Laser physics is a topic of this lecture. Laser is described in semi-classical approximation and in rate-equations
approximation. Dynamical properties of laser and selcted regimes of operation are discussed in detail. Selected
laser systems important for application are described.
Last update: Malý Petr, prof. RNDr., DrSc. (02.05.2019)
Přednáška je věnována laserové fyzice. Laser je popsán v semiklasické aproximaci a v aproximaci kinetických
rovnic. Podrobně se probírají dynamické vlastnosti laseru a jednotlivé režimy činnosti. Podrobněji se probírají
vybrané laserové systémy významné v aplikacích.
Last update: Malý Petr, prof. RNDr., DrSc. (02.05.2019)
Course completion requirements -
The condition for completing the course is obtaining a credit and successfully passing the exam. Credit is a necessary condition for participation in the exam.
Last update: Malý Petr, prof. RNDr., DrSc. (04.05.2023)
Podmínkou zakončení předmětu je získání zápočtu a úspěšné složení zkoušky. Zápočet je nutnou podmínkou účasti u zkoušky.
Last update: Malý Petr, prof. RNDr., DrSc. (08.10.2017)
Literature -
O. Svelto: Principles of Lasers, Plenum, New York 1982, Springer-Verlag, New York 2010.
A. E. Siegman: Lasers, University Science Books, Mill Valley, Ca. 1986.
B. E. A. Saleh, M. C. Teich: Základy fotoniky, Čes. překlad Matfyzpress 1991.
M. Sargent III, M.O.Scully, W.E.Lamb,Jr.: Laser Physics, Addison Wesley, Reading, 1974.
H. Haken: Light, vol.1 (Waves, Photons, Atoms), North Holland, Amsterdam 1981.
H. Haken: Light, vol.2 (Laser Light Dynamics), North Holland, Amsterdam 1985.
W. Koechner: Solid State Laser Engineering, Springer Verlag, New York 1976.
A. Yariv: Quantum Electronics, J. Wiley & Sons , New York 1975.
Last update: Malý Petr, prof. RNDr., DrSc. (04.05.2023)
O. Svelto: Principles of Lasers, Plenum, New York 1982, Springer-Verlag, New York 2010.
A. E. Siegman: Lasers, University Science Books, Mill Valley, Ca. 1986.
B. E. A. Saleh, M. C. Teich: Základy fotoniky, Čes. překlad Matfyzpress 1991.
M. Sargent III, M.O.Scully, W.E.Lamb,Jr.: Laser Physics, Addison Wesley, Reading, 1974.
H. Haken: Light, vol.1 (Waves, Photons, Atoms), North Holland, Amsterdam 1981.
H. Haken: Light, vol.2 (Laser Light Dynamics), North Holland, Amsterdam 1985.
W. Koechner: Solid State Laser Engineering, Springer Verlag, New York 1976.
A. Yariv: Quantum Electronics, J. Wiley & Sons , New York 1975.
Last update: Malý Petr, prof. RNDr., DrSc. (04.05.2023)
Requirements to the exam -
In order to take the exam, it is necessary to obtain credit beforehand. The exam is oral to the extent given by the syllabus.
Last update: Malý Petr, prof. RNDr., DrSc. (04.05.2023)
Pro konání zkoušky je nutné předchozí získání zápočtu. Zkouška je ústní v rozsahu daném sylabem.
Last update: Malý Petr, prof. RNDr., DrSc. (08.10.2017)
Syllabus -
1. Light-matter interaction
Classical description. Einstein approach. Semiclassical approach. Einstein coefficients, Rabi oscilations. Line-shape function.
2. Laser rate equations
Formulation of the equations. Laser oscillator. Laser threshold. Optical gain, gain saturation.
3. Optical resonators
Geometrical optics of resonators. Stability of resonator. Boyd-Koleglnik diagram. Wave theory of resonators. Gaussian beam. Laser modes.
Formulation of semiclassical equations. Maxwell-Bloch equations. Chaos in laser dynamics.
6. Selected types of lasers
Gas lasers. Solid state lasers-Semiconductor lasers. Dye lasers. Free electron lasers.
Last update: Malý Petr, prof. RNDr., DrSc. (04.05.2023)
1. Úvod.
2. Interakce světla s látkou.
Klasické modely (Lorentzův a Drudeho model). Semiklasický popis interakce světla s atomem. Einsteinovy koeficienty, koherentní interakce (Rabiho oscilace). Tvar čáry, homogenní a nehomogenní rozšíření, mechanismy rozšíření. Absorpce a emise stimulovanými přechody. Průřezy stimulované emise a absorpce.
3. Laserové kinetické rovnice.
Troj a čtyřhladinové schéma laseru. Laserový oscilátor. Prahová podmínka. Činitel jakosti resonátoru. Doba života fotonu v rezonátoru. Saturace zisku.
4. Optické rezonátory.
Pasivní optický rezonátor. Mód rezonátoru. Fresnelovo číslo. Analytické řešení pro uzavřený pravoúhlý rezonátor. Otevřený rezonátor. Rezonátor s rovinnými zrcadly, Foxova a Liova teorie. Gaussovské svazky. Rezonátor s obecnými sférickými zrcadly. Stabilita rezonátorů, Boydův-Kogelnikův diagram stability. Nestabilní rezonátory. Selekce modů. Aktivní rezonátor. Základy konstrukce optických rezonátorů: mechanika, optika.
5. Dynamické chování laserů.
Stacionární režim laseru. Řešení kinetických rovnic, výkon uvnitř rezonátoru a výkon vycházející ven, optimální hodnota propustnosti zrcadel. Relaxační oscilace laseru. Analytické řešení relaxačních oscilací pro malé výchylky od stacionárních hodnot.
Q spínání laseru. Řešení kinetických rovnic, realizace, parametry běžných systémů.
Synchronizace modů laseru. Základní model, realizace, parametry běžných systémů. Metody generace femtosekundových optických pulsů, stlačování optických pulsů. Nestability časového, resp. prostorového průběhu záření laseru: chaos v laseru a cesty k němu.
6. Semiklasické rovnice laseru.
Semiklasické rovnice pro inverzi, intenzitu elektrického pole a polarizaci. Odvození. Aplikace rovnic: jedno a vícemodový laser.
