Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Lasery
Koordynator przedmiotu:
Paweł SZCZEPAŃSKI
Status przedmiotu:
Fakultatywny ograniczonego wyboru
Poziom kształcenia:
Studia II stopnia
Program:
Elektronika
Grupa przedmiotów:
Przedmioty techniczne - zaawansowane
Kod przedmiotu:
LAS
Semestr nominalny:
2 / rok ak. 2019/2020
Liczba punktów ECTS:
3
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
72
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium0h
  • Projekt15h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Limit liczby studentów:
40
Cel przedmiotu:
- ukształtowanie wśród studentów zrozumienia zjawisk i efektów towarzyszących akcji laserowej oraz determinujących parametry wiązki laserowej, jak również zrozumienia zjawisk i efektów leżących u podstaw różnych technik laserowych - ukształtowanie umiejętności tworzenia półklasycznych modeli generacji promieniowania w różnych typach laserów oraz umiejętności wykorzystania tych modeli do analizy różnych reżimów pracy tych laserów
Treści kształcenia:
- Podstawowe zasady klasycznej teorii dyspersji Lorentza. Zespolony współczynnik załamania i relacje dyspersyjne opisujące związek absorpcji z dyspersją - Podstawowe pojęcia i metody mechaniki kwantowej stosowane w półklasycznej teorii oddziaływania fali e.m. z materią (Funkcja falowa. Jednowymiarowe równanie Schrödingera. Równanie Schrödingera uogólnione na przypadek trójwymiarowy. Model oscylatora harmonicznego. Rachunek zaburzeń bez czasu. Rachunek zaburzeń z czasem. Rachunek wariacyjny.) - Zagadnienie oddziaływania układu dwupoziomowego z falą e.m (Rozwiązanie równania Schrödingera metodą rachunku zaburzeń. Równania ruchu dla populacyjnej macierzy gęstości.) - Wzmocnienie i próg akcji laserowej (Analiza progowa. Równania kinetyczne dla fotonów i populacji. Małosygnałowe wzmocnienie. Zjawisko nasycenia wzmocnienia. Efekt przestrzennego wypalania dziur.) - Moc wyjściowa i częstotliwość lasera (Równanie kinetyczne dla natężenia promieniowania. Przybliżenie jednorodnego pola. Optymalna transmisja. "Lamb dip". Efekt "przeciągania" częstotliwości (z ang. mode pulling).) - Wzbudzenie jedno- i wielomodowe (Generacja na jednej częstotliwości. Konkurencja międzymodowa. Synchronizacja modów. Selekcja modów.) - Dynamika akcji laserowej i efekt włączeniowy (Drgania relaksacyjne. Impulsy gigantyczne. Optyczna bistabilność. Chaos deterministyczny.) - Półklasyczna teoria lasera (Model punktowy lasera. Równania samouzgodnione. Polaryzacja ośrodka aktywnego. Formalizm macierzy gęstości.) - Aplikacje półklasycznej teorii (Aplikacje półklasycznej teorii lasera do opisu różnego typu laserów, w szczególności laserów gazowych, laserów na ciele stałym (dielektryczne lasery planarne z rozłożonym sprzężeniem zwrotnym (DFB)), struktur półprzewodnikowych ze studniami kwantowymi (jednowymiarowej, dwuwymiarowej - tzw. struktura z drutem kwantowym lub trójwymiarowej - tzw. struktura z kropką kwantową) oraz struktur z przerwą fotoniczną (tzw. kryształów fotonicznych).) - Elementy kwantowej teorii lasera (Szerokość linii widmowej generowanej przez laser. Szum kwantowy lasera. Równanie Langevina. Równanie Fokkera-Plancka dla fazy i amplitudy pola modu laserowego.) - Własności statystyczne światła laserowego (Koherencja czasowa i przestrzenna. Funkcje koherencji. Statystyka fotonów.) - Efekty generacyjne wykorzystujące zjawiska nieliniowe (Generacja drugiej i wyższych harmonicznych. Wymuszone rozpraszanie Ramana. Generacja superkontinuum.) - Rezonatory optyczne i wiązki laserowe (ABCD optyki geometrycznej. Stabilność rezonatorów optycznych. Przyosiowe równanie falowe. Poprzeczne mody rezonatora. Wiązka gaussowska. ABCD wiązki gaussowskiej.) - Typy laserów i mechanizmy uzyskiwania inwersji obsadzeń (Lasery gazowe (He-Ne, argonowy, laser CO2). Lasery barwnikowe. Lasery na swobodnych elektronach. Lasery na ciele stałym. Lasery półprzewodnikowe.) - Wybrane zastosowania laserów (aplikacje laserów ze szczególnym uwzględnieniem technik telekomunikacyjnych.)
Metody oceny:
Egzamin pisemny na koniec semestru, kolokwium z projektu, rozwiązywanie zadań na zajęciach projektowych, zadania do samodzielnego rozwiązania.
Egzamin:
tak
Literatura:
M.O. Scully, W.E. Lamb "Laser Physics", Addison-Wesley Publishing Company, 1974. W.W. Chow, S. W. Koch, M. Sargent III "Semiconductor-Laser Physics", Springer-Verlag, 1994. W.W. Chow, S. W. Koch, "Semiconductor-Laser Fundamentals", Springer-Verlag, 1999. A. Yariv, "Optical Electronics in Modern Communications", Oxford University Press, 1997
Witryna www przedmiotu:
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka LAS_W01
na temat podstawowych pojęć i metod mechaniki kwantowej wykorzystywanych w półklasycznym opisie fali e.m. z ośrodkiem aktywnym
Weryfikacja: egzamin, kolokwium, zadania do samodzielnego rozwiązania
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W01, K_W04
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Charakterystyka LAS_W02
na temat mechanizmów uzyskiwania inwersji obsadzeń w różnych typach ośrodków aktywnych
Weryfikacja: egzamin, kolokwium, zadania do samodzielnego rozwiązania
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W01, K_W04
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Charakterystyka LAS_W03
na temat zjawisk i efektów towarzyszących dynamicznej pracy lasera (tj. drgania relaksacyjne, impulsy gigantyczne, optyczna bistabilność, i chaos deterministyczny)
Weryfikacja: egzamin, kolokwium, zadania do samodzielnego rozwiązania
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W01, K_W04, K_W06
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Charakterystyka LAS_W04
na temat własności statystycznych światła laserowego (tj. koherencja czasowa i przestrzenna, funkcje koherencji, statystyka fotonów)
Weryfikacja: egzamin, kolokwium, zadania do samodzielnego rozwiązania
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W01, K_W04
Powiązane charakterystyki obszarowe:

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka LAS_U01
sformułować równania kinetyczne dla fotonów i inwersji obsadzeń oraz na ich podstawie dokonać analizy progowej i ponadprogowej pracy lasera
Weryfikacja: egzamin, kolokwium, zadania do samodzielnego rozwiązania
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U01, K_U08
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Charakterystyka LAS_U02
wykorzystać model półklasyczny oddziaływania fali e.m. z ośrodkiem do opisu generacji promieniowania w rożnych typach laserów z uwzględnieniem efektów szumowych
Weryfikacja: egzamin, kolokwium, zadania do samodzielnego rozwiązania
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U08, K_U10, K_U13
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Charakterystyka LAS_U03
opisać efekty generacyjne z wykorzystaniem zjawisk nieliniowych
Weryfikacja: egzamin, kolokwium, zadania do samodzielnego rozwiązania
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U01, K_U07, K_U08
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Charakterystyka LAS_U04
zaprojektować rezonatory optyczne o pożądanych własnościach
Weryfikacja: egzamin, kolokwium, zadania do samodzielnego rozwiązania
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U13, K_U14, K_U15
Powiązane charakterystyki obszarowe: