Електроний парамагнітний резонанс

  • Визначення магнітного моменту.
  • Момент кількості руху.
  • Зв'язок магнітного моменту з орбітальним і спіновим моментом кількості руху.
  • Магнетон Бора. g-фактор Ланде. Гіромагнітне відношення.
  • Енергія магнітного моменту в магнітному полі.
  • Кутовий момент у квантовій механіці. Рівні енергії магнітного моменту в постійному магнітному полі у квантовій механіці.
  • ЕПР вільного електрона з орбітальним кутовим моментом рівним 0.
  • Рівні енергії іона хрому Cr3 + в кристалі рубіна.
  • Спіновой гамильтониан.
  • Установка для спостереження ЕПР.

Конкретні лазери

  • Гелій-неоновий лазер. Діаграма рівнів енергії. Принцип дії.
  • Рубіновий лазер. Діаграма рівнів енергії. Принцип дії.
  • Неодимовий лазер. Діаграма рівнів енергії. Принцип дії.
  • CO2 лазер. Діаграма рівнів енергії. Принцип дії. Накачування електричним розрядом (подовжнім і поперечним).
  • Газодинамічний CO2 лазер. Принцип дії.

Властивості лазерного випромінювання

  • Монохроматичність. Ширина спектру випромінювання. Перетворення Фур'є.
  • Когерентність (в часі). Час і довжина когерентності. Зв'язок часу когерентності з шириною лінії. Інтерференція. Видимість.
  • Когерентність (просторова). Область когерентости.
  • Расходимість і спрямованість випромінювання. Кут расходимісті. Дифракційно обмежений пучок. M2 чинник якості пучка.
  • Яскравість. Визначення. Формули.
  • Можливість отримання надкоротких потужних імпульсів.

Фотони. Закони взаємодії фотонів з атомами

  • Фотон. Його властивості.
  • Моди електромагнітного поля у вільному просторі. Щільність мод.
  • Спонтанне і вимушене (індуковане) випромінювання атома в одну моду. Поглинання фотона атомом з моди. Щільність вірогідності переходу.
  • Перетин поглинання. Форма лінії з природним розширенням. Сила переходу.
  • Формфактор лінії. Невизначеність енергія - час. Спотаний час життя рівня.
  • Взаємодія атома з декількома модами. Широкосмугові поля.
  • Вимушені переходи при взаємодії з широкосмуговим електромагнітним полем.

Різні теорії лазера. Метод балансних рівнянь

  • Будова лазера. Активне середовище, резонатор, накачування, лазерне випромінювання.
  • Три різні теоретичні підходи до опису роботи лазера : метод балансних або швидкісних рівнянь, напівкласична теорія, квантовомеханічна теорія. Переваги і недоліки.
  • Метод балансних рівнянь. Принцип їх складання. Вірогідність і швидкості переходів. Часи життя. Релаксація. Переходи з випромінюванням і безвипромінювальні переходи. Природне і однорідне розширення. Ширина лінії. Форм-фактор. Переріз поглинання.

Трирівнева і чотирирівнева системи. насичення середовища

  • Неможливість отримання інверсної різниці населенностей в дворівневій системі.
  • Інверсна різниця населенностей в трирівневій системі. Виведення формули. Характерні часи життя рівнів і швидкості переходів.
  • Інверсна різниця населенностей в чотирьохрівневій системі. Виведення формули. Характерні часи життя рівнів і швидкості переходів.
  • Порівняння трирівневої і чотирьохрівневої систем.
  • Насичення середовища.

Відкриті резонатори

  • Функції резонатора в лазері.
  • Необхідність використання відкритих резонаторів в газових і твердотілих лазерах. Подовжні моди. Міжмодова різниця частот відкритого резонатора.
  • Поперечні моди відкритого резонатора. Позначення. Спектр відкритого резонатора.
  • Параметри, що визначають втрати в резонаторі, час життя фотона, добротність, сумарні втрати . Співвідношення між цими параметрами.
  • Втрати у відкритому резонаторі.
  • Відкритий резонатор. Дифракційні втрати і їх роль.
  • Відкритий резонатор. Параксіальне хвилеве рівняння.
  • Гаусовий пучок.
  • Гаусовий пучок як мода відкритого резонатора.
  • Вищі поперечні моди відкритого резонатора і їх частоти.
  • Поширені типи відкритих резонаторів.
  • Відкритий резонатор. Селекція поперечних і подовжніх мод.

Безперервний режим роботи лазера

  • Безперервний режим роботи лазера. Насичення середовища. Фізика явища. Параметри насичення середовища .
  • Безперервний режим роботи лазера. Підсилення інвертованого середовища. Коефіцієнт підсилення.
  • Безперервний режим роботи лазера. Розподілені втрати.
  • Безперервний режим роботи лазера. Умови існування лазерної генерації.
  • Безперервний режим роботи лазера. Порогова різниця населенностей лазерного переходу.
  • Безперервний режим роботи лазера. Розвиток лазерної генерації на початковій стадії і перехід в стаціонарний режим.
  • Безперервний режим роботи лазера. Вихідна щільність потоку фотонів і вихідна потужність.
  • Безперервний режим роботи лазера. Оптимізація вихідної потужності.

Імпульсний режим роботи лазера. Модуляція добротності

  • Області використання імпульсних лазерів.
  • Q- модуляція. Наочний опис отримання велетенських імпульсів. Графічне зображення процесів в лазерному середовищі при Q- модуляції.
  • Q- модуляція. Балансні рівняння, що описують формування лазерного імпульсу.
  • Q- модуляція. Вираз для щільності фотонів як функції інверсної різниці населенностей.
  • Q- модуляція. Максимальна пікова вихідна потужність. Виграш в потужності в порівнянні з безперервним режимом.
  • Q- модуляція. Енергія і тривалість імпульсу.
  • Способи реалізації режиму Q- модуляції. Активна і пасивна Q- модуляція.
  • Електрооптичні і акустооптичні модулятори.

Імпульсний режим роботи лазера. Синхронізація мод

  • Синхронізація мод. Що це таке.
  • Теоретичний опис синхронізації мод в частотній і часовій шкалі.
  • Синхронізація мод. Основні співвідношення для тривалості імпульсу, його енергії і частоти дотримання імпульсів.
  • Практичні методи реалізації синхронізації мод.
  • Неоднорідне розширення. Доплерівське розширення.