Лазерная техника и технология
История лазера. Устройство лазера. Использование лазерных источников света в контрольно-измерительных приборах, в различных областях научной и технической оптики. Уникальность свойств лазерного излучения. Типы лазеров на органических и неорганических веществах. Настоящее и будущее лазеров. Электромагнитные волны в оптическом диапазоне. Оптические единицы. Электромагнитный спектр. Плоские и сферические волны. Принцип суперпозиции. Принципы Гюйгенса и дифракция. Радио и фотометрические величины. Интерференция света.
Монохроматичность лазерного излучения. Направленность лазерного источника. Яркость лазерного излучения. Пятнистая структура лазерного излучения. Когерентность лазерного излучения. Опыт Юнга, интерферометр Фабри-Перо, интерферометр Майкельсона.
Поляризация. Виды поляризации. Преобразователи поляризации. Поляризация лазерного излучения. Дискретные энергетические состояния атома и переходы между ними. Квантовые числа. Правила отбора и время жизни атома в возбужденном состоянии. Излучение и поглощение света, происходящее между атомами и молекулами на примере двухуровневой энергетической системы. Закон Бэра. Спонтанное излучение, вынужденное поглощение, вынужденное излучение. Соотношения Эйнштейна. Поглощение и коэффициенты усиления слабого сигнала.
Лазерная накачка: создание инверсной населенности.
Закон Больцмана. Населенность энергетических уровней. Схема генератора на пучках молекул аммиака. Создание инверсной населенности при помощи оптической накачки в трехуровневой системе. Накачка лазера в четырехуровневой системе.
Коэффициент усиления при двукратном прохождении резонатора. Формирование пучка в резонатор. Типы резонаторов. Условие устойчивости резонатора. Доплеровское уширение. Естественное (радиционное) уширение. Однородное и неоднородное уширение.
Коэффициент добротности. Продольно-поперечные моды лазера. Скорость накачки. Колебания значения коэффициента усиления. Выходная мощность. Пичковый режим генерации. Насыщение усиления в лазерах с неоднородным и однородным уширением линии излучения. Регулярные и нерегулярные затухающие и незатухающие пульсации мощности излучения. Условия возникновения генерации.
Активная модуляция добротности резонатора.
Вращающиеся зеркала, электрооптическая модуляция (эффект Керра и Поккельса). Акустооптическая модуляция на основе дифракции света на ультразвуковой волне. Модуляция полезных потерь. Режимы генерации гигантских импульсов. Основные временные этапы.
Балансные уравнения. Фазовый портрет лазера. Гигантский импульс. Режимы синхронизации мод. Неселективный резонатор. Синхронизация поперечных мод. Активные среды твердотельных лазеров. Рубиновый лазер. Схема энергетических уровней. Характеристики лазера.
Гранатовый лазер. Схема энергетических уровней. Характеристика неодимового лазера. Накачка твердотельных лазеров импульсными лампами. Оптический резонатор. Электронные термы двухатомной молекулы. Фотодиссациация.
Схема энергетических уровней He-Ne-лазера. Электрическая схема источника питания лазера. Характеристики лазера.
Лазеры на ионах инертных газов. Аргоновый лазер. He-Se-лазер. Лазеры на парах меди. Эксимерные лазеры. N2 – лазер. Энергетические уровни лазера.
Импульсный генератор Блюмляйна. Примеры активных сред эксимерных лазеров. Механизм возбуждения эксимерных лазеров. Механизм накачки.
Типы колебаний молекулы CO2. Энергетические уровни CO2 – лазера. Конструктивные особенности и энергетические характеристики CO2 – лазера.
Лазеры с поперечной накачкой. ТЕА-лазеры. Газодинамические лазеры. Генерация на колебательно-вращательных переходах. Реакции замещения. Химические лазеры на сероуглероде. Лазеры на электронных переходах молекул. Жидкостные лазеры на красителях. Активные среды. Спектральные характеристики поглощения и люминесценции этанольных растворов органических красителей. Характеристики красителей ряда кумаринов, оксазинов и кумаринов. Энергетическая диаграмма лазера на красителях. Продольная и поперечнаянакачка жидкостного лазера. Ламповая и когерентная накачки.
Твердотельные лазеры на красителях на основе активированного полиметилакрилата и эпоксидиановых полимеров. Характеристики твердотельных лазеров. Лазер с распределенной обратной связью на основе «активной призмы» и «активного катета». Свипирование линии генерации РОС-лазера. Оптический квантовый СВИП-генератор. Рекомбинирующая плазма как активная лазерная среда. Импульсные плазменные лазеры. Плазмохимические лазеры. Генерация СВЧ электронными потоками. Ондуляторный лазер на свободных электронах. Режимы работ, длина волны излучения и классификация лазеров на свободных электронах. Физические основы полупроводниковых лазеров. Проводимость и энергетические зоны в полупроводниках. Механизм лазерного излучения в полупроводниках. Лазеры на гетеропереходах и лазеры с непрямым переходом. Интегральное и дифференциальное описание лучистого потока. Спектральная эффективность излучения пиротехнической лампы. Транспортировка светящегося факела через сопло Лаваля. Пиротхническая лампа. Твердотельный ИАГ:Nd3+ - лазер с пиротехнической накачкой. И ресурсом, равным единице. Твердотельный ИАГ:Nd3+ - лазер, работающий в импульсно-периодическом режиме.
Ударные волны, образованные при схлопывании цилиндрических и конических оболочек. Схема процесса образования ударной волны в рабочем газе. Схема образования кумулятивных струй. Энергетические характеристики лазеров с нетрадиционной накачкой. Генераторы лазерного излучения с ядерной накачкой. Рентгеновские однопроходные усилители и гамма-лазеры. Стержневые, цилиндрообразные и усилительные лазерные модули. Твердотельный лазер в виде прямоугольной матрицы, содержащие линейные системы, секционированные модулями. Структура поля в оптическом резонаторе криволинейного лазерного модуля. Энергетические характеристики криволинейного лазерного модуля.
Лазерная система в виде секционированной модулями цилиндрической оболочки. Лазерная система в виде секционированной модулями сферической оболочки. Кумулятивные оболочки мишени. Электронно-пучковой плазменный инжектор с лазерным инициированием в сферической геометрии. Импульсный плазмодинамический лазер с рекомбинационной накачкой лазерных переходов. Источник коллимированных пучков нейтронов.
Измерение монохроматичности лазерного излучения с помощью плоскопараллельного интерферометра Фабри-Перо. Измерение когерентности излучения лазера с помощью задержки луча, анализа биений мод от двух лазеров. Измерение угла расхождения и распределения энергии в пучке. Измерение поляризации с помощью поляризованного анализатора. Мощность и энергия излучения лазера. Спектральная излучательная способность. Определение форм фронта волны излучения лазера. Длительность сверхкоротких световых импульсов. Полная и неполная синхронизация мод в проблеме временных измерений.
Лазерные системы космической связи. Лазерная локация. Лазерные системы разведки. Лазерное стрелковое и артиллерийское оружие. Лазерные боеприпасы. Механизмы распространения лазерного излучения в атмосфере.
Литература.
основная литература
1. Поляков, В.Е. Лазерная техника и технология, учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных работ/ В.Е.Поляков, С.Е. Парахуда, А.И.Потапов - СПб.: Издательство СЗТУ, 2004.- 105с.
2. Поляков, В.Е. Лазеры на красителях, учебное пособие/ Поляков В.Е. , А.И.Потапов - СПб.: Издательство СЗТУ, 1993.- 127с.
3. Поляков, В.Е. Лазерная техника и технологии. Лазерная техника кн 1. учеб. пособие/ В.Е.Поляков. –2011, - 356с., электронная версия
4. Поляков, В.Е. Лазерная техника и технологии. Лазерная техника, кн.2. учеб. Пособие/В.Е.Поляков. – СПб.: 2011. - 356с., электронная версия
5. Поляков, В.Е. Лазерная техника и технология, учебно-методический комплекс/ В.Е.Поляков – Спб.: 2012, 193с., электронная версия.
6. Тарасов, Л.В. Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения/Л.В.Тарасов. – М.: Изд-во «Радио и связь», 1981. – 140с.
7. О’Шиа, Д. Лазерная техника/ Д.О’Шиа, Р.Коллен, У.Родс. – М.: «Атомиздат», 1980. – 256с.
б) Дополнительная литература
1. Справочник по лазерам. В 2-х томах/пер. с англ. С изменениями и дополнениями/под ред. академика А.М.Прохорова. – М.: «Советское радио», 1978. – Т.1. – 503с.; Т.2. – 400с.
2. Лазерная техника и технология в 7 книгах/под.ред. А.Г.Григорьянца. – М.: «Высшая школа», 1988. – 364с.
3. Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия/под ред. С.А.Ахматова, М.Е.Жаботинского и др. – М.: Изд-во «Советская энциклопедия», 1969. – 432с.
4. Кухлинг, Х. Справочник по физике/ Х.Кухлинг. – М.: «Мир», 1982. – 491с.