroskopii lze dělit podle různých hledisek: např a) podle vlnových délek elektromagnetického záření obsažených ve studovaném spektru ji dělíme na radiospektroskopii, submilimetrovou, optickou – pokrývá oblast optických vlnových délek a lze ji dále členit na infračervenou, spektroskopii viditelného záření, ultrafialovou a rentgenovou; b) podle studovaných látek na atomovou, molekulovou; c) podle charakteru spektra na emisní, absorpční, ramanovskou, fluorescenční.

Zařízení pro studium spekter elektromagnetického záření je spektrální přístroj (monochromátor, spektroskop, spektrometr, spektrofotometr). Pro rozklad záření do spektra se používají disperzní elementy - nejčastěji difrakční mřížky a hranoly.

 


2. Experimentální část

 

Cíl: spektrální charakterizace světelných zdrojů.

Pokyny:

1.            seznamte se s měřícími přístroji v laboratoři pevnolátkových laserů (spektrometr, wattmetr)

2.            navrhněte vhodný výběr optických zdrojů – jako He-Ne laser, červené a zelené ukazovátko, zářivkové světlo apod.

3.            proveďte měření spektrálních, časových a energetických charakteristik vámi vybraných zdrojů

 

Literatura: Lasery a moderní optika, Oborová encyklopedie, SNTL, Praha 1994.