Základy kvantové a nelineární optiky I

Sylabus

1. Úvod.

2. Základní fyzikální principy. Einsteinovy koeficienty, termodynamický přístup. Tvar čáry, homogenní a nehomogenní rozšíření, mechanismy rozšíření. absorpce a emise stimulovanými přechody. Průřezy stimulované emise a absorpce.

3. Laserové kinetické rovnice. Troj- a čtyřhladinové schema laseru. Laserový oscilátor. Prahová podmínka. Činitel jakosti resonátoru. Doba života kvanta v resonátoru. Saturace zisku.

4. Optické rezonátory. Pasivní optický rezonátor. Mod rezonátoru. Fresnelovo číslo. Analytické řešení pro uzavřený pravoúhlý rezonátor. Otevřený rezonátor. Rezonátor s rovinnými zrcadly, Foxova a Liova teorie. Rezonátor s obecnými sférickými zrcadly. Stabilita rezonátorů, Boydův - Kogelnikův diagram stability. Nestabilní rezonátory. Selekce modů. Aktivní rezonátor. Základy konstrukce optických rezonátorů: mechanika, optika.

5. Dynamické chování laserů. Stacionární režim laseru. Řešení kinetických rovnic, výkon v rezonátoru a výkon vycházející ven, optimální hodnota propustnosti zrcadel. Relaxační oscilace laseru. Analytické řešení relaxačních oscilací pro malé výchylky od stacionárních hodnot. Q-spínání laseru. Řešení kinetických rovnic, realizace, parametry běžných systémů. Synchronizace modů laseru. Základní model, realizace, parametry běžných systémů. Metody generace femtosekundových optických pulsů, stlačování optických pulsů. Nestability časového, resp. prostorového průběhu záření laseru: chaos v laseru a cesty k němu.

6. Semiklasické rovnice laseru. Semiklasické rovnice pro inversi, intensitu elektrického pole a polarizaci. Odvození. Aplikace rovnic: jedno- a třímodový laser.

7. Nejdůležitější typy laserů. (základy konstrukce, typické parametry) Plynové lasery, iontové lasery, molekulární lasery, plynové dynamické lasery, excimerové lasery. Pevnolátkové lasery, laditelné pevnolátkové lasery, polovodičové lasery. Barvivové lasery. Lasery na volných elektronech.

8. Perspektivy rozvoje laserové techniky a jejích aplikací.

Anotace

Přednáška je věnována laserové fyzice. Laser je popsán v semiklasické aproximaci a v aproximaci kinetických rovnic.

Podrobně se probírají dynamické vlastnosti laseru a jednotlivé režimy činnosti. Podrobněji se probírají vybrané laserové systémy významné v aplikacích.