- •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 5. Динамика лазеров
Вариант 5. 1
Чему равна ширина огибающей спектрального контура излучения титан-сапфирового лазера, генерирующего импульсы, длительностью 5 фемтосекунд? Форму огибающей импульсов считать гауссовой. Все величины измерены по уровню ½ от максимального значения.
А. 7 ·1013 Гц. Б. 9·1013 Гц. В. 1014 Гц. Г. 2·1014 Гц.
Вариант 5. 2
Какие потери в резонатор лазера с пассивной модуляцией добротности и с активной средой длиной 8 см вносит просветляющийся затвор, если пропускание затвора на частоте лазерного перехода равно 0,8?
А. 0,14 см-1. Б. 0,28 см-1. В. 0,8 см-1. Г. 1,2 см-1.
Вариант 5. 3
Спектральный диапазон коэффициента усиления титан-сапфирового лазера находится в пределах 0,66 … 1,18 мкм. Чему равна минимально возможная длительность ультракоротких импульсов, генерируемых таким лазером. Форму огибающих спектрального контура и импульсов считать гауссовой.
А. 0,8 fs. Б. 2,2 fs. В. 5 fs . Г. 8 fs.
Вариант 5. 4
В каком временном диапазоне находятся длительность релаксационных колебаний интенсивности (пичков генерации) лазеров на твердом теле с импульсной накачкой?
А. 0,1 … 1 нс. Б. 10 … 100 нс. В. 0,1 … 1 мкс. Г . 0,1 … 1 мс.
Вариант 5
Чему равна характерная длительность моноимпульсов, излучаемых лазерами на твердом теле, работающих в режиме модуляции добротности резонатора.
А. 0,1 … 1 нс. Б. 10 … 100 нс. В. 0,1 … 1 мкс. Г . 0,1 … 1 мс.
Вариант 5. 7
Чему равна характерная мощность лазеров на твердом теле, работающих в моноимпульсном режиме и используемых для светолокации?
А. 1… 10 МВт. Б. 10 … 100 МВт. В. 1… 10 ГВт. Г. 10 … 100 ГВт.
Вариант 5. 8
Какова должна быть оптимальная длительность фронтов τ электрических импульсов, включающих электрооптический затвор лазера, для эффективной модуляцией добротности резонатора?
А. τ = 1 … 10 нс. Б. τ = 10 … 20 нс. В. τ = 100 … 200 нс Г. τ = 1 … 2 мкс.
Вариант 5. 9
Диаметр световедущей сердцевины волоконного лазера с диодной накачкой равен 10 мкм. Плотность мощности, при которой происходит оптический пробой поверхности стекла, равна 1 ГВт/см2. Чему в этом случае равна предельная мощность непрерывной одночастотной генерации лазера, ограниченная оптической прочностью выходного торца волоконного лазера?
А. 7,8 Вт. Б. 78 Вт. В. 780 Вт. Г. 7800 Вт.
Вариант 5. 10
Диаметр световедущей сердцевины волоконного лазера с диодной накачкой равен 10 мкм. Плотность мощности, при которой происходит оптический пробой поверхности стекла равна 1 ГВт/см2. Чему равна предельная мощность непрерывной генерации лазера, ограниченная оптической прочностью выходного торца волоконного лазера, если спектр излучения лазера содержит 10 дискретных частот, называемых «продольными модами резонатора»?
А. 7,8 Вт. Б. 78 Вт В. 780 Вт. Г. 7800 Вт.
Вариант 5. 11
Диаметр световедущей сердцевины волоконного лазера с диодной накачкой равен 30 мкм. Плотность мощности, при которой происходит оптический пробой поверхности стекла равна 1 ГВт/см2. Чему в этом случае равна предельная мощность непрерывной одночастотной генерации лазера, ограниченная оптической прочностью выходного торца волоконного лазера?
А. 7 Вт. Б. 70 Вт. В. 700 Вт. Г.7000 Вт.
Вариант 5. 12
Диаметр световедущей сердцевины волоконного лазера с диодной накачкой равен 30 мкм. Плотность мощности, при которой происходит оптический пробой поверхности стекла равна 1 ГВт/см2. Чему в этом случае равна предельная мощность непрерывной генерации лазера, ограниченная оптической прочностью выходного торца волоконного лазера, если спектр излучения лазера содержит 10 дискретных частот, называемых «продольными модами резонатора»?
А. 7 Вт. Б. 70 Вт. В. 700 Вт. Г. 7000 Вт.
Вариант 5. 13
Лазер работает в моноимпульсном режиме. Энергия, накопленная в активном стержне лазера длиной 8 см за время импульса накачки, составляет 5 Дж. Коэффициент вредных потерь резонатора равен 0,01 см. Резонатор лазера образован зеркалами с коэффициентами отражения 1,0 и 0,5. Оцените энергию моноимпульса, излучаемого лазером.
А. 4,1 Дж. Б. 4,3 Дж. В. 4,5 Дж. Г. 4,6 Дж.
Вариант 5. 14
Чему равна ширина огибающей спектрального контура излучения идеального лазера, генерирующего моноимпульс с огибающей гауссовой формы с полушириной τ? Все величины, как это принято, измеряют по уровню ½ от максимального значения.
А. Δν = 1/(2τ). Б. Δν = 0 В. Δν = 0,44/ τ. Г. Δν = 1/ πτ.
Вариант 5. 15
Чему равна ширина спектрального контура излучения идеального лазера, работающего в непрерывном режиме «синхронизации мод» и генерирующего периодическую последовательность одинаковых импульсов с огибающей гауссовой формы, каждый из которых имеет длительность, измеренную по уровню ½ от максимума, равную τ?
А. Δν = 1/(2 πτ). Б. Δν = 0 В. Δν = 0,44/ τ. Г. Δν = 1/ (πτ).
Вариант 5. 16
Чему равна ширина спектрального контура отдельной дискретной частоты («продольной моды резонатора») в спектре излучения идеального лазера, работающего в непрерывном режиме «синхронизации мод» и генерирующего периодическую последовательность одинаковых импульсов гауссовой формы, каждый из которых имеет длительность, измеренную по уровню ½ от максимума, равную τ?
А. Δν = 1/(2 πτ). Б. Δν = 0 В. Δν = 0,44/ τ. Г. Δν = 1/ πτ.
Вариант 5. 17
Сечение поглощения ионов Cr+3 в кристалле рубина равно 2,3·10-20 см2. Коэффициент усиления рубина, работающего в режиме модуляции добротности резонатора, достигает 0,4 см-1. Оцените максимально возможную энергию моноимпульсной генерации лазера на кристалле рубина объемом 2 см3, которую можно получить в этом случае. Вредные потери лазерного резонатора считать малыми.
А. 1 Дж. Б. 3 Дж. В. 5 Дж. Г. 6 Дж.
Вариант 5. 18
Длина резонатора гелий-неонового лазера, работающего в спектральном диапазоне 0,63 мкм, равна 70 см. Ширина спектрального контура усиления неона равна 1,5 ГГц. Чему равно максимальное число дискретных частот, в спектре излучения такого лазера?
А. 4. Б. 5. В. 6. Г. 7.
Вариант 5. 19
Длина резонатора гелий-неонового лазера, работающего в спектральном диапазоне 0,63 мкм равна 30 см. Ширина спектрального контура усиления неона равна 1,5 ГГц. Чему равно максимальное число дискретных частот, в спектре излучения такого лазера?
А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4
Вариант 5. 20
Длина резонатора гелий-неонового лазера, работающего в спектральном диапазоне 0,63 мкм равна 200 см. Ширина спектрального контура усиления неона равна 1,5 ГГц. Чему равно максимальное число дискретных частот, в спектре излучения такого лазера?
А. 8. Б. 10. В. 18. Г. 20.
Вариант 5. 21
Чему равен коэффициент пропорциональности k в соотношении неопределенностей между шириной спектра Δν и длительностью Δt когерентного лазерного импульса гауссовой формы ?
А. k = 1… Б. k = 0,5… В. k = 0,44… Г. k = 0,3…