- •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 4. Лазерная генерация
Вариант 4. 1
Произведение параметра нелинейности среды на плотность излучения для поглощающей среды просветляющегося затвора, облучаемой излучением лазера, равно 2. Во сколько раз уменьшится коэффициент поглощения из-за просветления среды?
А. 2. Б. 3. В. 4. Г. 5.
Вариант 4. 2
Произведение параметра нелинейности на плотность генерируемого излучения в активной среде лазера равно 2. Во сколько раз уменьшится при этом максимальный коэффициент усиления активной среды вследствие насыщения усиления?
А. 2. Б. 3. В. 4. Г. 5.
Вариант 4. 3
Коэффициент поглощения среды равен 1 см-1. Чему равен коэффициент пропускания слоя этой среды толщиной 1 см?
А. 0,73. Б. 0,37. В. 0,5. Г. 0,9.
Вариант 4.4
Сечение поглощения ионов хрома в рубине равно 2,3 ·10-20 см2. Оцените, чему равен максимально возможный коэффициент усиления активного стержня длиной 8 см с концентрацией ионов хрома 1019 см-3?
А. 5. Б. 6 . В. 10. Г. 16 .
Вариант 4. 5
Чему равна длина волны несущей частоты генерации рубинового лазера?
А. 0,63 мкм. Б. 0,69 мкм. В. 1,15 мкм. Г. 10,6 мкм.
Вариант 4. 6
Чему равна длина волны несущей частоты генерации лазера на углекислом газе (СО2)?
А. 0,63 мкм. Б. 0,69 мкм. В. 1,15 мкм. Г. 10,6 мкм
Вариант 4. 7
На каких длинах волн наиболее эффективно генерирует гелий-неоновый лазер?
А. 0,515мкм, 0,633мкм, 1,15мкм, 3,39мкм. Б. 0,633мкм, 1,15мкм, 3,39мкм. В. 1,15мкм, 3,39мкм. Г. 0,633 мкм, 0,694 мкм.
Вариант 4. 8
На какой длине волны генерируют лазеры на активных средах, активированных ионами неодима Nd +3?
А. 0,63 мкм. Б. 0,69 мкм. В. 1,06 мкм. Г. 10,6 мкм
Вариант 4. 9
В каком спектральном диапазоне генерируют эксимерные лазеры KrCl?
А. Вакуумный УФ. Б. УФ. В. Видимая область. Г. ИК
Вариант 4. 10
В каком диапазоне длин волн генерируют полупроводниковые лазеры на основе двойных гетеропереходов арсенида галлия?
А. 0,98 … 1,06 мкм. Б. 0,63 … 1,5 мкм. В. 1,06 … 10,6 мкм. Г. 0,63 … 3,39 мкм.
Вариант 4. 11
На какой длине волны наиболее эффективно работает полупроводниковый лазер на двойных гетеропереходах арсенида галлия?
А. 0,63 мкм. Б. 0,69 мкм. В. 0,98 мкм. Г. 1,06 мкм
Вариант 4.12
В каком спектральном диапазоне возможна перестройка частоты излучения титан-сапфирового лазера?
А. 0,66 … 1,18 мкм. Б. 0,63 … 1,15 мкм. В. 0,98 … 1,06 мкм. Г. 0,63 … 3,39 мкм.
Вариант 4. 13
В каком максимальном спектральном диапазоне возможна перестройка частоты излучения гелий-неонового лазера, работающего в спектральной области 0,63 мкм?
А. 10 МГц. Б. 100 МГц. В. 1000 МГц. Г. 1500 МГц.
Вариант 4. 14
Чему равна минимальная ширина спектра излучения идеального одночастотного лазера Δν, работающего с непрерывной накачкой?
А. Δν = 0 Гц. Б. Δν = 1/(2πτ) Гц, где τ – время жизни лазерного перехода. В. Δν равна естественной спектральной ширине контура усиления. Г. Δν = с/2L,Гц, где L – длина лазерного резонатора.
Вариант 4. 15
Расстояние между зеркалами плоского резонатора гелий-неонового лазера равно 30 см. Чему равен спектральный интервал между соседними продольными модами этого резонатора?
А. 300 МГц. Б. 500 МГц. В. 1000 Мгц. Г. 1500 МГц.
Вариант 4. 16
Расстояние между зеркалами плоского резонатора гелий-неонового лазера равно 30 см. Чему равно расстояние между импульсами, генерируемыми этим лазером в режиме «синхронизации мод»?
А. 30 см. Б. 60 см. В. 120 см. Г. 240 см.
Вариант 4. 17
Расстояние между зеркалами плоского резонатора гелий-неонового лазера равно 30 см. Лазер работает в спектральной области 0,63 мкм. Какие частоты биений между продольными модами резонатора можно будет регистрировать с помощью анализатора спектра, на который подается сигнал с широкополосного фотоприемника, освещаемого излучением этого лазера?
А. 500 и 1000 Мгц. Б. 500, 1000, 1500 Мгц. В. 500, 1000, 1500, 2000 МГц. Г. 500, 1000, 1500, 2000, 2500 МГц.
Вариант 4. 18
Ширина спектрального контура усиления гелий-неонового лазера, работающего в спектральной области 0,63 мкм равна 1,5 ГГц. Какая должна быть длина резонатора, чтобы лазер работал на единственной продольной моде плоского резонатора при любом уровне накачки?
А. 10 см. Б. 15 см. В. 20 см. Г. 30 см.
Вариант 4. 19
Резонатор рубинового лазера с длиной активной среды 8 см образован двумя плоскими зеркалами с коэффициентами отражения 1,0 и 0,5. Чему равно минимальное значение коэффициента усиления активной среды для преодоления порога генерации при постоянной накачке, если пренебрегать вредными потерями резонатора?
А. 0,01 см-1. Б. 0,02 см-1. В. 0,03 см-1. Г. 0,04 см-1.
Вариант 4. 20
Резонатор лазера образован зеркалами с коэффициентами отражения 1,0 и 0,98. Пренебрегая вредными потерями излучения определите, каким усилением должна обладать активная среда лазера для преодоления порога генерации при постоянной накачке?
А. 0,01. Б. 0,02. В. 0,03. Г. 0,04.
Вариант 4. 21
Оцените максимально возможную энергию моноимпульсной генерации лазера на кристалле граната, активированного неодимом объемом 1 см3, в случае, когда достижимая плотность инверсной населенности составляет 1018 см-3. Вредные потери лазерного резонатора считать малыми.
А. 0,21 Дж. Б. 0,19 Дж. В. 0,17 Дж. Г. 0,16 Дж.
Вариант 4. 22
Оцените максимально возможную энергию моноимпульсной генерации лазера на кристалле рубина объемом 1 см3, в случае, когда достижимая плотность инверсной населенности составляет 1018 см-3. Вредные потери лазерного резонатора считать малыми.
А. 0,21 Дж. Б. 0,29 Дж. В. 0,31 Дж. Г. 0,36 Дж.
Вариант 4. 23
Чему равна эффективность диодной накачки волоконного лазера на кварцевом стекле, со световедущей сердцевиной, активированной ионами неодима Nd+3, при накачке в полосу поглощения ионов неодима на длине волны 0,81 мкм? Считать, что в оболочку волоконного световода лазера мощность накачки вводится с эффективностью 100%.
А. 0,083 Б. 0,76 В. 0,81 Г. 0,93
Вариант 4. 24
Световая мощность диодной накачки, введенная в световедущую оболочку волоконного лазера, равна 1 кВт. Чему равна мощность тепловыделения в волокне лазера при накачке в полосу поглощения ионов неодима 0,88 мкм?
А. 83 Вт Б. 170 Вт В. 0,83 кВт Г. 0,93 кВт.
Вариант 4. 25
Чему равна эффективность диодной накачки волоконного лазера на кварцевом стекле, активированном ионами неодима Nd+3, при накачке в полосу поглощения ионов неодима на длине волны 0,88 мкм? Считать, что в оболочку волоконного световода лазера мощность накачки вводится с эффективностью 100%.
А. 0,083 Б. 0,83 В. 0,88 Г. 0,93.
Вариант 4. 26
Световая мощность диодной накачки волоконного лазера, введенная в световедущую оболочку волоконного лазера, равна 1 кВт. Чему равна мощность тепловыделения в волокне лазера при накачке в полосу поглощения ионов неодима 0,81 мкм?
А. 83 Вт. Б. 170 Вт. В. 230 Вт. Г. 0,93 кВт.
Вариант 4. 27
Чему равна спектральная плотность излучения идеального лазера Uν , работающего в непрерывном режиме c выходной мощностью, равной U ?
А. Uν = 0. Б. Uν = ∞. В. Uν = U/ Δν , где Δν ширина спектрального контура усиления активной среды. Г. Uν = U Δν.
Вариант 4. 28
Чему равна ширина спектрального контура излучения идеального непрерывного лазера Δν?
А. Δν = 1/(2 πτ), где τ – время жизни возбужденного состояния активной среды лазера. Б. Δν = 0 В. Δν = 1/ τ. Г. Δν = 1/ πτ.