- •Кафедра фундаментальних та загальнонаукових дисциплін Зміст
- •1 Загальні відомості
- •Тема 1. Вступ. Історія розвитку квантової електроніки і оптоелектроніки. Основні поняття і визначення, особливості в квантовій електроніці.
- •2 Квантові переходи. Форма і ширина спектральній лінії
- •2.1 Основні питання теми
- •2.2 Основні формули теми
- •2.3 Приклади розв’язання задач
- •2.4 Завдання для самостійного вирішення
- •2.5 Основні вимоги до знань та умінь студентів
- •2.6 Питання для самоконтролю :
- •3.3 Приклади розв’язання задач
- •3.4 Завдання для самостійного вирішення
- •3.5 Основні вимоги до знань та умінь студентів
- •3.6 Питання для самоконтролю :
- •4 Резонатори квантових приладів
- •4.1 Основні питання теми
- •4.2 Основні формули теми.
- •4.3 Приклади розв’язання задач
- •1,5 М l.
- •4.4 Завдання для самостійного вирішення
- •4.5 Основні вимоги до знань та умінь студентів
- •4.6 Питання для самоконтролю :
- •5 Прилади квантової електроніки та їх застосування
- •5.1 Основні питання теми
- •5.2 Основні вимоги до знань та умінь студентів
- •5.3 Питання для самоконтролю :
- •Рекомендова література:
- •Додаток
- •1 Фізичні сталі
- •2 Показник заломлення деякіх речовин
2.4 Завдання для самостійного вирішення
1 Довжини випромінюваних хвиль рівні 43 см, 10 см, 3 см, 1,25 см, 0,3 см, 0,1 см. Обчислити різницю енергій рівнів, між якими спостерігаються ці переходи. Вказати частоти відповідних випромінювань. Результати представити у вигляді таблиці 2.1.
Таблиця 2.1
, м |
4310-2 |
1010-2 |
310-2 |
1,2510-2 |
0,310-2 |
0,110-2 |
=с/, Гц |
|
|
|
|
|
|
Е=h, Дж |
|
|
|
|
|
|
2 Розрахувати дипольні моменти лазерних переходів для довжин хвиль l і вірогідності спонтанних переходів А nm, заданих в таблиці 2.2. У розрахунках використовувати значення постійною Планка h=6,62*10-27 ерг*с; довжини хвиль виразити в сантиметрах. Результати представити у вигляді таблиці 2.2.
, мкм |
1,6 |
1,35 |
1,06 |
0,694 |
Аnm,c-1 |
15 |
433 |
1940 |
300 |
dnm, СГС |
|
|
|
|
3 Розрахувати природну ширину лінії для довжин хвиль, заданих в таблиці 2.3.
Результати занести в таблицю 2.3
nm |
dnm~10-18СГС |
dnm~10-20 СГС |
|
nm | |
21 см |
|
|
1,06 мкм |
|
|
4 Обчислити природну ширину лінії атома водню для переходів між рівнями надтонкої структури атома водню =1420 МГц иd nm10-20 СГС.
5 Природна ширина лінії генераційного переходу СО2-лазера (=10,6 мкм) складає =50 МГц. Чому рівний спонтанний час життя верхнього лазерного рівня?
6 Визначити повну ширину однорідно розширеної лінії, відповідної лазерному переходу в неоні з λ=0,633 мкм, якщо відомо, що ест20 МГц истолкн0,64 МГц. Яку форму має загальна лінія?
7 Заповнити таблицю 2.4.
Таблиця 2.4.
Тип переходу |
Графічне зображення |
Ймовірність переходу |
Середній час життя |
Спонтанний між двома рівнями |
En Nn ћnm Em Nm | ||
Індукований з випромінюванням кванта |
|
|
|
Індукований з поглинанням кванта
|
|
|
|
Безвипромінювальний
|
|
|
|
Спонтанний, індукований, безвипромінювальний
|
|
|
|
8 У таблиці 2.5 приведені робочі речовини твердотільних лазерів і значення енергій верхнього і нижнього рівнів. Обчислити довжину хвилі робочого переходу.
Таблиця 2.5
Робоча речовина лазера |
Робочий перехід |
Енергія нижнього лазерного рівня, см-1 |
1Енергія верхнього лазерного рівня, см-1 |
Довжина хвилі , м |
Al2O3 :Cr3+ |
0.38 |
14418 |
| |
YAG :Nd3+ |
2002 |
143.6 |
| |
CaWO4 :Dy2+ |
35 |
4272688 |
| |
CaF2 :Sm2+ |
263 |
14548.714 |
| |
NaLa(...): H03+ |
250 |
5128.05 |
| |
LiF4 : Pr3+ |
0 |
20876.862 |
|
9 Написати електронну конфігурацію іона Cr3+ (N = 21). Визначити орбітальне квантове число, спин і квантове число повного моменту кількості руху в основному стані.
10 Написати електронну конфігурацію атома Fe (N = 26). Визначити орбітальне квантове число, спин і квантове число повного моменту кількості руху в основному стані.
11 Досліджувати схему нижніх збуджених станів атома Не (N = 20). Замалювати схему енергетичних рівнів.
12 Розглянути нижні збуджені стани атомів неону (N= 10), що виникають під час переходу одного електрона з 2р- оболонки у вище розміщеної 3s- оболонки. Замалювати схему енергетичних рівнів.
13 Розглянути нижні збуджені стани атомів Неону (N= 10), що виникають під час переходу одного електрона з 2р- оболонки в 4s-, 5s-, 3р- оболонки. Замалювати схему енергетичних рівнів.
14 Отримати умову інверсної населеності в напівпровіднику, один рівень якого з енергією Е1 лежить у валентній зоні, а інший з енергією Е2 - в зоні провідності.