光エレクトロニクス 7 光源について 1. 白熱電球 T •水銀(Hg)ランプ •ナトリウム(Na)ランプ •カドミウム(Cd)ランプ •ネオン(Ne)ランプ •水素(H2)ランプ •重水素(D2)ランプ ・・・・・・・ 1 1 dλ I (λ )dλ ∝ 5 λ hc − 1 exp λ k T B プランクの輻射式 連続スペクトル (炎色反応) e 3000K (×1/50) ウィーンの変位則 2 2. 放電管 黒体輻射：プランクの輻射式 6000K (×1/1000) 光エレクトロニクス 7 1 e 2000K (×1/10) λmaxT = 2897.8µm ⋅ K 輝線スペクトル 1000K 0 1 2 波長 (μm) 3 4 光エレクトロニクス 7 3 2. 蛍光ランプ e e Hg e 3. 発光ダイオード(LED: Light Emitted Diode) Hg Hg e 253.7nm インジケーター リモコン(赤外) 信号機 水銀ランプの出す紫外線を 蛍光塗料にあてて、光らせる。 輝線(Hg)+連続(蛍光) ブラックライト(蛍光剤無し) →紫外線 光エレクトロニクス 7 4 光エレクトロニクス 7 蛍光体 •蛍光燈にかわる照明 低消費電力 LED電球 長寿命 三準位 光エレクトロニクス 7 ・Nd3+:YAG 7 ・ガラスレーザ (1064.1nm) 連続発振 パルス発振 四準位 6 光エレクトロニクス 7 ・チタンサファイアレーザ 波長可変(680nm～1100nm) 連続発振、パルス発振 8 4. レーザ ○固体レーザ ・ルビーレーザ ・Nd:YAGレーザ ・ガラスレーザ ・チタンサファイアレーザ ○気体レーザ ・HeNeレーザ ・HeCdレーザ ・N2レーザ ・Ar+レーザ ・CO2レーザ ・エキシマレーザ ○半導体レーザ ○その他のレーザ ・色素レーザ ・OPO (Optical Parametric Oscillator) 青色LED ○固体レーザ ・ルビーレーザ (694.3nm) パルス発振 光エレクトロニクス 7 5 白色LED 高出力 レーザ核融合 (阪大 激光XII) フェムト秒パルス光源 kHzフェムト秒パルスアンプシステム ○気体レーザ ・HeNeレーザ (632.8, 1150nm, ...) 連続発振 光エレクトロニクス 7 9 ・Ar+レーザ (488.0, 514.5nm,..) 連続発振、モード同期パルス 光エレクトロニクス 7 ・CO2レーザ (10μm) 分子振動 10 ・エキシマレーザ (紫外線) •高出力 •加工 •ステッパー •レーザアブレーション ○その他のレーザ ・色素レーザ (可視光全域) 光エレクトロニクス 7 ・光学パラメトリック発振器(OPO) 光学パラメトリック増幅器(OPA) 光エレクトロニクス 7 11 12 7号館のレーザ (チタンサファイアレーザ 光・量エレ研) (QスイッチYAGレーザ 光・量エレ研) ωSignal ωPump KTP ωIdler ωPump=ωSignal+ωIdler (色素レーザ 光物性研究室) (フェムト秒パルスレーザ とOPA 光・量エレ研) 光エレクトロニクス 7 ・レーザ光の波長変換 (詳しくは後日) 2ω λ/2 和調波発生(Sum Frequency Generation: SFG) ω1 高調波、和周波 基本波 Signal 10 2 SFI 差周波 Idler TOPAS Output CPA-2001 Input 781nm, 510 µJ, 1kHz SFS SHSHS SHS 10 1 ω1+ω2 電子が加速度運動をする時に 発生する光。 OPAの例(7号館P-311) Output (µJ) ω2 DFG SHI SHSFI 10 0 SHSFS •遠赤外～X線 •構造解析 •光核反応 (秋宗先生) •元素分析 (Spring8: カレー事件) SHSHI 10 -1 0.2 0.5 1.0 2.0 5.0 Wavelength ( µm) 10 光エレクトロニクス 7 SPring-8 14 5.放射光 (SOR: Syncrotron Radiation) 第2高調波発生(Second Harmonic Generation: SHG) ω λ 光エレクトロニクス 7 13 20 15 光エレクトロニクス 7 課題 1. ここで紹介した光源(電球、ランプ、LED、レーザ、SOR)について、 それぞれの特徴について述べよ。 スペクトル、光の強さ、価格、寿命、パルス・・・・・・・ 2. プランクの輻射式よりウィーンの変位則を求めよ。 太陽の表面温度はおよそ5800Kである。太陽から来る光の ピーク波長はいくらか？ 興味があれば、人間の目の感度や、植物の光合成についても 調べてみるとおもしろい。 16 光エレクトロニクス 7 7号館のレーザー 17 光エレクトロニクス 7 モード同期チタンサファイアレーザー (スペクトラフィジックス社製 Tsunami) (チタンサファイアレーザー 光・量エレ研) (QスイッチYAGレーザー 光・量エレ研) (色素レーザー 光物性研究室) (モード同期YAGレーザー 光物性研) 18
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