- •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
Раздел 2. Взаимодействие излучения с веществом
Вариант 2.1
По каким параметрам световой квант вынужденного излучения отличается от возбуждающего кванта?
А. По направлению, Б. По поляризации, В. По частоте, Г. Не отличается от возбуждающего кванта.
Вариант 2.2
Разность энергий между двумя уровнями некоторого вещества равна 1 эВ. Оцените порядок частоты излучения, возникающего при переходе частицы с верхнего на нижний уровень этого вещества.
А. 2,4 ∙1014 Гц. Б. 2,4 ∙1015 Гц. В. 1,2 ∙1016 Гц. Г. 2,4 ∙1012Гц.
Вариант 2.3
Разность энергий между двумя уровнями некоторого вещества равна 0,1 эВ. Оцените порядок длины волны излучения, возникающего при переходе частицы с верхнего на нижний уровень этого вещества.
А. 1,2∙ 10-5 м. Б. 1,2 ∙10-6 м. В. 2,4 ∙ 10-5 м. Г. 2,4 ∙10-6 м.
Вариант 2.4
Чему равна вероятность спонтанного перехода частицы с верхнего энергетического уровня на нижний, если естественное время жизни частицы в возбужденном состоянии равно 10-3 секунды?
А. 10-3 сек-1. Б. 103 сек-1. В. 0,16∙ 10-3 сек-1. Г. 0,16 ∙103 сек-1.
Вариант 2.5
Определите естественную ширину спектральной линии, если среднее время жизни люминесцирующих частиц равно 10-8 секунды.
А. 108 Гц. Б. 0,16 ∙108 Гц. В. 6,28 ∙108 Гц. Г. 3,14 ∙108 Гц.
Вариант 2.6
Определите отношение равновесных населенностей двух энергетических уровней n1/n2 атомной системы при температуре T = 300 К, разность энергий ΔE которых составляет 0,01 эВ. Кратность вырождения уровней считать одинаковой. Распределение Больцмана, определяющее отношение населенностей ni энергетических уровней атомной системы от температуры: . Постоянная Больцмана k = 1,38 10-23 Дж/К.
А. 0,5 Б. 0,6. В. 0,7, Г. 0,8.
Вариант 2.7
Определите отношение равновесных населенностей двух энергетических уровней n2/n1, атомной системы при температуре 300 К, разность энергий которых составляет 1 эВ. Кратность вырождения уровней считать одинаковой. Распределение Больцмана, определяющее отношение населенностей ni энергетических уровней атомной системы от температуры: . Постоянная Больцмана k = 1,38 10-23 Дж/К.
А. 1,5 .∙10-17 Б. 1,6 ∙10-17. В. 1,7 ∙10-17, Г. 1,8 ∙10-17.
Вариант 2. 8
Используя формулу, связывающую коэффициенты Эйнштейна для спонтанных А21 и вынужденных В21 переходов:
,
оцените, для какой частоты ν вероятность вынужденного излучения кванта света двухуровневыми частицами равна вероятности спонтанного излучения.
А. 1011 Гц. Б. 1012 Гц. В. 1013 Гц. Г. 1014 Гц.
Вариант 2.9
Используя формулу, связывающую коэффициенты Эйнштейна для спонтанных А21 и вынужденных В21 переходов:
оцените, для какой длины волны излучения вероятность вынужденного излучения кванта света двухуровневыми частицами равна вероятности спонтанного излучения.
А. 30 нм. Б. 0,3 мкм. В. 3 мкм. Г. 300 мкм.
Вариант 2.10
Почему атомную систему, усиливающую проходящий через нее свет, при использовании распределения Больцмана можно считать системой, находящейся при отрицательной температуре?
А. Число частиц на верхнем энергетическом уровне больше, чем на нижнем.
Б. Число частиц на верхнем энергетическом уровне меньше, чем на нижнем.
В. Скорость теплового движения частиц в среде с инверсной заселенностью уровней возрастает.
Г. Скорость теплового движения частиц в среде с инверсной заселенностью уровней уменьшается.
Вариант 2.11
Как вероятность вынужденного излучения p между двумя уровнями энергии частиц вещества связана с плотностью излучения U на резонансной частоте и коэффициентом Эйнштейна для вынужденного перехода В?
А. p = U; Б. p = BU; B. p = B/U. Г. p = 1/ВU .
Вариант 2.12
Какова размерность величины «плотность излучения»?
А. Дж/м2. Б. Дж/ Гц. В.Дж/сек . Г. Дж/м3
Вариант 2.13
Чему равна размерность коэффициента Эйнштейна для вынужденного перехода Bij?
А. сек. Б. 1/сек. В. Вт/м3. Г. м3/(Дж сек).
Вариант 2.14
Чему равна размерность коэффициента Эйнштейна для спонтанного перехода Аij?
А. сек. Б. 1/сек. В. Вт/м3. Г. м3/(Дж сек).
Вариант 2.15
Как связана объемная плотность излучения U с потоком энергии Ф в световой трубке сечением ds?
А. Ф = Ucds. Б. Ф = Ucds/n. В. Ф = Uc. Г. Ф = U.
Вариант 2.16
При переходе светового потока из среды в вакуум какая из величин, характеризующих световую волну, сохраняется?
А. Длина волны λ. Б. Частота ν. В. Фазовая скорость волны. Г. Отношение λ/n, где n – показатель преломления среды.
Вариант 2.17
Как связаны друг с другом объемная спектральная плотность излучения, измеренная в шкале длин волн и в шкале частот?
А. U(ν) = U(λ). Б. U(ν) = (λ/c)U(λ). В. U(ν) = (λ2/c)U(λ). Г. U(ν) =(λ/c2) U(λ).
Вариант 2.18
Как связаны друг с другом вероятности перехода между двумя энергетическими уровнями активных частиц среды p12 и р21? Считать, что безизлучательные переходы между этими уровнями отсутствуют.
А. Не связаны. Б. р21 = р12. В. р21/р12 = А21/В12U. Г. р21/р12 = (А21 + В21U)/B21U.
Вариант 2.19
Как связаны друг с другом коэффициенты Эйнштейна В21 и В12 для вынужденных переходов в системе двухуровневых частиц?
А. Не связаны. Б. В21 = В12. В. В21 = А21/В12U. Г. (А21 + В12U) = B21U.
Вариант 2.20
Как связана мощность поглощения света при резонансном возбуждении двухуровневой среды от населенностей основного ni и возбужденного nj энергетических уровней?
А. Пропорциональна ni. Б. Пропорциональна nj. B. Пропорциональна ni – nj. Г. Пропорциональна nj – ni.
Вариант 2.21
Какие виды переходов из основного в возбужденное состояние возможны в системе частиц, обладающих двумя уровнями энергии?
А. Спонтанные, вынужденные и безизлучательные. Б. Спонтанные и вынужденные. В. Вынужденные. Г. безизлучательные и спонтанные.