Ruby Laser

download Ruby Laser

of 19

Embed Size (px)

Transcript of Ruby Laser

Ruby laserFrom Wikipedia, the free encyclopedia

Diagram of the first ruby laser. A ruby laser is a solid-state laser that uses a synthetic ruby crystal as its gain medium. The first working laser was a ruby laser made by Theodore H. "Ted" Maiman at Hughes Research Laboratories on May 16, 1960.[1][2] Ruby lasers produce pulses of visible light at a wavelength of 694.3 nm, which is a deep red color. Typical ruby laser pulse lengths are on the order of a millisecond.


1 Design 2 Applications 3 History 4 See also 5 References

[edit] Design

A ruby laser rod. Inset: The view through the rod is crystal clear See also: Laser construction A ruby laser most often consists of a ruby rod that must be pumped with very high energy, usually from a flashtube, to achieve a population inversion. The rod is often placed between two mirrors, forming an optical cavity, which oscillate the light produced by the ruby's fluorescence, causing stimulated emission. Ruby is one of the few solid state lasers that produce light in the visible range of the spectrum, lasing at 694.3 nanometers, in a deep red color, with a very narrow linewidth of 0.53 nm.[3] The ruby laser is a three level solid state laser. The active laser medium (laser gain/amplification medium) is a synthetic ruby rod that is energized through optical pumping, typically by a xenon flashtube. Ruby has very broad and powerful absorption bands in the visual spectrum, at 400 and 550 nm, and a very long fluorescence lifetime of 3 milliseconds. This allows for very high energy pumping, since the pulse duration can be much longer than with other materials. While ruby has a very wide absorption profile, its conversion efficiency is much lower than other mediums.[3] In early examples, the rod's ends had to be polished with great precision, such that the ends of the rod were flat to within a quarter of a wavelength of the output light, and parallel to each other within a few seconds of arc. The finely polished ends of the rod were silvered; one end completely, the other only partially. The rod, with its reflective ends, then acts as a FabryProt etalon (or a Gires-Tournois etalon). Modern lasers often use rods with antireflection coatings, or with the ends cut and polished at Brewster's angle instead. This eliminates the reflections from the ends of the rod. External dielectric mirrors then are used to form the optical cavity. Curved mirrors are typically used to relax the alignment tolerances and to form a stable resonator, often compensating for thermal lensing of the rod.[3][4]

Transmittance of ruby in optical and near-IR spectra. Note the two broad blue and green absorption bands and the narrow absorption band at 694 nm, which is the wavelength of the ruby laser. Ruby also absorbs some of the light at its lasing wavelength. To overcome this absorption, the entire length of the rod needs to be pumped, leaving no shaded areas near the mountings. The active part of the ruby is the dopant, which consists of chromium ions suspended in a sapphire crystal. The dopant often comprises around 0.05% of the crystal, and is responsible for all of the absorption and emission of radiation. Depending on the concentration of the dopant, synthetic ruby usually comes in either pink or red.[3][4]

[edit] ApplicationsOne of the first applications for the ruby laser was in rangefinding. By 1964, ruby lasers with rotating prism q-switches became the standard for military rangefinders, until the introduction of more efficient Nd:YAG rangefinders a decade later. Ruby lasers were used mainly in research.[5] The ruby laser was the first laser used to optically pump tunable dye lasers and is particularly well suited to excite laser dyes emitting in the near infrared.[6] Ruby lasers are rarely used in industry, mainly due to low efficiency and low repetition rates. One of the main industrial uses is drilling holes through diamond.[5] Ruby lasers have declined in use with the discovery of better lasing media. They are still used in a number of applications where short pulses of red light are required. Holographers around the world produce holographic portraits with ruby lasers, in sizes up to a meter square. Because of its high pulsed power and good coherence length, the red 694 nm laser light is preferred to the 532 nm green light of frequency-doubledNd:YAG, which often requires multiple pulses for large holograms.[7] Many non-destructive testing labs use ruby lasers to create holograms of large objects such as aircraft tires to look for weaknesses in the lining. Ruby lasers were used extensively in tattoo and hair removal, but are being replaced by alexandrite and Nd:YAG lasers in this application.

[edit] History

Maiman's original ruby laser The ruby laser was the first laser to be made functional. Built by Theodore Maiman in 1960, the device was created out of the concept of an "optical maser," a maser that could operate in the visual or infrared regions of the spectrum. In 1958, after Charles Townes and Arthur Schawlow published an article in the Physical Review, regarding the idea of optical masers, the race to build a working model began. While attending a conference in 1959, Maiman listened to a speech given by Schawlow, describing the use of ruby as a lasing medium. Schawlow stated that pink ruby, having a lowest energy-state that was too close to the ground-state, would require too much pumping energy for laser operation, suggesting red ruby as a possible alternative. Maiman, having worked with ruby for many years, and having written a paper on ruby fluorescence, felt that Schawlow was being "too pessimistic." His measurements indicated that the lowest energy level of pink ruby could at least be partially depleted by pumping with a very intense light source, and, since ruby was readily available, he decided to try it anyway.[8][9] Also attending the conference was Gordon Gould. Gould suggested that, by pulsing the laser, peak outputs as high as a megawatt could be produced.[10]

Components of original ruby laser As time went on, many scientists began to doubt the usefulness of ruby as a laser medium. Maiman, too, felt his own doubts, but, being a very "single-minded person," he kept working on his project in secret. He searched to find a light source that would be intense enough to pump the rod, and an elliptical pumping cavity of high reflectivity, to direct the energy into the rod. He found his light source when a salesman from General Electric showed him a few xenon flashtubes, claiming that the largest could ignite steel wool if placed near the tube. Maimanrealized that, with such intensity, he did not need such a highly reflective pumping

cavity, and, with the helical lamp, would not need it to have an elliptical shape. Maiman constructed his ruby laser at Hughes Research Laboratories, in Malibu, California.[11] He used a pink ruby rod, measuring 1 cm by 1.5 cm, and, on May 16, 1960, fired the device, producing the first beam of laser light.[12] Theodore Maiman's original ruby laser is still operational.[13] It was demonstrated on May 15, 2010 at a symposium co-hosted in Vancouver, British Columbia by the Dr. Theodore Maiman Memorial Foundation and Simon Fraser University, where Dr. Maiman was Adjunct Professor at the School of Engineering Science. Maiman's original laser was fired at a projector screen in a darkened room. In the center of a white flash (leakage from the xenon flashtube), a red spot was briefly visible. The ruby lasers did not deliver a single pulse, but rather delivered a series of pulses, consisting of a series of irregular spikes within the pulse duration. In 1961, R.W. Hellwarth invented a method of q-switching, to concentrate the output into a single pulse.[14] In 1962, Willard Boyle, working at Bell Labs, produced the first continuous output from a ruby laser. Unlike the usual side-pumping method, the light from a mercury arc lamp was pumped into the end of a very small rod, to achieve the necessary population inversion. The laser did not emit a continuous wave, but rather a continuous train of pulses, giving scientists the opportunity to study the spiked output of ruby.[15] The continuous ruby laser was the first laser to be used in medicine. It was used by Leon Goldman, a pioneer in laser medicine, for treatments such as tattoo removal, scar treatments, and to induce healing. Due to its limits in output power, tunability, and complications in operating and cooling the units, the continuous ruby laser was quickly replaced with more versatile dye, Nd:YAG, and argon lasers.[16]

Ruby laser yang Dari Wikipedia, ensiklopedia bebas Diagram laser ruby pertama. Sebuah laser ruby adalah laser solid-state yang menggunakan kristal batu rubi sintetis sebagai medium gain. Laser kerja pertama adalah laser ruby yang dibuat oleh Theodore H. "Ted" Maiman di Hughes Research Laboratories pada 16 Mei 1960 [1] [2]. Ruby laser menghasilkan pulsa cahaya tampak pada panjang gelombang 694,3 nm, yang adalah warna merah tua. Khas ruby laser pulsa panjang berada di urutan milidetik. Isi [Sembunyikan] 1 Desain 2 Aplikasi

3 Sejarah 4 Lihat juga 5 Referensi [Sunting] Desain Sebuah ruby laser yang batang. Inset: Pandangan melalui batang jernih Lihat juga: konstruksi Laser Sebuah laser ruby paling sering terdiri dari batang ruby yang harus dipompa dengan energi sangat tinggi, biasanya dari flashtube, untuk mencapai inversi populasi. Batang sering ditempatkan di antara dua cermin, membentuk rongga optik, yang berosilasi cahaya yang dihasilkan oleh fluoresensi ruby, menyebabkan emisi terstimulasi. Ruby adalah salah satu dari beberapa negara laser padat yang menghasilkan cahaya dalam kisaran terlihat spektrum, penguat pada 694,3 nanometer, dalam warna merah tua, dengan linewidth sangat sempit 0,53 nm [3]. Laser ruby adalah tiga tingkat laser solid state. Media laser yang aktif (laser keuntungan / amplifikasi media) adalah batang ruby sintetis yang memompa energi melalui optik, biasanya oleh flashtube xenon. Ruby memiliki pita penyerapan yang sangat luas dan kuat dalam spektrum visual, pada 400 dan 550 nm, dan seumur hidup fluoresensi sangat panjang 3 milidetik. Hal ini memungkinkan untuk memompa energi yang sangat tinggi, karena durasi pulsa bisa lebih lama dibandingkan dengan bahan lain. Sementara ruby memiliki profil penyerapan yang sangat luas, efisiensi konversi jauh lebih rendah dibandingkan media lainnya. [3] Pada contoh-contoh awal, ujung batang itu harus dipoles dengan presisi besar, sehingga ujung batang yang datar ke dalam seperempat dari panjang gelombang cahaya output, dan sejajar satu sama lain dalam beberapa detik busur. Ujung-ujung batang dipoles halus itu keperakan; salah satu ujung benar-benar, yang lain hanya sebagian. Batang, dengan ujung reflektif, maka bertindak sebagai Fabry-Perot etalon (atau Gires-tournois etalon). Laser modern sering menggunakan batang dengan coating antireflection, atau dengan ujung dipotong dan dipoles di sudut Brewster sebagai gantinya. Hal ini menghilangkan refleksi dari ujung batang. Cermin dielektrik eksternal maka digunakan untuk membentuk rongga optik. Cermin lengkung yang biasanya digunakan untuk mengendurkan keselarasan dan toleransi untuk membentuk sebuah resonator yang stabil, sering kompensasi untuk lensing termal batang [3] [4]. Transmitansi dari ruby dalam spektrum optik dan dekat-IR. Perhatikan dua band penyerapan biru dan hijau yang luas dan sempit di pita serapan 694 nm, yang merupakan panjang gelombang dari laser ruby. Ruby juga menyerap beberapa cahaya pada panjang gelombang penguat nya. Untuk mengatasi penyerapan ini, seluruh panjang batang perlu dipompa, tanpa meninggalkan daerah yang diarsir dekat mounting. Bagian aktif dari ruby adalah dopan, yang terdiri dari ion kromium disuspensikan dalam kristal safir. Dopan sering terdiri dari sekitar 0,05% dari kristal, dan bertanggung jawab untuk semua penyerapan dan emisi radiasi. Tergantung pada konsentrasi dopan yang, ruby sintetis biasanya datang dalam baik merah muda atau merah [3] [4]. [Sunting] Aplikasi Salah satu aplikasi pertama untuk laser ruby di rangefinding. Pada tahun 1964, ruby laser dengan

memutar prisma q-switch menjadi standar untuk pengukur jarak militer, sampai pengenalan lebih efisien Nd: YAG pengukur jarak satu dekade kemudian. Ruby laser yang digunakan terutama dalam penelitian [5]. Laser ruby adalah laser pertama kali digunakan untuk pompa laser optik pewarna merdu dan sangat cocok untuk merangsang pewarna laser yang memancarkan di dekat inframerah [6] Ruby. Laser yang jarang digunakan dalam industri , terutama karena efisiensi yang rendah dan tingkat pengulangan rendah. Salah satu kegunaan industri utama adalah pengeboran lubang melalui berlian. [5] Ruby laser telah menurun dalam digunakan dengan penemuan media penguat yang lebih baik. Mereka masih digunakan di sejumlah aplikasi di mana pulsa pendek cahaya merah yang diperlukan. Holographers di seluruh dunia menghasilkan potret holografik dengan laser ruby, dalam ukuran sampai ke meter persegi. Karena daya tinggi berdenyut dan panjang koherensi yang baik, 694 nm sinar laser merah lebih disukai untuk lampu hijau 532 nm dari frekuensi-dua kali lipat Nd:. YAG, yang sering membutuhkan pulsa ganda untuk hologram besar [7] Banyak non-destruktif pengujian laboratorium menggunakan laser ruby untuk membuat hologram dari benda-benda besar seperti ban pesawat untuk mencari kelemahan dalam lapisan. Ruby laser digunakan secara luas di tato dan hair removal, tetapi digantikan oleh Alexandrite dan Nd: YAG laser dalam aplikasi ini. [Sunting] Sejarah Maiman yang asli ruby laser. Maiman yang asli ruby laser yang Ruby laser adalah laser pertama harus dibuat fungsional. Dibangun oleh Theodore Maiman pada tahun 1960, perangkat diciptakan dari konsep dari "maser optik," sebuah maser yang bisa beroperasi di daerah visual atau inframerah dari spektrum. Pada tahun 1958, setelah Charles Townes dan Arthur Schawlow mempublikasikan sebuah artikel di Physical Review, mengenai gagasan Maser optik, lomba untuk membangun sebuah model kerja dimulai. Sementara menghadiri sebuah konferensi di 1959, Maiman mendengarkan pidato yang diberikan oleh Schawlow, menggambarkan penggunaan delima sebagai media penguat. Schawlow menyatakan bahwa ruby merah muda, memiliki energi terendah-negara yang terlalu dekat dengan keadaan dasar-, akan membutuhkan terlalu banyak memompa energi untuk operasi laser, menunjukkan ruby merah sebagai alternatif yang mungkin. Maiman, pernah bekerja dengan ruby untuk bertahun-tahun, dan setelah menulis sebuah makalah tentang ruby fluoresensi, merasa bahwa Schawlow sedang "terlalu pesimis." Pengukuran-Nya menunjukkan bahwa tingkat energi terendah pink ruby setidaknya bisa sebagian habis dengan cara memompa dengan sumber cahaya yang sangat intens, dan, karena ruby sudah tersedia, ia memutuskan untuk mencoba tetap. [8] [9] Juga menghadiri konferensi itu Gordon Gould. Gould menyatakan bahwa, oleh berdenyut laser, puncak output setinggi megawatt dapat diproduksi. [10] Komponen laser ruby asli. Komponen laser ruby asli Seiring berjalannya waktu, banyak ilmuwan mulai meragukan kegunaan delima sebagai media laser. Maiman, juga merasa keraguan sendiri, namun, menjadi sangat "berpikiran tunggal-orang,"

terus dia bekerja pada proyek di rahasia. Ia dicari untuk menemukan sumber cahaya yang akan cukup kuat untuk memompa batang, dan rongga pemompaan elips reflektifitas tinggi, untuk mengarahkan energi ke dalam batang. Dia menemukan sumber cahaya ketika seorang salesman dari General Electric dia menunjukkan beberapa flashtubes xenon, mengklaim bahwa yang terbesar dapat memicu wol baja jika ditempatkan di dekat tabung. Maiman menyadari bahwa, dengan intensitas seperti itu, ia tidak perlu seperti rongga pemompaan yang sangat reflektif, dan, dengan lampu heliks, tidak akan perlu untuk memiliki bentuk elips. Maiman dibangun nya ruby laser yang di Hughes Research Laboratories, di Malibu, California [11]. Dia menggunakan tongkat ruby merah muda, berukuran 1 cm dengan 1,5 cm, dan, pada 16 Mei 1960, dipecat perangkat, memproduksi sinar laser pertama cahaya. [12] Laser asli Theodore Maiman yang ruby masih operasional [13]. Hal ini ditunjukkan pada 15 Mei 2010 di sebuah simposium co-host di Vancouver, British Columbia oleh Dr Theodore Maiman Memorial Foundation dan Simon Fraser University, di mana Dr Maiman adalah Ajun Profesor di School of Engineering Science. Laser asli Maiman adalah menembaki sebuah layar proyektor di ruangan gelap. Di tengah kilatan putih (kebocoran dari flashtube xenon), bercak merah sempat terlihat. Ruby laser tidak memberikan sebuah pulsa tunggal, melainkan menyampaikan serangkaian pulsa, terdiri dari serangkaian paku tidak teratur dalam durasi pulsa. Pada tahun 1961, RW Hellwarth menemukan sebuah metode q-switching, untuk berkonsentrasi output ke sebuah pulsa tunggal. [14] Pada tahun 1962, Willard Boyle, bekerja di Bell Labs, menghasilkan output kontinyu pertama dari laser ruby. Berbeda dengan metode sisi-memompa biasa, cahaya dari lampu busur merkuri adalah dipompa ke ujung batang sangat kecil, untuk mencapai inversi populasi diperlukan. Laser tidak memancarkan gelombang kontinu, melainkan kereta terus menerus pulsa, memberikan para ilmuwan kesempatan untuk mempelajari output berduri dari ruby [15]. Para ruby laser kontinyu laser pertama untuk digunakan dalam kedokteran. Itu digunakan oleh Leon Goldman, pelopor dalam laser kedokteran, perawatan seperti penghapusan tato, perawatan bekas luka, dan untuk mendorong penyembuhan. Karena batas-batasnya dalam daya keluaran, tunability, dan komplikasi dalam operasi dan pendinginan unit, ruby laser kontinyu dengan cepat diganti dengan dye lebih serbaguna, Nd:. YAG, dan laser argon [16]

Dye laserFrom Wikipedia, the free encyclopedia

Close-up of a table-top dye laser based on Rhodamine 6G, emitting at 580 nm (yellow-orange). The emitted laser beam is visible as faint yellow lines. The orange dye solution enters the laser from the left, and is pumped by a 514 nm (blue-green) beam from an argon laser. The dye jet is in the center of the image, behind the yellow window. A dye laser is a laser which uses an organicdye as the lasing medium, usually as a liquidsolution. Compared to gases and most solid state lasing media, a dye can usually be used for a much wider range of wavelengths. The wide bandwidth makes them particularly suitable for tunable lasers and pulsed lasers. Moreover, the dye can be replaced by another type in order to generate different wavelengths with the same laser, although this usually requires replacing other optical components in the laser as well. Dye lasers were independently discovered by P. P. Sorokin and F. P. Schfer (and colleagues) in 1966.[1][2] In addition to the usual liquid state, dye lasers are also available as solid state dye lasers (SSDL). SSDL use dye-doped organic matrices as gain medium.


[edit] Construction

A dielectric mirror used in a dye laser. A dye laser consists of an organic dye mixed with a solvent, which may be circulated through a dye cell, or streamed through open air using a dye jet. A high energy source of light is needed to "pump" the liquid beyond its lasing threshold. A fast discharge flashlamp or an external laser is usually used for this purpose. Mirrors are also needed to oscillate the light produced by the dyes fluorescence, which is amplified with each pass through the liquid. The output mirror is normally around 80% reflective, while all other mirrors are usually more than 99% reflective. The dye solution is usually circulated at high speeds, to help avoid triplet absorption and to decrease degradation of the dye. A prism or diffraction grating is usually mounted in the beam path, to allow tuning of the beam. Because the liquid medium of a dye laser can fit any shape, there are a multitude of different configurations that can be used. A FabryProt laser cavity is usually used for flashlamp pumped lasers, which consists of two mirrors, which may be flat or curved, mounted parallel to each other with the laser medium in between. The dye cell is usually side-pumped, with one or more flashlamps running parallel to the dye cell in a reflector cavity. The reflector cavity is often water cooled, to prevent thermal shock in the dye caused by the large amounts of near-infrared radiation which the flashlamp produces. Axial pumped lasers have a hollow, annular-shaped flashlamp that surrounds the dye cell, which has lower inductance for a shorter flash, and improved transfer efficiency. Coaxial pumped lasers have an annular dye cell that surrounds the flash lamp, for even better transfer efficiency, but have a lower gain due to diffraction losses. Flash pumped lasers can only be used for pulsed output.[3][4][5]

A ring dye laser. P-pump laser beam; G-gain dye jet; A-saturable absorber dye jet; M0, M1, M2planar mirrors; OCoutput coupler; CM1 to CM4-curved mirrors. A ring laser design is often chosen for continuous operation, although a FabryProt design is sometimes used. In a ring laser, the mirrors of the laser are positioned to allow the beam to travel in a circular path. The dye cell, or cuvette, is usually very small. Sometimes a dye jet is used to help avoid reflection losses. The dye is usually pumped with an external laser, such as a nitrogen, excimer, or frequency doubledNd:YAG laser. The liquid is circulated at very high speeds, to prevent triplet absorption from cutting off the beam.[6] Unlike FabryProt cavities, a ring laser does not generate standing waves which cause spatial hole burning, a phenomenon where energy becomes trapped in unused portions of the medium between the crests of the wave. This leads to a better gain from the lasing medium.[7][8]

[edit] OperationThe dyes used in these lasers contain rather large organic molecules which fluoresce. The incoming light excites the dye molecules into the state of being ready to emit stimulated radiation, the singlet state. In this state, the molecules emit light via fluorescence, and the dye is transparent to the lasing wavelength. Within a microsecond, or less, the molecules will change to their triplet state. In the triplet state, light is emitted via phosphorescence, and the molecules absorb the lasing wavelength, making the dye opaque. Liquid dyes also have an extremely high lasing threshold. Flashlamp pumped lasers need a flash with an extremely short duration, to deliver the large amounts of energy necessary to bring the dye past threshold before triplet absorption overcomes singlet emission. Dye lasers with an external pump laser can direct enough energy of the proper wavelength into the dye with a relatively small amount of input energy, but the dye must be circulated at high speeds to keep the triplet molecules out of the beam path.[9]

A cuvette used in a dye laser Since organic dyes tend to decompose under the influence of light, the dye solution is normally circulated from a large reservoir.[10] The dye solution can be flowing through a cuvette, i.e., a glass container, or be as a dye jet, i.e., as a sheet-like stream in open air from a specially-shaped nozzle. With a dye jet, one avoids reflection losses from the glass surfaces and contamination of the walls of the cuvette. These advantages come at the cost of a more-complicated alignment. Liquid dyes have very high gain as laser media. The beam only needs to make a few passes through the liquid to reach full design power, and hence, the high transmittance of the output coupler. The high gain also leads to high losses, because reflection from the dye cell walls, or flashlamp reflector, will dramatically reduce the amount of energy available to the beam. Pump cavities are often coated, anodized, or otherwise made of a material that will not reflect at the lasing wavelength while reflecting at the pump wavelength.[9]

[edit] Narrow linewidth dye lasers

Multiple prisms are often used to tune the output of a dye laser Dye lasers emission is inherently broad. However, tunable narrow linewidth emission has been central to the success of the dye laser. In order to produce narrow bandwidth tuning these lasers use many types of cavities and resonators which include gratings, prisms, multiple-prism grating arrangements, and etalons.[11] The first narrow linewidth dye laser, introduced by Hnsch, used a Galilean telescope as beam expander to illuminate the diffraction grating.[12] Next were the grazing-incidence grating designs[13][14] and the multiple-prism grating configurations.[15][16] The various resonators and oscillator designs developed for dye lasers have been successfully adapted to other laser types such as the diode laser.[17] The physics of narrow-linewidthmultiple-prism grating lasers was explained by Duarte and Piper.[18]

[edit] Chemicals used

Rhodamine 6G Chloride powder; mixed with methanol; emitting yellow light under the influence of a green laser Some of the laser dyes are rhodamine, fluorescein, coumarin, stilbene, umbelliferone, tetracene, malachite green, and others. While some dyes are actually used in food coloring, most dyes are very toxic, and often carcinogenic. Many dyes, such as rhodamine 6G, (in its chloride form), can be very corrosive to all metals except stainless steel. A wide variety of solvents can be used, although some dyes will dissolve better in some solvents than in others. Some of the solvents used are water, glycol, ethanol, methanol, hexane,

cyclohexane, cyclodextrin, and many others. Solvents are often highly toxic, and can sometimes be absorbed directly through the skin, or through inhaled vapors. Many solvents are also extremely flammable. Adamantane is added to some dyes to prolong their life. Cycloheptatriene and cyclooctatetraene (COT) can be added as triplet quenchers for rhodamine G, increasing the laser output power. Output power of 1.4 kilowatt at 585 nm was achieved using Rhodamine 6G with COT in methanol-water solution.

[edit] Excitation lasersAs already mentioned flashlamps, and several types of lasers, can be used to optically pump dye lasers. A partial list of excitation lasers include[19]:

Copper vapor lasers Diode lasers Excimer lasers Nd:YAG lasers (mainly second and third harmonics) Nitrogen lasers Ruby lasers Argon ion lasers in the CW regime Krypton ion lasers in the CW regime

[edit] Ultra-short optical pulsesR. L. Fork, B. I. Greene, and C. V. Shank demonstrated, in 1981, the generation of ultra-short laser pulse using a ring-dye laser (or dye laser exploiting colliding pulsemode-locking). Such kind of laser is capable of generating laser pulses of ~ 0.1 ps duration.[20] The introduction of grating techniques and intra-cavity prismatic pulse compressors eventually resulted in the routine emission of femtosecond dye laser pulses.

[edit] Applications

An atomic vapor laser isotope separation experiment at LLNL. Green light is from a copper vapor pump laser used to pump a highly tuned dye laser which is producing the orange light. Dye lasers are very versatile. In addition to their recognized wavelength agility these lasers can offer very large pulsed energies or very high average powers. Flashlamp-pumped dye lasers have been shown to yield hundreds of Joules per pulse and copper-laser-pumped dye lasers are known to yield average powers in the kilowatt regime.[21] Dye lasers are used in many applications including:

astronomy (as laser guide stars), atomic vapor laser isotope separation[22] manufacturing[23] medicine spectroscopy.[24]

In laser medicine these lasers are applied in several areas,[25][26] including dermatology where they are used to make skin tone more even. The wide range of wavelengths possible allows very close matching to the absorption lines of certain tissues, such as melanin or hemoglobin, while the narrow bandwidth obtainable helps reduce the possibility of damage to the surrounding tissue. They are used to treat port-wine stains and other blood vessel disorders, scars and kidney stones. They can be matched to a variety of inks for tattoo removal, as well as a number of other applications.[27] In spectroscopy, dye lasers can be used to study the absorption and emission spectra of various materials. Their tunability, (from the near-infrared to the near-ultraviolet), narrow bandwidth, and high intensity allows a much greater diversity than other light sources. The variety of pulse widths, from ultra-short, femto-second pulses to continuous-wave operation, makes them suitable for a wide range of applications, from the study of fluorescent lifetimes and semiconductor properties to lunar laser ranging experiments.[28]

Dye Laser Dari Wikipedia, ensiklopedia bebas Close-up dari laser-atas meja dye berdasarkan rhodamine 6G, memancarkan pada 580 nm (kuning-oranye). Sinar laser yang dipancarkan terlihat sebagai garis kuning samar. Larutan zat warna oranye memasuki laser dari kiri, dan dipompa oleh 514 nm (biru-hijau) sinar dari laser argon. Jet dye di tengah gambar, di balik jendela kuning. Sebuah laser dye laser yang menggunakan pewarna organik sebagai media penguat, biasanya sebagai larutan cair. Dibandingkan dengan gas dan media negara yang paling padat penguat, dye biasanya dapat digunakan untuk berbagai panjang gelombang yang lebih luas. Bandwidth yang lebar membuat mereka sangat cocok untuk laser dan laser berdenyut merdu. Selain itu, pewarna dapat digantikan oleh jenis lain untuk menghasilkan panjang gelombang yang berbeda dengan laser yang sama, meskipun hal ini biasanya membutuhkan menggantikan komponen optik lainnya di laser juga. Dye laser secara independen ditemukan oleh Sorokin PP dan FP Schfer (dan rekan) pada tahun 1966. [1] [2] Selain keadaan cair biasa, laser zat warna juga tersedia sebagai pewarna laser solid state (SSDL). SSDL menggunakan pewarna-doped matriks organik sebagai medium keuntungan. Isi [Sembunyikan] 1 Konstruksi 2 Operasi 3 Persempit dye laser linewidth 4 Bahan kimia yang digunakan 5 Eksitasi laser 6 Ultra-pulsa optik singkat 7 Aplikasi 8 Referensi [Sunting] Konstruksi Sebuah cermin dielektrik digunakan dalam laser pewarna. Sebuah laser dye terdiri dari pewarna organik dicampur dengan pelarut, yang dapat diedarkan melalui sel pewarna, atau streaming melalui udara terbuka dengan menggunakan jet pewarna. Sebuah sumber cahaya energi tinggi diperlukan untuk "pompa" cairan melampaui ambang batas penguat. Sebuah flashlamp debit cepat atau laser eksternal biasanya digunakan untuk tujuan ini. Cermin juga dibutuhkan untuk berosilasi cahaya yang dihasilkan oleh fluoresensi pewarna, yang diperkuat dengan melewati masing-masing melalui cairan. Cermin output biasanya sekitar 80% reflektif, sementara semua cermin lainnya biasanya lebih dari 99% reflektif. Larutan zat warna yang biasanya beredar pada kecepatan tinggi, untuk membantu menghindari penyerapan triplet dan untuk mengurangi degradasi pewarna. Sebuah kisi difraksi prisma atau biasanya dipasang di jalur balok, untuk memungkinkan tuning dari balok.

Karena media cair dari laser zat warna dapat masuk bentuk apapun, ada banyak konfigurasi yang berbeda yang dapat digunakan. Sebuah rongga laser Fabry-Perot biasanya digunakan untuk laser flashlamp dipompa, yang terdiri dari dua cermin, yang mungkin datar atau melengkung, dipasang sejajar satu sama lain dengan media laser di antara. Sel pewarna biasanya samping dipompa, dengan satu atau lebih flashlamps berjalan sejajar ke sel pewarna dalam rongga reflektor. Rongga reflektor sering didinginkan air, untuk mencegah sengatan panas dalam pewarna yang disebabkan oleh jumlah besar radiasi inframerah-dekat yang flashlamp menghasilkan. Laser dipompa Aksial memiliki, berongga berbentuk annular flashlamp yang mengelilingi sel pewarna, yang memiliki induktansi yang lebih rendah untuk flash singkat, dan efisiensi transfer ditingkatkan. Laser dipompa Coaxial memiliki sel pewarna melingkar yang mengelilingi lampu kilat, untuk efisiensi transfer lebih baik, tetapi memiliki keuntungan rendah karena kerugian difraksi. Flash dipompa laser hanya dapat digunakan untuk output berdenyut. [3] [4] [5] Sebuah laser cincin pewarna. P-pompa sinar laser; G-gain dye jet; Sebuah jet-saturable penyerap pewarna; M0, M1, M2-planar cermin; OC-output coupler; CM1 untuk CM4-melengkung cermin. Sebuah desain laser cincin sering dipilih untuk operasi terus menerus, meskipun desain FabryPerot kadang-kadang digunakan. Dalam laser cincin, cermin laser diposisikan untuk memungkinkan balok untuk perjalanan dalam jalur melingkar. Sel pewarna, atau kuvet, biasanya sangat kecil. Kadang-kadang sebuah jet pewarna digunakan untuk membantu menghindari kerugian refleksi. Pewarna biasanya dipompa dengan laser eksternal, seperti nitrogen, excimer, atau frekuensi dua kali lipat Nd: YAG laser. Cairan beredar pada kecepatan yang sangat tinggi, untuk mencegah penyerapan triplet dari memotong balok. [6] Tidak seperti Fabry-Perot rongga, laser cincin tidak menghasilkan gelombang berdiri yang menyebabkan pembakaran lubang spasial, sebuah fenomena di mana energi yang tidak terpakai menjadi terjebak dalam bagian dari media antara puncak-puncak gelombang. Hal ini menyebabkan keuntungan yang lebih baik dari media penguat [7]. [8] [Sunting] Operasi Pewarna yang digunakan dalam laser mengandung molekul organik yang berpendar agak besar. Cahaya yang masuk menggairahkan molekul pewarna ke dalam keadaan siap untuk memancarkan radiasi terstimulasi, keadaan singlet. Dalam keadaan ini, molekul memancarkan cahaya melalui fluoresensi, dan pewarna transparan untuk panjang gelombang penguat. Dalam mikrodetik, atau kurang, molekul akan berubah menjadi keadaan triplet mereka. Dalam keadaan triplet, cahaya dipancarkan melalui fosfor, dan molekul-molekul menyerap panjang gelombang penguat, membuat pewarna buram. Pewarna cair juga memiliki ambang batas penguat yang sangat tinggi. Flashlamp dipompa laser membutuhkan flash dengan durasi yang sangat pendek, untuk memberikan sejumlah besar energi yang diperlukan untuk membawa ambang terakhir pewarna sebelum penyerapan triplet singlet mengatasi emisi. Dye laser dengan laser pompa eksternal dapat mengarahkan energi yang cukup dari panjang gelombang yang tepat ke dalam zat pewarna dengan jumlah yang relatif kecil dari energi input, tetapi pewarna harus diedarkan pada kecepatan tinggi untuk menjaga molekul triplet keluar dari jalur balok. [9] Sebuah kuvet yang digunakan dalam laser dye Karena pewarna organik cenderung membusuk di bawah pengaruh cahaya, larutan zat warna

biasanya beredar dari reservoir besar [10] larutan pewarna dapat mengalir melalui kuvet, yaitu, wadah kaca, atau. Sebagai sebuah jet pewarna, yaitu , sebagai aliran lembaran-seperti di udara terbuka dari nosel khusus berbentuk. Dengan jet pewarna, satu menghindari kerugian refleksi dari permukaan kaca dan kontaminasi dinding kuvet tersebut. Keuntungan ini datang pada biaya kesejajaran lebih-rumit. Pewarna cair memiliki keuntungan yang sangat tinggi sebagai media laser. Balok hanya perlu untuk membuat beberapa melewati melalui cairan untuk mencapai kekuatan desain penuh, dan karenanya, transmitansi tinggi dari coupler output. Keuntungan yang tinggi juga menyebabkan kerugian yang tinggi, karena pantulan dari dinding sel pewarna, atau reflektor flashlamp, secara dramatis akan mengurangi jumlah energi yang tersedia untuk balok. Pompa gigi berlubang sering dilapisi, anodized, atau terbuat dari bahan yang tidak akan mencerminkan pada panjang gelombang penguat sementara mencerminkan pada panjang gelombang pompa. [9] [Sunting] Persempit linewidth laser dye Beberapa prisma sering digunakan untuk menyetel output dari laser dye Dye emisi laser secara inheren luas. Namun, emisi merdu linewidth sempit telah menjadi pusat keberhasilan dari laser pewarna. Dalam rangka untuk menghasilkan bandwidth yang sempit tala laser ini menggunakan berbagai jenis dan resonator rongga yang meliputi kisi-kisi, prisma, prisma pengaturan multi-kisi, dan etalons [11]. Linewidth sempit pertama dye laser, diperkenalkan oleh Hnsch, menggunakan teleskop Galilea sebagai balok expander untuk menerangi kisi difraksi [12] Berikutnya adalah merumput desain kisi-kejadian [13] [14] dan beberapa prisma kisi-konfigurasi.. [ 15] [16] berbagai resonator dan desain osilator dikembangkan untuk laser pewarna telah berhasil disesuaikan dengan jenis laser lain seperti laser dioda [17] Fisika sempit-linewidth laser beberapa kisi-prisma dijelaskan oleh Duarte dan Piper.. [18] [Sunting] Bahan kimia yang digunakan Rhodamine Klorida bubuk 6G; dicampur dengan metanol; memancarkan cahaya kuning di bawah pengaruh laser hijau Beberapa pewarna rhodamine laser, fluorescein, coumarin, stilben, umbelliferone, tetracene, hijau perunggu, dan lain-lain. Sementara beberapa pewarna sebenarnya digunakan dalam pewarna makanan, pewarna kebanyakan sangat beracun, dan sering karsinogenik. Banyak pewarna, seperti rhodamine 6G, (dalam bentuk klorida nya), bisa sangat korosif terhadap semua logam kecuali stainless steel. Berbagai macam pelarut dapat digunakan, meskipun beberapa pewarna akan larut lebih baik di beberapa pelarut daripada yang lainnya. Beberapa pelarut yang digunakan adalah air, glikol, etanol, metanol, heksana, sikloheksana, siklodekstrin, dan banyak lainnya. Pelarut sering sangat beracun, dan kadang-kadang dapat diserap secara langsung melalui kulit, atau melalui inhalasi uap. Banyak pelarut juga sangat mudah terbakar. Adamantane ditambahkan ke beberapa pewarna untuk memperpanjang hidup mereka. Cycloheptatriene dan cyclooctatetraene (COT) dapat ditambahkan sebagai triplet quenchers

untuk rhodamine G, meningkatkan daya keluaran laser. Output daya sebesar 1,4 kilowatt pada 585 nm dicapai dengan menggunakan rhodamine 6G dengan COT dalam metanol-air solusi. [Sunting] laser Eksitasi Seperti telah disebutkan flashlamps, dan beberapa jenis laser, dapat digunakan untuk pompa laser optik pewarna. Sebuah daftar parsial dari laser eksitasi meliputi [19]: Tembaga uap laser Dioda laser Excimer laser Nd: YAG laser (harmonik terutama kedua dan ketiga) Nitrogen laser Ruby laser Argon laser ion dalam rezim CW Kripton ion laser dalam rezim CW [Sunting] Ultra-pendek pulsa optik RL Fork, BI Greene, dan Shank CV menunjukkan, pada tahun 1981, generasi ultra-pendek pulsa laser menggunakan laser cincin-dye (atau pewarna laser yang memanfaatkan pulsa bertabrakan modus-mengunci). Semacam laser mampu menghasilkan pulsa laser dari ~ 0,1 ps durasi. [20] Pengenalan teknik kisi dan intra-rongga kompresor pulsa prismatik akhirnya menghasilkan emisi rutin pulsa laser femtosecond pewarna. [Sunting] Aplikasi Sebuah uap atom isotop pemisahan laser yang percobaan di LLNL. Lampu hijau dari laser pompa uap tembaga yang digunakan untuk memompa laser dye sangat disetel yang memproduksi cahaya oranye. Dye laser sangat serbaguna. Selain kelincahan panjang gelombang laser ini diakui mereka dapat menawarkan energi berdenyut sangat besar atau kekuatan rata-rata sangat tinggi. Flashlampdipompa laser dye telah terbukti untuk menghasilkan ratusan Joule per pulsa dan tembaga-laserdipompa laser dye dikenal untuk menghasilkan kekuatan rata-rata dalam rezim kilowatt. [21] Dye laser digunakan dalam banyak aplikasi termasuk: astronomi (sebagai bintang Laser panduan), uap atom isotop Laser pemisahan [22] manufaktur [23] obat spektroskopi [24]. Dalam kedokteran laser laser ini diterapkan di beberapa daerah, [25] [26] termasuk dermatologi di mana mereka digunakan untuk membuat warna kulit lebih merata. Berbagai panjang gelombang yang mungkin memungkinkan sangat dekat cocok dengan garis penyerapan jaringan tertentu, seperti melanin atau hemoglobin, sedangkan bandwidth yang sempit didapat membantu

mengurangi kemungkinan kerusakan pada jaringan sekitarnya. Mereka digunakan untuk mengobati port-noda anggur dan gangguan pembuluh darah, bekas luka, dan batu ginjal. Mereka dapat disesuaikan untuk berbagai tinta untuk menghilangkan tato, serta sejumlah aplikasi lain. [27] Dalam spektroskopi, laser pewarna dapat digunakan untuk mempelajari spektrum absorpsi dan emisi dari berbagai bahan. Tunability mereka, (dari dekat-inframerah untuk dekat-ultraviolet), bandwidth yang sempit, dan intensitas tinggi memungkinkan keragaman jauh lebih besar daripada sumber cahaya lain. Berbagai lebar pulsa, dari ultra-pendek, femto-detik pulsa untuk terus-gelombang operasi, membuat mereka cocok untuk berbagai aplikasi, dari studi seumur hidup neon dan sifat semikonduktor untuk percobaan laser mulai bulan. [28]