SiMR studia II stopnia. Fizyka 4 semestr letni 2014/2015
Zadania i pytania do wykładu 8.
1. Jakie są zalety laserów czteropoziomowych w porównaniu z laserami trójpoziomowymi?
2. Wymień warunki, jakie powinny być spełnione aby nastąpiła emisja laserowa.
3. Znajdz
stosunek prawdopodobieństw emisji spontanicznej i emisji wymuszonej dla atomów
w równowadze z promieniowaniem elektromagnetycznym w temperaturze T=300 K dla fotonów
a) z zakresu fal milimetrowych E"3 mm ; b) z zakresu podczerwieni E"3 µm.
4. Różnica energii między poziomem podstawowym a poziomem wzbudzonym atomów pewnego
gazu odpowiada energii fotonu o dÅ‚ugoÅ›ci fali =650 nm. W naczyniu znajduje siÄ™ N=6×1023 atomów
w temperaturze T=300 K. Ile spośród tych atomów znajduje się w stanie wzbudzonym? W jakiej
temperaturze T2 liczba atomów w stanie wzbudzonym stanowiłaby połowę liczby atomów w stanie
podstawowym?
5. Laser emituje światło o długości fali =694 nm w postaci impulsów o czasie trwania "t=14 ps i
energii "E=1,5 J na impuls. Jaka jest rozpiętość w przestrzeni "s emitowanej paczki falowej? Ile
fotonów jest w każdym impulsie? Jaka jest moc szczytowa promieniowania w impulsie? Jaka
szerokość rozkładu długości fali " wynika z zasady nieoznaczoności?
6. Laser emituje światło o długości fali =600 nm w prawie równoległej wiązce o średnicy d=2 cm
przy wyjściu z okienka lasera. Jaka jest średnica koła oświetlanego na ścianie Pałacu Kultury
przez taki laser umieszczony na gmachu SiMR w odległości L=2600 m. Szerokość kątowa
centralnego krążka przy dyfrakcji na otworze koÅ‚owym o Å›rednicy d jest dana wzorem sin¸=1,22/d.
7. Pręt lasera rubinowego ma średnicę D = 8 mm i długość l = 60 mm. Rubin jest kryształem Al2O3,
w którym 0,03% czÄ…steczek stanowi domieszka Cr2O3. GÄ™stość rubinu jest Á = 4 g/cm3, masa
molowa M = 102 g/mol. Oszacuj maksymalnÄ… energiÄ™ wypromieniowanÄ… w impulsie tego lasera,
który emituje światło o długości fali  = 694 nm. Załóż całkowitą inwersję obsadzeń poziomów
energetycznych atomów chromu. Liczbę cząsteczek w 1 molu podaje stała Avogadra
NA=6,02×1023 mol-1.
8. W laserze helowo-neonowym wyładowanie elektryczne zachodzi w mieszaninie gazów He i Ne.
Jaką rolę spełnia hel a jaką neon w tym laserze? Narysuj schemat poziomów energetycznych.
9. W laserze na dwutlenku węgla CO2 emisja fotonów następuje między poziomami kwantowymi,
których energie różnią się o "E=0,117 eV. Jaka jest częstotliwość i długość fali promieniowania
emitowanego przez ten laser? W jakim zakresie widma elektromagnetycznego promieniuje laser
CO2?
10. Odległe o l=20 cm zwierciadła tworzą optyczną wnękę rezonansową lasera helowo-
neonowego, który emituje światło o długości fali  = 633 nm. We wnęce powstaje fala stojąca, jeśli
na odległości l mieści się całkowita liczba N połówek długości fali l=N/2. Ile wynosi N dla tego
lasera? O ile różni się od  długość fali stojącej 1, która na odległości l odkłada N+1 połówek
długości fali l=(N+1)1/2? Oblicz względną różnicę długości fali "/=(-1)/.
11. Jakie właściwości ma światło emitowane przez laser?