VUFF

Dalyko pavadinimas: Lazerių fizika

Dėstytojas: Prof. Audrius Dubietis

Semestras: 8

Reikalavimai: Studentas turi būti išklausęs optikos bei atomo ir branduolio fizikos kursus

Kreditai: 6

Studento darbo laikas:
Viso dalykui – 162 val.
Paskaitos – 42 val.
Seminarai – 6 val.
Laboratoriniai darbai – 48 val.
Savarankiškas darbas – 66 val.

Dėstomoji kalba: Lietuvių

Dalyko anotacija: Šiame kurse supažindinama su lazerių veikimo teoriniais pagrindais ir praktiniais lazerių konstravimo principais, aptariami optiniai rezonatoriai, jų pasirinkimo ir optimizavimo kriterijai, lazerinių medžiagų veikimas, lazerinės spinduliuotės ypatumai ir jos valdymo būdai. Aptariami impulsinės lazerių veikos režimai, kokybės moduliacijos ir modų sinchronizacijos metodai, jų praktinis realizavimas, didelį dėmesį skiriant ultratrumpųjų impulsų generacijai, stiprinimui ir impulsų trukmės matavimo metodams. Supažindinama su kietojo kūno, dujų ir puslaidininkių lazerių veikos ypatumais, svarbiausiais ir plačiausiai naudojamais lazeriais bei lazerinėmis sistemomis. Pabaigoje aptariami lazerių spinduliuotės dažnio keitimo principai, kurie remiasi netiesinės optikos metodais.

Dalyko rezultatai: Baigęs šį kursą studentas gebės:

  • suprasti ir paaiškinti lazerių veikimo ir konstravimo principus, įvairių lazerių (kietojo kūno, dujų ir puslaidininkių) veikos ypatumus ir jų praktinio taikymo sritis,
  • suprasti ultratrumpųjų impulsų generacijos ir stiprinimo metodus,
  • suprasti šiuolaikinių lazerių ir lazerinių sistemų vystymosi tendencijas,
  • įgys bazinius praktinius darbo su lazeriais įgūdžius.

Dalyko sando turinys:
1. Įvadas. Lazerio sukūrimo istorija. Šiuolaikiniai lazeriai ir jų vystymo tendencijos. (paskaitos - 3 val., savarankiškas darbas - 2 val.).
2. Lazerinės spinduliuotės savybės. Fotonai ir elektromagnetinės bangos. Šviesos pluoštai ir šviesos impulsai. Gauso pluoštai. Laikinis ir erdvinis koherentiškumas. Lazerinė sauga ir lazerių pavojingumo klasės. (paskaitos - 3 val., laboratoriniai darbai 8 val, savarankiškas darbas - 6 val.)
3. Optiniai rezonatoriai. Šviesos spindulių sklidimas ir ABCD matricos. Lęšių bangolaidis kaip rezonatoriaus analogas. Rezonatorių stabilumo kriterijai. Skersinės ir išilginės modos. Ermito-Gauso pluoštai. Rezonansiniai dažniai. Fabri-Pero rezonatorius. Nuostoliai rezonatoriuose. (paskaitos - 6 val., savarankiškas darbas - 5 val.)
4. Spinduliuotės ir atomų sistemų sąveika. Einšteino kvantinė spinduliavimo teorija. Stiprinimo koeficientas. Vienalytis ir nevienalytis spektrinių linijų išplitimas. Kaupinimo šaltiniai. Dinaminės lygtys. Trijų ir keturių lygmenų lazeriai. Stiprinimo sotis. Lazerinės generacijos sąlyga. (paskaitos - 6 val., savarankiškas darbas - 5 val.)
5. Impulsinė lazerių veika. Laisvoji veika ir relaksaciniai svyravimai. Moduliuotos kokybės veika. Kokybės moduliacijos metodai. Modų sinchronizacijos veika. Aktyvioji ir pasyvioji modų sinchronizacija. Ultratrumpųjų šviesos impulsų generacija. Koreliaciniai šviesos impulsų trukmės matavimo metodai. Lazeriniai stiprintuvai. Faziškai moduliuotų (čirpuotų) impulsų stiprinimo metodas. (paskaitos - 12 val., laboratoriniai darbai -  16 val, savarankiškas darbas - 18 val.)
6. Lazerių tipai ir jų veikos ypatumai. Kietojo kūno lazeriai. Jonai ir lazerinės matricos. Neodimio ir iterbio lazeriai. Ti:safyro lazeris. Dujų lazeriai. Neutralių atomų dujų lazeriai. Jonų lazeriai. Molekulinių dujų lazeriai. Eksimerų lazeriai. Cheminiai lazeriai. Puslaidininkių lazeriai. Skaiduliniai lazeriai. (paskaitos – 6 val., seminarai 6 val., laboratoriniai darbai – 24 val., savarankiškas darbas – 23 val. )
7. Lazerių spinduliuotės dažnio keitimas netiesinės optikos metodais. Trumpas įvadas į netiesinę optiką. Kvadratinis netiesiškumas. Netiesiniai kristalai. Harmonikų generacija. Parametrinė šviesos generacija ir stiprinimas. (paskaitos - 6 val., savarankiškas darbas - 5 val.)

Laboratoriniai darbai:
1. Gauso pluoštų tyrimas (8 val., savarankiškas darbas – 4 val.)
2. Laisvos veikos kietakūnio Nd:YAG lazerio tyrimas (8 val., savarankiškas darbas – 4 val.)
3. Pasyviai moduliuotos kokybės Nd:YAG lazerio tyrimas (8 val., savarankiškas darbas – 4 val.)
4. Išilginio diodinio kaupinimo Nd:YVO4 lazerio tyrimas (8 val., savarankiškas darbas – 4 val.)
5. He-Ne lazerio tyrimas (8 val., savarankiškas darbas – 4 val.)
6. AlGaInP puslaidininkinio lazerio tyrimas (8 val., savarankiškas darbas – 4 val.)

Seminarai (trys dviejų valandų trukmės seminarai, kuriuose kiekvienas studentas pristato 15 min. trukmės prezentaciją apie pasirinktą lazerį, savarankiškas darbas ruošiant prezentaciją – 8 val.):
1. Kietojo kūno lazeriai - Ti:safyro, Nd:YAG, Nd:stiklo, Yb:YAG, Yb:KGW ir kiti lazeriai studentų pasirinkimu (2 val.)
2. Dujų lazeriai - He-Ne lazeris, CO2, metalų garų, Ar jonų, azoto, eksimerų l, cheminiai ir kiti lazeriai studentų pasirinkimu (2 val.)
3. Puslaidininkių ir kiti lazeriai - kvantinių taškų, skaiduliniai, LED, dažų, lazeriniai diodai ir kiti lazeriai studentų pasirinkimu (2 val.)

Pagrindinės literatūros sąrašas:
1. A. Yariv, Quantum Electronics, Wiley, N. Y, 1989.
2. F. Trager ed., Springer Handbook of lasers and optics, Springer, N. Y., 2007.
3. E. Gaižauskas, V. Sirutkaitis, Kietojo kūno lazeriai, Vilniaus universiteto leidykla, 2008.

Papildomos literatūros sąrašas:
1. B. E. A. Saleh and M. C. Teich, Fundamentals of photonics, Wiley, N. Y. 1991.
2. C. C. Davis, Lasers and Electrooptics, Cambridge University Press, 1996.

Mokymo metodai:
Studijų būdai:
paskaitos, seminarai, laboratoriniai darbai, neformalios konsultacijos.
Metodai: probleminis dėstymas.

Lankomumo reikalavimai: 100% laboratorinių darbų ir seminarų.

Atsiskaitymo reikalavimai:
Egzaminas. Egzaminavimo būdas – atsakymai į klausimus raštu. Pateikiami 7 klausimai iš viso kurso, kurių kiekvienas vertinamas 1 balu.

Vertinimo būdas:
Pažymį sudaro baigiamojo egzamino pažymys (70 %), atsiskaitymų už laboratorinius darbus įvertinimas (20 %) ir pristatymo seminare įvertinimas (10%).