Итоговая государственная аттестация выпускников (стр. 6 из 13)
а) обратно пропорционален реактивной составляющей сопротивления цепи,
б) обратно пропорционален активной составляющей сопротивления цепи,
в) прямо пропорционален активной составляющей сопротивления цепи.
13. Энергический спектр шума на выходе линейной системы пропорционален:
а) амплитудно-частотной характеристике системы,
б) фазочастотной характеристике системы,
в) квадрату амплитудно-частотной характеристике системы.
14. Естественный спектр колебаний автогенератора определяются:
а) тепловыми и дробовыми шумами,
б) нестационарностью параметров автогенератора,
в) распространением сигнала в неоднородной среде.
15. Плотность вероятности случайного процесса на выходе нелинейной системы пропорциональна:
а) спектру входного процесса,
б) плотности вероятности входного процесса,
в) функции корреляции входного процесса.
2.2.5. Квантовая радиофизика
Программа курса
1. Введение. Предмет квантовой радиофизики. История развития квантовой радиофизики (квантовой электроники).
2. Спонтанные и индуцированные переходы. Вероятности переходов. Коэффициенты Эйнштейна и их вычисление. Термодинамический подход. Полуклассический вывод, матричный элемент оператора перехода
3. Ширина и форма спектральной линии, виды уширения.
4. Поглощение, усиление, сечение вынужденного перехода, активная среда. Квантовый усилитель и генератор, пороговое условие возбуждения генерации. Двух-, трех- и четырехуровневые схемы лазерных сред. Методы накачки.
5. Открытые резонаторы лазеров. Потери. Моды. Селекция мод. Устойчивость резонаторов. Гауссовы пучки.
6. Непрерывная и импульсная лазерная генерация. Модуляция добротности. Синхронизация мод. Компрессия импульсов.
7. Квантовые усилители и генераторы оптического и радиодиапазона. Основные типы и разновидности, устройство, принцип действия, характеристики излучения.
8. Нелинейное взаимодействие электромагнитного излучения с веществом. Генерация гармоник излучения. Параметрические процессы. Вынужденное рассеяние. Многофотонные процессы.
9. Лазерная спектроскопия.
10. Применение приборов квантовой радиофизики.
Литература
Основная
1. Карлов Н. В. Лекции по квантовой электронике / Н. В. Карлов. – М. : Наука, 1983.
2. Звелто О. Принципы лазеров / О. Звелто. – Изд. 3-е. – М. : Мир, 1990.
3. Пихтин А. Н. Оптическая и квантовая электроника : учебник для вузов / А. Н. Пихтин. – М. : Высш. шк., 2001.
Дополнительная
1. Файн В. М. Квантовая радиофизика / В. М. Файн, Я. И. Ханин. – М. : Сов. радио, 1965.
2. Бирнбаум Дж. Оптические квантовые генераторы / Дж. Бирнбаум. – М. : Сов. радио, 1967.
3. Микаэлян А. Л.Оптические генераторы на твердом теле / А. Л. Микаэлян, М. Л. Тер-Микаэлян, Ю. Г.Турков. – М. : Сов. радио, 1967.
4. Пантел Р. Основы квантовой электроники / Р. Пантел,
Г. Путхоф. – М. : Мир, 1972.
5. Страховский Г. М. Основы квантовой электроники /
Г. М. Страховский, А. В. Успенский. – М. : Высш. шк., 1989.
6. Ярив А. Квантовая электроника / А. Ярив. – М. : Сов. радио, 1980.
7. Качмарек Ф. Введение в физику лазеров / Ф. Качмарек. – М. : Мир, 1981.
8. Колпаков В. В. Квантовая радиофизика / В. В. Колпаков. – Томск : Изд. ТГУ, 1984.
9. Грибковский В. П. Полупроводниковые лазеры / В. П. Грибковский. – Минск : Университетское, 1988.
10. Яровой П. Н. Введение в физику лазеров : учеб. пособие / П. Н. Яровой. – Иркутск : Изд-во Иркут. ун-та, 1990.
11. Ахманов С. А. Физическая оптика : учебник / С. А. Ахманов, С. Ю. Никитин. – 2-е изд. – М. : Изд-во Моск. ун-та, 2004.
12. Скалли М. О. Квантовая оптика : пер. с англ. / М. О. Скалли, М. С. Зубайри ; под ред. В. В. Самарцева. – М. : Физматлит, 2003.
13. Дмитриев В. Г. Прикладная нелинейная оптика / В. Г. Дмитриев, Л. В. Тарасов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Физматлит, 2004.
Пример решения типовой задачи
Задача. Линия лазерного перехода в кристалле YAG:Nd хорошо описывается лоренцевой кривой с шириной по уровню 0,5 равной 195 ГГц при комнатной температуре. Время жизни верхнего состояния около 230 мкс, квантовый выход люминесценции лазерного перехода η = 0,42, а показатель преломления YAG равен 1,82.
Вычислить максимальное значение сечения перехода.
Решение:
Ответы получаем из следующих формул.
Для сечения вынужденного поглощения в максимуме полосы
и для квантового выхода люминесценции:
, где с – скорость света в вакууме; n – показатель преломления для граната; τ0 , τизмер – спонтанное и измеренное время жизни перехода; ν0 – центральная частота линии перехода; ∆νЛор– ширина линии лоренцевой формы на полувысоте. Длина волны люминесценции неодима в кристалле гранатаλ = c/ν0 = 1064 нм.
σ(ν0) =
= 8,1 ∙ 10-23 м2 .Ответ: σ(ν0) = 8,1 ∙ 10-23 м2 = 8,1 ∙ 10-19 см2 .
Вопросы для тестирования
1. Рубин
является примером:а) 2-уровневой схемы,
б) 3-уровневой схемы,
в) 4-уровневой схемы,
г) другое.
2. В состав активной среды эксимерного лазера входит:
а) хром,
б) азот,
в) инертный газ,
г) углекислый газ.
3. Вероятность спонтанного перехода зависит:
а) от времени жизни возбужденного состояния,
б) от мощности возбуждающего излучения,
в) от температуры люминесцирующей среды,
г) от концентрации активных центров.
4. Лоренцева форма линии связана:
а) с температурой среды,
б) с распределением частиц по скоростям,
в) расщеплением линий,
г) конечным временем жизни возбужденного состояния,
5. Примером явлений, приводящих к неоднородному уширению спектральной линии, является:
а) естественное уширение линии,
б) эффект Доплера,
в) столкновительное уширение,
г) индуцированные переходы.
6. Квантовое усиление электромагнитного излучения связано:
а) со спонтанным переходом,
б) с индуцированным переходом,
в) с поглощающим переходом,
г) с безизлучательным переходом.
7. Открытый лазерный резонатор это:
а) резонатор без лазерной среды,
б) резонатор без выходного зеркала,
в) резонатор без затвора,
г) резонатор без боковых стенок.
8. Коэффициенты Эйнштейна характеризуют:
а) температурное смещение спектральной линии,
б) вероятности квантовых переходов,
в) добротность резонатора,
г) конфокальность резонатора.
9. Увеличение коэффициента отражения зеркал резонатора приводит:
а) к снижению порога генерации,
б) срыву генерации,
в) повышению порога генерации,
г) генерации гигантских импульсов,
10. Положительная обратная связь в оптическом квантовом генераторе осуществляется с помощью:
а) лазерного затвора,
б) зеркал резонатора,
в) лампы накачки,
г) следящей электронной схемы,
11. Конфокальный резонатор:
а) образован сферическими зеркалами по схеме телескопа,
б) образован сферическими зеркалами с внешними фокусами,
в) образован сферическими зеркалами с общим фокусом,
г) образован сферическими зеркалами с общим центром кривизны.
12. Длина волны рубинового лазера равна:
а) 488 нм,
б) 532 нм,
в) 694 нм,
г) 1064 нм.
13. При уменьшении диаметра активной среды лазера в 2 раза расходимость излучения:
а) уменьшится в 4 раза,
б) уменьшится в 2 раза,
в) не изменится,
г) увеличится в 2 раза,
д) увеличится в 4 раза.
14. Для двух лазерных сред при прочих равных условиях с ростом ширины линии лазерного перехода пороговое значение энергии накачки:
а) будет расти,
б) будет оставаться неизменным,
в) будет уменьшаться.
15. С понятием «инверсия населенностей» связаны:
а) температура лазерного элемента,
б) время жизни возбужденного состояния,
в) усиление света,
г) рассеяние света.
16. Угол синхронизма связан:
а) с синхронизацией мод,
б) генерацией гармоник,
в) синхронной лазерной накачкой,
г) управлением электро-оптическим затвором.
17. Мощность импульса генерации в режиме синхронизации мод при увеличении в два раза количества участвующих в генерации продольных мод изменяется следующим образом:
а) уменьшается в 4 раза,
б) уменьшается в 2 раза,
в) не изменяется,
г) увеличивается в 2 раза,
д) увеличивается в 4 раза,
18. Для уменьшении длительности пичка генерации лазера, работающего в режиме синхронизации мод можно принять следующие меры:
а) уменьшить длину резонатора,
б) увеличить длину резонатора,
в) уменьшить апертуру активной среды,
г) увеличить апертуру активной среды.
19. Генерация второй гармоники возможна:
а) в кубических кристаллах,
б) в газах,
в) в анизотропных средах,
г) в жидкостях.
20. Постоянная Планка равна:
а) 1,9· 10-19 Кл,
б) 9,1·10-31 кг,
в) 6,02·1026 К·моль-1,
г) 6,62·10-34 Дж·с.
2.3. Требования к ответам на задания экзаменационного билета
Ответы на задания экзаменационного билета должны быть полными, содержать обоснование приводимых выкладок, указание на используемые физические законы и теоретические положения.
При необходимости ответы должны быть интегрированными, с использованием межпредметных связей.