Перелік запитань до модульної контрольної роботи 1

1. Спонтанні та вимушені переходи. Коефіцієнти Ейнштейна.

2. Форма спектрального контура спонтанного випромінювання.

3. Зв’язок між спектроскопічними характеристиками середовища і параметрів переходу між рівнями атома.

4. Однорідне та неоднорідне спектральне розширення.

5. Коефіцієнт підсилення дворівневої системи.

6. Зв’язок коефіцієнта підсилення із спектроскопічними параметрами активного середовища

7. Поперечник переходу.

8. Ефект насичення підсилення та вплив його на динаміку зростання інтенсивності в середовищі.

9. Вплив активного середовища на параметри прохідного випромінювання.

10. Принципова схема лазера.

11. Умова самозбудження лазера. Порогова інверсія та накачка.

12. Оптимальне пропускання вихідного дзеркала.

13. Відкриті резонатори та їх типи.

14. Власні частоти плоского резонатора (теорія Шавлова-Таунса).

15. Поперечні та повздовжні моди.

16. Інтегральне рівняння мод плоского резонатора.

17. Метод Фокса-Лі. Класифікація поперечних мод.

18. Інтегральне рівняння мод конфокального резонатора.

19. Розподіл поля в модах конфокального резонатора.

20. Поле узагальненого сферичного резонатора.

21. Розбіжність пучка випромінювання конфокального резонатора в дальній зоні.

22. Діаграма стійкості оптичних резонаторів.

23. Спектр частот конфокального та узагальненого сферичного резонатора.

24. Матричний метод розрахунку оптичних резонаторів.

25. Матриці переміщення, заломлення, відбивання та повного обходу резонатора.

26. Сферичні резонатори із скінченною апертурою дзеркал.

27. Дифракційні втрати. Число Френеля.

28. Селекція поперечних мод.

29. Селекція аксіальних мод. Одночастотний режим.

30. Нестійкі резонатори.

31. Моди нестійкого резонатора.

32. Геометрооптичний розгляд нестійких резонаторів.

33. Області застосування стійких та нестійких резонаторів..

34. Дисперсійні резонатори.

35. Залежність спектра випромінювання в дисперсійному резонаторі від параметрів дисперсійного елемента та телескопа.

36. Розподілений зворотний зв’язок.

37. Кільцеві резонатори.

Змістовий модуль 2 Тема 3. Типи лазерів та методи їх накачування

Лекція 15. Оптичне накачування.

Оптичне накачування. 3-х та 4-х рівневі схеми накачування. Балансні рівняння, інверсна населеність та поріг в 3-х та 4-х рівневих схемах.

Лекція 16. Лазери на домішкових іонах.

Рубіновий лазер. Лазери на рідкоземельних іонах. Вплив матриці на домішковий іон та характеристики випромінювання лазера. Вимоги до матриць активних елементів.

Лабораторне заняття 8. (3 год.)

Лекція 17. Методи підвищення ефективності лампового накачування.

Засоби оптичного накачування: імпульсні лампи, освітлювачі, тощо. Розподіл інверсії та оптимальна конструкція активного елемента. Підвищення ефективності накачування введенням співактиватора, лазери на галієвих гранатах. Підвищення ефективності накачування збільшенням концентрації активатора. Усунення концентраційного гасіння випромінювання. Лазери на концентрованому фосфатному склі.

Лекція 18. Лазери з перестроюванням довжини хвилі генерації.

Активні середовища лазерів з перестроюванням довжини хвилі генерації. Конфігураційна модель центра випромінювання. Механізм утворення інверсії та коефіцієнт підсилення електронно-коливального переходу. Оптичні схеми лазерів з перестроюванням довжини хвилі генерації.

Лабораторне заняття 9. (3 год.)

Лекція 19. Лазери на органічних барвниках.

Органічні барвники. Узагальнена схема енергетичних рівнів та переходів в молекулі барвника. Вплив поглинання із збуджених рівнів. Схеми та вимоги до оптичного накачування лазерів на барвниках. Неперервні струменеві лазери на барвниках.

Лекція 20. Лазери на F-центрах та електронно-коливних переходах домішкових іонів.

F-центри. Термо- та фото- стійкість F-центрів. Лазери на F-центрах, їх характеристики та області застосування. Лазери на електронно-коливних переходах домішкових іонів: олександритовий та титан-сапфіровий.

Лабораторне заняття 10. (3 год.)

Лекція 21. Газорозрядні лазери.

Типи газових розрядів і газорозрядних лазерів. Елементарні процеси в плазмі газового розряду. Механізми утворення інверсії в He-Ne суміші. He-Ne лазер та його характеристики.

Лекція 22. Лазери на парі металів та іонні лазери.

Умова виникнення стаціонарної та імпульсної інверсії в плазмі газового розряду. ККД газорозрядного лазера та шляхи його підвищення. Лазери на парі металів. Мідний лазер. Іонні лазери. Ar⁺ та He-Cd лазери.

Лабораторне заняття 11. (3 год.)

Лекція 23. Молекулярні лазери УФ діапазону.

Утворення інверсії на електронних переходах молекул в газовому розряді. Проблема самообмеження переходів. Азотний лазер. Особливості утворення інверсії в ексимерах. Ексимернi лазери на інертних газах та їх галогенідах. Характеристики та області застосування ексимерних лазерів.

Лекція 24. Молекулярні лазери ІЧ діапазону.

Утворення інверсії на коливних переходах молекул. Газорозрядний СО₂-лазер та його характеристики. Залежність параметрів випромінювання газорозрядного СО₂-лазера від його конструкції. Газодинамічні СО₂-лазери. Хімічні лазери.

Лабораторне заняття 12. (3 год.)

Лекція 25. Інжекційні напівпровідникові лазери.

Умова виникнення підсилення в напівпровідниках. Вироджений напівпровідниковий діод. Утворення інверсії в р/n переході при інжекції нерівноважних носіїв заряду. ККД та особливості функціонування інжекційних напівпровідникових лазерів.

Лекція 26. Напівпровідникові лазери зі складними профілями р/n переходу.

Проблема зниження порогу та підвищення ккд і потужності напівпровідникових лазерів. Гетеролазери. Лазери з напрямленим підсиленням та чотирьохстороннім хвилеводним обмеженням. Діодні лінійки та діодні гратки. Каскадні напівпровідникові лазери. Лазерно-діодне накачування твердотільних (неодимових) лазерів. Волоконні лазери.

Лабораторне заняття 13. (3 год.)

Самостійна робота.

Залежність механізмів створення інверсії від типу активного середовища. Області використання лазерів в залежності від типу активного середовища. Спектроскопічні та генераційні характеристики органічних лазерних барвників. Утворення p/n переходів в напівпровідниках. Конструкції лазерних напівпровідникових діодів. Конструкції і вимоги до активних елементів газорозрядних лазерів. Умови утворення інверсії на коливальних переходах при хімічних реакціях.

Література [1, 2, 4, 5, 7, 9, 24]