Курс лекций Квантовая и оптическая электроника для направления подготовки

S и первый возбужденный синглет
1
S играют важную роль в
работе лазера. С помощью оптической накачки молекула переходит из состояния
0
S в
состояние
1
S . Каждый из уровней
0
S и
1
S обладает сложной структурой подуровней,
обусловленный колебанием молекулы и ее вращением. Время жизни на верхних
подуровнях
1
S мало и составляет
12
10

секунды. Время жизни на нижнем подуровне
состояния
1
S велико и составляет
8
10

секунды, поэтому на нижнем подуровне состояния
1
S будет накапливаться большое число молекул. Из этого состояния с излучением квантов
осуществляется переход на любой из подуровней
0
S и благодаря этому реализуется один
из вариантов четырехуровневой схемы. Часть молекул из состояния
1
S безизлучательным
путем попадает на триплетный уровень
1
Т . Переход из
1
Т в
0
S с излучением запрещен и
поэтому состояние
1
Т
является метастабильным. Его существование мешает работе
лазера. Во-первых, оно создает параллельный канал возвращения молекул в основное
состояние. Во-вторых, индуцированный переход
1
Т
-
2
Т
вносит дополнительное
поглощение на частоте генерации, так называемое триплетное поглощение. Источником
накачки обычно служат импульсные газоразрядные лампы линейные и коаксиальные.
Линейная накачка:

---

Под действием ультрафиолетовой части спектра излучения ксеноновой лампы
происходит распад молекулы органического красителя, поэтому необходимо обновлять
рабочее вещество, для чего применяется прокачная кювета.
Коаксиальная накачка:
Фильтрующий раствор, поглощает ультрафиолетовую часть излучения и таким
образом происходит защита раствора органических красителей. Накачка может
осуществляться и другими твердотельными лазерами.
Управление спектром лазерного излучения (перестройка лазерного излучения).
Лазер называется перестраиваемым, если смещение частоты превышает ширину
спектра генерации.
Одним из способов управления спектром излучения является использование
дисперсионных резонаторов. Для этого в резонатор вводятся дисперсионные элементы
(призма, решетка). Вследствие этого ухудшается добротность резонатора для
подавляющего числа мод, за исключением одной или нескольких, и в результате
генерация осуществляется для узкой части спектра.

---

1. Призма.
В результате дисперсии показателя преломления происходит разложение
излучения сложного спектрального состава на его компонент.
Призма помещается в резонатор.
После прохождения призмы свет отражается от поворотного зеркала и назад в
резонатор попадают только те лучи, которые были перпендикулярны к поверхности
зеркала. Таким образом, вращая зеркало можно осуществлять плавную перестройку
лазерного излучения.
2. Дифракционная решетка.
При дифракции света его интенсивность максимальна в тех направлениях, для
которых оптическая разность хода между лучами дифрагированных на соседних
элементах равна целому числу длин волн. Эти направления различны для разных длин
волн и поэтому дифракция излучения приводит к угловому разложению света.
Используется дифракционная решетка на отражение, перестройка осуществляется
путем вращения поворотного зеркала. В перестраевамых лазерах
используют
традиционные нарезные решетки, их реплики и голографические решетки.
3. Эталон Фабри-Перо.
В интерферометрических дисперсионных элементах разделение происходит в
процессе сложении волн, возникающих при многократных отражениях света в системе из
двух отражающих поверхностей.

---

В эталоне Фабри-Перо интенсивность света максимальна, когда все отраженные
волны интерферируют в фазе, то есть оптическая разность хода между ними кратна длине
волны излучения и таким образом интерферометр пропускает излучение с определенной
длиной волны, причем длина волны зависит от угла падения первоначального излучения
на эталоне.
Путем вращения эталона осуществляется плавная перестройка лазерного
излучения.

---

МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ 
ФЕДЕРАЦИИ 
Федеральное государственное автономное образовательное 
учреждение 
высшего профессионального образования 
«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 
УТВЕРЖДАЮ 
Серов А. В. 
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ 
выполнению практических работ по дисциплине 
«
КВАНТОВАЯ И ОПТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
» 
для направления подготовки 
22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов» 
СКФУ_ИЭЭиН_ТН
__________________________ 
"__" _____________ 2014 г. 
Ставрополь, 2014 

---

В методических указаниях к практическим занятиям по дисциплине 
«Квантовая и оптическая электроника» дано описание практических работ 
для студентов специальности 22.03.01 «Материаловедение и технологии 
материалов» 
Приведенные в каждой практической работе теоретические 
обоснования значительно дополняют лекционный курс, что позволит 
студентам освоить практически весь объем информации по дисциплине 
«Квантовая и оптическая электроника», предусмотренный программой. 
Данные методические указания дадут возможность студентам в ходе 
выполнения работ получить некоторые практические навыки. 
Указания составлены в соответствии с программой дисциплины и 
требованиями ООС. 
Составитель: Пагнуев Ю. И., А. В. Штаб. 
Рецензент: Д.П. Валюхов
СКФУ_ИЭЭиН_ТН

---