Министерство образования Российской Федерации
Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского

"УТВЕРЖДАЮ"
Декан радиофизического факультета
профессор ___________ С.Н.Гурбатов

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
курса
"ФИЗИКА ЛАЗЕРОВ"
для направления подготовки 511500 - Радиофизика
и для специальности
071500 - Радиофизика и электроника
(цикл специальных дисциплин)
Н.Новгород - 2001

1. Организационно-методический раздел.

    Программа предназначена для подготовки бакалавров и магистров радиофизики, а также специалистов по радиофизическим специальностям "Радиофизика и электроника", "Фундаментальная радиофизика и физическая электроника". Курс "Физика лазеров" читается в 8 семестре. Он базируется на знаниях студентов, приобретенных в курсах общей физики, математического анализа, дифференциальных уравнений, теории вероятностей, классической (теоретической) механики и квантовой механики.
    Цель курса - сформировать у студентов основные представления о физике лазеров, режимах генерации, методах управления пространственными, временными характеристиками лазерного излучения. Рассматриваются основные элементы оптических квантовых генераторов: активная среда, системы накачки, оптический резонатор.
    Законы, модели и уравнения, рассмотренные в лекционном курсе, используются в лабораторном практикуме.

В процессе изучения курса студенты должны освоить:

• основные характеристики и функциональное назначение активной среды, накачки, резонатора;
• условие порога генерации;
• метод балансных уравнений Статца-Де Марса для изучения динамики одномодовых лазеров;
• характеристики непрерывного и нестационарного режимов генерации ОКГ.

2. Содержание курса.

I. ВВЕДЕНИЕ.

II. ЛАЗЕРНАЯ СРЕДА.

Инверсия-необходимое условие усиления. Показатель усиления. Сечение перехода. Квантовый выход. Полный и дифференциальный коэффициенты полезного действия.

III. ОПТИЧЕСКАЯ НАКАЧКА.

Механизмы заселения и очищения уровней рабочего перехода. Двухуровневая схема накачки. Скорость накачки. 3-х и 4-х уровневые схемы накачки. Зависимость начального коэффициента усиления от скорости накачки. Роль метастабильности верхнего уровня лазерного перехода в создании начального усиления. Влияние насыщения на величину усиления.

IV. ОПТИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР.

Стационарный режим генерации. Условие порога генерации. Оптимальная связь резонатора с внешней средой. Продольные моды резонатора. Резонансные частоты. Добротность резонатора. Формирование спектра выходного излучения лазера. Поперечные моды резонатора. Одномодовый режим генерации. Избирательность заселения фотонных состояний. Лазер без резонатора. Пассивные и активные резонаторы.

V. ШИРИНА ЛИНИИ ГЕНЕРАЦИИ.

Пространственная неоднородность активной среды. Однородное и неоднородное уширение линии рабочего перехода. Причины уширения. Контур линии усиления. Влияние матрицы на спектр усиления. Пространственное существование мод. Выгорание дыр. Межмодовая конкуренция. Эффект затягивания частот.

VI. НЕСТАЦИОНАРНЫЙ РЕЖИМ ГЕНЕРАЦИИ.

Причины нестационарного режима генерации. Режим свободной генерации. Скоростные уравнения Статца-Де Марса. Влияние скорости релаксации верхнего уровня рабочего перехода на динамику генерации. Пичковый режим генерации.

VII. УПРАВЛЕНИЕ ДОБРОТНОСТЬЮ РЕЗОНАТОРА.

Режим генерации гигантских импульсов. Активная модуляция добротности резонатора. Пассивная модуляция добротности резонатора. Режим синхронизации продольных мод резонатора. Режим разгрузки резонатора. Отрицательная обратная связь.

4. Формы текущего, промежуточного и итогового контроля.

Итоговый контроль: зачет в конце 8-го семестра.

5. Учебно-методическое обеспечение курса.

5.1. Рекомендуемая литература (основная).

1. Тарасов Л.В. Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения. - М., Радио и связь, 1981, 440 стр.
2. Ханин Я.И. Динамика квантовых генераторов.(Квантовая радиофизика. Т.2). - М. Сов. Радио, 1975, 496 стр.
3. Карлов Н.В. Лекции по квантовой электронике. - М., Наука, 1988, 336.
4. Ярив А. Квантовая электроника. - М., Сов. Радио, 1980, 488. стр.

5.2. Рекомендуемая литература (дополнительная).

1. Звелто О. Физика лазеров. - М., Мир, 1984, 395 стр.
2. Пахомов И.И., Рожков О.В., Рождествин В.Н. Оптико-электронные квантовые приборы. - М., Радио и связь, 1982, 456 стр.
3. Ищенко Е.Ф., Климков Ю.М. Оптические квантовые генераторы. - М., Сов. Радио, 1968, 468 стр.

Составитель программы:
старший преподаватель А.П.Савикин