КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

ФІЗИЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра оптики

Укладач: канд.фіз.мат. наук, доц. Ящук В.П

Лазерна техніка та прикладна квантова електроніка

Робоча навчальна програма

для студентів І курсу магістратури спеціальності 0911

«Лазерна та оптоелектронна техніка» фізичного факультету

Затверджено

на засіданні кафедри оптики

протокол № 17 від 30 червня 2011 р.

Зав.кафедрою

________________

Поперенко Л.В.

Декан фізичного факультету

_________________

Макарець М.В.

КИЇВ 2011

Навчально-тематичний план лекцій і лабораторних занять

№ теми	Назва теми	Кількість годин
		Лекції	Лабор. роботи	Самост. робота
	Вступ. Принципова схема та основні характеристики випромінювання лазера.	2		3
	Основні характеристики енергетичних рівнів та переходів між ними.	2	3	3
	Підсилення дворівневої системи.	2		4
	Лазер як автоколивна система.	2	3	4
	Оптичні резонатори. Плоскопаралельний оптичний резонатор як граничний випадок резонатора надвисоких частот.	2		4
	Хвильовий розгляд формування випромінювання в оптичних резонаторах.	2	3	4
	Конфокальний резонатор.	2		4
	Узагальнений сферичний резонатор.	2	3	4
	Матричний метод розрахунку оптичних резонаторів.	2		4
	Сферичні резонатори із скінченною апертурою та додатковими оптичними елементами.	2	3	4
	Нестійкі резонатори та їх моди.	2		4
	Дисперсійні резонатори.	2	3	4
	Селекція мод резонатора.	2		4
	Розподілений зворотний зв‘язок.	2	3	3
	Оптичне накачування.	2		4
	Лазери на домішкових іонах.	2	3	4
	Методи підвищення ефективності лампового накачування.	2		4
	Лазери з перестроюванням довжини хвилі генерації.	2	3	4
	Лазери на органічних барвниках.	2		4
	Лазери на електронно-коливних переходах домішкових іонів та F-центрах.	2	3	4
	Газорозрядні лазери.	2		4
	Лазери на парі металів та іонні лазери.	2	3	4
	Молекулярнi лазери УФ діапазону.	2		4
	Молекулярнi лазери ІЧ діапазону.	2	3	4
	Інжекційні напівпровідникові лазери	2		4
	Напівпровідникові лазери зі складними профілями р/п переходу.	2	3	4
	Балансові рівняння лазера.	2		4
	Режим вільної генерації.	2	3	4
	Режим модуляції добротності резонатора.	2		4
	Режим синхронізації мод лазера.	2	3	4
	Перетворення лазерних пучків.	2		4
	Вимірювання параметрів лазерного випромінювання.	2	3	4
	Втрати і добротність резонатора. Юстування резонатора.	2		4
	Лазерні пристрої.	2	3	4
Всього		68	51	133

Загальний об’єм 252 год.

В тому числі:

Лекції – 68 год.

Лабораторні роботи – 51 год.

Самостійна робота – 133 год.

Змістовий модуль 1 Тема 1. Взаємодія випромінювання з активним середовищем.

Лекція 1. Вступ. Принципова схема та основні характеристики випромінювання лазера.

Основні поняття. Принципова вiдмiна вимушеного та спонтанного випромінювання. Принципова схема лазера. Огляд основних типів лазерів. Історія розвитку лазерної техніки.

Лекція 2. Основні характеристики енергетичних рівнів та переходів між ними.

Коефіцієнти Ейнштейна та співвідношення між ними. Час життя атома на рівні. Форма спектральної лінії. Спектральне розширення. Фізичні механізми спектрального розширення. Оцінка мінімальної інтенсивності лазера.

Лабораторне заняття 1. (3 год.)

Лекція 3. Підсилення дворівневої системи.

Коефіцієнт підсилення дворівневої системи. та залежність його від параметрів спектрального переходу. Iнверсiя. Ефект насичення підсилення. Вплив насичення підсилення на динаміку зростання інтенсивності прохідного випромінювання. Вплив типу спектрального розширення на спектральний контур коефіцієнта підсилення. Вплив активного середовища на параметри прохідного випромінювання.

Лекція 4. Лазер як автоколивна система.

Особливість лазера як автоколивної системи. Умова самозбудження лазера. Вплив насичення підсилення на максимальну вихідну потужність випромінювання лазера. Оптимальне пропускання сигнального дзеркала.

Лабораторне заняття 2. (3 год.)

Самостійна робота

Люмінесценція, суперлюмінесценція та лазерна генерація. Зв’язок параметрів підсилення активного середовища із його люмінесцентними характеристиками. Підсилення на неоднорідно розширеному переході. Спектральне розширення при зіткненнях молекул. Зв’язок коефіцієнтів Ейнштейна із матричним елементом дипольного моменту атома.

Література [1, 2, 15, 16]

Тема 2. Оптичні резонатори

Лекція 5. Оптичні резонатори.

Відкриті резонатори. Основні відмінності відкритих та закритих резонаторів. Плоскопаралельний оптичний резонатор як граничний випадок резонатора надвисоких частот. Власні частоти плоскопаралельного резонатора. Повздовжні та поперечні моди. Затягування частот мод в заповненому резонаторі.

Лекція 6. Хвильовий розгляд формування випромінювання в оптичних резонаторах.

Інтегральне рівняння поля мод на дзеркалах плоскопаралельного резонатора. Метод Фокса-Лі та його застосування для плоского паралельного резонатора. Класифікація мод плоскопаралельного резонатора.

Лабораторне заняття 3. (3 год.)

Лекція 7. Конфокальний резонатор.

Інтегральне рівняння для поперечних мод конфокального резонатора. Розподіл поля мод на дзеркалах конфокального резонатора. Просторовий розподіл поля мод конфокального резонатора. Розбіжність пучка випромінювання конфокального резонатора в дальній зоні.

Лекція 8. Узагальнений сферичний резонатор.

Гаусові пучки і їх властивості. Узагальнений сферичний резонатор. Діаграма стійкості. Залежність стійкості резонатора від довжини резонатора. Власні частоти узагальненого сферичного резонатора. Напівконфокальний резонатор.

Лабораторне заняття 4. (3 год.)

Лекція 9. Матричний метод розрахунку оптичних резонаторів.

Матричний метод розрахунку оптичних резонаторів. Матриці переміщення, заломлення, відбивання та повного обходу резонатора. Принцип розрахунків розподілу поля матричним методом.

Лекція 10. Сферичні резонатори із скінченною апертурою та додатковими оптичними елементами.

Сферичні резонатори із скінченною апертурою дзеркал. Еквівалентні резонатори. Резонатор з діафрагмою. Резонатор з лінзою.

Лабораторне заняття 5. (3 год.)

Лекція 11. Нестійкі резонатори.

Нестійкі резонатори та їх моди. Геометрооптичний розгляд нестійких резонаторів. Геметрооптичні та дифракційні втрати. Селекція поперечних мод нестійкого резонатора. Області застосування стійких та нестійких резонаторів.

Лекція 12. Дисперсійні резонатори.

Дисперсійний резонатор. Спектральні та енергетичні параметри випромінювання генерації в дисперсійному резонаторі. Залежність ширини контура випромінювання від кутової дисперсії дисперсійного елемента. Вплив телескопа на ширину контура випромінювання. Типи дисперсійних резонаторів. Резонатор мультилінійного лазера. Резонатор лазера „білого світла”.

Лабораторне заняття 6. (3 год.)

Лекція 13. Селекція мод резонатора.

Число Френеля. Залежність дифракційних втрат від числа Френеля. Селекція поперечних мод. Селекція поздовжніх мод. Одночастотна генерація.

Лекція 14. Розподілений зворотний зв‘язок.

Розподілений зворотний зв‘язок (РЗЗ). Оптичні схеми реалізації динамічного зворотного зв’язку. Параметри та області використання РЗЗ лазерів. Кільцеві резонатори та області їх використання.

Лабораторне заняття 7. (3 год.)

Самостійна робота

Інтегральні рівняння та класифікація поперечних мод конфокального резонатора циліндричної симетрії. Матричний опис гаусових пучків. Конструкція оптичних елементів лазерів (дзеркал, активних елементів, освітлювачів, лазерних вікон) та вимоги до їх виготовлення. Вимоги до точності юстування дзеркал резонатора та осі активного елемента, критичний кут роз’юстування. Методи юстування резонатора. Об’єм моди. Оптичні схеми лазерів з дисперсійними резонаторами.

Література: [7, 9, 11, 12, 14, 16, 18, 19, 21]