Раздел 5. Динамика лазеров

1. Чему равна ширина огибающей спектрального контура излучения титан-сапфирового лазера, генерирующего импульсы, длительностью 5 фемтосекунд? Форму огибающей импульсов считать гауссовой. Все величины измерены по уровню ½ от максимального значения. а) 7 ·10¹³ Гц, б) 9·10¹³ Гц, в) 10¹⁴ Гц, г) 2·10¹⁴ Гц.

1. Какие потери в резонатор лазера с пассивной модуляцией добротности и с активной средой длиной 8 см вносит просветляющийся затвор, если пропускание затвора на частоте лазерного перехода равно 0,8? а) 0,14 см^-1, б) 0,28 см^-1, в) 0,8 см^{-1, г) 1,2 см-1}.

1. Спектральный диапазон коэффициента усиления титан-сапфирового лазера находится в пределах 0,66 … 1,18 мкм. Чему равна минимально возможная длительность ультракоротких импульсов, генерируемых таким лазером. Форму огибающих спектрального контура и импульсов считать гауссовой. а) 0,8 fs, б) 2,2 fs, в) 5 fs, г) 8 fs.

1. В каком временном диапазоне находятся длительность релаксационных колебаний интенсивности (пичков генерации) лазеров на твердом теле с импульсной накачкой? а) 0,1 … 1 нс, б) 10 … 100 нс, в) 0,1 … 1 мкс, г) 0,1 … 1 мс.

1. Чему равна характерная длительность моноимпульсов, излучаемых лазерами на твердом теле, работающих в режиме модуляции добротности резонатора. а) 0,1 … 1 нс, б) 10 … 100 нс, в) 0,1 … 1 мкс, г) 0,1 … 1 мс.

1. Чему равна характерная мощность лазеров на твердом теле, работающих в моноимпульсном режиме и используемых для светолокации? а) 1… 10 МВт, б) 10 … 100 МВт, в) 1… 10 ГВт, г) 10 … 100 ГВт.

1. Чему равен порядок характерной энергии моноимпульсов лазеров на твердом теле, используемых для светолокации и целеуказания (Дж)? а) 0,0001, б) 0,001, в) 0,01, г) 1,0.

1. Какова должна быть оптимальная длительность фронтов τ электрических импульсов, включающих электрооптический затвор лазера, для эффективной модуляцией добротности резонатора? а) τ = 1 … 10 нс, б) τ = 10 … 20 нс, в) τ = 100 … 200 нс, г) τ = 1 … 2 мкс.

9. Диаметр световедущей сердцевины волоконного лазера с диодной накачкой равен 10 мкм. Плотность мощности, при которой происходит оптический пробой поверхности стекла, равна 1 ГВт/см². Чему в этом случае равна предельная мощность непрерывной одночастотной генерации лазера, ограниченная оптической прочностью выходного торца волоконного лазера? а) 7,8 Вт, б) 78 Вт, в) 780 Вт, г) 7800 Вт.

10. Диаметр световедущей сердцевины волоконного лазера с диодной накачкой равен 10 мкм. Плотность мощности, при которой происходит оптический пробой поверхности стекла равна 1 ГВт/см². Чему равна предельная мощность непрерывной генерации лазера, ограниченная оптической прочностью выходного торца волоконного лазера, если спектр излучения лазера содержит 10 дискретных частот, называемых «продольными модами резонатора»? а) 7,8 Вт, б) 78 Вт, в) 780 Вт, г) 7800 Вт.

11. Диаметр световедущей сердцевины волоконного лазера с диодной накачкой равен 30 мкм. Плотность мощности, при которой происходит оптический пробой поверхности стекла, равна 1 ГВт/см². Чему в этом случае равна предельная мощность непрерывной одночастотной генерации лазера, ограниченная оптической прочностью выходного торца волоконного лазера? а) 7 Вт, б) 70 Вт, в) 700 Вт, г) 7000 Вт.

12. Диаметр световедущей сердцевины волоконного лазера с диодной накачкой равен 30 мкм. Плотность мощности, при которой происходит оптический пробой поверхности стекла равна 1 ГВт/см². Чему в этом случае равна предельная мощность непрерывной генерации лазера, ограниченная оптической прочностью выходного торца волоконного лазера, если спектр излучения лазера содержит 10 дискретных частот, называемых «продольными модами резонатора»? а) 7 Вт, б) 70 Вт, в) 700 Вт, г) 7000 Вт.

13. Лазер работает в моноимпульсном режиме. Энергия, накопленная в активном стержне лазера длиной 8 см за время импульса накачки, составляет 5 Дж. Коэффициент вредных потерь резонатора равен 0,01 см. Резонатор лазера образован зеркалами с коэффициентами отражения 1,0 и 0,5. Оцените энергию моноимпульса, излучаемого лазером. а) 4,1 Дж, б) 4,3 Дж, в) 4,5 Дж, г) 4,6 Дж.

14. Сечение поглощения ионов Cr⁺³ в кристалле рубина равно 2,3·10^-20 см². Коэффициент усиления рубина, работающего в режиме модуляции добротности резонатора, достигает 0,4 см^-1. Оцените максимально возможную энергию моноимпульсной генерации лазера на кристалле рубина объемом 2 см³, которую можно получить в этом случае. Вредные потери лазерного резонатора считать малыми. а) 1 Дж, б) 3 Дж, в) 5 Дж, г) 6 Дж.

15. Длина резонатора гелий-неонового лазера, работающего в спектральном диапазоне 0,63 мкм, равна 70 см. Ширина спектрального контура усиления активной среды равна 1,5 ГГц. Чему равно максимальное число дискретных частот, в спектре излучения такого лазера? а) 4, б) 5, в) 6, г) 7.

16. Длина резонатора гелий-неонового лазера, работающего в спектральном диапазоне 0,63 мкм равна 30 см. Ширина спектрального контура усиления активной среды равна 1,5 ГГц. Чему равно максимальное число дискретных частот, в спектре излучения такого лазера? а)1, б) 2, в) 3, г) 4.

17. Длина резонатора гелий-неонового лазера, работающего в спектральном диапазоне 0,63 мкм равна 200 см. Ширина спектрального контура усиления активной среды равна 1,5 ГГц. Чему равно максимальное число дискретных частот, в спектре излучения такого лазера? а) 8, б) 10, в) 18, г) 20.

18. Чему равен коэффициент пропорциональности k в соотношении неопределенностей между шириной спектра Δν и длительностью Δt когерентного лазерного импульса гауссовой формы ? а) k = 1,0 .. , б) k = 0,5 .. , в) k = 0,44.. , г) k = 0,3…

19. С помощью каких приборов определяют длительность ультракоротких лазерных импульсов? а) с помощью осциллографа, б) с помощью спектрографа, в) с помощью интерферометра Майкельсона, г) с помощью электронно-оптической камеры с разверткой.

20. На основании каких измерений определяют длительность фемтосекундных лазерных импульсов? а) временных измерений с помощью скоростного фотоэлемента и осциллографа, б) спектральных измерений с помощью спектрографа, в) корреляционных измерений с помощью интерферометра Майкельсона, г) прямых измерений с помощью электронно-оптической камеры с разверткой.

21. С какой относительной точностью стабильны частоты оптической гребенки, генерируемой лазером ультракоротких импульсов? а) 10^-9, б) 10^-10, в)10^{-13, г}) 10^-15.

22. Какое явление называют «чирпом»? а) изменение несущей частоты когерентного лазерного импульса от его начала к концу, б) изменение фазы несущей частоты когерентного лазерного импульса, в) изменение ширины спектра когерентного лазерного импульса, г) изменение угловой расходимости излучения за время генерации когерентного лазерного импульса.

23. Какой лазерный импульс обладает положительным чирпом? а) импульс, у которого происходит увеличение несущей частоты от начала к концу импульса, б) импульс с положительным изменением фазы несущей частоты импульса, в) импульс, у которого ширина спектра возрастает за время импульса, г) импульс, у которого происходит уменьшение несущей частоты от начала к концу импульса.

24. Что означает выражение: лазерный импульс с отрицательным чирпом? а) импульс, у которого происходит увеличение несущей частоты от начала к концу когерентного лазерного импульса, б) импульс с отрицательным изменением фазы несущей частоты , в) импульс, у которого ширина спектра уменьшается за время импульса, г) импульс, у которого происходит уменьшение несущей частоты от начала к концу импульса.

25. Какое из приведенных выражений описывает амплитуду лазерного импульса с положительным чирпом? а) , б) , в) , г) .

26. Какое из приведенных выражений описывает лазерный импульс с отрицательным чирпом? а) , б) , в) , г) .

27. Какую из величин в формуле, описывающей амплитуду лазерного импульса с чирпом , называют параметром чирпа? а) α, б) ω , в) t, г) f(t).

28. Какой вид резонатора используют в лазерных гироскопах? а) плоский, б) конфокальный, в) сферический, г) кольцевой.

29. Какое явление в лазере называют конкуренцией мод резонатора? а) автоматическая настройка несущей частоты излучения на максимум спектрального контура усиления активной среды, б) перестройка несущей частоты излучения, в) сужение ширины спектра лазерного излучения по сравнению со спектром люминесценции, г) уменьшение числа генерирующих продольных мод резонатора.

30. Чему равна несущая частота излучения лазерных сверхкоротких импульсов? а) частоте одной из продольных мод лазерного резонатора, б) частоте максимума спектрального контура усиления активной среды, в) частоте одной из поперечных мод лазерного резонатора, г) частоте, равной расстоянию между продольными модами лазерного резонатора.

31. Какие импульсы, генерируемые лазерами, называют сверхкороткими? а) которые получают при модуляции добротности резонатора электрооптическим затвором б) которые лазер генерирует самопроизвольно в результате переходных релаксационных процессов в каналах накачки и генерации в активной среде после включения, в) которые имеют пространственную протяженность меньшую, чем длина лазерного резонатора, г) которые получают при модуляции добротности резонатора просветляющимся затвором.

32. Являются ли дискретные частоты в спектре излучения лазера ультракоротких импульсов продольными модами резонатора? а) да, б) нет, в) являются в случае пассивной синхронизации мод лазерного резонатора г) являются в случае активной синхронизации мод лазерного резонатора.

33. Какое явление приводит к возникновению и сокращению длительности сверхкоротких импульсов в лазерном резонаторе? а) усиленная люминесценция, б) люминесценция, в) усиление света в активной среде, г) сверхизлучение.

34. С помощью какого экспериментального приема получают генерацию периодических, регулярных фемтосекундных импульсов лазера с активной средой, обладающей широким спектром усиления? а) синхронизации мод электрооптическим затвором, б) синхронизации мод пассивным затвором, в) селекции продольных мод резонатора, г) компенсации дисперсии активной среды.

35. Какой динамический режим работы лазера называют режимом свободной генерации? а) в котором генерация возникает в активной среде без резонатора, б) в котором лазер генерирует импульсы длительностью 10^-6 сек, в) в котором лазер генерирует моноимпульс без использования затворов, г) в котором лазер генерирует моноимпульс с помощью просветляющегося затвора.

36. Какой динамический режим работы лазера называют моноимпульсным? а) в котором генерация импульса возникает в активной среде без резонатора, б) в котором лазер генерирует импульс длительностью 10^-6 сек, в) в котором в резонаторе лазера циркулирует один ультракороткий импульс, г) в котором лазер генерирует моноимпульс с помощью затвора, установленного в резонатор.

37. Какой динамический режим работы лазера называют режимом полной «синхронизации мод»? а) при котором генерация импульса возникает в активной среде без резонатора, б) при котором лазер генерирует импульсы длительностью 10^-6 сек, в) при котором в резонаторе лазера циркулирует один ультракороткий импульс, г) при котором лазер генерирует с помощью затвора, установленного в резонатор.

38. Какой динамический режим работы лазера называют режимом самосинхронизации мод? а) в котором генерация импульса возникает в активной среде без резонатора, б) в котором лазер генерирует импульсы длительностью 10^-8 сек, в) в котором в резонаторе лазера циркулирует один ультракороткий импульс, г) в котором лазер самопроизвольно генерирует сверхкороткие импульсы без использования в резонаторе каких-либо затворов.

39. Какой динамический режим работы лазера называют режимом активной синхронизации мод? а) в котором генерация сверхкоротких импульсов возникает в активной среде без резонатора, б) в котором лазер генерирует импульсы длительностью 10^-8 сек, в) в котором в резонаторе лазера циркулирует один ультракороткий импульс, г) в котором лазер генерирует сверхкороткие импульсы с помощью электрооптического затвора, установленного в резонатор, и который модулирует излучение с частотой, равной времени обхода светом резонатора.

40. Какой динамический режим работы лазера называют режимом пассивной синхронизации мод? а) в котором генерация импульса возникает в активной среде без резонатора, б) в котором лазер генерирует импульсы длительностью 10^-8 сек, в) в котором в резонаторе лазера циркулирует один ультракороткий импульс, г) в котором лазер генерирует сверхкороткие импульсы с помощью просветляющегося затвора, установленного в резонатор.

41. Какой динамический режим работы лазера называют режимом автомодуляции излучения? а) в котором генерация импульса возникает в активной среде без резонатора, б) в котором лазер генерирует пички длительностью 10^-6 сек, в) в котором в резонаторе лазера циркулирует один ультракороткий импульс, г) в котором лазер самопроизвольно генерирует моноимпульс длительностью ~ 10⁸ сек.

42. Какие явления в активной среде лазера приводят к автомодуляции излучения? а) наведенная лазерным излучением амплитудная решетка в активной среде, б) наведенная лазерным излучением фазовая решетка в активной среде, в) наведенная лазерным излучением линза в активной среде, г) линза возникающая в активной среде под действием накачки.

43. Какие явления приводят к образованию в активной среде лазера самонаведенной линзы? а) нагрев активной среды излучением накачки, б) нелинейность активной среды, в) наведенная лазерным излучением амплитудная решетка в активной среде, г) наведенная лазерным излучением фазовая решетка в активной среде.

44. Какие оптические элементы, установленные в резонатор лазера, используют в качестве компенсатора дисперсии активной среды? а) положительные линзы, б) призмы, в) отрицательные линзы, г) аподизированная диафрагма.

45. Какие особенности в конструкции оптических элементов резонатора должны выполняться в лазере ультракоротких импульсов? а) должны отсутствовать отражающие поверхности, нормальные оптической оси резонатора, б) активная среда должна быть с просветленными торцами, в) необходимо использовать металлические зеркала резонатора, г) необходимо использовать зеркала резонатора с многослойными диэлектрическими покрытиями.

46. Какие дополнительные оптические элементы необходимо устанавливать в резонатор лазера ультракоротких импульсов? а) просветляющийся затвор, б) электрооптический затвор, в) компенсатор дисперсии активной среды, г) аподизированную диафрагму.

47. Почему торцы активного элемента в лазере ультракоротких импульсов необходимо устанавливать под углом Брюстера? а) для устранения отражения на торцах активного элемента, б) для компенсации дисперсии активной среды, в) для селекции продольных мод резонатора г) для увеличения ширины спектра излучения.

48. Почему лазеры ультракоротких импульсов работают с диодной лазерной накачкой?

а) для уменьшения нагрева активной среды, б) так как накачка газоразрядной лампой не обеспечивает инверсной населенности на частоте лазерного перехода, в) для увеличения кпд лазера, г) для повышения стабильности излучения.

49. Почему в лазере, генерирующем фемтосекундные импульсы, необходимо использовать активную среду с широкой спектральной полосой усиления? а) так как ширина спектрального контура усиления и длительность импульса обратно пропорциональны вследствие соотношением неопределенности, б) для увеличения кпд лазера, в) для повышения стабильности излучения, г) для получения возможности перестройки несущей частоты излучения.

1. Почему невозможно создать лазер ультракоротких импульсов с накачкой от газоразрядной лампы? а) так как мощность газоразрядной лампы недостаточна для получения инверсной населенности на частоте лазерного перехода, б) так как мощная лампа накачки приводит к сильному нагреванию активной среды, в) так как мощность излучения лампы недостаточно стабильна, г) ввиду низкого кпд ламповой накачки.

1. Почему лазеры фемтосекундных импульсов требуют высокой мощности накачки?

а) верхний лазерный уровень быстро дезактивируется, так как активная среда должна обладать большой шириной спектрального контура усиления, б) так как необходим высокий коэффициент усиления активной среды, в) ввиду низкого кпд оптической накачки, г) ввиду низкой стабильности накачки.

1. Какую физическую величину измеряют при определении угловой скорости вращения лазерного гироскопа? а) интенсивность излучения, б) ширину спектра излучения, в) частоту биений встречных мод, распространяющихся в кольцевом лазерном резонаторе г) частоту биений между продольными модами резонатора.

52. Режим самосинхронизации мод лазерного резонатора осуществляют с помощью: а) активных или пассивных затворов, установленных в лазерный резонатор, б) активных и пассивных затворов, установленных на выходе лазера, в) селекторов продольных мод лазерного резонатора, г) возникает самопроизвольно в результате когерентного характера взаимодействия излучения с активной средой лазера.

53. Режим активной синхронизации мод лазерного резонатора осуществляют с помощью: а) активных затворов, установленных в лазерный резонатор; б) активных затворов, установленных на выходе лазера; в) пассивных затворов, установленных в лазерный резонатор; г) селекторов поперечных мод лазерного резонатора.

54. Как в лазерной технике принято определять длительность лазерного импульса?

а) по уровню ½ от максимума интенсивности на осциллограмме импульса, б) по уровню 1/е от максимума интенсивности на осциллограмме импульса, в) как длительность прямоугольного импульса, имеющего ту же энергию, что измеряемый импульс, г) по уровню ½ от максимума напряженности электрической составляющей поля на осциллограмме импульса.

55. Средняя мощность излучения лазера, генерирующего ультракороткие импульсы, равна 0,1 Вт. Скважность импульсов равна 3· 10⁵. Чему равна пиковая мощность излучения (кВт)? а) 3, б) 30, в) 0,33 г) 3,3 .

56. Средняя мощность излучения лазера, генерирующего ультракороткие импульсы длительностью 10^-14 сек, равна 0,1 Вт. Длина резонатора лазера равна 1,2 м. Чему равна максимальная мощность излучения лазера в импульсе (кВт)? а) 4,0 б) 40 в) 8,0 г) 80 .

57. Энергия ультракороткого импульса длительностью 10^-14 сек равна 0,001 Дж. Площадь поперечного сечения луча лазера равна 1 мм². Чему равна эффективная напряженность электрического поля в луче лазера Е (ГВ/м)? ( , где S – плотность излучения,

ε₀ = 8,85 ·10^-12 Ф/м –электрическая постоянная, с – скорость света).

а) 5, б) 6, в) 7, г) 8 .

58. Непрерывный одночастотный лазер излучает 1 мВт световой мощности в пучке с поперечным сечением 1 мм². Оцените эффективное значение напряженности электрического поля Е в пучке (В/м)? ( , где S – плотность излучения, ε₀ = 8,85 10^-12 – электрическая постоянная, с – скорость света). а) 100, б) 300, в) 600, г) 900.

59. Непрерывный одночастотный лазер излучает 1 мВт световой мощности в пучке с поперечным сечением 1 мм². Оцените амплитудное значение напряженности электрического поля Е_А в пучке (В/м). (Эффективное значение напряженности электрического поля , где S – плотность излучения, ε₀ = 8,85 10^-12 – диэлектрическая проницаемость вакуума, с – скорость света). а) 100, б) 300, в) 600, г) 900.

60. Энергия ультракороткого лазерного импульса длительностью 10^-14 сек равна 0,001 Дж. Длина волны несущей частоты импульса равна 0,8 мкм. Площадь поперечного сечения луча лазера равна 1 мм². Оцените, какую максимальную напряженность электрического поля можно создать при максимальной фокусировке этого излучения (ПетаВ/м)? (Эффективное значение напряженности электрического поля , где S – плотность излучения, ε₀ = 8,85 10^-12 – диэлектрическая проницаемость вакуума, с – скорость света). а)13, б) 39, в) 69, г) 79 .