Introduction to Quantum and Nonlinear Optics I - NOOE027

• Title: Základy kvantové a nelineární optiky I
• Guaranteed by: Department of Chemical Physics and Optics (32-KCHFO)
• Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
• Actual: from 2012 to 2019
• Semester: winter
• E-Credits: 6
• Hours per week, examination: winter s.:3/1, C+Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech
• Teaching methods: full-time
• Teaching methods: full-time
• Guarantor: prof. RNDr. Petr Malý, DrSc.; doc. RNDr. František Trojánek, Ph.D.
• Classification: Physics > Optics and Optoelectronics
• Is co-requisite for: NOOE028

Annotation

English

Last update: prof. RNDr. Petr Malý, DrSc. (02.05.2019)

Principles of laser physics Introduction. Einstein coefficients, stimulated emission. Laser rate equations. Optical resonators. Dynamics of lasers, relaxation oscillations, Q-switching, mode-locking, chaos. Semiclassical laser equations. Important laser systems.

Czech

Last update: prof. RNDr. Petr Malý, DrSc. (02.05.2019)

Základy laserové fyziky. Einsteimovy koeficienty, stimulovaná emise. Laserové kinetické rovnice. Optické rezonátory. Dynamické chování laseru, relaxační oscilace,Q-spínání, synchronizace modů, chaos. Semiklasické laserové rovnice. Důležité laserové systémy.

Literature

Last update: prof. RNDr. Petr Malý, DrSc. (04.05.2023)

O. Svelto: Principles of Lasers,

Plenum, New York 1976 (Mir, Moskva 1984).

A. E. Siegman: Lasers,

University Science Books, Mill Valley, Ca. 1986.

A. Yariv: Quantum Electronics,

J. Wiley & Sons , New York 1975 (Moskva Sovetskoe Radio 1973).

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, Mass. 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.

Syllabus

English

Last update: prof. RNDr. Petr Malý, DrSc. (04.05.2023)

Principles of laser physics

Introduction. Einstein coefficients, stimulated emission. Laser rate equations. Optical resonators. Dynamics of lasers, relaxation oscillations, Q-switching, mode-locking, chaos. Semiclassical laser equations. Important laser systems.

Czech

Last update: prof. RNDr. Petr Malý, DrSc. (10.05.2005)

1. Úvod.

2. Základní fyzikální principy.

Einsteinovy koeficienty, termodynamický přístup. 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 schema laseru. Laserový oscilátor. Prahová podmínka. Činitel jakosti resonátoru. Doba života kvanta v resonátoru. Saturace zisku.

4. Optické rezonátory.

Pasivní optický rezonátor. Mod rezonátoru. Fresnelovo číslo. Analytické řešení pro uzavřený pravoúhlý rezonátor. Otevřený rezonátor. Rezonátor s rovinnými zrcadly, Foxova a Liova teorie.

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 v 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 inversi, intensitu elektrického pole a polarizaci. Odvození. Aplikace rovnic: jedno- a třímodový laser.

7. Nejdůležitější typy laserů.

(základy konstrukce, typické parametry)

Plynové lasery, iontové lasery, molekulární lasery, plynové dynamické lasery, excimerové lasery. Pevnolátkové lasery, laditelné pevnolátkové lasery, polovodičové lasery. Barvivové lasery. Lasery na volných elektronech.

8. Perspektivy rozvoje laserové techniky a jejích aplikací.