Alle boeken

Professioneel

Apps Over Coach Inloggen Begin met lezen

Natuurkunde · Begrippenlijst

Wat is Laserholte?

Ook bekend als: laser

Definitie 23.7 Universitaire natuurkunde — jaar 2 · Hoofdstuk 23 — De laser: gestimuleerde emissie en gaussische bundels

Een laser is een versterkend midden van lengte ℓ\ell tussen twee spiegels (weerkaatsingen R1R_1, R2R_2) op afstand LL van elkaar: een fabry-pérotholte (Hoofdstuk 21). Eén spiegel, de uitkoppelspiegel, laat gedeeltelijk door (T2=1−R2T_2 = 1 - R_2 van enkele procenten) en laat de bundel naar buiten. Licht dat de holte rondgaat, wordt tweemaal door het midden versterkt en verzwakt door de spiegels en door de overige verliezen (verstrooiing, absorptie, buiging).

De versterkingskromme van het midden (breedte ), de drempel die door de verliezen wordt gesteld, en de kam van holtemodes op afstand c/2L: alleen de modes onder de kromme en boven de drempel (vet) oscilleren.
De versterkingskromme van het midden (breedte Δν\Delta\nu), de drempel die door de verliezen wordt gesteld, en de kam van holtemodes op afstand c/2Lc/2L: alleen de modes onder de kromme en boven de drempel (vet) oscilleren.

Voorbeelden

Voorbeeld 23.11 (De helium-neonlaser)

Een glazen buis van 30 cm30\,\mathrm{cm} lang, boring 1 mm1\,\mathrm{mm}, met helium en neon bij ongeveer een duizendste atmosfeer, doorlopen door een ontlading van enkele milliampères. Elektronen slaan helium aan tot een metastabiel niveau bij 20.6 eV20.6\,\mathrm{eV}, dat zijn energie door botsing overdraagt aan een neonniveau op vrijwel dezelfde hoogte; van daar vervalt neon naar een lager niveau (dat snel leegloopt naar de grondtoestand — vier niveaus) door uit te zenden bij 632.8 nm632.8\,\mathrm{nm}. De kleinsignaalversterking is minuscuul, enkele procenten per doorgang, zodat de spiegels uitmuntend moeten zijn (R1=0.999R_1 = 0.999, R2=0.99R_2 = 0.99) en de buis schoon; de versterkingslijn is dopplerverbreed tot Δν≈1.5 GHz\Delta\nu \approx 1.5\,\mathrm{GHz}, de modes liggen c/2L=500 MHzc/2L = 500\,\mathrm{MHz} uit elkaar, zodat er twee of drie modes tegelijk oscilleren. Uitgang 1 mW1\,\mathrm{mW} voor enkele watt ontlading: rendement 10−410^{-4}; maar een golflengte die tot 10−610^{-6} vastligt en een bundel die door het hele laboratorium 1 mm1\,\mathrm{mm} breed blijft.

Voorbeeld 23.14 (Snijden, lezen, richten)

Een koolstofdioxidelaser van 1 kW1\,\mathrm{kW} bij 10.6 µm10.6\,\text{µ}\mathrm{m}, bundelstraal 10 mm10\,\mathrm{mm}, gebundeld door f=100 mmf = 100\,\mathrm{mm}: w0′=34 µmw_0' = 34\,\text{µ}\mathrm{m}, piekbestralingssterkte 2P/πw0′2=5×1011 W/m22P/\pi w_0'^2 = 5 \times 10^{11}\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2} — staal kookt. Een aanwijzer van 1 mW1\,\mathrm{mW}, w0=0.5 mmw_0 = 0.5\,\mathrm{mm} bij 633 nm633\,\mathrm{nm}: θ=0.4 mrad\theta = 0.4\,\mathrm{mrad}, een vlek van 4 cm4\,\mathrm{cm} op 50 m50\,\mathrm{m}, een bestralingssterkte van 2.5 kW/m22.5\,\mathrm{kW}/\mathrm{m}^{2} aan de uitgang — boven het zonlicht, en daarom mag zelfs een milliwatt nooit een oog binnendringen: de ooglens zou het tot een vlek van 10 µm10\,\text{µ}\mathrm{m} op het netvlies bundelen, bij miljoenen watt per vierkante meter. Een schijflezer bij 650 nm650\,\mathrm{nm} met een lens met numerieke apertuur 0.60.6 bundelt tot ongeveer λ/2NA≈0.5 µm\lambda/2\mathrm{NA} \approx 0.5\,\text{µ}\mathrm{m}, de grootte van een putje.

Lees in het hoofdstuk →