Füüsikaosakond | Teadus- ja õppetöö | Aineprogrammid

Laserite füüsika (FKEF.01.003)

Ingliskeelne nimetus:Laser Physics
Õppeaste:magistriõpe
Kohustuslik õppekavades: 
Valikaine õppekavades:füüsika 
Kohustuslikud eeldusained:
  • Optika - FKEF.01.025
  • VÕI FKEF.01.006
Soovitatavad eeldusained: 
Vastutav(ad) õppejõud:dotsent Matti Laan
Instituut:FKEF
Osalejate piirarv:15
Kontrolli vorm:eksam (suuline)
Aine maht:2 AP
Loenguid:32h
Harjutustunde/seminare:-
Praktilisi töid:-
Iseseisvat tööd:48h
Kontrolltöid:-
Referaate:4
Aineveeb:http://www.physic.ut.ee/instituudid/efti/loengumaterjalid/opt/laserphys/

Aine sisu lühikirjeldus

Kursuses vaadeldakse kvantoptika seisukohalt kiirguse tekke- ja levikumehhanismi nii termodünaamiliselt tasakaalulise kui ka mittetasakaalulise keskkonna korral, valguse võimendamist ja genereerimist. Käsitlemist leiavad laserite üldkarakteristikud ja laserkiirguse moduleerimise viisid. Detailsemalt kirjeldatakse gaas-, vedelik- ning tahkiselaserite põhitüüpe. Oluline osa kursusest on pühendatud protsessidele optilistes sidesüsteemides.

Auditoorse töö ajakava

Loengukursus koosneb 16. kahetunnilisest loengust 2 loengut nädalas. Loengud lõppevad oktoobri lõpus.
Põhivalemid, joonised, loenguga seonduvad märksõnad etc on enne igat loengut võrgust kättesaadavad.

LOENGUD:
  1. Sissejuhatus.
     Laser - elektromagnetlainete generaator optilises diapasoonis. Valguse dualistlik iseloom: laine- ja kvantoptika. Elektromagnetlaine põhikarakteristikud. Lainepaketi spekter. Heisenbergi määramatuse relatsioon.
  2. Kiirgusprotsessid.
     Soojuskiirgus. Plancki valem. Einsteini koefitsiendid. Nõrga signaali võimendus. Indutseeritud kiirguse ristlõige. Spektrijoone homogeenne ja mittehomogeenne lainenemine: Lorentzi, Gaussi ja Voighti kontuur.
  3. Generatsiooni ja võimenduse üldised omadused.
     Tagasiside optikas, moodid. Võimendus homogeense laienemise korral, küllastav kiiritustihedus. Lasernivoode hõive kineetilised võrrandid, nende analüüs erijuhtudel. Võimendus suurtel kiiritustihedustel. Võimendus mittehomogeense laienemise korral. Mitmemoodiline võimendus. "Augu" põletamine, Lambi miinimum. Spektraalse kiirguse võimendus.
  4. Optilised resonaatorid.
     Kiire levik resonaatoris - stabiilne ja mittestabiilne resonaator. Gaussi kiirtekimp, tema levik lihtsas stabiilses resonaatoris. Moodi ruumala. Resonantsi teravus, hüvetegur. Footoni eluiga. Difraktsioonikaod.
  5. Laserite üldkarakteristikud.
     Generatsiooni efektiivsust määravad parameetrid. 3- ja 4-nivoolised laserid. Pidevas reiimis töötav laser: ringlaser, optimaalne sidestus, seisulaine laserid. Laseri dünaamika: lävetingimused, sinusoidaalne ja astmeline pumpamine. Hüveteguri moduleerimine, gigantimpulsid. Moodide sünkroniseerimine.
  6. Laserkiirguse ergastamine.
     Laserite põhitüübid. Tahkise laserid: rubiinlaser, YAG-laser. Värvilaserid. Gaaslahenduslaserid: eksimerlaserid, CO2-laser, HeNe-laser, ioonlaser. Laserid vabadel elektronidel.
  7. Sageduse kordistamine, kõrgemate harmooniliste genereerimine.
  8. Valguse levik piiratud keskkonnas, fiiberoptika.
     Fiibrite apertuur, moodid. Fiibrite tüübid. Dispersioon ja kaod fiibrites. Impulsi levik, optiline soliton. Optiline side, laserkiirguse moduleerimise viisid. Integraaloptika.

Kirjandus

  1. O. Svelto, Principles of lasers, vene k, MIR, 1979 (on olemas raamatukogudes, ka hilisem trükk).
  2. N. V. Karlov, Lektsii po kvantovoi elektronike, Nauka, 1983 (on olemas raamatukogudes, ka hilisem trükk).
  3. J. T. Verdeyen, Laser electronics, Prentice Hall, 1995 (füüsikainstituudi raamatukogus, varasem trükk).
  4. P. Das, Lasers and optical engineering, Springer Verlag, 1991 (peakogu lugemissaalis).
  5. M. Young, Optics and lasers, Springer Verlag, 1993 (peakogu lugemissaalis, varasemad trükid ka füüsikainstituudis).
  6. A. Maitland, M. Dann, Laser physics, vene k., Nauka, 1978.
  7. F. Pedrotti, L. Pedrotti, Introduction to optics, Prentice Hall, 1993 (5 eksemplari peakogus (õppekirjandus)).
    PARIM :
  8. W. T. Silfast, Laser Fundamentals, Cambridge University Press, 1996 (1 eks. Tähe tänavas, 1 - peakogu lugemissaalis).

Jooksva kontrolli osakaal eksamihindes, eksamile pääsemise tingimused

Igal loengul antakse paar ülesannet koduseks lahendamiseks. Eksami lõpphinne moodustub ülesannete lahendamise (kaal 30 %) ja eksami hindest.

Eksam on suuline, kasutada saab loenguga kaasnevaid abimaterjale. Pôhirôhk on pôhiseoste analüüsil ja nende rakendamisel konkreetsete laseritüüpide puhul.

Eksamile saamiseks tuleb esitada loengutel antud ülesannete lahendused.

Võlgnevuste likvideerimise võimalused

Eksami kordussooritus on võimalik üks kord enne semestri lõppu või uue semestri esimese kahe nädala jooksul.

www@physic.ut.ee