Питання до экзамену
Загальні прості питання
- Розшифруйте позначення Cr3+.
- Розшифруйте позначення Ne3+.
- Чим атом відрізняється від молекули?
- Що важче протон або електрон і в скільки разів?
- У якої частки електричний заряд більший, - протона або електрона?
- Назвіть межі інфрачервоного діапазону.
- Назвіть межі видимого діапазону.
- Назвіть межі ультрафіолетового діапазону.
- Що таке лазер?
- У чому лазер перевершує інші джерела електромагнітного випромінювання?
- Діапазони електромагнітних хвиль. Їх назви і послідовність.
- Що таке електронні, коливальні і обертальні рівні молекули?
- Що більше, коливальна або обертальна энргия молекули?
- Що більше, коливальна або електронна энргия молекули?
- Скільки коливальних мод в молекулі CO2?
- Що таке правила відбору?
- Що таке дозволені і заборонені переходи?
- Що таке метастабільний рівень?
- Що таке монохроматичність? Якою величиною вона визначається?
- Що таке когерентність?
- Часова когерентність. Що таке довжина і час когерентності?
- Яка різниця між просторовою і часовою когерентністю?
- Що таке дифракційно обмежений пучок?
- Дайте визначення яскравості джерела випромінювання.
- Як ви розумієте співвідношення невизначеності енергія - час?
- Що таке мода електромагнітного поля?
- Що таке індуковане випромінювання?
- Що таке спонтане випромінювання?
- Як пов'язані частота і енергія фотона?
- Чим відрізняється спонтанне випромінювання від вимушеного?
- Що відбувається з енергією атома при поглинанні атомом фотона?
- Що таке сила лінії?
- Що таке щільність фотонів?
- Що таке щільність потоку фотонів?
- Що таке населеність?
- Що описує Больцманівський розподіл?
- Що таке накачування? Що таке швидкість накачування?
- Що таке вірогідність поглинання або випромінювання?
- Що таке швидкість поглинання або випромінювання?
- Що таке час життя рівня? Що таке час розпаду рівня?
- Що таке спонтанний час життя рівня?
- Що таке безвипромінювальний перехід?
- Що таке переріз поглинання?
- Які втрати існують в лазері з відкритим резонатором? Якими величинами вони характеризуються?
- Якою сутністью представлено електромагнітне поле в теорії балансних рівнянь?
- Що таке інверсна різниця населенностей рівнів?
- Що таке релаксація?
- Як між собою співвідносяться швидкість переходу, вірогідність переходу, час життя і час розпаду рівня?
- Який зв'язок між інтенсивністю електромагнітної хвилі і щільністю потоку фотонів?
- Який лазерний перехід насичується легше, з великим або з меншим перерізом поглинання?
- Чому закритий резонатор мало придатний для використання в лазерах?
- Що таке відкриті резонатори і чому вони використовуються в лазерах?
- Що таке подовжні моди?
- Яка відстань по частоті між сусідніми подовжніми модами?
- Яка поперечна мода відкритого резонатора є основною?
- У якому відкритому резонаторі рідше спектр подовжніх мод, - в коротшому або довшому?
- Що таке порогова інверсна різниця населеності?
- Як змінюється інверсна різниця населенностей лазерного переходу у безперервному лазері при збільшенні потужності накачування?
- Коефіцієнт відображення дзеркала резонатора лазера показує відносні втрати енергії електромагнітної хвилі при відображенні. Це втрати енергії за який час?
- Чому у лазера, працюючого у безперервному режимі, інверсна різниця населенностей завжди дорівнює пороговій різниці населенностей?
- Що таке коефіцієнт поглинання середовища? Його визначення?
- Що таке коефіцієнт посилення середовища? Його визначення?
- Що таке час життя фотона?
- Де в лазері, працюючому в режимі модуляції добротності, заздалегідь накопичується енергія, яка потім висвічується у вигляді імпульсу?
- Чому дорівнює інверсна різниця населеності середовища лазера, працюючого в режимі модуляції добротності, в максимумі випромінюваного імпульсу?
- Чим визначається тривалість імпульсу лазера, працюючого в режимі модуляції добротності?
- Які ви знаєте практичні методи здійснення модуляції добротності?
- У скільки разів імпульсна потужність лазера, працюючого в режимі синхронізації мод, більше потужності того ж лазера, працюючого у безперервному режимі?
- Чому дорівнює період повторення імпульсів в лазері, працюючому в режимі синхронізації мод?
- Чому дорівнює тривалість імпульсу в лазері, працюючому в режимі синхронізації мод?
Електроний парамагнітний резонанс
- Визначення магнітного моменту.
- Визначення кутового моменту.
- Кутовий момент у квантовій механіці. Рівні енергії магнітного моменту в постійному магнітному полі у квантовій механіці.
- Що таке спін?
- Чому дорівнює спін електрона?
- Скільки рівнів енергії має вільний електрон в постійному магнітному полі?
- Зв'язок магнітного моменту з орбітальним і спіновим моментом кількості руху.
- Магнетон Бора. g-фактор Ланде. Гіромагнітне відношення.
- Енергія магнітного моменту в магнітному полі.
- ЕПР вільного електрона з орбітальним кутовим моментом рівним 0.
- Установка для спостереження ЕПР.
- Електрона конфігурация і терми свободного іона хрому Cr3+
- Спіновой гамильтониан іона хрому Cr3+ в кристалі рубіна.
- Рівні енергії іона хрому Cr3+ в кристалі рубіна.
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.
- Когерентність (просторова). Область когерентости.
- Расходимість і спрямованість випромінювання. Кут расходимісті. Дифракційно обмежений пучок. M2 чинник якості пучка.
- Як пов'язані просторова когерентність і спрямованість?
- Яскравість. Визначення. Формули.
- Можливість отримання надкоротких потужних імпульсів.
Фотони. Закони взаємодії фотонів з атомами
- Перерахуйте властивості фотона.
- 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.
- Які властивості має фотон, що випускається, при вимушеному випромінюванні?
- Перетин поглинання. Форма лінії з природним розширенням. Сила переходу.
- Формфактор лінії. Невизначеність енергія - час. Спонтаний час життя рівня. Як співвідношення невизначеності енергія - час позначається на частоті спонтанних переходів?
- 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.
- Чому чотирьохрівнева система ефективніша, ніж трирівнева?
- У чому проявляється 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.
- Відкритий резонатор. Дифракційні втрати і їх роль.
- Відкритий резонатор. Параксіальне хвилеве рівняння.
- Гаусовий пучок.
- Гаусовий пучок як мода відкритого резонатора.
Безперервний режим роботи лазера
- Насичення середовища. Фізика явища. Параметри насичення середовища .
- Підсилення інвертованого середовища. Коефіцієнт підсилення.
- Розподілені втрати.
- Умови існування лазерної генерації.
- Порогова різниця населенностей лазерного переходу.
- Розвиток лазерної генерації на початковій стадії і перехід в стаціонарний режим.
- Вихідна щільність потоку фотонів і вихідна потужність.
- Фізичний сенс перерізу поглинання.
Імпульсний режим роботи лазера. Модуляція добротності
- Фізичні основи методу модуляції добротності.
- Наочний опис отримання велетенських імпульсів. Графічне зображення процесів в лазерному середовищі при Q- модуляції.
- Балансні рівняння, що описують формування лазерного імпульсу.
- Вираз для щільності фотонів як функції інверсної різниці населенностей.
- Максимальна пікова вихідна потужність. Виграш в потужності в порівнянні з безперервним режимом.
- Енергія і тривалість імпульсу.
- Способи реалізації режиму Q- модуляції. Активна і пасивна Q- модуляція.
- Електрооптичні і акустооптичні модулятори.
Імпульсний режим роботи лазера. Синхронізація мод
- Фізичні основи методу синхронізації мод.
- Теоретичний опис синхронізації мод в частотній і часовій шкалі.
- Синхронізація мод. Основні співвідношення для тривалості імпульсу і частоти дотримання імпульсів.
- Способи реалізації синхронізації мод.