- •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 3. Лазерные резонаторы и световые пучки
Вариант 3.1
На рисунках схематически изображены стационарные распределения поля для различных типов колебаний или поперечных мод лазерного резонатора с круглыми зеркалами. Окружности – места с одинаковым значением напряженности поля. Стрелки указывают взаимное расположение направлений колебаний поля. На каком из рисунков показано распределение поля для основной поперечной моды ТЕМ00?
А. а Б. б В. в Г. г.
Вариант 3.2
На рисунках схематически изображены стационарные распределения поля для различных типов колебаний или поперечных мод лазерного резонатора с круглыми зеркалами. Окружности – места с одинаковым значением напряженности поля. Стрелки указывают взаимное расположение направлений колебаний поля. На каком из рисунков показано распределение поля для поперечной моды ТЕМ01?
А. а Б. б В. в Г. г.
Вариант 3.4
На рисунках показаны распределения интенсивности в поперечном сечении пучка лазера с круговой симметрией. На каком рисунке показано распределение поля, получающееся при сложении двух ортогональных мод ТЕМ01?
А. б Б. в В. г Г. д.
Вариант 4
На рисунках показаны распределения интенсивности в поперечном сечении пучка лазера с круговой симметрией. На каком рисунке показано распределение поля для моды ТЕМ01?
А. б Б. в В. г Г. д.
Вариант 3. 5
Лазерный пучок хорошо описывает гауссова функция, которая является одним из решений параболического уравнения. Гауссова функция, описывающая распределение поля ТЕМ00 вдоль продольной координаты, – простейший тип гауссового пучка. При z = 0 амплитуда E(x,y) имеет вид:
,
где w0 – минимальный радиус светового пучка, определенный по уровню в е раз меньшему максимального значения амплитуды поля в центре пучка E0.
Какое выражение, из приведенных ниже, описывает одномерное распределение интенсивности I в гауссовом пучке?
А. . Б. В. Г. .
Вариант 3. 6
Лазерный пучок хорошо описывает гауссова функция, которая является одним из решений параболического уравнения. Гауссова функция, описывающая распределение поля ТЕМ00 вдоль продольной координаты, – простейший тип гауссового пучка. При z = 0 амплитуда E(x,y) имеет вид:
,
где w0 – минимальный радиус светового пучка, определенный по уровню в е раз меньшему максимального значения амплитуды поля в центре пучка E0.
Какое выражение из приведенных ниже определяет полуширину гауссова пучка w, которая измеряется экспериментально по уровню ½ от максимальной интенсивности?
А. Б. В. Г. .
Вариант 3. 7
Гауссов пучок нулевого порядка имеет радиус перетяжки, равный d. Чему равна угловая расходимость пучка гелий неонового лазера θ, работающего на длине волны λ, который хорошо описывается гауссовой функцией?
А. θ = λ/d. Б. θ = 4λ/(πd). В. θ = 1,22 λ/d. Г. θ = 0.
Вариант 3. 8
Световой луч, испускаемый гелий-неоновым лазером, имеет радиус перетяжки, равный 1 мм. Чему равна угловая расходимость пучка гелий неонового лазера θ, работающего на длине волны 0,63 мкм, который хорошо описывается гауссовой функцией нулевого порядка?
А. θ = 2 ·10-1. Б. θ = 2 ·10-2. В. θ = 2 ·10-3 Г. θ = 4 ·10-4.
Вариант 3.9
Угловая расходимость луча лазера равна 10-4 радиан. Чему равна угловая расходимость этого луча, измеренная в угловых секундах?
А. 10 Б. 20 В. 30. Г. 40.
Вариант 3.10
Лазер излучает световой луч кругового поперечного сечения с малой угловой расходимостью α. В каком телесном угле Ω (стерадиан) испускает излучение этот лазер?
А. Ω = α. Б. Ω = α2 . В. Ω = π α2. Г. Ω = 2π cosα.
Вариант 3. 11
Угловая расходимость луча лазера, имеющего круговое поперечное сечение равна 10-4 радиан. В каком телесном угле Ω (стерадиан) испускает излучение этот лазер?
А. 10-8 . Б. 3,14 10-8 . В. 10-4 . Г. 6,28 10-8 .
Вариант 12
На каком из приведенных рисунков изображен конфокальный резонатор.
А. а. Б. б. В. в. Г.г.
Вариант 3. 13
На каком из приведенных рисунков изображен полусферический резонатор.
А. а. Б. б. В. в. Г.г.
Вариант 3. 14
На каком из приведенных рисунков изображен плоский резонатор.
А. а. Б. б. В. в. Г.г.
Вариант 3.15
Сколько волноводов содержит структура современного полупроводникового полоскового лазера на гетероструктурах?
А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4.
Вариант 3. 16
Толщина оптического волновода полупроводникового полоскового лазера на гетероструктурах составляет 3 мкм. Длина волны излучения лазера 1,3 мкм. Чему равна полная дифракционная угловая расходимость излучения лазера α(градусов) в плоскости, перпендикулярной плоскости волновода, если волновод поддерживает в этой плоскости существование простейшей поперечной моды?
А.10° Б.20° В. 32° Г. 42.°
Вариант 3.17
Толщина оптического волновода полупроводникового полоскового лазера на гетероструктурах составляет 3 мкм. Длина волны излучения лазера 1,5 мкм. Чему равна полная дифракционная угловая расходимость излучения лазера α(градусов) в плоскости, перпендикулярной плоскости волновода, если волновод поддерживает в этой плоскости существование простейшей поперечной моды?
А. 15° Б. 25° В. 35° Г. 45.°
Вариант 3.18
Толщина оптического волновода полупроводникового полоскового лазера на гетероструктурах составляет 3 мкм. Длина волны излучения лазера 0,84 мкм. Чему равна полная дифракционная угловая расходимость излучения лазера α(градусов) в плоскости, перпендикулярной плоскости полоскового волновода, если волновод поддерживает в этой плоскости существование простейшей поперечной моды?
А.10.° Б. 20. ° В. 30.° Г. 40.°
Вариант 3. 19
Излучение идеального лазера часто моделируют плоской световой волной. Чему равна сила света I идеального лазера, излучающего плоскую световую волну, если плотность его излучения равна Ф Вт/м2?
Телесный угол Ω равен отношению площади поверхности, вырезанной на сфере конусом светового пучка, исходящего из центра сферы к квадрату радиуса сферы r: Ω = s/r2. Телесный угол связан с плоским углом, характеризующим угловую расходимость светового пучка кругового сечения α, соотношением: Ω =2π(1-cosα) ≈ π sin2α.
А. 0. Б. ∞ .В. I = Ф Ω. Г. I = Ф/Ω.
Вариант 3.20
Излучение идеального лазера часто моделируют плоской световой волной. Чему равна максимальная яркость В идеального лазера, излучающего плоскую световую волну, если плотность его излучения равна Ф Вт/м2?
Телесный угол Ω равен отношению площади поверхности, вырезанной на сфере конусом светового пучка, исходящего из центра сферы к квадрату радиуса сферы r: Ω = s/r2. Телесный угол связан с плоским углом, характеризующим угловую расходимость светового пучка кругового сечения α, соотношением: Ω =2π(1-cosα) ≈ π sin2α (для малых углов).
А. 0. Б. ∞ .В. I = Ф Ω. Г. I = Ф/Ω.
Вариант 3. 21
Световой пучок гелий-неонового лазера диаметром 1 мм, который соответствует гауссовому пучку нулевого порядка, имеет дифракционную угловую расходимость. Длина волны излучения 0,63, мощность лазера 10 мВт. Чему равна сила света I такого лазера?
Силой света называют пространственную плотность светового потока Ф, излучаемого внутри телесного угла Ω , при равномерном распределении светового потока по углам I = Ф/Ω.
А. 5,5 Вт/ср. Б. 55 Вт/ср. В. 550 Вт/ср. Г. 5500 Вт/ср.
Вариант 3. 22
Чему равно отношение силы света непрерывного лазера с дифракционой угловой расходимостью луча 10-3 радиан и точечного теплового источника света (электрической лампочки) одинаковой мощности?
А. 106 . Б. 2 106 . В. 3 106 . Г. 4 106.