|
|||
Инновации и высокие технологии фотоникиИнновации и высокие технологии фотоники общего применения Инновации и высокие технологии фотоники в телекоммуникациях Инновации и высокие технологии фотоники в энергосбережении Инновации и высокие технологии фотоники в обработке и хранении информации Инновации и высокие технологии фотоники в биологии Инновации и высокие технологии фотоники в обработке материалов Инновации и высокие технологии фотоники в медицине Инновации и высокие технологии фотоники в военных применениях Лазер (БСЭ), лазер (Википедия), фотон (Википедия), Laser (Wikipedia), how lasers work, quantum properties of light, lasers (Photonics Encyclopedia), lasers (Colorado Physics), фотоника, photonics, photonics - Фотоника – сравнительно новый термин, обозначающий область науки и техники, связанную с фотонами, источниками излучения, лазерами, взаимодействием лазерного излучения с веществом и т.д. Точного общепринятого определения этого термина на сегодняшний день нет (и по-видимому уже не появится), поэтому термин фотоника иногда трактуется так же широко, как например, электроника с заменой, естественно, электронов на фотоны.
- Накачка – процесс передачи энергии от источника накачки активной среде лазера. Энергия может передаваться с помощью лазерного излучения в случае лазерных источников накачки, с помощью электрического разряда в газах в газовых лазерах и т.д. Накачка переводит активную среду лазера из состояния теплового равновесия в активное состояние с инверсией населенностей (возбуждённое состояние). Накачка может быть непрерывной и импульсной. Наиболее распространенная в настоящее время лазерная накачка – это накачка полупроводниковыми лазерами (лазерными диодами) или твердотельными или волоконными лазерами. Твердотельные и волоконные лазеры также накачиваются лазерными диодами. Накачка лазерных диодов производится, в основном, током, протекающим через р—n-переход лазера. В других случая возбуждение активной среды полупроводникового лазера осуществляется оптическим или электронным пучком. - Титан-сапфировый лазер - твердотельный лазер, активной средой которого является монокристалл сапфира Al2O3 с примесью ионов Ti3 . Этот лазер отличается широким рабочим спектральным диапазоном (690-1100 нм). Титан-сапфировый лазер требует для накачки мощный лазер с длиной волны излучения в зеленой области спектра. В качестве лазера накачки титан-сапфирового может использоваться Nd:VYO4 лазер с удвоением частот (или частоты) генерации. См. также: титан-сапфировый лазер, Ti:Sapphire laser, Titanium-Sapphire Lasers, твердотельные лазеры - Лазер на красителях - жидкостный лазер, активной средой которого является раствор органического красителя. Рабочая спектральная область такого лазера на одном красителе составляет 50-100 нм, а на разных красителях перекрывает весь видимый диапазон спектра. Современная технология исполнения лазеров на красителях позволяет использовать эти лазеры практически как твердотельные, существуют даже комбинированные модели перестраиваемых лазеров, на базе которых реализуется как лазер на красителях, так и титан-сапфировый лазер. См. также: лазер на красителях, Dye laser, Dye Lasers, dye laser
- Одночастотный лазер - лазер, спектр
излучения которого содержит только одну частоту. Ширина линии излучения
такого лазера определяется нестабильностью значения частоты генерации
из-за различных воздействий на резонатор лазера (механических, акустических
и т.д.). Ширина линии излучения одночастотного лазера может быть значительно
(на порядок, два и более) уменьшена с помощью системы стабилизации частоты
генерации лазера. В такой системе стабилизации используется некий спектральный
репер - пик пропускания интерферометра или атомная линия поглощения и т.д.,
к которому "привязывается" частота излучения лазера. Как правило, стабилизация
частоты генерации лазера позволяет уменьшить как кратковременное "дрожание"
частоты, так и её долговременный дрейф. - Одномодовый лазер - лазер, генерирующий на низшей поперечной электромагничной моде (TEMoo) оптического резонатора. Иногда одномодовым лазером называют одночастотный лазер, генерирующий на одной продольной электромагнитной моде резонатора, однако это не совсем корректно. Одночастотный лазер всегда является одномодовым, а одномодовый лазер, генерирующий на одной поперечной моде резонатора, может при этом генерировать на нескольких продольных модах резонатора и являться, соответственно, неодночастотным лазером. Поперечное распределение интенсивности излучения одномодового лазера характеризуется распределением Гаусса.
- Перестраиваемый лазер – лазер, длина волны излучения которого может изменяться в спектральном диапазоне, ширина которого существенно больше ширины линии излучения лазера. Далеко не все лазеры имеют такую возможность. Перестраиваемые лазеры могут быть твердотельными, жидкостными, волоконными, полупроводниковыми, гибридными и т.д. Наибольшие области спектральной перестройки линии излучения имеют твердотельные лазеры: Ti:Sapphire лазер (690-1100 нм), Cr:ZnSe лазер (1970 – 2760 нм), Fe:ZnSe лазер (3950-5050 нм), и жидкостные лазеры: лазер на красителях (400-700 nm). В последние годы в связи с прогрессом в разработке высокоэффективных нелинейных кристаллов альтернативой перестраиваемым лазерам в ряде применений могут быть оптические параметрические генераторы, накачиваемые лазерами с фиксированной длиной волны излучения. Перестройка длины волны излучения такого генератора производится при помощи изменения ориентации или температуры нелинейного кристалла. См. также: Tunable Laser Applications, optical parametric generation and amplification - Селекция длины волны излучения лазера – выделение узкой линии излучения лазера из широкого спектра генерации. С помощью селекции длин волн излучения лазера можно уменьшать ширину линии излучения, а также осуществлять перестройку линии излучения в пределах спектральной полосы усиления активной среды лазера. В широкоперестраиваемых лазерах селекция длины волны излучения производится одним или двумя-тремя спектрально-селективными элементами, отличающимися степенью спектральной селективности. Для начальной спектральной селекции излучения лазера используется наиболее грубый селектор (например, двулучепреломляющий фильтр в непрерывных лазерах или призма / дифракционная решетка в импульсных лазерах), для более тонкой спектральной селекции используются, как правило, эталоны Фабри-Перо. Для плавной (или квазиплавной) перестройки узкой линии излучения перестраиваемого лазера необходимо синхронно перестраивать используемые спектрально-селективные элементы. - Nd:VYO4 лазер - твердотельный лазер на ванадате иттрия (YVO4) с легированием неодимом. Длина волны основного излучения - 1064 нм. В непрерывном режиме эффективная генерация второй гармоники излучения с длиной волны 532 нм достигается при внутрирезонаторном удвоении частоты генерации лазера с помощью нелинейного кристалла. Одночастотная генерация Nd:VYO4 лазера реализуется в кольцевом резонаторе с использованием спектрально-селективного элемента. См. также: Н.В.Кравцов. Твердотельные лазеры с диодной накачкой, мощный непрерывный Nd:VYO4 лазер - Активная и пассивная стабилизация частоты генерации лазера – методы стабилизации, направленные на уменьшение ширины линии излучения лазера и уменьшение спектрального дрейфа линии излучения за продолжительное время. В пассивных методах стабилизация осуществляется выбором для резонатора лазера материалов с низким коэффициентом теплового расширения (инвар, ситалл, кварц и т.д.), виброизоляцией резонатора лазера с помощью материалов, гасящих механические и акустические возмущения (резина, пенопласт, и т.д.). Ширина линии излучения пассивно стабилизированных одночастотных лазеров составляет, как правило, единицы МГц. В системах активной стабилизации частоты генерации лазера используется какой-нибудь частотный репер (пик пропускания интерферометра, атомная или молекулярная линия поглощения и т.д.), к которому с помощью электронной системы ”привязывается” частота лазера. Ширина линии излучения активно стабилизированного одночастотного лазера составляет обычно менее 1 МГц, а в наиболее продвинутых системах может достигать единиц кГц или даже Гц. См. также: лазерные стандарты частоты - Волоконный лазер - лазер, резонатор которого формируется с помощью оптоволокна. Излучение такого лазера полностью или частично генерируется внутри оптоволокна. При полностью волоконной реализации такой лазер называется цельноволоконным, при комбинированном использовании волоконных и других элементов в конструкции лазера он называется гибридным или волоконно-дискретным. В волоконном лазере можно получать как одночастотную генерацию, так и генерацию ультракоротких (фемтосекундных) световых импульсов. См. также: Агравал Г. Нелинейная волоконная оптика; Е.М.Дианов, А.М.Прохоров. Лазеры и волоконная оптика;, волоконные лазеры и волоконная оптика, волоконные лазеры, непрерывные волоконные лазеры, волоконные решетки показателя преломления, how fibre lasers work
- Суперконтинуум - когерентное излучение с ультра-широким спектром. Спектр суперконтинуума может перекрывать одну и более октав оптического спектра (октава спектра - диапазон от длины волны до её удвоенного значения, например от 400 до 800 нм и т.д.). Суперконтинуум генерируется под действием мощных лазерных импульсов или при накачке мощным непрерывным излучением в различных средах, наиболее используемыми из которых для получения суперконтинуума являются специальные оптические волокна. См. также: А.М.Желтиков. Да будет белый свет; Е.М.Дианов, П.Г.Крюков. Генерация суперконтинуума; C.В.Кукарин. Генерация суперконтинуума; supercontinuum generation - Компьютерно-управляемая перестраиваемая лазерная система - система, в которой изменение длины волны излучения лазера в широком спектральном диапазоне производится под управлением компьютера по заданной программе. Длина волны излучения лазера перестраивается с помощью спектрально-селективных элементов, установленных в резонаторе лазера и имеющих электро-механические приводы. Сигналы управления от компьютера подаются через специальный интерфейс на эти приводы. Для контроля длины волны излучения лазера в таких системах обычно используется прецизионный быстродействующий измеритель длин волн излучения. См. также: tunable laser, tunable lasers (book), tunable lasers, компьютерно-управляемая лазерная система - Резонансный удвоитель частоты для непрерывных одночастотных лазеров - удвоитель частоты излучения с помощью нелинейного кристалла, установленного во внешнем высокодобротном оптическом резонаторе. Эффективность генерации второй гармоники таких удвоителей довольно высока для непрерывного излучения и составляет 25-40% при мощности входного излучения 1 Вт. Резонансный удвоитель частоты излучения является чрезвычайно полезным дополнением CW одночастотного лазера, позволяя эффективно преобразовывать его излучение в более коротковолновый спектральный диапазон. См. также: second harmonic generation, frequency doubling - Фемтосекундный лазер - лазер, генерирующий ультракороткие световые импульсы. Как правило, такие импульсы генерируются с высокой частотой повторения в диапазоне 1 МГц - 3 ГГц. Фемтосекундные импульсы длительностью десятки и сотни фемтосекунд могут генерироваться как твердотельными и цельноволоконными лазерами, так и их гибридами - волоконно-дискретными лазерами. В силу относительно высокой пиковой мощности фемтосекундных световых импульсов они достаточно легко спектрально преобразуются методами нелинейной оптики (параметрическая генерация, генерация второй гармоники и т.д.). См. также: лазеры ультракоротких импульсов, оптика сверхкоротких импульсов, оптические стандарты частоты и фемтосекундные лазеры, лазеры сверхкоротких импульсов, фемтосекундные импульсы в нанофотонике, femtosecond lasers, ultrashort pulse, femtosecond laser pulses - Автокоррелятор - прибор для определения длительности ультракоротких (фемтосекундных, пикосекундных) импульсов лазера. Автокоррелятор включает сканируемый интерферометр Майкельсона и нелинейный фотоприемник. Как правило, автокорреляционные функции лазерных импульсов регистрируются и обрабатываются с помощью компьютера. Наиболее совершенные автокорреляторы позволяют определять длительность как фемтосекундных, так и пикосекундных импульсов излучения. См. также: autocorrelators, optical autocorrelation, autocorrelators - Нелинейный кристалл – искусственный, как правило, оптический кристалл, в котором возможно нелинейное преобразование длины волны излучения – генерация второй и третьей гармоник, генерация суммарной и разностной частот. Такое преобразование возможно в силу нелинейного отклика атомного осциллятора на сильное световое поле – ангармоничность атомного осциллятора приводит к появлению поляризации среды, изменяющейся на отличных от падающей волны (или волн) частотах. Перекачка энергии от падающей волны (или волн) к волнам на других частотах (гармоник или волн с суммарной/разностной частотой) наиболее оптимальна тогда, когда равны фазовые скорости взаимодействующих волн. В этом случае говорят о выполнении условия фазового синхронизма. См. также: nonlinear crystal materials, - Оптические телекоммуникации – системы высокоскоростной передачи информации с помощью коротких световых импульсов в оптоволокне. Волоконно-оптические линии являются сегодня самыми совершенными каналами связи для передачи больших потоков информации. Волоконные кабели закапываются в землю, прокладываются по дну океанов, протягиваются вместе с линиями электропередач и т.д. Информация, передаваемая по оптоволокну, слабо чувствительна к внешних помехам, её сложно ”перехватить” из оптоволокна. Источниками излучения в волоконно-оптических линиях служат лазеры (полупроводниковые, волоконные), а для усиления световых импульсов, прошедших большие расстояния (50-100 км), применяются оптические усилители с накачкой от лазеров. - Лазерная резка - технология разрушения материала с помощью сфокусированного пучка мощного лазерного излучения. Такой пучок может локально нагревать материал до температуры плавления или до температуры кипения, при которой материал начинает активно испаряться. Технология лазерной резки позволяет раскраивать листы металла, трубы различного сечения и другие объемные конструкции. Лазерная резка массово применяется в автомобильной промышленности для раскроя металлических заготовок кузовных элементов. Варьируя параметры лазерного излучения можно изменять режим теплового воздействия излучения на вещество и реализовывать другие лазерные технологии обработки материалов, такие как лазерная сварка, лазерная маркировка, лазерная гравировка, лазерная пробивка отверстий, лазерная закалка. - Лазерный телевизор - проекционная оптическая система, в которой цветное изображение формируется с использованием излучений трёх лазеров: красного, синего и зеленого. В связи с прогрессом в миниатюризации лазеров в ближайшем будущем планируется реализация ультракомпактных проекционных лазерных телевизоров даже в сотовых телефонах. См. также: ultra-compact laser projectors
Соросовский образовательный журнал:
- Обзорные и популярные статьи, сборники статей:
Лазерное охлаждение атомов и молекул:
- Области применения лазеров, разрабатываемых в
Лаборатории Лазерных Систем НГУ:
- Дополнительно:
- Популярные лазерные темы:
- On-line книги по лазерам/фотонике:
Твердотельные лазеры и применения / A.Sennaroglu. Solid-state lasers and applications ... >>>
Лазерное Охлаждение и Захват / H.Metcalf, P.Straten. Laser Cooling and Trapping ... >>>
Физика Материалов с Отрицательным Показателем Преломления / Physics of Negative Refraction and Negative Index Materials. Ed. by C.M.Krowne ... >>>
Ультрабыстрая Оптика IV / Ultrafast Optics IV. Ed. by F.Krausz et al. ... >>>
Введение в Волоконную Оптику / J.Crisp, B.Elliott. Introduction To Fiber Optics ... >>>
Энциклопедия по Лазерной Физике и Технологиям / R.Paschotta. Encyclopedia of Laser Physics and Technology ... >>>
Справочник по Лазерным Технологиям и Применениям / Handbook of Laser Technology and Applications, V.III. Ed. by C.Webb, J.Jones ... >>>
Лазерная Безопасность / R.Henderson et al. Laser Safety ... >>>
- Программы для лазерно-оптических расчетов: |