lämpösäteilyn laserointi?

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Osaisikos joku selittää, miksei lämpösäteilyä voi laseroida? vai voiko? Onko lämpö niin epäkoherenttia, jotta se ei laseroidu?
Normaali punainenhan saadaan koherentiksi hyvin. esimerkkinä vaikkapa neon-helium-laser. Ja lämpösäteily on vain hieman matalampi taajuudeltaan.

Sivut

Kommentit (27)

Vierailija
hangover
Osaisikos joku selittää, miksei lämpösäteilyä voi laseroida? vai voiko? Onko lämpö niin epäkoherenttia, jotta se ei laseroidu?
Normaali punainenhan saadaan koherentiksi hyvin. esimerkkinä vaikkapa neon-helium-laser. Ja lämpösäteily on vain hieman matalampi taajuudeltaan.




En ole varma ymmärsinkö oikein kysymyksen, mutta kyllähän IR-lasereita on. Ensimmäiset diodilaserit toimivat IR-alueella ja samoin CO2-laserit.

kfa
Seuraa 
Viestejä2516
Liittynyt13.3.2008
hangover
Osaisikos joku selittää, miksei lämpösäteilyä voi laseroida? vai voiko? Onko lämpö niin epäkoherenttia, jotta se ei laseroidu?
Normaali punainenhan saadaan koherentiksi hyvin. esimerkkinä vaikkapa neon-helium-laser. Ja lämpösäteily on vain hieman matalampi taajuudeltaan.



Laser on Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

http://fi.wikipedia.org/wiki/Laser

http://en.wikipedia.org/wiki/Laser

http://www.physics.uoguelph.ca/applets/ ... index.html

Oleellista on se, että laserissa on materiaalia, johon suunnattu tietyntaajuinen säteily saa materiaalin lähettämään alkuperäistä säteilyä suuremman ryöpyn (Light Amplification) säteilyä samalla taajuudella (Stimulated Emission). Laseroivassa materiaalissa on ns. populaatioinversio eli sen energiatila on nostettu termistä energiaa korkeammalle. Vain tietyissä materiaaleissa on riittävän pitkäikäinen "metastabiili" tila, jolle energiaa voi ladata.

Jostakin laserin lähettämän energian on tultava, josta syystä energiaa pumpataan laseroivaan väliaineeseen joko valon avulla (välähdysputki, korkeampitaajuinen pumppulaseri) tai suurjännitteisellä sähköpurkauksella (kaasulaseri kuten HeNe, Argon ja CO2). Pumppaus voidaan puolijohteessa tehdä myös sähkövirralla (laserdiodi). Ilman pumppausta ja populaatioinversiota ei laser toimi.

Jos materiaali on termisessä tasapainossa ympäristönsä kanssa niin se säteilee ja vastaanottaa koko ajan yhtä paljon energiaa. Siinä ei silloin ole varastossa ylimääräistä energiaa, joka voitaisiin tyrkätä liikkeelle herätesäteilyllä. Siksi pelkkä lämpösäteily edes laseroivasta materiaalista ei riitä tuottamaan koherenttia valoa.

Kim Fallström kfa+news@iki.fi

Jyde
Seuraa 
Viestejä594
Liittynyt29.8.2005

No eikö se lämpösäteily ole juuri sitä IR-säteilyä vai mistä tässä on kysymys???

Kunhan yritän joskus olla asiallinen...

Vierailija

Eikös kuitenkin laserissa kyse ole vain valon aaltomaisen ja erivaiheisen ominaisuuden tahdistamisessa, jolloin se saa enempi kimppumaisen muodon, ts aallot kulkevat samassa tahdissa. Ja teho kasvaa näinollen. Laserissahan on peili, ja puoliläpäisevä tai pienellä aukolla varustettu peili, josta koherentti säde mahtuu ulos.

Ajatelma tässä olisi saada "pakettiin" lämpö, joka on hyvinkin epäkoherenttia.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26906
Liittynyt16.3.2005
hangover
Eikös kuitenkin laserissa kyse ole vain valon aaltomaisen ja erivaiheisen ominaisuuden tahdistamisessa, jolloin se saa enempi kimppumaisen muodon, ts aallot kulkevat samassa tahdissa. Ja teho kasvaa näinollen. Laserissahan on peili, ja puoliläpäisevä tai pienellä aukolla varustettu peili, josta koherentti säde mahtuu ulos.



Lue nuo linkit laserista ja stimuloidusta emissiosta. Kyse ei ole siitä, että valoa jotenkin tahdistettaisiin, vaan siitä, että tietyissä oloissa fotoni voi laukaista elektronitransition, joka tuottaa laukaisevan kanssa identtisen fotonin. Siihen vaaditaan väliaine, jossa on riittävästi elektroneja sellaisella tilalla, jolta transitio voi tapahtua (populaatioinversio). Joitain väliaineita voidaan pumpata optisesti, eli virittää elektroneja sopiville tiloille sähkömagneettisella säteilyllä, mutta terminen säteily on siihen liian heikkoa ja laajakaistaista (pl. tolkuttomuudet, joilla ei ole käytännön merkitystä).

Ajatelma tässä olisi saada "pakettiin" lämpö, joka on hyvinkin epäkoherenttia.



Varmaankaan se ei ole se mitä tarkoitat, mutta luultavasti suodatettua Auringon säteilyä tarpeeksi keskittämällä voisi pumpata sopivaa aktiivista ainetta. Mitenkään käyttökelpoinen tai energiataloudellinen tuollainen laser ei olisi.

Vierailija
Neutroni

Joitain väliaineita voidaan pumpata optisesti, eli virittää elektroneja sopiville tiloille sähkömagneettisella säteilyllä, mutta terminen säteily on siihen liian heikkoa ja laajakaistaista (pl. tolkuttomuudet, joilla ei ole käytännön merkitystä).




Miten niin lämpösäteily liian heikkoa.
Mikroaalloillakin saa laserin aikaan (maser).
Mikroaallot ovat vieläkin heikompia (pidempi aallonpituus)
Voisko muuten saada laserin tehtyä gamma-aalloista?

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26906
Liittynyt16.3.2005
kabus
Miten niin lämpösäteily liian heikkoa.



Populaatioinversion aikaansaamseksi optisesti virttämällä vaaditaan yleensä hyvin korkea intensiteetti sillä taajuudella, jolla aktiivinen aine absorboi (sellaisille tiloille, joilta elektronit edelleen siitryvät metastabiileille tiloille, suoraan (ilman välitiloja) optinen pumppaus on mahdotonta.

Mikroaalloillakin saa laserin aikaan (maser).
Mikroaallot ovat vieläkin heikompia (pidempi aallonpituus)



Joo, saa. Sekin vaatii jonkin systeemin, johon voidaan varastoida energiaa sellaisille tiloille, joilta stimuloitu emissio voi sen edelleen vapauttaa. Masereilla käytetään jotain atomien hienorakenteita, joiden energiat ovat sopivia. Masereita ei kuitenkaan kaksitilastysteemeinä voi pumpata optisesti (koska pumppaus tuhoaa populaatioinversion ennen kuin sitä syntyykään), vaan atomit viritetään magneettikentillä.

Voisko muuten saada laserin tehtyä gamma-aalloista?



Röntgenlasereita on jonkinlaisia, lähinnä kai vapaaelektronilasereita. Niillä aallonpituuksilla on ongelmana peilien puute, siksi niissä ei ole kaviteettia, vaan säde vahvistuu yhdellä aktiivisen aineen läpäisykerralla sen minkä vahvistuu. Ne eivät siis ole erityisen hyviä. Gammasäteillä peilien puutteen lisäksi ongelmana on sopivan aktiivisen aineen puute. Gammavapaaelektronilaser vaatisi niin korkeita elektronien energioita, ettei niitä voida saavuttaa.

Vierailija

tehoista sen verran, jotta jos pienen pieni ja onneton ledi saadaan laseroitua. Niin miksei sitten vaikkapa 5 kilowatin lämpötehoa.

Tulisiko ongelmaksi sitten tuo peilin tekeminen? Infrapunahan peilautuu, mutta sekalainen lämpö. Hmm.. lämpöpeili. Sellaista ei taida olla. Foliot ei kelpaa.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26906
Liittynyt16.3.2005
hangover
tehoista sen verran, jotta jos pienen pieni ja onneton ledi saadaan laseroitua. Niin miksei sitten vaikkapa 5 kilowatin lämpötehoa.



Mitä tarkoitat pienen ledin laseroimisella? Puolijohdelaser on käytännössä aivan eri komponentti kuin ledi. Ja puolijohdelaser ei ole optisesti pumpattu, vaan populaatioinversio aikaansaadaan tuomalla sähkövirralla diodin tyhjennysalueen kummallekin vyölle suuri määrä varauksenkuljettajia, jotka rekombinoituvat stimuloidusti. Optinen pumppaus edellyttää kolme- tai nelitilasysteemiä, jossa valolla viritetään elektronit perustilalta jollekin viritystilalle, josta ne putoavat metastabiilille välitilalle, jonka elinaika on riittävän pitkä tehokkaan stimuloidun emission aikaansaamiseksi. Lasertransitio tapahtuu siltä tilalta joko perustilalle tai toiselle välitilalle, josta elektronit relaksoituvat hyvin nopeasti perustilalle. Tyypillisten aktiivisten aineiden absorptiokaistat ovat varsin kapeita, ne eivät siis voi hyödyntää suorasta mustan kappaleen laajakaistaisesta säteilystä kuin mitättömän murto-osan. Termisen pumppauksen ongelma on myös, että sitä on vaikea fokusoida riittävän pienelle alalle laserin optisesti aktiivisen aineen pumppaamiseksi.

Mutta ei se fysikaalinen mahdottomuus ole. Kuten jo sanoin, jos käytössä on hyvin korkeita lämpötiloja ja jollain tavalla vältetään väärien aallonpituuksien absorboituminen systeemiä kuumentamaan, termiselläkin säteilyllä voi virittää lasereita. Mitään järkeä sellaisessa ei ole, siksi sitä ei tietääkseni missään käytetä, mutta muistaakseni luin joskus jostain aurinkokäyttöisistä koelasereista. Tehokkaita kaasupurkauslamppuja käytetään joidenkin laserien pumppaamiseen. Ne ovat halpoja ja niitä saa suurille tehoille ja tehotiheyksille, mutta niiden spektri on paljon Planckin säteilyjakaumaa parempi.

Tulisiko ongelmaksi sitten tuo peilin tekeminen? Infrapunahan peilautuu, mutta sekalainen lämpö. Hmm.. lämpöpeili. Sellaista ei taida olla. Foliot ei kelpaa.



Siis minkä peilin? Laserkaviteetin peilinkö? Ei se ole ongelma, riittävän hyviä dielektrisiä peilejä on kyllä infrapunallekin ja infrapunalasereita on olemassa. Niitä ei vain pumpata mustan kappaleen säteilyllä.

o_turunen
Seuraa 
Viestejä10637
Liittynyt16.3.2005

Mitenkähän olisi seuraavanlainen systeemi:
Lämpösäteilyllä lämmitetään peltier-elementtiä, josta saatavan sähkön jännite nostetaan hakkurilla niin suureksi, että sillä voi pumpata CO2-laseria.
Tällöin voitaisiin ottaa lämpösäteilyn energia talteen, ja vielä erittäin suurella hyötysuhteella.

Voitaisiin jopa ajatella, että kerättäisiin talteen ylimääräinen lämpöenergia maapallolta ja lähetettäisiin se laserilla avaruuteen sopivasta pilvenraosta, ja maailma pelastuu.

Korant: Oikea fysiikka on oikeampaa kuin sinun klassinen mekaniikkasi.
Korant: Jos olet eri mieltä kanssani olet ilman muuta väärässä.

o_turunen
Seuraa 
Viestejä10637
Liittynyt16.3.2005

Olen ymmärtänyt toisesta viestiketjusta, että ilmaston lämpeneminen aiheuttaa ongelmia. En aivan tarkkaan tiedä millaisia, mutta voisi ainakin yrittää jäähdyttää ilmakehää keräämällä ylimääräinen lämpösäteily ja lähettää se avaruuteen.

Korant: Oikea fysiikka on oikeampaa kuin sinun klassinen mekaniikkasi.
Korant: Jos olet eri mieltä kanssani olet ilman muuta väärässä.

Vierailija
hangover

Tulisiko ongelmaksi sitten tuo peilin tekeminen? Infrapunahan peilautuu, mutta sekalainen lämpö. Hmm.. lämpöpeili. Sellaista ei taida olla. Foliot ei kelpaa.




Jos folion taittaa paraboloidiksi, niin olisi hyvä heijastin, jota voi käyttää myös päähineenä.

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat