Laserfysik, 7,5 hp

Innehåll

Kursen behandlar principerna för hur gas- och vätskelasrar men även fasta tillståndets lasrar fungerar. Kursen inleds med en beskrivning av ljus och materia: ljus karakteriseras som en elektromagnetisk våg alternativt som ett flöde av fotoner emedan materia beskrivs på ett klassiskt sätt, dvs. som en uppsättning dipoler, alternativt kvantmekaniskt, dvs. som en samling atomer eller molekyler med en uppsättning enskilda energinivåer. Med Maxwells ekvationer och vågekvationen som utgångspunkter beskriver kursen hur ljus utbreder sig i vakuum och i medier som karakteriseras av ett brytningsindex.

Kursen behandlar därefter ett antal inom området centrala koncept, framförallt atomers och molekylers huvudsakliga sätt att växelverka med ljus (absorption, spontan emission och stimulerad emission), Doppler-, kollisions-, och livstidsbreddning (inklusive tillhörande linjeformsmodeller), optisk mättnad, populationsinversion, optisk pumpning, modlåsning och Q-switchning. Huvuddelen av kursen behandlar principer och villkor för lasring där fenomen som förstärkning, tröskelvillkor, och grad av optisk mättnad kopplas ihop för att ge en beskrivning av lasrars egenskaper, huvudsakligen deras effekt och funktionssätt (t.ex. singelmod gentemot multimod operation) och frekvens. Vidare ges en beskrivning av ljusets utbredning i resonatorer och deras stabilitetsvillkor. Även laserljus med Gaussisk intensitetsprofil och dess utbredning behandlas. Kursen behandlar vissa typer av lasrar i detalj, såväl kontinuerliga som pulsade gas- och vätskelasrar samt fasta tillståndets lasrar. Kursen innehåller obligatoriska experimentella laborationer. Kursen omfattar ett teorimoment om 6,5 hp och ett laborationsmoment om 1 hp.

Förväntade studieresultat

För att uppfylla målen för kunskap och förståelse ska den studerande efter genomgången kurs:

• ingående kunna redogöra för ljusets våg-partikeldualitet, dvs. att ljus kan uppfattas både som elektromagnetisk strålning och fotoner
• kritiskt kunna redogöra för i vilka situationer ljus lämpligen beskrivs i termer av elektromagnetisk strålning och när det bäst beskrivs som bestående av fotoner
• systematiskt kunna beskriva hur ljus utbreder sig i vakuum och i medier
• ingående kunna redogöra för atomers och molekylers tre huvudsakliga sätt att växelverka med ljus, dvs. absorption, spontan emission och stimulerad emission
• ingående kunna redogöra för begreppet brytningsindex och dess ursprung
• visa kunskap om olika typer av linjebreddningsfenomen och tillhörande linjeformsmodeller
• ingående kunna redogöra för koncept som optisk mättnad, populationsinversion och optisk pumpning
• vara väl förtrogen med, och kritiskt kunna redogöra för, koncept som lasring i tre- och fyrnivåsystem
• ingående kunna redogöra för hur gas- och vätskelasrar samt fasta tillståndets lasrar fungerar
• visa ingående kunskap om begrepp som förstärkning och tröskelvillkor och hur dessa påverkar lasrars emissionsegenskaper, speciellt deras effekt och frekvens
• vara väl förtrogen med de villkor som gäller för singelmod emission och tekniker för att uppnå sådan lasring
• kunna redogöra för begreppen modlåsing och Q-switchning
• vara väl förtrogen med villkoren för stabilitet hos laserresonatorer
• visa kunskap om, och kunna göra kvalificerade bedömningar för, hur ljus med Gaussisk strålningsprofil utbreder sig i fria rymden och genom linser.

För att uppfylla målen för färdighet och förmåga ska den studerande efter genomgången kurs kunna:
 

• självständigt kunna handha lasrar och laserljus
• systematiskt kunna linjera upp en gaslaser
• självständigt kunna karakterisera spatiell (rumslig) profil och utbredning hos laserljus
• självständigt kunna karakterisera lasrars modstruktur.

För att uppfylla målen för värdering och förhållningssätt ska den studerande efter genomgången kurs kunna:
 

• visa medvetenhet om risker och riskabla egenskaper hos laserljus
• samarbeta med andra personer
• reflektera över och värdera sin egen insats vid laborationsarbete.

Behörighetskrav

Univ: Tidigare högskolestudier om minst 90 högskolepoäng inklusive Kvantmekanik 1, 6 hp, eller motsvarande. Engelska och svenska för grundläggande behörighet för högskolestudier. Krav på svenska gäller endast om utbildningen ges på svenska.

Undervisningens upplägg

Undervisningen bedrivs i form av föreläsningar och handledning vid laborationer. Kursen innehåller obligatoriska experimentella laborationer. Student som missat eller inte kunnat slutföra ett obligatoriskt utbildningsmoment vid kurstillfället ska beredas möjlighet att slutföra det vid ett senare kurstillfälle. För mer information, se Regler för betyg och examination på grund- och avancerad nivå, dnr: FS 1.1.2-553-14.

Examination

Examinationen på kursens teorimoment sker individuellt i form av en skriftlig salstentamen vid kursens slut. På skriftlig salstentamen sätts något av betygen Underkänd (U), Godkänd (3), Icke utan beröm godkänd (4) eller Med beröm godkänd (5). Examinationen på kursens laborationsmoment sker individuellt genom skriftliga rapporter och muntliga redovisningar. På skriftliga rapporter och på muntliga redovisningar sätts något av betygen Underkänd (U) eller Godkänd (G).
 
På hela kursen sätts något av betygen Underkänd (U), Godkänd (3), Icke utan beröm godkänd (4) eller Med beröm godkänd (5). För att bli godkänd på hela kursen krävs att allabåde det skriftliga provet och de obligatoriska  momenten är godkända. Under förutsättning att alla moment är godkända blir betyget på hela kursen detsamma som på teorimomentet. Den som godkänts i ett prov får ej undergå förnyat prov för högre betyg.
 
En student som utan godkänt resultat har genomgått två prov för en kurs eller en del av en kurs, har rätt att få en annan examinator utsedd, om inte särskilda skäl talar emot det (HF 6 kap. 22 §). Begäran om ny examinator ställs till prefekten för Institutionen för fysik. För mer information, se Regler för betyg och examination på grund- och avancerad nivå, dnr: FS 1.1.2-553-14.
 
Student har rätt att få prövat om tidigare utbildning eller motsvarande kunskaper och färdigheter förvärvade i yrkesverksamhet kan tillgodoräknas för motsvarande utbildning vid Umeå universitet. Ansökan om tillgodoräknande skickas in till Studentcentrum/Examina. Mer information om tillgodoräknande finns på Umeå universitets studentwebb, www.student.umu.se, och i högskoleförordningen (6 kap). Ett avslag på ansökan om tillgodoräknande kan överklagas (Högskoleförordningen 12 kap) till Överklagandenämnden för högskolan. Detta gäller såväl om hela som delar av ansökan om tillgodoräknande avslås.

Övriga föreskrifter

Kursen ersätter den tidigare kursen Laserfysik 7,5 hp (5FY142) och kan inte tas med i examen tillsammans med denna. I det fall att kursplan upphör att gälla eller genomgår större förändringar, garanteras studenter minst tre provtillfällen (inklusive ordinarie provtillfälle) enligt föreskrifterna i den kursplan som studenten ursprungligen varit kursregistrerad på under en tid av maximalt två år från det att tidigare kursplan upphört att gälla eller kursen slutat erbjudas.