СОФИЙСКИ УНИВЕРСИТЕТ "СВ. КЛИМЕНТ ОХРИДСКИ"
ФИЗИЧЕСКИ ФАКУЛТЕТ
КАТЕДРА "КВАНТОВА ЕЛЕКТРОНИКА"

Учебна програма на курса
„Лазерна физика: Видове лазери”

Хорариум: 30 + 0 + 45 = 75 часа

Кредити (ECTS): 7,0

Лектор: проф. дфзн Александър Драйшу

Анотация:

Курсът е едносеместриален, с хорариум от 2 часа лекции и 3 часа практикум седмично или общо 75 часа аудиторна заетост. Задължителен е за студентите от БС “Фотоника и лазерна физика”.

Курсът е естествено продължение на курса “Лазерна физика: Основи”. Тук подробно се разглеждат особеностите, принципите на работа, физичните процеси, конструкцията и свойствата на основните видове лазери. Голяма част от изложението е подкрепено с практически упражнения, свързани с изучаване на действието и измерване на характеристиките на някои от основните видове лазери.

Материалът е изложен в следните основни раздели: твърдотелни лазери, полупроводникови лазери, лазери с органични багрила и течна работна среда, газови лазери с неутрални атоми, с непрекъснато и импулсно действие, газови лазери с йони, газови лазери с молекули, използващи вибрационни преходи, с непрекъснато и импулсно действие, газови лазери с молекули, използващи електронни преходи, с импулсно действие, методи за измерване на характеристиките на лазерното лъчение.

Първият раздел запознава с най-разпространените твърдотелни лазери: рубинов лазер, неодимови лазери, вибронни лазери и лазери с цветни центрове. Полупроводниковите лазери са разгледани отделно във втори раздел. В трети раздел се излагат газовите лазери с неутрални атоми, с непрекъснато и импулсно действие: хелиево-неонов лазер, лазери с пари на медта и златото. В четвърти са представени лазерите с йони: аргонов, криптонов, хелиево-селенов и хелиево-кадмиев лазери. Пети раздел се занимава основно с газовите лазери с молекули и вибрационни преходи, с непрекъснато действие: лазер с въглероден диоксид и лазер с въглероден оксид. С особеностите на горните лазери, но при работа в импулсен режим запознава шести раздел. Седми раздел е посветен на газовите лазери с молекули, използващи електронни преходи и с импулсно действие: водороден лазер, азотен лазер и ексимерни лазери. В последния раздел накратко се изброяват методите за измерване на характеристиките на лазерното лъчение.

Курсът е подходящ за студентите, за които използването на лазери в една или друга област ще бъде от значение. На студентите се предоставя, в електронен вид, пълен комплект от записки по лекциите.

При изпита студентът развива писмено две теми, след което излага устно написаното. Ако изпитът се провежда дистанционно, студентът получава тест с около 75 въпроса. В зависимост от представянето му, на студента се поставят от два до пет допълнителни въпроса, на които той отговаря устно. Отчитайки резултатите от практикума, оценката се поставя въз основа на следните критерии:

- 3 - при овладяване единствено на главните физични идеи;

- 4 - при овладяване на основните физични идеи и добро познаване на съществената част от фактологичния материал;

- 5 - при овладяване на основните физични идеи,и много добро познаване на фактологичния материал и решена задача;

- 6 - при овладяване на основните физични идеи, отлично познаване на фактологичния материал, решена задача и правилни отговори на допълнителните въпроси.

Предварителни изисквания:

Изслушани курсове по: Математически анализ / Математика, Математични методи на физиката, Обща физика

Програма на курса:

1. Твърдотелни лазери. Общи особености. Конструкция: работна среда, източници за възбуждане, системи за възбуждане. Рубинов лазер. Неодимови лазери. (3 часа)
2. Вибронни лазери. Особености на работната среда. Квантово-механична система. Лазер с александрит. Други вибронни лазери. (2 часа)
3. Лазери с цветни центрове. Особености. Работна среда. Квантово-механична система. Конструкция. Свойства. (2 часа)
4. Полупроводникови лазери. Основни видове. Инжекционни лазери с p-n преход. Структура на енергетичните състояния и инверсна населеност. Характеристики. (2 часа)
5. Лазери с органични багрила. Общи особености. Свойства на органичните багрила: квантово-механична система, видове преходи, спектри на поглъщане и луминесценция. Лазери с органични багрила: работна среда, работни преходи, възбуждане. Методи за пренастройка. (3 часа)
6. Газови лазери с неутрални атоми. Особености: общи особености, особености при възбуждане с газов разряд. Хелиево-неонов лазер. Лазери с неутрални атоми на метални пари. Йоден лазер. (2 часа)
7. Йонни газови лазери. Общи особености. Аргонов лазер: квантово-механична система, спектър на генерация и форма на спектралната линия, процеси на възбуждане, конструкции. Криптонов лазер. Йонни лазери с метални пари: хелиево-кадмиев лазер, хелиево-селенов лазер. (3 часа)
8. Молекулни газови лазери. Структура на енергетичните състояния на молекулите и видове преходи. Лазер с въглероден диоксид: енергетични състояния, спектрални линии, процеси на възбуждане и релаксация. (3 часа)
9. Видове лазери с въглероден диоксид. Лазери с надлъжен разряд и бавен проток. Отпоени лазери с надлъжен разряд. Вълноводни лазери. Лазери с бърз проток. Лазери с високочестотно възбуждане. ТЕА лазери. Газодинамичен лазер с въглероден диоксид. (2 часа)
10. Лазери с въглероден оксид. Общи особености. Квантово-механична система. Процеси на възбуждане. Процес на генерация. Конструкция. (2 часа)
11. Химични лазери. Общи особености. Методи за възбуждане и квантово-механична система. Флуороводороден лазер. Други химични лазери. (2 часа)
12. Молекулни газови лазери с електронни преходи. Общи особености. Водороден лазер. Азотен лазер. Ексимерни лазери. (2 часа)
13. Измерване на параметрите на лазерното лъчение. Измерване на енергетичните характеристики. Измерване на спектралните характеристики. Измерване на времевите характеристики. Измерване на параметрите на светлинния сноп. (2 часа)

Практически упражнения:

1. Измерване на качеството на оптични елементи, прилагани в лазерната техника. (6 часа)
2. Хелий-неонов лазер с външен резонатор. Изследване на параметрите. Контрол на модовата структура. (6 часа)
3. Рубинов лазер в режим на свободна генерация. (6 часа)
4. Неодимов лазер в режим на свободна генерация и в режим на модулация на доброкачествеността на резонатора. (6 часа)
5. Холография. (6 часа)
6. Изследване на характеристиките на полупроводников лазер. (6 часа)
7. Контрол на качеството на лазерен сноп извън резонатора – пространствена филтрация и конверсия на модовете. (6 часа)
8. Защита на протоколи от упражненията (3 часа)

Формата на контрол е: изпит

Основна литература:

1. O. Svelto, “Principles of Lasers”, 5th Ed, Springer (2002) и всички следващи издания.
2. A. E.Siegman, “Lasers”, University Science Books, MillValey, California CA94941.
3. Ф. Качмарек, “Введение в физику лазеров”, Мир, Москва (1981).
4. W. Koechner, “Solid State Laser Engineering”, 6th Ed, Springer (2005).
5. Г. Георгиев, С.Салтиел, "Практикум по квантова електроника и лазерна техника", Изд. на СУ "Св.Кл.Охридски" (1993), II издание (2004).

Допълнителна литература:

1. М. Ненчев, С.Салтиел, "Лазерна техника", Изд. "Наука и изкуство" и Изд. на СУ "Св.Кл.Охридски" (1994).
2. Л. В. Тарасов, “Физические основы квантовой электроники”, Советское радио, Москва (1976).
3. Н. В. Карлов, “Лекции по квантовой электронике”, Наука, Москва (1988).

Съставил програмата: проф. дн Александър Драйшу

25.01.2021 г.

Вашите коментари изпращайте тук

2021-05-20