Lezione 9 Guadagno Amplificazione
Sistema a due livelli 1 2 Francesco Adduci Fisica della Materia
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Guadagno Francesco Adduci Fisica della Materia
Guadagno L’intensità aumenta via via che aumenta il percorso all’interno del mezzo!! L’intensità in uscita è maggiore di quella in entrata: in pratica si ottiene una amplificazione della intensità incidente. Francesco Adduci Fisica della Materia
Inversione di Popolazione Guadagno Si definisce coefficiente di guadagno g Affinché si abbia un aumento di intensità deve essere g>1 e di conseguenza N2>N1 Quando ciò accade si dice che è avvenuta una: Inversione di Popolazione Francesco Adduci Fisica della Materia
Sistemi a due livelli E’ impossibile invertire la popolazione. Non ci sarà mai amplificazione. Francesco Adduci Fisica della Materia
Sistemi a tre livelli 1 2 3 Francesco Adduci Fisica della Materia
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Sistemi a tre livelli Si ha inversione di popolazione solo se: In queste iporesi si ha: Francesco Adduci Fisica della Materia
Esercizio Si consideri un listello di rubino illuminato da un’intensità di pompaggio I1 e da un’intensità I2 i cui fotoni hanno energia pari a E2-E1. Calcolare l’intensità sull’altra faccia Francesco Adduci Fisica della Materia
Microwave Light Amplification by Amplification by Stimulated Storia del Laser Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Francesco Adduci Fisica della Materia
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Storia del Laser 1917 Einstein 1930-1940 Descrizione teorica del processo interazione luce-materia. Emissione stimolata. Teorema di Einstein. Amplificazione della radiazione elettromagnetica in un fascio a elevatissima intensità. 1930-1940 Definizione dei livelli energetici atomici e molecolari Francesco Adduci Fisica della Materia
Storia del Laser Townes ottenne nel 1954 l'inversione di popolazione nell'ammoniaca NH3 raffreddata nell'azoto liquido a 78K, separando fisicamente gli atomi in uno stato energetico superiore adatto ed immettendoli in una cavità risonante, dove amplificavano il segnale esterno che fungeva da innesco per il processo di emissione stimolata. Il segnale amplificato aveva una frequenza di 24GHz e quindi apparteneva alla regione delle microonde. Per questo amplificatore Townes coniò il nome MASER. Francesco Adduci Fisica della Materia
Storia del Laser Francesco Adduci Fisica della Materia
Storia del Laser I MASER sono tuttora utilizzati come amplificatori preliminari in strumenti atti a ricevere segnali estremamente deboli nel campo della radioastronomia e alla ricezione radar. Francesco Adduci Fisica della Materia
Townes e Schawlow Storia del Laser Townes e Schawlow nel 1958 rivisitarono l'apparato teorico della tecnologia maser prendendo in considerazione il fenomeno dell'emissione spontanea, usarono come cavità risonante un interferometro Fabry-Perot. Per l'amplificatore alla frequenze ottiche in fase di studio fu coniato il nome di LASER, Townes e Schawlow Francesco Adduci Fisica della Materia
Storia del Laser Townes e Schawlow non completarono la scoperta del laser, poiché non riuscirono ad individuare né un materiale né l'eventuale modo per eccitarlo al fine di ottenere emissione stimolata alle frequenze ottiche. La scoperta avvenne nel 1960 ad opera di Maiman, il quale utilizzò come mezzo attivo dei cristalli di rubino irradiati dalla luce di una lampada flash allo xenon. Maimann ed il primo Laser Francesco Adduci Fisica della Materia
Storia del Laser Francesco Adduci Fisica della Materia
Storia del Laser Francesco Adduci Fisica della Materia
Storia del Laser PREMI NOBEL RIGUARDANTI IL LASER Francesco Adduci Fisica della Materia
LASER Francesco Adduci Fisica della Materia
Componenti essenziali di un laser Francesco Adduci Fisica della Materia
Componenti essenziali di un laser MEZZI DI ECCITAZIONE (pompaggio ottico, elettrico, chimico, …) MEZZO ATTIVO SPECCHIO RIFLETTENTE 100% SPECCHIO SEMIRIFLETTENTE CAVITA’ Francesco Adduci Fisica della Materia
Mezzo attivo Equilibrio termico: piu’ atomi nello stato fondamentale Atomi sono pompati in stati eccitati per creare inversione di popolazione Si ha una cascata di radiazione quando un fotone emesso ne stimola l’emissione di un altro fotone Francesco Adduci Fisica della Materia
Cavità Francesco Adduci Fisica della Materia
Cavità I0 R1 R2 R1 R2 R1 R2 Francesco Adduci Fisica della Materia
E così via fino a quando la radiazione incidente diventa proprio I0 All’equilibrio si avrà: Francesco Adduci Fisica della Materia
Cavità Posto si ha: Francesco Adduci Fisica della Materia
Cavità Posto Perdita logaritmica interna La condizione di stazionarietà si ottiene quindi: Single pass loss Se R1=1 e R2=0,99 si ha che l’1% fuoriesce dallo specchio e questi fotoni hanno la stessa fase, direzione e verso dell’emissione stimolata Francesco Adduci Fisica della Materia