Wybrane zagadnienia z fizyki współczesnej. Zadania i

Wybrane zagadnienia z fizyki współczesnej. Zadania i pytania do wykładu 7. 1. Wymień warunki, jakie powinny być spełnione aby nastąpiła emisja laserowa.
2. Zgodnie ze znaczeniem akronimu LASER jest wzmacniaczem światła. Jak zachodzi zwiększenie energii
wiązki światła w laserze?
3. Różnica energii między poziomem podstawowym a poziomem wzbudzonym atomów pewnego gazu
odpowiada energii fotonu o długości fali λ=650 nm. W naczyniu znajduje się 6×1023 atomów w temperaturze
T=300 K. Ile spośród tych atomów znajduje się w stanie wzbudzonym?
4. Pręt lasera rubinowego ma średnicę D = 8 mm i długość l = 60 mm. Rubin jest kryształem Al2O3,
w którym 0,03% cząsteczek stanowi domieszka Cr2O3. Gęstość rubinu jest ρ = 4 g/cm3, masa molowa
M = 102 g/mol. Oszacuj maksymalną energię wypromieniowaną w impulsie tego lasera, który emituje
światło o długości fali λ = 694 nm. Załóż całkowitą inwersję obsadzeń poziomów energetycznych atomów
chromu. Liczbę cząsteczek w 1 molu podaje stała Avogadra NA=6,02×1023 mol-1.
5. Laser He-Ne wytwarza wiązkę światła o długości fali λ = 633 nm i mocy P=5 mW. Ile fotonów emituje
laser w ciągu sekundy?
6. Laser rubinowy wytwarza trwający ∆t=14 ps impuls światła o długość fali λ=694 nm. Całkowite energia
światła przenoszona przez impuls jest E=5 J. Jak jest moc promieniowania w impulsie? Z ilu fotonów składa
się impuls światła? Jaką długość ma impuls w przestrzeni?
7. W laserze na dwutlenku węgla CO2 emisja fotonów następuje między poziomami kwantowymi, których
energie różnią się o ∆E=0,117 eV. Jaka jest częstotliwość i długość fali promieniowania
elektromagnetycznego emitowanego przez ten laser? W jakim zakresie widma elektromagnetycznego
promieniuje laser CO2?
8. Odległe o l=20 cm zwierciadła tworzą optyczną wnękę rezonansową lasera helowo-neonowego, który
emituje światło o długości fali λ = 633 nm. We wnęce powstaje fala stojąca, jeśli na odległości l mieści się
całkowita liczba N połówek długości fali l=Nλ/2. Ile wynosi N dla tego lasera? O ile różni się od λ długość
fali stojącej λ1, która na odległości l odkłada N+1 połówek długości fali l=(N+1)λ1/2? Oblicz względną
różnicę długości fali ∆λ/λ=(λ-λ1)/λ.