Билет 1

2. Если приложить к p-n переходу, где p и n примесные полупроводники, напряжение Uо, которое снимет потенциальный барьер, то произойдёт инжекция электронов и дырок в область перехода. Для оптической генерации необходима полож. обратная связь, которая реализуется за счёт отражений от граней самого п/п кристала, либо за счёт специальных сколов кристалла и внешних зеркал. Если для создания p-n перехода используется один полупроводник, то имеем гомоструктуру, если несколько – гетероструктуру.

Распространённый гомоструктурный лазер – обычный лазерный диод:

Приведём схемы резонаторов п/п лазеров:

Гомоструктурные инжекционные лазеры имеют два недостатка: большие плотности пороговых токов, малый КПД. Увеличение КПД достигается при использовании гетероструктурных лазеров. Гетероструктурный лазер можно реализовать на основе многослойной структуры GaAs и других более сложных соединений.

Приведём схему энергетических зон гетероструктурного лазерного диода:

3. С помощью лазерного излучения также как и с помощью радиоизлучения можно осуществлять измерение дальности, скорости, угловых координат. Принципы построения лазерных локаторов и измерителей схожи с принципами построения РЛС. В отличие от радиоволн лазер обладает некоторыми преимуществами: узкая направленность (скрытность), высокая монохроматичность, высокая точность и разрешение при измерениях. Лазеры также находят широкое применение в различных методах анализа веществ, картографии, метрологии, УВД, изучении рельефа, медицинских приложениях.

[ Ну и в качестве примера можно какую-нибудь простую схему из ФИООСа нарисовать ]

Билет 2

1. Уравнение монохроматической волны:

k=2π/λ – волновое число, х – координата.

В показательной форме:

Скорость распространения фазы – фазовая скорость:

Интенсивность равна количеству энергии, переносимому через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению потока энергии, усреднённому за период волны. В математической форме это может быть выражено следующим образом:

,

где T - период волны, dE - количество энергии, переносимое волной через площадку dS за малое время dt. Интенсивность волны связана со средней плотностью энергии w в волне и скоростью распространения волны u следующим соотношением:

I = wu .

Показа́тель преломле́ния вещества - величина, равная отношению фазовых скоростей света (электромагнитных волн) в вакууме и в данной среде .

Длина волны – минимальное расстояние, между двумя точками, колеблющимися в одинаковой фазе. Дисперсия – зависимость коэф. преломления от длины волны (радуга).

2. Резона́тор Фабри́ - Перо́ - является основным видом оптического резонатора и представляет собой два соосных, параллельно расположенных и обращенных друг к другузеркала, между которыми может формироваться резонансная стоячая оптическая волна. В лазерах одно из зеркал делается обычно более пропускающим для преимущественного вывода излучения в этом направлении.

b1 – амплитуда отражённой от первого входного зеркала волны

а1 – амплитуда падающей на первое входное зеркало волны

Основной модой резонатора Фабри-Перо является осесимметричный гауссов пучок.

w - расстояние, на котором амплитуда поля убывает в е раз.

w – радиус пучка, z – расстояние от горловины до фазового фронта, Q – угол дифракции основной моды в дальней зоне.

Также присутствуют поперечные моды, описываемые функциями Гаусс-Эрмитта или Лагерра-Гаусса.

Условие устойчивости резонатора:

Если каждое из двух зеркал резонатора представить в виде горизонтального отрезка, соединяющего центр кривизны зеркала O1,2 и точку на поверхности P1,2, то устойчивыми являются лишь те конфигурации, для которых два получающихся отрезка накладываются с пересечением, но при этом ни один из отрезков не лежит внутри другого.

3. Лазерная спектроскопия основана на взаимодействии исследуемого вещества с лазерным излучением. Заряженные частицы, входящие в состав атомов и молекул поглощают оптическое излучение и в свою очередь могут испускать ЭМ волны. Соответствующие спектры поглощения и испускания собственно и являются объектом исследования лазерной спектроскопии.

Приведём пример спектра поглощения метана:

В общем случае спектры поглощения и испускания могут представлять собой как одну линию, так и набор спектральных линий.

В настоящее время в лазерной спектроскопии широкое применение находят лазеры на красителях. Это тип лазеров, использующий в качестве активной среды раствор флюоресцирующих с образованием широких спектров органических красителей. Накачка оптическая, могут работать в непрерывном и импульсном режимах. Основной особенностью является возможность перестройки длины волны излучения в широком диапазоне.