кванотовая электроника / ОТВЕТЫ на 1 модуль з дисципліни
.docПитання на 1 модуль з дисципліни «Квантова електроніка»
1. Три положення квантової електроніки.
Основу квантової електроніки становлять три фундаментальних положення сформульовані
А. Ейнштейном:
1. Енергія електромагнітного випромінювання складається з дискретних порцій енергії,
названих світловими квантами або фотонами.
Ця дискретність проявляється, насамперед, при взаємодії випромінювання з речовиною, коли фотони поглинаються або випромінюються.
2. Випромінювання фотонів при досить високій інтенсивності визначається ефектом їх
індукованого випромінювання. При цьому кванти, що збуджують та ті, що збуджуються
випромінюванням тотожні.
Імовірність випромінювання фотонів пропорційна інтенсивності випромінювання зовнішнього поля або спектральній густині енергії зовнішнього поля
3. Кванти електромагнітного
випромінювання підкоряються статистиці Бозе-Ейнштейна. Тому кількість квантів, які можуть приходитися на один осцилятор поля, необмежено!
При заповненні одного осцилятора поля (однієї моди) великою кількістю нерозрізнених квантів формується когерентна електромагнітна хвиля.
2. На які області поділяється оптичний діапазон, привести які довжини хвиль (частоти) відповідають цим областям? З якими діапазонами граничить оптичний діапазон? В чому
відмінність таких квантових приладів як мазерів та лазерів?
Оптичний діапазон випромінювань - діапазон електромагнітного випромінювання з довжинами хвиль від 10 пм до 1 мм. Оптичний діапазон підрозділяється на чотири області: рентгенівську (10 пм — 5 нм), ультрафіолетову (5—380 нм), видиму (380—770 нм) та інфрачервону (770 нм - 1 мм). Інфрачервона область включає короткохвильову (0,77—1,5 мкм), середньохвильову (1,5—20 мкм) і довгохвильову (20 мкм — 1 мм) ділянки. Зазначені границі діапазонів і області довжин хвиль умовні, а наведені довжини хвиль дійсні для вакууму.
Принцип мазера и лазера один - усиление тонкого пучка электромагнитных волн другими посредством синхронизации. У них лишь природа разная. Лазер (оптика, квантовая физика) можно отразить зеркально в виду их "корпускулярно-волновой" сущности. Мазер (электротехника) можно также преломить, но уже не зеркалом, а экраном. Потому что это когерентное СВЧ-излучение (как в микроволновых печах, грубое сравнение конечно) узконаправленного действия.
ЛАЗЕР есть ГЕНЕРАТОР
3. Відмінності в рівняннях Шредингера для загального та стаціонарного випадків. Дати поняття
стаціонарних станів, енергетичного спектру, терму.
4. Дайте визначення спонтанних переходів, поясніть їх особливості.
5. Приведіть властивості спонтанного випромінювання, поясніть його особливості.
6. Дайте визначення вимушених переходів, поясніть їх особливості.
7. Приведіть властивості вимушеного випромінювання, поясніть його особливості.
8. Безвипромінювальні переходи, їх особливості.
9. Дозволені та заборонені переходи, їх особливості.
10. Надайте визначення спектральної лінії, формфактора спектральної лінії, ширини
спектральної лінії. Поясніть радіаційну або природну ширину спектральної лінії.
11. Надайте визначення спектральної лінії, формфактора спектральної лінії, ширини
спектральної лінії. Поясніть доплеровську ширину спектральної лінії.
12. Поясніть поняття однорідного та неоднорідного розширення, приведіть приклади
відповідних механізмів, що приводять до них.
13. Релєївське, комптонівське та комбінаційне розсіювання світла.
14. Двохфотонне поглинання, діаграма взаємодії.
15. Надайте визначення інверсійної населеності та поясніть термін негативної температури.
16. Надайте визначення коефіцієнта поглинання, коефіцієнта посилення та перетину
поглинання. Закон Бугера – Ламберта, межі його застосування.
17. Поясніть ефект насичення, умови його виникнення, інтенсивність насичення.
18. Необхідна та достатня умови виникнення посилення в середовищі, умова самозбудження,
принципова схема оптичного квантового генератора.
19. Надайте визначення робочої речовини або активного середовища. Перелічите та коротко
поясніть методи створення інверсійної населеності в газовому середовищі.
20. Надайте визначення робочої речовини або активного середовища. Перелічите та коротко
поясніть методи створення інверсійної населеності в напівпровіднику.
21. Надайте визначення робочої речовини або активного середовища. Перелічите та коротко
поясніть методи створення інверсійної населеності в кристалах та стеклах.
22. Поясніть механізм створення інверсійної населеності та генерування фотонів в трьох-
рівневій схемі першого типу.
23. Поясніть механізм створення інверсійної населеності та генерування фотонів в трьох-
рівневій схемі другого типу.
24. Поясніть механізм створення інверсійної населеності та генерування фотонів в чотирьох-
рівневій схемі, поясніть її переваги порівняно з трьох-рівневою схемою.
25. Метод кінетичних рівнянь (швидкісних рівнянь). Запишіть систему кінетичних рівнянь для
будь-якої трьох-рівневої схеми.
26. Метод кінетичних рівнянь (швидкісних рівнянь). Запишіть систему кінетичних рівнянь для
чотирьох-рівневої схеми.
27. Монохроматичність лазерного випромінювання.
28. Спрямованість лазерного випромінювання. 29. Когерентність лазерного випромінювання.
30. Поляризованність та яскравість лазерного випромінювання.
31. Потужність лазерного випромінювання, ККД лазера.
32. Надайте визначення резонатора, його функціонального призначення. Мода в об‘ємному та
відкритому резонаторах.
33. Подовжні та поперечні моди, індекси m, n, q. Структура поля на дзеркалах резонаторів.
34. Властивості відкритого резонатора з плоскими дзеркалами.
35. Властивості конфокального та напів-конфокального резонатора.
36. Властивості сферичного та напів-сферичного резонатора
37. Кільцеві резонатори, пов‘язані резонатори, резонатори з бреговськіми дзеркалами,
резонатори з розподіленим зворотнім зв‘язком.
38. Узагальнений сферичний резонатор, схема і параметри. Відкриті резонатори з погляду
узагальненого відкритого резонатора.
39. Втрати в оптичному резонаторі, умова стійкості, діаграма стійкості.
40. Стійки та не стійки відкриті резонатори, визначення, приклади, переваги та недоліки
резонаторів двох відповідних типів.
41. Селекція мод у відкритих резонаторах. Пояснення зовнішньої та внутрішньої селекції мод,
приклади реалізації.
42. Селекція мод у відкритих резонаторах. Пояснення селекції подовжніх та поперечних мод,
приклади реалізації.