Szczegółowa informacja o przedmiocie

Wersja przedmiotu

Kod przedmiotu:LKP
Nr wersji:1
Nazwa:Lasery - kurs podstawowy
JD:4
ECTS:5
JK:30
Zaliczanie:E
Ocenianie:5
Semestr wprowadzenia:04Z
Osoba odpowiedzialna:prof. dr hab. Paweł Szczepański
Opis:Studia I stopnia - EIK (obieralny), etap B4

Wymiary

Typ zajęćWymiar
W2
L1
P1

Poprzedniki

---

Przedmioty podobne

Kod przedmiotuNazwaDyskonto JDDyskonto ECTS
FLAFizyka laserów45

Ostatnie realizacje

SemestrRealizacjaProwadzącyInstytutLiczba miejsc
18ZAprof. dr hab. Paweł SzczepańskiMO30
18LAprof. dr hab. Paweł SzczepańskiMO40
17ZAprof. dr hab. Paweł SzczepańskiMO40
17LAprof. dr hab. Paweł SzczepańskiMO40
16ZAprof. dr hab. Paweł SzczepańskiMO36
16LAprof. dr hab. Paweł SzczepańskiMO40
15ZAprof. dr hab. Paweł SzczepańskiMO36

Przynależność do klas tematycznych i programowych

KlasaNazwaTyp klasy
OELOptoelektronika laserowaTematyczna
OPTEOptoelektronika (E)Programowa
OTPrzedmioty obieralne techniczneProgramowa
PP-EIKPrzedmioty podstawowe specjalności EIKProgramowa
PSPEBPrzedmioty specjalizujące (E-B)Programowa
PSPECPrzedmioty specjalizujące (E-C)Programowa

Konspekt

Streszczenie

Celem przedmiotu jest przedstawienie studentom fizycznych podstaw działania laserów oraz podstawowych zjawisk towarzyszących generacji promieniowania laserowego. W szczególności omawiane są podstawowe zagadnienia dotyczące akcji laserowej, tj. próg akcji laserowej, praca ciągła i praca impulsowa lasera oraz praca jedno- i wieloczęstotliwościowa. Ponadto, przedstawiony jest krótki zarys teorii rezonatorów optycznych.

Treść wykładu

Zjawiska podstawowe: oddziaływanie fali elektromagnetycznej z atomem dwupoziomowym - zjawisko absorpcji, emisji spontanicznej i emisji wymuszonej.

Pojęcie inwersji obsadzeń: warunki uzyskania wzmocnienia w układach kwantowych, metody uzyskania inwersji obsadzeń w ośrodkach gazowych, cieczach i ośrodkach ciała stałego, zjawisko nasycenia wzmocnienia i nasycenia absorpcji.

Oddziaływanie fali elektromagnetycznej. z układem atomów: zagadnienie szerokości linii widmowej - poszerzenie naturalne. Jednorodne i niejednorodne poszerzenie linii.

Rezonatory optyczne: wewnętrzny efekt interferometru Fabry-Perot, pojęcie modu rezonatora - mody wyższych rzędów. Warunki stabilności rezonatora - macierze ABCD. Formowanie wiązki gaussowskiej - rola rezonatora w tworzeniu wiązki gaussowskiej, rozbieżność kątowa wiązki.

Warunki generacji wiązki laserowej: pojęcie progu akcji laserowej. Praca ciągła i impulsowa przy pobudzaniu ciągłym i impulsowym. Praca jednomodowa i wielomodowa - pojęcie optymalnej transmisji zwierciadła wyjściowego. Generacja z komutacją dobroci rezonatora, synchronizacja modów.

Zakres laboratorium
  • Ćw.1. Badanie koherencji promieniowania laserowego. Pomiar długości fali promieniowania generowanego przez laser półprzewodnikowy na podstawie zmiany ilości prążków w obrazie interferencyjnym przy wykorzystaniu interferometru Michelsona oraz Macha-Zendera. Ocena szerokości widma promieniowania badanego lasera.
  • Ćw.2. Konstrukcja i parametry lasera argonowego. Zapoznanie studentów z budową lasera argonowego. Zagadnienie bezpieczeństwa laserowego, zasady pracy z urządzeniami laserowymi. Uzyskiwanie inwersji w laserze argonowym. Warunki generacji promieniowania laserowego, odniesienie do generatora kwantowego do generatora "elektrycznego". Znaczenie warunku amplitudowego i fazowego. Praca lasera na kilku liniach widmowych. Wpływ współczynnika wzmocnienia na progi generacji poszczególnych linii widmowych. Znaczenie współczynnika nasycenia wzmocnienia na przebieg charakterystyki mocy wyjściowej lasera.

Pomiar charakterystyk wyjściowych lasera dla różnych linii widmowych. Obserwacja własności promieniowania laserowego:

  • gęstość mocy, obliczenie gęstości mocy badanego lasera
  • interferencja promieniowania, obserwacja interferencji
  • promieniowania rozproszonego
  • polaryzacja promieniowania laserowego, wpływ "okienek Brewstera"
  • rozbieżność wiązki, czynniki wpływające na rozbieżność wiązki laserowej.

Zagadnienie sprawności energetycznej lasera argonowego, obliczenie sprawności badanego lasera. Wpływ szerokości widmowej promieniowania laserowego na czystość barwy obserwowanych linii.

  • Ćw.3. Pomiary parametrów ośrodków laserujących. W laserze jonowym na parach metali wyznaczane są podstawowe parametry ośrodka aktywnego - wzmocnienie nienasycone i nasycone, parametr nasycenia oraz straty optyczne w rezonatorze optycznym. Na podstawie tych wyników pomiarów określony jest rodzaj oddziaływania promieniowania z ośrodkiem.
  • Ćw.4. Badanie jednoczęstotliwościowej pracy lasera.Metody wymuszania pracy lasera na pojedynczej linii widmowej. Uzyskanie pracy na linii 488 nm. Budowa i wykorzystanie analizatora widma. Obserwacja widma promieniowania laserowego na oscyloskopie, laser pracujący na wielu częstotliwościach. Metody uzyskiwania pracy jednoczęstotliwościowej. Budowa i działanie etalonu. Optymalizacja ustawienia etalonu w rezonatorze lasera. Metody przestrajania modów podłużnych lasera. Pomiar zmian położenia modu laserowego w funkcji zmian temperatury etalonu. Optymalizacja temperatury etalonu. Obserwacja pracy jednoczęstotliwościowej oraz stabilności generowanego modu. Uruchomienie układu stabilizacji temperatury. Obserwacja przebiegu prądu grzałki etalonu, określenie momentu wejścia w pracę z pełna stabilizacją temperatury i jednoczesna obserwacja generowanego modu. Zagadnienie stabilności rezonatora głównego, omówienie metody biernej kompensacji zmian termicznych długości rezonatora głównego. Zastosowanie tego rozwiązania w innych dziedzinach techniki (wahadło zegara).
Zakres projektu

Projekt obejmuje rozwiązanie szczegółowych problemów rachunkowych ilustrujących zagadnienia prezentowane na wykładzie.

Warunki zaliczenia
  1. Przedmiot składa się z wykładu, projektu oraz laboratorium.
  2. Warunkiem zaliczenia przedmiotu jest uzyskanie pozytywnej oceny z wykładu oraz zajęć uzupełniających.
  3. Wykład zaliczany jest na podstawie egzaminu. Warunkiem zaliczenia wykładu jest uzyskanie pozytywnej oceny z egzaminu. Studentom przysługują dwa terminy poprawkowe.
  4. Zajęcia projektowe zaliczane są na podstawie kolokwium, które odbywa się pod koniec semestru. Studentom przysługuje jeden termin poprawkowy. Warunkiem zaliczenia projektu jest uzyskanie pozytywnej oceny z kolokwium oraz obecność na co najmniej połowie zajęć.
  5. Ocena końcowa z laboratorium jest średnią ocen z poszczególnych ćwiczeń. Dopuszczalna jest tylko jedna usprawiedliwiona nieobecność na zajęciach laboratoryjnych. Nie ma możliwości odrobienia laboratorium w innym terminie niż przewiduje plan laboratorium.
  6. Ocenianie odbywa się w skali od 2 do 5.
  7. Na ocenę końcową z przedmiotu składa się: ocena z egzaminu (waga 0.5), ocena z projektu (waga 0.25) oraz ocena z laboratorium (waga 0.25).
Literatura
  1. F. Kaczmarek, Podstawy działania laserów, WNT Warszawa 1983.
  2. A. Kujawski i P. Szczepański, Lasery podstawy fizyczne, WPW Warszawa 1999.
  3. K. Shimoda, Wstęp do fizyki laserów, PWN Warszawa.
Streszczenie (po angielsku)

The main aim of the course is to present the topics corresponding to physical principles of laser action as well as, fundamental phenomena of laser radiation. Especially, the main concepts such as gain, threshold, impulse and steady-state operation, single and multimode operation, are described. Finally, the short outline of the theory of optical resonators is presented.