7. Оптика

7.1 Лазерная среда содержит атомы, энергетические состояния которых имеют энергии: Е(0) = -13,5 эВ (основное состояние), Е(1)= -11,5 эВ, Е(2) = -9,5 эВ, Е(3)= -8,90 эВ. Лазерный эффект проявляет только состояние Е(1). Атом из состояния Е(2) переходит, испуская излучение, главным образом в состояние с энергией Е(1). Из состояния с энергией Е(3) атом, также предварительно испуская излучение, переходит в основное состояние. Определите длину волны излучения, используемую для накачки лазера.

7.2. При лазерной акупунктуре луч гелий-неонового лазера с длиной волны равной 632,8 нм и мощностью 19 мВт сфокусировали на биологически активную точку диаметром 0, 1 мм. Лазер дал вспышку

продолжительностью 1 мс. Определите энергию вспышки.

7.3. Лазерная среда содержит атомы, энергетические состояния которых имеют энергии: Е(0) = -14 эВ (основное состояние), Е(1)= -11,5 эВ, Е(2) = -9,90 эВ, Е(3)= -8,8 эВ. Лазерный эффект проявляет только состояние Е(1). Атом из состояния Е(2) переходит, испуская излучение, главным образом в состояние с энергией Е(1). Из состояния с энергией Е(3) атом, также предварительно испуская излучение, переходит в основное состояние. Определите длину волны излучения лазера.

7.4. При лазерной акупунктуре луч гелий-неонового лазера с длиной

волны равной 632,8 нм и мощностью 18 мВт сфокусировали на биологически активную точку диаметром 0, 1 мм. Лазер дал вспышку продолжительностью 5 мс. Найдите число фотонов, выпущенных при вспышке.

7.5. Лазер в хирургической установке, работающий в импульсном режиме, за один импульс, длящийся одну микросекунду, излучает 0, 1 Дж лучистой энергии. Угловая расходимость лазерного излучения -

2 миллирадиана. (Расходимость излучения - это плоский угол осевого сечения конуса излучения). Найдите плотность потока излучения на расстоянии 9 м от лазера.

7.6. Лазер в офтальмологической установке, работающий в импульсном режиме, потребляет мощность 1кВт. Длительность одного импульса 7 мкс, а число импульсов в 1 с равно 182 . На излучение лазера идет 0,1% потребляемой мощности. Найдите излучаемую энергию в одном импульсе.

7.7. Лазер в офтальмологической установке, работающий в импульсном режиме, потребляет мощность 1кВт. Длительность одного импульса 8 мкс, а число импульсов в 1 с равно 166 . На излучение лазера идет 0,1% потребляемой мощности. Найдите мощность одного импульса.

7.8. Какова пространственная протяженность лазерного импульса с длительностью 5 пс в вакууме?

7.9. Сколько колебаний вектора индукции магнитного поля содержится в импульсе лазерного излучения с длиной волны 630 нм и длительностью 5 пс, распространяющегося в вакууме?

7.10. Сколько колебаний светового вектора содержится в импульсе лазерного излучения с длиной волны 630 нм и длительностью 5 пс, распространяющегося в вакууме?

7.11. На плоскопараллельную пленку с показателем преломления 1,4 падает нормально параллельный пучок белого света. Определите наименьшую толщину пленки, при которой она будет прозрачна для света с длиной волны 730 нм.

7.12. На круглое отверстие радиусом 5 мм в непрозрачном экране падает параллельный пучок света с длиной волны 440 нм. Определите максимальное расстояние от отверстия до экрана, на котором наблюдается дифракционная картина, если в центре дифракционной картины располагается темное пятно.

7.13. Необходимо просветлить поверхность стекла для света с длиной волны 520 нм. Вычислите наименьшую толщину просветляющей пленки, если показатель преломления данного сорта стекла для света указанной длины волны равен 1,6.

7.14. Радиус четвертой зоны Френеля для плоского волнового фронта равен 3 мм. Определите радиус 7 -ой зоны из той же точки наблюдения.

7.15. Интенсивность света после прохождения через поляризатор и анализатор уменьшилась в 2 раз. Определите угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора, если на поляризатор падает естественный свет. Поглощением света пренебречь.

7.16. Естественный свет проходит через поляризатор и анализатор, главные плоскости которых составляют между собой угол в 60 градусов. Во сколько раз уменьшится интенсивность прошедшего света, если и поляризатор и анализатор поглощает и отражает каждый по 13 процентов падающего на них света?

7.17. Концентрация сахара в моче определялась поляриметром. Чему равна эта концентрация, если для восстановления первоначальной (без трубки с пробой мочи) освещенности поля зрения анализатор поляриметра пришлось повернуть на угол равный 60 градусов? Длина трубки с пробой 1,5 дм; удельное вращение раствора сахара 1,14·10^-2 рад·м²/кг.

7.18. Естественный луч света падает на полированную поверхность стеклянной пластины, полностью погруженной в жидкость. Отраженный от пластины луч составляет угол равный 97 градусов с падающим лучом. Определите показатель преломления жидкости, если отраженный свет максимально поляризован, а абсолютный показатель преломления стекла n = 1, 38 .

7.19. Естественный луч света падает на полированную поверхность диэлектрика, показатель преломления которого равен 1,47. Определите угол между отраженным и преломленным лучами, если отраженный луч полностью поляризован в плоскости перпендикулярной плоскости падения.

7.20. Естественный луч света падает на полированную поверхность диэлектрика, показатель преломления которого равен 1,40. Определите угол между падающим и отраженным лучами, если отраженный луч полностью поляризован в плоскости перпендикулярной плоскости падения.

7.21. Естественный луч света падает на полированную поверхность диэлектрика, показатель преломления которого равен 1,47. Определите угол между падающим и преломленным лучами, если отраженный луч полностью поляризован в плоскости перпендикулярной плоскости падения.

7.22. При прохождении монохроматического света через слой раствора поглощается 1/9 первоначальной световой энергии. Определите оптическую плотность раствора.

7.23. Мощность излучения с единицы поверхности голубой звезды больше аналогичной величины для желтой звезды в 81 раз. Во сколько раз

абсолютная температура голубой звезды выше температуры желтой?

7.24. Определите мощность, необходимую для того, чтобы поддерживать температуру расплавленной платины 1773 градуса Цельсия неизменной, если площадь ее поверхности 4 см². Считать платину абсолютно черным телом и потери на теплопроводность не учитывать.

7.25. Определите энергию фотона, соответствующую электромагнитному излучению с длиной волны равной 586 нм в электронвольтах.

7.26. Пучок параллельных лучей света с длиной волны 739 нм проходит через щель шириной 2 мкм. Определите ширину центрального максимума в градусах.

7.27. Пучок параллельных лучей света с длиной волны 384 нм проходит через щель шириной 5 мкм. Определите ширину центрального максимума в сантиметрах на экране, находящемся на расстоянии 20 см от щели?

7.28. Определите интенсивность света в максимуме интерференционной картины от двух когерентных источников света, если интенсивности, создаваемые каждым из источников равны по 3 пВт/см².

7.29. Двоякопреломляющий одноосный кристалл называется ____________ , если показатель преломления обыкновенного луча больше или равен показателя преломления для необыкновенного луча.

7.30. Сетчатка человеческого глаза чувствительна к голубому свету (длина волны 500 нм), если на нее в течение одной секунды попадает энергия 4,3·10^-18 Дж. Определите число фотонов, попадающих при этом на сетчатку.

7.31. Тонкая нить-световод - элемент волоконной оптики для освещения поля зрения при эндоскопии изготовлена из прозрачного материала с показателем преломления n = 1,29. Один из концов нити прижат к источнику рассеянного света. Другой конец нити размещен на расстоянии L =0,6 см от освещаемой поверхности. Определите диаметр светового пятна на освещаемой поверхности. Считать, что диаметр волокна много меньше диаметра светового пятна.

7.32. Пусть лазерная среда содержит один миллион атомов. В каждом атоме имеется только два энергетических уровня. Длина волны света для перехода между этими уровнями равна 654,4 нм. Определите число атомов, находящихся на верхнем уровне при температуре 3793 К.

7.33. Человек с нормальным зрением рассматривает через лупу с 7 кратным увеличением предмет и уверенно различает две близко расположенные детали. Определите расстояние между этими деталями на предмете.

7.34. Найдите отношение интенсивности рассеянного синего света с длиной волны 435 нм к интенсивности рассеянного красного света с длиной волны 650 нм при наблюдении молекулярного рассеяния из одной и той же точки.

7.35. Двоякопреломляющий одноосный кристалл называется ____________, если показатель преломления обыкновенного луча меньше или равен показателя преломления для необыкновенного луча.

7.36. Определите отношение скорости фотонов света в вакууме к скорости фотонов при распространении света в веществе с абсолютным показателем преломления n = 1,7.

7.37. У человека, страдающего дальнозоркостью, расстояние наилучшего зрения равно 28,57 см. Определите оптическую силу линз его очков, при которой он может читать текст с расстояния 25 см. Расстоянием от глаза человека до линзы очков пренебречь.

7.38. У близорукого человека линзы очков имеют фокусное расстояние F = -22,22 cм и находятся на расстоянии R= 1,7 см от глаз. Определите фокусное расстояние контактных линз, которые заменят этому человеку очки.

7.39. У близорукого человека линзы очков имеют фокусное расстояние F = -20 cм и находятся на расстоянии R= 2,2 см от глаз. Определите оптическую силу контактных линз, которые заменят этому человеку очки.