Laser Theory - NOOE034

• Title: Teorie laseru
• Guaranteed by: Department of Chemical Physics and Optics (32-KCHFO)
• Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
• Actual: from 2022
• Semester: winter
• E-Credits: 3
• Hours per week, examination: winter s.:2/0, Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech, English
• Teaching methods: full-time
• Teaching methods: full-time
• Guarantor: doc. RNDr. Tomáš Ostatnický, Ph.D.
• Classification: Physics > Optics and Optoelectronics

Annotation

English

Theoretical description of laser using classical, semiclassical or fully quantum-mechanical theory, derivation of coupled equations. Relations between various levels of description and areas of their application. Laser stability, methods of solution of coupled equations. Sample numerical and analytical solutions of particular problems. Generation regimes of lasers, construction of laser cavities.

Last update: Ostatnický Tomáš, doc. RNDr., Ph.D. (25.01.2007)

Czech

Teoretický popis laseru na úrovni klasické, semiklasické a úplně kvantové, odvození vázaných rovnic. Vztahy mezi různými popisy a oblasti jejich použití. Stabilita laseru, metody řešení rovnic a ukázka konkrétních analytických i numerických řešení pro speciální případy. Režimy generace laserů, možnosti konstrukce laserových rezonátorů a jejich využití.

Last update: Ostatnický Tomáš, doc. RNDr., Ph.D. (10.01.2007)

Course completion requirements

English

Oral exam.

Last update: Ostatnický Tomáš, doc. RNDr., Ph.D. (06.10.2017)

Czech

Ústní zkouška znalostí v rozsahu dle sylabu předmětu.

Last update: Ostatnický Tomáš, doc. RNDr., Ph.D. (06.10.2017)

Literature

H. Haken: Light. Vol. 1: Waves, photons, atoms. Noth-Holland Physics Publishing, Amsterdam, 1985.

H. Haken: Light. Vol. 2: Laser light dynamics. Noth-Holland Physics Publishing, Amsterdam, 1985.

H. Haug, S. W. Koch: Quantum theory of the optical and electronic properties of semiconductors, World Scientific, Singapore, 2004.

J.-C. Diels, W. Rudolph: Ultrashort laser pulse phenomena, Elsevier, Heidelberg, 2006.

E. Hecht: Optics, Addison Wesley, San Francisco, 2002.

L. Mandel, E. Wolf: Optical coherence and quantum optics, Cambridge University Press, Cambridge, 1995.

Last update: Malý Petr, prof. RNDr., DrSc. (02.05.2019)

Syllabus

English

1. Model of lasing device, laser cavity, modes of the cavity. Conditions of stability, Gaussian beams.

2. Classical rate equations. Laser treshold, Q-switching, relaxation oscillations.

3. Two-level model of a material, Bloch equations. Superradiance, photo echo, non-linear parametric interactions, relaxation of inversion and free polarization. Maxwell-Bloch equations, semiclassical description of the laser. Single-mode and multi-mode regimes, resonance frequency.

4. Fluctuations in quantum systems, influence of heat bath on the laser. Fully quantum descritpion.

5. Relation between different levels of description, limits for their application. Stability of the laser, typical chaacteristics of the laser output.

6. Solution of coupled equations for particular problems, mode locking, stabilization of lasers, homogeneous and inhomogeneous systems.

Last update: Ostatnický Tomáš, doc. RNDr., Ph.D. (10.01.2007)

Czech

1. Model laseru, optický rezonátor, mody optického rezonátoru. Podmínky stability, gaussovské svazky.

2. Klasické kinetické rovnice laseru. Prahová podmínka, Q-spínání, relaxační oscilace.

3. Dvouhladinový model pevné látky, Blochovy rovnice. Superradiance, fotonové echo, nelineární parametrické interakce, relaxace inverze a polarizace. Maxwell-Blochovy rovnice, semiklasický popis laseru. Jednomodový a vícemodový režim, rezonanční frekvence.

4. Fluktuace v kvantových systémech, vliv tepelné lázně na laserový systém. Úplný kvantový popis laseru včetně fluktuací.

5. Vztah mezi jednotlivými úrovněmi popisu, meze jejich použití. Stabilita laseru, charakteristické vlastnosti laserového záření.

6. Řešení vázaných rovnic pro konkrétní případy, synchronizace modů, stabilizace laserů, homogenní a nehomogenní systémy.

Last update: Ostatnický Tomáš, doc. RNDr., Ph.D. (10.01.2007)