- •Содержание
- •VI. Лазерные стандарты длины и частоты
- •Yi. Автомодуляция излучения в резонаторе лазера на твердом теле
- •Yii. Лазеры ультракоротких импульсов
- •Yiii. Свойства ультракоротких импульсов
- •IX. Измерение параметров ультракоротких лазерных импульсов
- •X. Полупроводниковые лазеры
- •Краткая история создания лазеров Цезиевый атомно-лучевой квантовый стандарт частоты
- •Принцип работы лазера
- •Лазер, как автоколебательная система
- •I. Взаимодействие света с веществом
- •1.1. Спектр излучения
- •1.2. Тепловое излучение
- •1.3. Коэффициент поглощения
- •1.5. Люминесценция
- •1.7. Сверхизлучение
- •1.8. Энергетические характеристики электромагнитного поля
- •Объемная плотность энергии в пучке
- •1.9. Оценки частоты Раби и мощности излучения, необходимой для проявления когерентрных эффектов взаимодействия поля с веществом
- •2.1. Газоразрядные лампы для оптической накачки лазеров
- •2.2. Многослойные диэлектрические зеркала
- •2.3. Лазеры на активированных кристаллах
- •2.4. Система оптической накачки лазеров на твердой активной среде
- •2.5. Неодимовый лазер
- •III. Лазерные резонаторы
- •3.1. Лазерные пучки
- •3. 3. Гауссовы пучки света
- •3.4. Фокусировка гауссова пучка линзой
- •3.5. Идеальный открытый оптический резонатор
- •Iy. Лазерная генерация
- •4.1. Вероятности переходов
- •4.2. Схемы накачки активной среды лазеров
- •4.4. Энергетическое условие стационарной генерации
- •4.5. Расчет коэффициента усиления активной среды для твердотельных лазеров с импульсной оптической накачкой
- •4.6. Пороговая энергия накачки лазера с импульсной накачкой
- •4.7. Определение коэффициента усиления и скорости накачки по
- •4.8. Фазовое условие генерации
- •4.9. Селекция мод лазерного резонатора
- •4.10. Принцип конкуренции мод
- •4.11. Принцип максимальной ширины спектра излучения лазера
- •4.12. Перестройка частоты излучения одночастотного лазера путем микроперемещения лазерного зеркала
- •4.13. Лазеры со стабилизацией частоты излучения
- •4.14. Оптическое гетеродинирование
- •4.15. Лазерные стандарты длины и частоты. Измерение частоты и длины волны лазерного излучения
- •4.16. Многочастотный спектр излучения лазера
- •4.17. Мощность стационарной генерации лазера
- •5.2. Моноимпульсная генерация
- •5.3. Пассивная модуляция добротности резонатора
- •5.4. Измерение энергии и мощности лазерных импульсов
- •5.5. Регистрация формы лазерных импульсов электронно-оптической камерой
- •Yi. Автомодуляция излучения в лазерном резонаторе
- •6.2. Измерения мощности лазерного излучения в широком динамическом диапазоне
- •6.3. Динамика лазера с неустойчивым и разъюстированным плоским резонатором
- •6.4. Механизмы автомодуляции потерь лазерного резонатора
- •6.4.1. Самонаведенная линзовость в активной среде лазера
- •6.4.2. Автомодуляция излучения лазера самонаведенной амплитудно-фазовой решеткой
- •6.4.3. Автомодуляция излучения в сложном резонаторе
- •Yii. Лазеры ультракоротких импульсов
- •7.1. Первые исследования сверхкоротких лазерных импульсов
- •7.2. Автокорреляция лазерных импульсов. Интерферометр Майкельсона
- •7.3. Автокорреляционная функция лазерного импульса
- •7.4. Описание излучения на выходе лазера как суперпозиции эквидистантных монохроматических плоских волн
- •7.5. Модулированные оптические волны
- •7.6. Сверхкороткие импульсы, генерируемые двухчастотным лазером с постоянной накачкой
- •Зависимость интенсивности излучения от времени можно записать следующим образом:
- •7.7. Пульсации излучения непрерывного двухчастотного гелий-неонового лазера
- •7.8. Регулярные пульсации излучения гелий неонового лазера, в спектре которого регистрируются 7 дискретных частот
- •7.9. Современные лазеры ультракоротких импульсов
- •Yiii. Свойства ультракоротких импульсов
- •Зависимость спектра импульсного лазерного излучения от времени
- •8.2. Квазимонохроматическое приближение
- •8.3. Импульс гауссовой формы в среде с дисперсией
- •8.4. Фазовая модуляция — уширение и сжатие импульсов с линейным чирпом
- •8.5. Фемтосекундные лазерные системы
- •IX. Измерение параметров ультракоротких лазерных импульсов
- •9.1. О некоторых заблуждениях в области корреляционных измерений длительности ультракоротких лазерных импульсов
- •9.3. Измерение акф для периодической последовательности импульсов
- •9.4. Влияние линейной фазовой модуляции несущей частоты на корреляционные функции излучения
- •X. Полупроводниковые лазеры
- •10.1. Оптические свойства полупроводников
- •10.2. Cвойства p-n переходов
- •10.3. Полупроводниковые лазеры на гетеропереходах
- •11.1. Накачка газовых активных сред
- •11.2.2. Химическая накачка
- •11.2.3. Лазеры с газодинамической накачкой
- •11.3. Лазеры на нейтральных атомах
- •11.3.1. Гелий-неоновый лазер
- •11.4. Молекулярные лазеры
- •11.5. Газовые лазеры на ионах аргона
- •11.4.1. Гелий-кадмиевый лазер
- •11.5. Эксимерные лазеры
- •Основные принципы, соотношения и константы физики лазеров
- •Тестовые задания
- •Раздел 1. Общие вопросы. Конструктивные элементы лазеров
- •Раздел 2. Взаимодействие излучения с веществом
- •Раздел 3. Лазерные резонаторы и световые пучки
- •Раздел 4. Лазерная генерация
- •Раздел 5. Динамика лазеров
Тестовые задания
Раздел 1. Общие вопросы. Конструктивные элементы лазеров
Вариант 1
Какой термин, из перечисленных ниже, допускается ГОСТ-ом к применению для обозначения лазерных приборов?
А. Мазер, Б. Квантовый генератор, В. Оптический квантовый генератор, ОКГ, Г. Молекулярный генератор.
Вариант 2
На каком веществе работал первый мазер?
А. Неоне, Б. Гелии, В. Цезии, Г. Аммиаке.
Вариант 3
Какой основной элемент обязательно присутствует в конструкции лазера любого типа?
А. Активная среда, Б. Резонатор, В. Система накачки, Г. Зеркала резонатора.
Вариант 4
Когда были созданы первые приборы, работающие по лазерному принципу?
А. 1954 г. Б. 1958 г. В. 1960 г. Г. 1962 г.
Вариант 5
Естественная ширина спектральной линии лазерного перехода СО2 лазера составляет 50 МГц. Чему равно среднее время нахождения частиц в данном возбужденном состоянии?
А. 2 ·10-8 сек. Б. 3,2 ·10-9 сек. В. 6,28 ·10-8 сек. Г. 3,14 ·10-9 сек.
Вариант 6
Активная среда лазера работает по трехуровневой схеме накачки. При переходах между какими уровнями среды может происходить лазерная генерация?
А. 3 → 2. Б. 2 → 3. В. 3 → 1. Г. 2 → 1.
Вариант 7
Активная среда лазера работает по трехуровневой схеме накачки. Между какими уровнями осуществляют накачку среды?
А. 1 → 2. Б. 2 → 3. В. 1 → 3. Г. 2 → 1.
Вариант 8
Активная среда работает по трехуровневой схеме накачки. Концентрация активных частиц среды равна n. Каковы должны быть населенности энергетических уровней n1, n2, n3 для получения усиления в среде?
А. n2 > n/2. Б. n1> n/2. В. n3> n1 . Г. n3 > n2.
Вариант 9
Взаимодействие света с веществом имеет принципиально вероятностный характер. В квантовой теории взаимодействия света и вещества вводится понятие вероятности перехода, которое отличается от понятия вероятности, используемого в математике. Какова размерность физической величины «вероятность перехода», используемой в лазерной физике?
А. Не имеет размерности. Б. сек. В. сек-1. Г. сек2.
Вариант 10
Взаимодействие света с веществом имеет принципиально вероятностный характер. В квантовой теории взаимодействия света и вещества вводится понятие вероятности перехода, которое отличается от понятия вероятности, используемого в математике. Какой физический смысл имеет понятие «вероятность перехода», используемое в лазерной физике?
А. Число квантов испускаемых или поглощаемых при переходе между энергетическими уровнями среды.
Б. Отношение числа испущенных или поглощенных квантов к числу взаимодействующих со светом частиц.
В. Число квантов испускаемых или поглощаемых при переходе между энергетическими уровнями среды в секунду.
Г. Отношение числа взаимодействующих со светом частиц к числу испущенных или поглощенных квантов.
Вариант 11
Активная среда лазера работает по трехуровневой схеме накачки. Каково должно быть соотношение между вероятностями переходов p31, p32 , p21, p13, p12, p23 для получения инверсной населенности между 1 и 2 уровнями энергии?
А. p32 > p21, p31. Б. p21 > p23, p31. В. p12 >p13, p23 . Г. p13 > p23, p31.
Вариант 12
Активная среда лазера работает по четырехуровневой схеме накачки. При переходах между какими уровнями среды обычно происходит лазерная генерация?
А. 3 → 2. Б. 4 →1. В. 3 → 1. Г. 2 →1.
Вариант 11
Активная среда лазера работает по четырехуровневой схеме накачки. Между какими уровнями осуществляют накачку?
А. 3 → 2. Б. 1 →4. В. 3 → 1. Г. 2 →1.
Вариант 12*
Активная среда работает по четырехуровневой схеме накачки. Концентрация активных частиц среды равна n. Каким должно быть соотношение между населенностями уровней для получения усиления в среде?
А. n2 > n/2. Б. n1> n/2. В. n3> n2 . Г. n3 > n/2.
Вариант 13
Активная среда лазера работает по четырехуровневой схеме накачки. Каково должно быть соотношение между вероятностями переходов p31, p32 , p21, p13, p12, p23 для получения инверсной населенности между 3 и 2 уровнями энергии?
А. р43 > p41, p32, р31. Б. р41 > p34, p31, р21 В. p42 > p31, p23, р41. Г. p13 > p32, p34.
Вариант 14
Активная среда лазера работает по четырехуровневой схеме накачки. Концентрация активных частиц среды равна n. Какова должна быть температура активной среды Т, для эффективной генерации лазера, если разность энергий между уровнями 1 и 2, равной Е?
А. E << kT, Б. E >> kT В. E ~ kT. Г. E >> 1/(kT).
Вариант 15
Под каким углом к оси резонатора φ должны быть расположены плоскости брюстеровских окошек газоразрядной трубки газового лазера? Показатель преломления стекла, из которого изготовлены окошки, равен n =1,51.
А. φ = 56º . Б. φ = 34º. В. φ = 60º. Г. φ = 30º .
Вариант 16
Под каким углом к оси резонатора должны быть наклонены брюстеровские торцы активного стержня из рубина цилиндрической формы? Показатель преломления рубина на длине волны генерации равен 1,76.
А. φ = 56º . Б. φ = 34º. В. φ = 60º. Г. φ = 30º .
Вариант 17
Какова должна быть оптическая толщина слоев в многослойном диэлектрическом зеркале, используемом в лазере, работающем на длине волны λ, для создания резонатора?
А. λ. Б. λ/2. В. λ/4. Г. λ/8.
Вариант 18
Какова должна быть толщина слоя, просветляющего поверхность диэлектрического материала, находящуюся в воздухе?
А. λ. Б. λ/2. В. λ/4. Г. λ/8.
Вариант 19
Какой из приведенных ниже формул определяются полезные потери k плоского двухзеркального лазерного резонатора, если длина активной среды лазера равна l?
А. . Б. . В. . Г. .
Вариант 20
Коэффициент вредных потерь некоторого лазера на рубине равен 0,02 см-1. Определите оптимальный по выходной мощности непрерывного лазера коэффициент отражения зеркала плоского резонатора в случае использование активной среды длиной 8 см. Считать, что оптимальное зеркало резонатора определяется условием равенства полезных и вредных потерь резонатора, а одно из зеркал резонатора полностью отражает падающее на него излучение.
А. 0,93. Б. 0,83. В. 0,73. Г. 0,63.
Вариант 21
Коэффициент вредных потерь плоского двухзеркального резонатора некоторого гелий-неонового лазера равен 2·10-4 см-1. Определите оптимальный по выходной мощности коэффициент отражения зеркала лазерного резонатора. Длина газоразрядной трубки лазера 70 см. Считать, что оптимальное зеркало резонатора определяется условием равенства полезных и вредных потерь резонатора, а одно из зеркал резонатора полностью отражает падающее на него излучение.
А. 0,92. Б. 0,95. В. 0,97. Г. 0,98.
Вариант 22
Естественное время жизни возбужденных активных частиц некоторого вещества равно τ. Чему равен период полураспада частиц τ*?
А. τ* = τ ln2. Б. τ* = τ 2ln2. В. τ* = τ/ln2 Г. τ* = τ/(2ln2).
Вариант 23
Пороговое условие стационарной генерации лазера определяется:
А. Равенством коэффициента усиления света, прошедшего через активную среду, сумме полезных и вредных потерь резонатора.
Б. Равенством коэффициента усиления активной среды сумме полезных и вредных потерь резонатора.
В. Равенством коэффициента усиления активной среды полезным потерям на зеркалах резонатора.
Г. Равенством коэффициента усиления света, дважды прошедшего через активную среду, сумме полезных и вредных потерь резонатора.
Вариант 24
Нестационарная генерация лазера при импульсной накачке или после включения лазера с нерерывной накачкой возникает при выполнении условия:
А. Равенства коэффициента усиления света, прошедшего через активную среду, сумме полезных и вредных потерь резонатора.
Б. Превышения коэффициента усиления активной среды сумме полезных и вредных потерь резонатора.
В. Равенства коэффициента усиления активной среды полезным потерям на зеркалах резонатора.
Г. Равенства коэффициента усиления света, дважды прошедшего через активную среду, сумме полезных и вредных потерь резонатора.