Úvod do laserové techniky

Vztahy:

Předmět 12ULTB nesmí být zapsán, je-li v témže semestru zapsán anebo již dříve absolvován předmět 12ULT (vztah je symetrický)

Předmět 12ULTB nesmí být zapsán, je-li v témže semestru zapsán anebo již dříve absolvován předmět 12ULAT (vztah je symetrický)

Předmět 12ULTB nesmí být zapsán, je-li v témže semestru zapsán anebo již dříve absolvován předmět 12ULAT (vztah je symetrický)

Garant předmětu:

Helena Jelínková

Přednášející:

Helena Jelínková, Michal Němec, Jan Šulc

Cvičící:

Helena Jelínková, Michal Němec, Jan Šulc

Předmět zajišťuje:

katedra laserové fyziky a fotoniky

Anotace:

Cílem předmětu je seznámit studenty se základními principy laserových generátorů. Součástí předmětu je dále klasifikace laserů, charakterizace a stručná aplikace jednotlivých typů laserů včetně popisu generace krátkých laserových impulzů. Předmět obsahuje i kurz bezpečnostipři práci s lasery.

Požadavky:

Úvodní kurs fyziky.

Osnova přednášek:

1.Světlo a jeho interakce s látkou.

2 Princip laseru.

3. Klasifikace laserů.

4. Pevnolátkové lasery.

5. Kapalinové lasery.

6. Plynové lasery.

7. Plazmatické lasery.

8. Polovodičové lasery.

9. Generace krátkých impulzů.

10. Laserové systémy a zesilovače.

11. Základní aplikace laseru.

12. Bezpečnost při práci s lasery

Osnova cvičení:

1.Základní pojmy týkajících se optiky a elektromagnetického záření, charakteristiky spektra elmg.záření. Vztah mezi vlnovou délkou a frekvencí.

2.Otevřené optické rezonátory. Stabilita otevřeného rezonátoru.

3.Boltzmanovo rozdělení, inverze populace hladin, šířka energetické hladiny. Interakce optického záření s látkou: absorpce, spontánní emise a stimulované emise.

4.Detekce optického záření a detektory: vnější a vnitřní fotoelektrický jev.

5.Kontrolní test zahrnující výuku do poloviny semestru.

6.Výpočet prahové podmínky generace laseru. Koeficient zesílení a koeficient ztrát aktivního prostředí.Účinný průřez pro stimulovanou emisi.

7.Generace laserového záření, prahové zesílení aktivního prostředí, extrahovatelná energie aktivního prostředí, doba života fotonu v rezonátoru a činitele jakosti rezonátoru.

8.Příklady nejdůležitějších charakteristik laserů v jednotlivých kategoriích.

9.Pevnolátkové lasery. Výpočet účinnosti laseru, výstupního výkonu laseru. 3- a 4-hladinový model laseru. Aplikace pevnolátkových laserů.

10.Plynové lasery.Příklady plynových laserů v jednotlivých kategoriích. Aplikace plynových laserů.

11.Kapalinové lasery, příklady. Charakteristika polovodičových laserů.

12. Oscilátor, zesilovač

13. Q-spínání, synchronizace módů.

14.Zápočtový test z obsahu výuky předmětu a cvičení v průběhu celého semestru.

Cíle studia:

Znalosti:

laserový oscilátor, prahová podmínka generace záření, zisk, ztráty, kategorizace laserů, aplikace laserů, bezpečnostní předpisy, laserový zesilovač; režim Q-spínání, režim synchronizace módů.

Schopnosti:

pochopení principů vzniku laserového záření; seznámení se se základními součástmi laserového systému, jednotlivými typy laserů a jejich aplikacemi a rovněž s bezpečnostními předpisy pro práci s lasery. Návrh laserového oscilátoru, základní řešení dynamiky laseru pomocí rychlostních rovnic; návrh laserového zesilovače; výběr typu Q-spínače; typu spínání pro režim synchronizace módů.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] Ch. C. Davis, Lasers and Electro-optics: Fundamentals and Engineering, Cambridge, Cambridge University Press, 2014.

[2] H.J.Eichler, J. Eichler, O.Lux, „Lasers -Basics, Advances and Applications, Springer-Verlag Berlin, 2018.

Doporučená literatura:

[3] M. Vrbová, H.Jelínková, P. Gavrilov, „Úvod do laserové techniky“, ČVUT 1994.

[4]R. Paschotta, “Encyclopedia of laser physics and technology”, Wiley-VCH, Berlin 2008

[5] K.Barat, „Laser Safety: Tools and Training“, CRC Press, 2017

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Fyzikální inženýrství - Počítačová fyzika (volitelný předmět)
• Fyzikální inženýrství - Fyzika plazmatu a termojaderné fúze (PS)
• Fyzikální inženýrství - Laserová technika a fotonika (povinně volitelný předmět)
• Fyzikální inženýrství - Počítačová fyzika (volitelný předmět)
• Fyzikální inženýrství - Fyzika plazmatu a termojaderné fúze (PS)