1. FALE ELEKTROMAGNETYCZNE: WŁASNOŚCI I PARAMETRY. 1. Napisz układ równań Maxwella w postaci: a) różniczkowej b) całkowej 2. Podaj trzy podstawowe równania materiałowe wiążące E z D, B z H, E z j 3. Zapisz ogólną postać równanie falowego 4. Zapisz ogólną postać fali płaskiej rozchodzące w kierunku osi r =(x,y,z) a) Fale cylindryczną b) Falę kulistą 5. Jaka jest wzajemna zależność wektorów k, H, E, w fali płaskiej. 6. Co to jest impedancja falowa ośrodka. 7. Co to jest wektor Poyntinga. Co to jest natęzenie promieniowania fali elektromagnetycznej 8. Fala płaska spolaryzowana; eliptycznie, kołowo lewoskrętnie, prawoskrętnie, liniowo. Zapis. 2. WIDMO SPEKTRALNE FALI ELEKTROMAGNETYCZNEJ. 1. Zespolona postać fali elektromagnetycznej. 2. Zapisz czasową transformatę Fouriera i jej transformatę odwrotną. Zapisz przestrzenną (optyczną) transformatę Fouriera i jej transformatę odwrotną. 3. Co to jest gęstość widmowa mocy sygnału (jednowstęgowa gęstość widmowa mocy) 4. Zapisz widmo fourierowskie sygnału E(t) = E 0 cos (ωt) 5. Pokazać, ze pochodna fazy w sygnale harmonicznym, zmieniającej się w czasie ma charakter dewiacji częstotliwości sygnału. 6. Rozpisz poszczególne człony natężenia promieniowania dla interferencji dwóch fal płaskich. 7. Co jest miarą koherencji czasowej? 8. Co to jest droga koherencji, co to jest czas koherencji, wzajemne zależności. 9. Co jest miarą koherencji przestrzennej? 10. Laser półprzewodnikowy o szerokości linii spektralnej 3nm zastosowano do interferometru Michelsona. Jaka jest droga koherencji tego źródła? 11. Narysuj interferometr Michelsona, Macha-Zehndera, Younga.
3. ELEMENTY SPEKTROSKOPII ATOMÓW I MOLEKUŁ 1. Co składa się na energię cząsteczki? 2. Co determinuje model energetyczny atomu wodoru? 3. Zapisać równanie Schrodingera i wyrażenia na potencjał dla atomu wodoru. 4. Jak wygląda reguła wyboru dla atomu wodoru? 5. Jakie liczby kwantowe determunują stan atomu? 6. Jaka jest reguła wyboru dla atomów niewodoropodobnych. 7. Co to jest molekuła liniowa i nieliniowa. Ile stopni swobody ma molekuła SF 6. 8. Napisz równanie Schrodingera dla oscylatora harmonicznego, czyli molekuły dwuatomowej. Jak wyglądają poziomy energetyczne oscylatora harmonicznego (rysunek). 9. Jaka jest reguła wyboru dla oscylatora harmonicznego? 10. Co jest istotą oscylatora anharmonicznego? Narysuj obraz poziomów energetycznych oscylatora anharmonicznego. 11. Co to jest poziom dysocjacji? 12. Co jest istotą pojawiania się poziomów rotacyjnych molekuly? 13. Jakie reguły wyboru rządzą przejściami promienistymi molekuły? 14. Co to jest rozkład Boltzmanna? 15. Jak wygląda rozkład Boltzmanna dla poziomów rotacyjnych z jednego poziomu oscylacyjnego? 16. Co to jest degeneracja poziomu energetycznego? 4. SZEROKOŚCI LINII SPEKTRALNYCH 1. Co to jest oscylator elementarny 2. Zapisać równanie ruchu dipola Hertza i podać rozwiązanie. 3. Podać postać transformaty Fouriera sygnału harmonicznego tłumionego. Jak wygląda gęstość mocy sygnału tłumionego. Podać ogólną postać lorentzowskiego kształtu linii spektralnej. 4. Ile wynoszą typowe czasy życia poziomów energetycznych? 5. Co to jest naturalna szerokość linii? 6. Jak ciśnienie wpływa na szerokość linii spektralnej? 7. Zapisz częstotliwość zarejestrowaną przez obserwatora wyemitowanego fotonu z atomu zbliżającego się do obserwatora. 8. Od czego zależy poszerzenie dopplerwskie linii? 9. Jaka jest typowa szerokość linii poszerzonej dopplerowsko. Podać przykład. 10. Co to jest linia poszerzona jednorodnie? 11. Co to jest linia poszerzona niejednorodnie? 12. Jak wygląda efekt wysycenia linii poszerzonej jednorodnie a jak linii poszerzonej niejednorodnie?
5. PROMIENIOWANIEA CIAŁA DOSKONALE CZARNEGO 1. Opisz w punktach istotę modelu CDC według Plancka 2. Co to jest gęstość stanów? 3. Narysuj model ciała doskonale czarnego 4. Ile według Plancka wynosi średnia energia jednego modu we wnęce 5. Jaka jest interpretacja fizyczna gęstości energii promieniowania? 6. Co to jest prawo przesunięć Wiena? 7. Jakie są trzy podstawowe przejścia kwantowe według Einsteina w jego modelu CDC? 8. Co to jest emisja spontaniczna. Zapisz elementarny wzór na prawdopodobieństwo emisji spontanicznej 9. Jaka jest fizyczna interpretacja einsteinowskiego współczynnika emisji spontanicznej A 21? 10. Podaj wymiar współczynnika A 21. 11. Co to jest absorpcja? Zapisz elementarny wzór na prawdopodobieństwo absorpcji. 12. Co to jest emisja wymuszona? Zapisz elementarny wzór na prawdopodobieństwo emisji wymuszonej. 13. Jaka są wzajemne zależności między współczynnikami Einsteina? 14. Co można powiedzieć o cechach fotonu wyemitowanego w wyniku emisji wymuszonej? 6. PRZEJŚĆIE PŁASKIEJ FALI ELEKTROMAGNETYCZNEJ PRZEZ OŚRODEK WZMACNIAJĄCY 1. Ile wynosi natężenie promieniowania I fali będącej fragmentem promieniowania wychodzącego z CDC o gęstości energii promieniowania u(ν,t) przez filtr spektralny o paśmie (ν,ν+ ν). 2. Co to jest wzmocnienie różniczkowe promieniowania? 3. Co to jest wzmocnienie ilorazowe promieniowania? 4. Co to jest inwersja obsadzeń? 5. Jaki jest podstawowy warunek by ośrodek wzmacniał promieniowanie? 6. Narysuj krzywą wzmocnienia linii spektralnej poszerzonej jednorodnie i niejednorodnie. 7. Co to jest natężenie nasycenia. Jaka jest interpretacja natężenia nasycenia? 8. Co to jest ilorazowe wzmocnienie małosygnałowe? 9. Podaj przykład wartości wzmocnienia ilorazowego znanych Ci ośrodków wzmacniających.
7. PROSTY MODEL LASERA 1. Co to jest interferometr Fabry- Perota? 2. Podaj podstawowe parametry interferometru Fabry- Perota? 3. Współczynniki odbicia i transmisji dla amplitud i natężeń. Podać definicje i wzajemne zależności. 4. Podaj definicję macierzy rozproszenia. Przedstaw stosowny rysunek. 5. Co to są mody podłużne biernego rezonatora Fabry-Perota. Ile wynosi odstęp międzymodowy ν m.-m. Jaka jest interpretacja fizyczna tej wielkości? Długość rezonatora wynosi L=5cm. Oblicz odstęp międzymodowy tego rezonatora. 6. Co to jest szerokość spektralna biernego rezonatora F-P. Od czego zależy? 7. Co to jest Finess rezonatora. 8. Co to jest dobroć rezonatora? 9. Co to jest czas życia wnęki rezonansowej? 10. Jaka jest szerokość spektralna ν r promieniowania lasera. Od czego zależy? 8. FALOWA TEORIA REZONATORA LASEROWEGO 1. Napisz i zinterpretuj wzór Fresnelas Kirchoffa 2. Zapisz podstawowe równanie samoodtwarzania wiązki w rezonatorze konfokalnym 3. Jak wygląda ogólna postać rozkładu pala elektrycznego fali w rezonatorze konfokalnym? 4. Co to są mody poprzeczne rezonatora? 5. Co oznacza fala TEM mn w układzie kartezjańskim, a co TEM mn w układzie cylindrycznym? 6. Jak selekcjonuje się mody poprzeczne wyższego rzędu? 7. Który mod łatwiej się wzbudzi w laserze,tem 33 czy mod TEM 04? 8. Który mod ma wyższą częstotliwość rezonansową TEM 23q czy TEM 00q? 9. Narysuj mod TEM 23 w układzie kartezjańskim i w układzie cylindrycznym. 10. Napisz warunek stabilności rezonatora gaussowskiego. 11. Co to jest rezonator niestabilny?
9. WIĄZKI GAUSSOWSKIE 1. Co to jest wiązka gaussowska? 2. Jakie znasz podstawowe parametry wiązki gaussowskiej 3. Zademonstruj, ze można zbudować kilka rezonatorów optycznych, dających taką samą gaussowską wiązkę laserową. 4. Co to jest macierz transformacji ABCD 5. Jaka jest zasada transformacji wiązek gaussowskich z wykorzystaniem macierzy ABCD? 6. Narysuj, jak zachowuje się promień frontu falowego wiązki gaussowskiej Wzór będzie podany) 7. Narysuj zachowanie się średnicy wiązki gaussowskiej w(z) 9wzór będzie podany.oszacuj kąt rozbieżności wiązki. 8. Mamy dwie wiązki gaussowskie o takich samych średnicach talii, różniących się jednak długością fali. Która z wiązek rozbiega się pod większym kątem? 9. Zapisz rozkład natężenia promieniowanie oraz rozkład natężenia pola elektrycznego wiązki gaussowskiej w przekroju poprzecznym. 10. Jaka jest zasada sprzęgania gaussowskiej wiązki laserowej ze światłowodem kołowym? 10. LASERY GAZOWE 1. Laser czteropoziomowy i trójpoziomowy. Narysuj model. Różnica. Wady i zalety. 2. Laser He-Ne. Konstrukcja 3. Mechanizm wzbudzania lasera He-Ne. Który gaz jest gazem roboczym. 4. Długości fal lasera He-Ne 5. Jaka jest rola okienek Brewstera w laserze? 6. Jak selekcjonuje się długość fali generacji lasera? 7. Warunki zasilania lasera He-Ne. Po co stosuje się rezystor balastowy? 8. Jak jest rola helu w laserze He-Ne? 9. Jak wyobrażasz sobie układ stabilizacji częstotliwości lasera He-Ne? 10. Oszacuj sprawność lasera He-Ne. 11. Jak działa laser jonowy, na przykład laser argonowy. 12. Jak selekcjonuje się linie w laserze argonowym z wykorzystaniem dyspersyjnego pryzmatu. Narysuj szkic takiej selekcji.
11. LASERY CO 2 1. Co stanowi mieszaninę lasera CO 2 i w jakich proporcjach. Które gazy biorą bezpośredni udział w generacji laserowej? 2. Narysuj schematycznie sygnaturę energetyczną lasera CO 2. 3. Narysuj schemat lasera CO 2 z wyładowaniem stałoprądowym. Jakie są podstawowe parametry: napięcie, prąd, moc wyjściowa, ciśnienie. 4. Narysuj schemat lasera TEA. Schemat zasilania impulsowego. Jakie są podstawowe parametry lasera: ciśnienie, energie w impulsie, długość, impulsu, ciśnienie. 5. Narysuj schemat lasera CO 2 gazodynamicznego. Istota pracy lasera gazodynamicznego. 6. Falowodowy i falowodowo-szczelinowy laser CO 2 wzbudzany w.cz. Schemat. Istota. Parametry: moc wyjściowa, moc wyjściowa, ciśnienie. 7. Po co się robi laser z szybkim przepływem? 8. Co to jest laser submilimetrowy? Prosty schemat działania. 9. Linie emisyjne laser CO 2. Skąd bierze się przeskakiwanie pracy lasera na różne linie. 10. Jak selekcjonować emisyjne linie lasera CO 2. 11. Ciśnieniowe poszerzenie linii lasera CO 2. Co dzieje się z liniami emisyjnymi gałęzi P i R linii emisyjnych lasera CO 2, gdy zwiększymy ciśnienie do kilku-kikunastu atmosfer. 12. LASERY NA CIELE STAŁYM 1. Jak pompuje się lasery na ciele stałym. 2. Laser rubinowy. 3. Laser Nd:YAG. 4. Praca impulsowa lasera. Podaj znane Ci metody uzyskiwania impulsów w laserze. 5. Opisz krotko idee modulacji elektrooptycznej. 6. Opisz krótko ideę modulacji akustooptycznej. 7. Czego wymaga 8. INNE LASERY 1. Narysuj istotę zasady działania lasera excimerowego. 2. Jakie gazy składają się na lasery excimerowe? 3. W jakim zakresie spektralnym pracują lasery excimerowe? 4. Czy lasery excimerowe to lasery pracy ciągłej (cw -continous wave), czy pracy impulsowej? 5. Istota pracy laserów chemicznych. 6. Laser barwnikowy. Narysuj schemat zasady działania. 7. Laser na swobodnych elektronach. Istota pracy takiego lasera.