Teorie laseru - NOOE034

• Anglický název: Laser Theory
• Zajišťuje: Katedra chemické fyziky a optiky (32-KCHFO)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2022
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 3
• Rozsah, examinace: zimní s.:2/0, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština, angličtina
• Způsob výuky: prezenční
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: doc. RNDr. Tomáš Ostatnický, Ph.D.
• Kategorizace předmětu: Fyzika > Optika a optoelektronika

Anotace

čeština

Poslední úprava: doc. RNDr. Tomáš Ostatnický, Ph.D. (10.01.2007)

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.

angličtina

Poslední úprava: doc. RNDr. Tomáš Ostatnický, Ph.D. (25.01.2007)

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.

Podmínky zakončení předmětu

čeština

Poslední úprava: doc. RNDr. Tomáš Ostatnický, Ph.D. (06.10.2017)

Ústní zkouška znalostí v rozsahu dle sylabu předmětu.

angličtina

Poslední úprava: doc. RNDr. Tomáš Ostatnický, Ph.D. (06.10.2017)

Oral exam.

Literatura

Poslední úprava: prof. RNDr. Petr Malý, DrSc. (02.05.2019)

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.

Sylabus

čeština

Poslední úprava: doc. RNDr. Tomáš Ostatnický, Ph.D. (10.01.2007)

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.

angličtina

Poslední úprava: doc. RNDr. Tomáš Ostatnický, Ph.D. (10.01.2007)

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.