16. Как влияет температура и тип среды на ширину доплеровского контура усиления?

17. Является ли устойчивым конфокальный резонатор?

Таким образом, конфокальный резонатор является устойчивым.

18. Каким образом можно перейти от многомодового режима генерации к одномодовому?

Обычно нетрудно добиться генерации на какой либо определенной поперечной моде,

Т.е с данными поперечными индексами m и l. Например, чтобы получить генерацию на моде TEM₀₀ , в некотрой точке на оси резонатора обычно помещают диафрагму соответствующих размеров. Если радиус а этой диафрагмы мал, то число Френеля

N = a²/Lλ резонатора определяется размером этой диафрагмы. С уменьшением а

Растет разница между потерями моды TEM₀₀ и мод более высокого порядка. Следовательно подбирая соответствующий размер диафрагмы можно добиться генерации

Лишь на одной моде TEM₀₀

19. Какова разница в частотах продольных мод кольцевого лазера?

20. Каков порядок расположения линз для коллимации лазерного излучения?

Обычно используется телескопическая система Галлилея, состоящая из положительного объектива и отрицательного окуляра.

21. Если перетяжка располагается в передней фокальной плоскости собирающей линзы, то на каком расстоянии от линзы располагается перетяжка преобразованного лазерного пучка?

Метод лучевых матриц используется для произвольного числа зеркал.

Каждый оптический элемент описывается лучевой матрицей.

, здесь

Перетяжка находится в передней фокальной плоскости линзы.

Рассмотрим что будет в задней фокальной плоскости.

Перетяжка преобразованного пучка будет находиться в задней фокальной плоскости.

22. Что такое оптические гармоники?

ОПТИЧЕСКИЕ ГАРМОНИКИ - это оптическое излучение с частотой, кратной частоте падающего излучения; возникают при взаимодействии среды с мощным световым полем.

Вектор поляризации может зависеть от квадратов амплитуд.

Таким образом взаимодействие двух волн приводит к тому что среда , которая становится нелинейной, генерирует (переизлучает) волны с удвоенными частотами от каждой из волн и суммарной и разностной частотой принимаемых частот. То есть электрон так «болтает» под действием этой мощной волны, что он начинает излучаться удвоенными гармониками (волны с удвоенными и утроенными частотами). Самая мощная из них это вторая гармоника.

23. Что показывает оптическая ось кристалла? Отчего зависит ее ориентация? Сколько всего осей может быть у кристалла?

Оптическая ось кристалла, направление в кристалле, в котором свет распространяется, не испытывая двойного лучепреломления

Из-за особенностей внутренней структуры кристалла (специфической структуры кристаллической решётки, формы атомов или молекул его составляющих) свет распространяется вдоль оптической оси иначе чем в других направлениях. Так если свет будет распространяться вдоль оптической оси одноосного кристалла (например, кальцит, кварц), то ничего необычного не произойдёт. Однако если луч света будет не параллелен оптической оси, то, при прохождении через кристалл он расщепится на два: обыкновенный и необыкновенный, которые будут взаимно перпендикулярно поляризованы.

Оптическая ось – это направление, относительно которого кристалл обладает симметрией вращения 3-го, 4-го или 6-го порядков. В кристалле возможны только оси симметрии 1, 2, 3, 4, 6 и не возможны оси симметрии 5-го порядка и порядка, большего, чем 6.

По числу оптических осей кристаллы разделяются на двуосные и одноосные. В кристаллах существует 1 или 2 направления распространения света, для которых свойства кристаллической решетки не зависит от падающей волны (одно- или двуосные кристаллы).

24. Как ориентируется вектор Е обыкновенного луча в одноосном кристалле?

В одноосных кристаллах существует понятие главной плоскости, которая образуется оптической осью и направлением распространения волны. Свет, у которого перпендикулярен главной плоскости называется обыкновенным, а луч, у которого лежит в главной плоскости называется необыкновенным. Показатели преломления этих двух лучей оказываются различными.

25. Чему равна кривизна волновой поверхности в перетяжке?

Радиус кривизны волновой поверхности в перетяжке стремится к бесконечности, волновая поверхность в перетяжке соответствует волновой поверхности плоской волны.

26. Как можно увеличить или уменьшить угол расходимости лазерного излучения?

Угол расходимости можно уменьшить путем его коллимации (формирование тонкого параллельно идущего потока излучения с помощью использования соответствующих щелей, размещаемых на пути его прохождения) с фокусировкой лазерного пучка.

27. Существует ли инверсная населенность при насыщенном режиме генерации?

Существует

Насыщенный режим – это среда в которой инверсия на рабочем переходе и коэффициент усиления возбужденной рабочей среды в усилители резко падают.

Инверсная населенность – среда, в которой возбужденных атомов больше чем невозбужденных.

28. Можно ли создать инверсию при наличии всего двух энергетических уровней?

Нет нельзя, так как единственный возможный способ создать инверсию представляется, только при наличии трех энергетических уровней.

Вначале все атомы находятся на уровне 1. Затем подается энергия, которая может формироваться из разных видов. Энергия нарастает, следовательно, часть атомов переходит на уровень 2 и уровень 3. При этом начинаются спонтанные переходы. Но если уровень 2 - метастабильный (уровень на котором атом может находиться сравнительно долго и населенность которого поэтому велика) то при определенном значении энергии возникает инверсия.

29. Как влияет длина резонатора на частоту генерации?

Чем больше длина резонатора, тем больше плотность мощности светового поля, а значит и частота генерации.

30. Какова примерно неточность в определении длины волны лазерного излучения в пределах доплеровского контура?

31. Перечислите механизмы создания инверсной населенности в газовых и твердотельных лазерах?

оптическая (выпышками мощных ламп, светодиоды) и электрическая (электрический разряд, электрический ток) накачка.

32. Как получить лазерное излучение в видимом диапазоне от лазера на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом?

использовать нелинейный кристалл для перекачки энергии во вторую гармонику (длина волны в 2 раза меньше, зеленое излучение, как в лабе последней)

33. На каком расстоянии от перетяжки кривизна волновой поверхности пучка максимальна? Что такое поперечный радиус пучка?

радиус поперечного сечения пучка - есть расстояние,

на котором интенсивность падает в е^2 раз по сравнению с максимальной

интенсивностью на оси в данном сечении. кривизна волнового фронта гауссового пучка R(z) изменяется от максимального (в сечениях z=+-zk; zk – параметр конфокальности пучка) до нулевого в z=+-()() и z=0.

34. Определите размерность коэффициента Эйнштейна для спонтанного излучения.

Число переходов с испусканием света dn = (A21+B21*u)*n*dt.

[безразмер] = (A21+B21*u)*[безразмер]*[с]. последомножения каждого слогаемого на [безразмер]*[с] должна получиться безразмерная величина. [безразмер] =

А21*[безразмер]*[с]. следовательно [А21] = [1/с]

35. Какой тип накачки используется в полупроводниковых лазерах?

Накачка полупроводниковых лазеров происходит под действием сильного прямого тока через p-n переход, а также пучком электронов (электронная накачка).

36. Какие типы волн возникают в световодах?

Излучение внешнего источника возбуждает в световоде несколько типов волн, которые называются модами.

37. Почему пороговая инверсная населенность равна насыщенной?

38. Чем одномодовое оптическое волокно отличается от многомодового?

Оптические волокна могут быть одномодовыми и многомодовыми. Диаметр сердцевины одномодовых волокон 7-9 микрон. Благодаря малому диаметру достигается передача по волокну лишь одной моды электромагнитного излучения, за счёт чего исключается влияние дисперсионных искажений. В настоящее время практически все производимые волокна являются одномодовыми.

Существует три основных типа одномодовых волокон:

1. Одномодовое ступенчатое волокно с несмещённой дисперсией (стандартное) (англ. SMF — Step Index Single Mode Fiber), определяется рекомендацией ITU-T G.652 и применяется в большинстве оптических систем связи.

2. Одномодовое волокно со смещённой дисперсией (англ. DSF — Dispersion Shifted Single Mode Fiber), определяется рекомендацией ITU-T G.653. В волокнах DSF с помощью примесей область нулевой дисперсии смещена в третье окно прозрачности, в котором наблюдается минимальное затухание.

3. Одномодовое волокно с ненулевой смещённой дисперсией (англ. NZDSF — Non-Zero Dispersion Shifted Single Mode Fiber), определяется рекомендацией ITU-T G.655.

Многомодовые волокна отличаются от одномодовых диаметром сердцевины, который составляет 50 микрон в европейском стандарте и 62,5 микрон в североамериканском и японском стандартах. Из-за большого диаметра сердцевины по многомодовому волокну распространяется несколько мод излучения — каждая под своим углом, из-за чего импульс света испытывает дисперсионные искажения и из прямоугольного превращается в колоколоподобный.

Многомодовые волокна подразделяются на ступенчатые и градиентные. В ступенчатых волокнах показатель преломления от оболочки к сердцевине изменяется скачкообразно. В градиентных волокнах это изменение происходит иначе — показатель преломления сердцевины плавно возрастает от края к центру. Это приводит к явлению рефракции в сердцевине, благодаря чему снижается влияние дисперсии на искажение оптического импульса. Профиль показателя преломления градиентного волокна может быть параболическим, треугольным, ломаным и т. д.