Kursen behandlar hur man utifrån ett grundläggande fysikaliskt perspektiv skapar underlag till, och förståelse för, principerna för lasring och hur olika typer av lasrar fungerar. Exempel på fenomen och begrepp som behandlas är atomers och molekylers växelverkan med ljus, både från ett klassiskt och kvantmekaniskt perspektiv, Doppler-, kollisions-, och livstidsbreddning hos atomära och molekylära system, optisk mättnad, populationsinversion, optisk pumpning, kaviteter och resonatorer, "mode beating", "frequency pulling" och "hole burning". Kursen väver ihop grundläggande koncept från ett flertal av fysikens olika områden framförallt elektromagnetisk fältteori, mekanik, kvantmekanik, statistisk fysik samt optik. Kursen behandlar vidare principerna för, och funktionssätt hos, ett antal typer av lasrar t.ex. gaslasrar som He-Ne- och CO2-lasrar, fasta tillståndslasrar, färgämneslasrar, diodlasrar och pulsade lasersystem. De olika lasrarnas typiska användningsområden exemplifieras i korthet. Kursen innehåller obligatoriska laborationer.
Förväntade studieresultat
Efter genomgången kurs ska den studerande kunna:
- förklara hur Maxwells ekvationer kan ge upphov till en vågekvation som beskriver ljusets utbredning i olika typer av media,
- förklara hur elektronoscillatormodellen (Lorentzatomen) beskriver interaktionen mellan ljus och materia,
- förklara hur dipolstrålning och Rayleigh-spridning uppkommer från klassiska dipoler,
- redogöra för ursprunget till ett medias brytningsindex och dess roll för att beskriva ett medias dispersion och absorption,
- förklara uppkomsten av, och redogöra för effekten av, Doppler-, kollisions-, och livstidsbreddning hos atomära/molekylära system,
- redogöra för hur emissions och absorptionsprocesser i atomära/molekylära system kan beskrivas, huvudsakligen formulerade i termer av s.k. "rate"-ekvationer,
- redogöra för fenomen som optisk mättnad, populationsinversion och optisk pumpning,
- redogöra för ljusets utbredning i en optisk kavitet (så kallad Fabry-Perot-kavitet),
- redogöra för grunderna för laserverkan, huvudsakligen baserade på koncept som förstärkning, "feedback", och tröskelnivåer, i såväl tre- som fyrnivåsystem,
- redogöra för kontinuerliga lasrars effekt- och frekvensegenskaper, huvudsakligen baserade på fenomen som "mode beating", "frequency pulling" och "hole burning",
- redogöra för lasrars transienta egenskaper, huvudsakligen “Q-switching”, “relaxation oscillations”, och “mode-locking”, baserat på s.k. “rate” ekvationer,
- redogöra för kaviteters och resonatorers spatiella egenskaper,
- redogöra för hur Gaussiska strålar utbreder sig i rymden och i optiska system,
- beskriva specifika lasrars grundläggande principer och funktion (gaslasrar, vätskelasrar, fasta tillståndslasrar, pulsade kontra kontinuerliga etc.),
- ge exempel på olika typer av lasrars generella egenskaper.
Behörighetskrav
Univ: För tillträde till kursen krävs att den studerande genomgått kursen Kvantmekanik 1 (5FY053, 6 hp) eller motsvarande kunskaper. En A och svenska för grundläggande behörighet för högskolestudier om utbildningen ges på svenska.
Undervisningens upplägg
Undervisningen bedrivs i form av föreläsningar integrerade med räkneövningar, samt handledning vid laborationer, vilka är obligatoriska.
Examination
Kunskapsredovisningen sker dels i form av rapportering av laborationer, dels i form av ett prov vid kursens slut. Provet är normalt skriftligt. På rapporter sätts något av betygen Underkänd (U) eller Godkänd (G). Vid det avslutande provet sätts något av betygen Underkänd (U), Godkänd (3), Icke utan beröm godkänd (4) eller Med beröm godkänd (5).
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 samtliga prov och obligatoriska moment är godkända. 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 styrelsen för Institutionen för fysik.
TILLGODORÄKNANDE
Tillgodoräknande prövas individuellt.
