Fizyka 4
semestr letni 2013/2014
Zadania i pytania do wykładu 7.
1. Narysuj schemat poziomów energetycznych wybranego lasera. Zaznacz między którymi
poziomami następuje wzbudzenie atomów i między którymi emisja wymuszona światła
laserowego.
2. Wymień warunki, jakie powinny być spełnione aby nastąpiła emisja laserowa.
3. Zgodnie ze znaczeniem akronimu LASER jest wzmacniaczem światła. Jak zachodzi
zwiększenie energii wiązki światła w laserze?
4. Różnica energii między poziomem podstawowym a poziomem wzbudzonym atomów pewnego
gazu odpowiada energii fotonu o długości fali λ=650 nm. W naczyniu znajduje się N=6×1023 atomów w temperaturze T=300 K. Ile spośród tych atomów znajduje się w stanie wzbudzonym? W jakiej temperaturze T liczba atomów w stanie wzbudzonym stanowiłaby połowę liczby atomów w stanie 2
podstawowym?
5. Laser emituje światło o długości fali λ=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 ∆λ wynika z zasady nieoznaczoności?
6. Laser emituje światło o długości fali λ=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. Rozmiar kątowy
centralnego krążka przy dyfrakcji na otworze kołowym o średnicy d jest dany wzorem sinθ=1,22λ/ d.
7. Pręt lasera rubinowego ma średnicę D = 8 mm i długość l = 60 mm. Rubin jest kryształem Al2O3, w którym 0,03% cząsteczek stanowi domieszka Cr2O3. Gęstość rubinu jest ρ = 4 g/cm3, masa
molowa M = 102 g/mol. Oszacuj maksymalną energię wypromieniowaną w impulsie tego lasera,
który emituje światło o długości fali λ = 694 nm. Załóż całkowitą inwersję obsadzeń poziomów energetycznych atomów chromu. Liczbę cząsteczek w 1 molu podaje stała Avogadra
N A=6,02×1023 mol-1.
8. Laser He-Ne wytwarza wiązkę światła o długości fali λ = 633 nm i mocy P=5 mW. Ile fotonów emituje laser w ciągu sekundy?
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 λ = 633 nm. We wnęce powstaje fala stojąca, jeśli na odległości l mieści się całkowita liczba N połówek długości fali l= Nλ/2. Ile wynosi N dla tego lasera? O ile różni się od λ długość fali stojącej λ , która na odległości
1
l odkłada N+1 połówek
długości fali l=( N+1)λ1/2? Oblicz względną różnicę długości fali ∆λ/λ=(λ-λ1)/λ.