Основы квантовой электроники (стр. 27 )

В) полоса поглощения и линия излучения совпадают

5.11. Неодимовый (ИАГ:Nd3+) лазер работает по следующей схеме:

А) 2-х уровневой Б) 3-х уровневой В) 4-х уровневой

5.12. Накачка активной среды лазера на кристалле иттрий-алюминиевого граната, активированного Nd, осуществляется:

А) фононами в кристалле

Б) пропусканием через кристалл электрического тока

В) облучением светом (оптическая накачка)

5.13. Перестраиваемый лазер на красителе работает по следующей схеме:

А) 2-х уровневой Б) 3-х уровневой В) 4-х уровневой

5.14. Для лазера на красителе изображенные на оси длин волн:

А) полоса поглощения (оптической накачки) и полоса люминесценции (излучения) совпадают

Б) полоса поглощения находится правее полосы его люминесценции

В) полоса поглощения находится левее полосы его люминесценции

5.15. Для лазера на красителе изображенные на оси частоты:

А) полоса люминесценции (излучения) находится левее полосы его поглощения (оптической накачки)

Б) полоса люминесценции находится правее полосы его поглощения

В) полоса поглощения и полоса люминесценции совпадают

5.16. Накачка активной среды жидкостного лазера на красителе, осуществляется:

А) облучением светом (оптическая накачка)

Б) пропусканием через раствор электрического тока

В) перемешиванием раствора в кювете

5.17. Перестраиваемый сапфировый (Al2O3:Ti3+) лазер работает по следующей схеме:

А) 2-х уровневой Б) 3-х уровневой В) 4-х уровневой

5.18. Для перестраиваемого сапфирового «вибронного» лазера изображённые на оси частоты:

А) полоса люминесценции (излучения) находится левее полосы его поглощения (оптической накачки)

Б) полоса люминесценции находится правее полосы его поглощения

В) полоса поглощения и полоса люминесценции совпадают

5.19. Изображенные на оси длин волн перестраиваемого сапфирового «вибронного» лазера (оптической накачки):

А) полоса излучения (люминесценции) находится левее полосы его поглощения

Б) полоса поглощения и полоса люминесценции совпадают

В) полоса люминесценции находится правее полосы его поглощения

5.20. Если обозначить через ΔЕВ, ΔЕЗ, и ΔЕП ширину валентной зоны, запрещенной зоны и зоны проводимости полупроводника соответственно, то частота излучения полупроводникового лазера будет:

А) νизл≈ ΔЕВ/h Б) νизл≈ ΔЕЗ/h

В) νизл≈ ΔЕП/h Г) νизл≈ (ΔЕП+ ΔЕВ)/h

5.21. Длина волны λ излучения, полученного при однократном удвоении основной частоты ИАГ: Nd3+–лазера (λ=1,06 мкм) равна:

А) λ=2,12 мкм Б) λ=1,06 мкм В) λ=0,53 мкм

5.22. Длина волны λ излучения, полученного при двукратном удвоении основной частоты ИАГ: Nd3+–лазера (λ=1,06 мкм) равна:

А) λ=4,24 мкм Б) λ=1,06 мкм В) λ=0,53 мкм Г) λ=0,265 мкм

5.23. Длина волны λ излучения, полученного при сложении основной частоты (λ=1,06 мкм) и удвоенной частоты ИАГ: Nd3+–лазера:

А) λ=0,355 мкм Б) λ=1,06 мкм В) λ=0,53 мкм Г) λ=0,265 мкм

5.24. Длина волны λ излучения, полученного при однократном удвоении основной частоты рубинового лазера (λ0,695 мкм) равна:

А) λ=1,39 мкм Б) λ=0,695 мкм В) λ=0,3475 мкм

5.25. Длина волны λ излучения, полученного при двукратном удвоении основной частоты рубинового лазера (λ=0,695 мкм) равна:

А) λ=1,39 мкм Б) λ=0,695 мкм В) λ=0,3475 мкм Г) λ=0,1738 мкм

5.26. Длина волны λ излучения, полученного при сложении основной частоты (λ=0,695 мкм) и удвоенной частоты рубинового лазера:

А) λ=0,232 мкм Б) λ=0,695 мкм В) λ=0,3475 мкм Г) λ=0,1738 мкм

Модуль 6. ВАЖНЕЙШИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЛАЗЕРОВ И ДРУГИХ ПРИБОРОВ КВАНТОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

6.1. Области применения лазеров

Создание лазеров, происходившее начиная с 60-х гг. ХХ века, явилось огромным качественным скачком в развитии источников оптического излучения. Это, с одной стороны, позволило “перенести” большинство методов, разработанных для радиоэлектроники–в оптический диапазон, и таким образом, – создать оптическую электронику. С другой стороны, уникальные свойства лазерного излучения: высокая направленность, монохроматичность, когерентность, малая длительность импульса и высокая мощность и др.–предопределили бурное развитие применений лазеров.

Большая мощность лазерного излучения и возможность сконцентрировать его в малом объёме (в пределе до λ3~мкм3), помимо очевидных «силовых» применений лазеров (в технологии при обработке материалов, в хирургии, и др.), привели к открытию новых разнообразных явлений при взаимодействии света большой интенсивности со средой: нелинейные эффекты, “оптический” разряд в газе –“лазерная искра” и др. Открыты уникальные возможности испарения и нагрева вещества, в частности: нагрева плазмы лазерным излучением до температур порядка 106 градусов, достаточных для протекания термоядерных реакций (в перспективе-управляемый “лазерный” термоядерный синтез), получения многозарядных ионов различных элементов. “Острая” фокусировка излучения лазера делает его излучение незаменимым инструментом в технологии микроэлектронного приборостроения (фотолитография).

Возможность формирования сверхкоротких импульсов пикосекундной длительности (см., раздел 3.3) привела к прогрессу в методах обработки и передачи информации, в метрологии, были развиты методы изучения быстро протекающих процессов, в том числе биологических.

Газовые лазеры позволяют осуществить “многоволновый” режим излучения (многоцветный–в видимом спектре), т. е. одновременную генерацию на нескольких линиях (см., раздел 4).

Полупроводниковые лазеры, а также лазерные модули: полупроводниковый лазер накачки–твёрдотельный лазер, волоконные лазеры и др. (см., раздел 5) явились основными элементами нового раздела оптики и радиоэлектроники – оптоэлектроники, занимающегося методами создания устройств, предназначенных для хранения, передачи, обработки и отображения информации, представленной в виде оптических сигналов.

Монохроматичность и когерентность сделали лазеры незаменимыми источниками излучения в методах интерферометрии, широко используемых сейчас в измерительной технике, а также – для практической реализации идей голографии, что привело к бурному её развитию.

Малая, порядка дифракционной, расходимость пучка лазерного излучения, привела к развитию методов дальнометрии, лазерной связи и локации (с использованием приемов коррекции волнового фронта), подводной локации, созданию систем наведения, например–систем посадки самолётов (“лазерная глиссада”).

Возможность перестройки длины волны излучения лазера при сохранении высокой монохроматичности (малой ширины линии излучения) и мощности, позволила селективно воздействовать на вещество. Избирательное возбуждение квантовых состояний атомов и молекул успешно используется для целенаправленного стимулирования химических реакций, лазерного разделения изотопов, охлаждения атомов до сверхнизких температур.

Применениям лазеров посвящено много книг и работ в периодических изданиях. В данном разделе мы, не затрагивая оптоэлектроники, остановимся только на тех применениях, которые позволили реализовать уникальные свойства лазерного излучения, а именно–в голографии, в оптических лазерных стандартах частоты и в экспериментах по селективному возбуждению изотопов атомов.

6.2. Оптическая голография

Голография (от греч. holos–весь, полный), область физики, занимающаяся изучением методов записи, воспроизведения и преобразования волновых полей различной физической природы и частоты, и созданием на их основе голографических устройств.

Оптическая голография использует интерференцию света–для записи на фотоматериале поля световых волн, рассеянных объектом, и далее–дифракцию света–для восстановления записанной информации, в результате чего можно наблюдать объёмное изображение этого объекта. Теоретические основы голографии были заложены в 40-е годы ХХ века, однако реализована она была только после создания лазеров, в 60-е годы.

Рис. 6.1. Схемы получения голограммы (а) и восстановления волнового поля голограммы (б). З – зеркало, S – источник света

При записи голограммы регистрируется волновое поле, которое образуется при интерференции двух когерентных волн: волны, освещающей объект (т. наз.“опорной”), и волны, отражённой объектом (“предметной”) (рис. 6.1,а). В отличие от фотографии, голографический метод получения объёмного изображения объекта позволяет регистрировать на светочувствительном материале не только интенсивность (как в фотографии), но и фазу световой волны (системы стоячих волн) в плоскости регистрации. Получаемая после обработки светочувствительного материала голограмма представляет собой множество чередующихся тёмных и светлых полос, образующих периодические структуры («дифракционные решётки»), шаг которых порядка длины световой волны λ, что требует применения фотоматериалов с высокой разрешающей способностью. Восстановление волнового поля объекта осуществляется при освещении записанной голограммы (фотопластинки) опорной волной. (рис. 6,1,б) либо в проходящем свете (пропускающая голограмма), либо в отражённом свете (отражательная голограмма).

Голограммы подразделяются на: “амплитудные”, когда осуществляется изменение оптической плотности среды, “фазовые”–изменяется показатель преломления или оптическая толщина среды, либо “амплитудно-фазовые”–изменяются обе характеристики. Отметим, что информация об объекте, записанная в виде интерференционной картины, оказывается однородно распределенной на большой площади, т. е. каждый участок голограммы несёт всю информацию, что обусловливает высокую надёжность записи.