Název: Základy fotoniky Zkratka: ZF Typ: povinný pro obor PI, povinně volitelný pro obory AŘ a ME Rozsah: 14 týdnů, týdně 2 hodiny přednášek + 2 hodiny seminárních cvičení Způsob ukončení: zkouška Katedra: katedra měření FM TUL Přednášející: Doc. Ing. Václav Kopecký CSc.
Stručná anotace předmětu:Předmět je úvodem do fotoniky. Studenti se seznámí s vybranými partiemi z optiky, kvantové elektroniky a optoeloktroniky a se základními aplikacemi těchto vědních oborů.
Témata přednášek:Interakce fotonů s atomy - energetické hladiny a jejich obsazení při tepelné rovnováze, spontánní emise, absorpce a stimulovaná emise, rozšíření čáry. luminiscence.
Koherentní optický zesilovač - zisk zesilovače, fázové posunutí a frekvenční pásmo zesilovače.
Čerpání optického zesilovače - rychlostní rovnice, čtyřhladinové a tříhladinové schéma čerpání, příklady čerpání.
Nelinearita a saturace zisku - koeficient zesílení a zisk v saturaci, zesílení zesilovačů s homogenním a nehomogenním rozšířením.
Lasery - teorie laserových oscilací, rezonátory a zpětná vazba, podmínky vzniku laserových oscilací.
Vlastnosti laserového záření - hustota vnitřního a výstupního toku fotonů, spektrální složení a modová struktura laserového záření, selekce podélných a příčných modů, charakteristiky typických kontinuálních laserů.
Impulsní lasery - spínání zisku, spínání jakosti Q dutiny, otevírání dutiny, modová synchronizace, příklady pulsních laserů.
Fotony v polovodičích - energetické pásy a nosiče náboje, koncentrace elektronů a děr, generování, rekombinace a injekce, přechody (homopřechody a heteropřechody).
Interakce fotonů s elektrony a dírami - mezipásová absorpce a emise, rychlosti absorpce, spontánní a stimulované emise.
Luminiscenční diody - injekční elektroluminiscence, charakteristiky luminiscenčních diod.
Polovodičové laserové zesilovače - zesílení a koeficient zesílení, šířka pásma, čerpání, závislost koeficientu zesílení na čerpání, přibližný špičkový koeficient zesílení.
Polovodičové injekční lasery - zesílení, zpětná vazba a oscilace, laserový práh, výkon, spektrální složení, modová struktura a selekce modů, charakteristiky typických polovodičových laserů.
Vlastnosti polovodičových detektorů - vnější a vnitřní fotoefekt, kvantová účinnost, citlivost, doba odezvy, vnitřní zisk.
Polovodičové detektory fotonů - fotoodpory, fotodiody, lavinové fotodiody, šum fotodetektorů.
Náplň cvičení:Řešení příkladů: Interakce fotonů s atomy - absorpce, spontánní a stimulovaná emise.
Řešení příkladů: Laserové zesilovače - inverzní obsazení, zisk, optické čerpání, saturační konstanta, tříhladinový a čtyřhladinový model.
Řešení příkladů: Lasery - rezonátory, prahová inverze a zesílení, podélné mody a jejich selekce, modová synchronizace.
Řešení příkladů: Fotony v polovodičích - Fermiho funkce a Fermiho hladina, ustálené koncentrace nosiču a kvazi-Fermiho hladiny, rekombinační doba života, rychlosti absorpce a emise.
Řešení příkladů: Polovodičové zdroje fotonů - luminiscenční diody (injekční elektroluminiscence, spektrální šířka záření, kvantová účinnost), laserové diody (koeficient zesílení a špičkový koeficient zesílení, šířka pásma, prahový proud a prahová hustota proudu).
Řešení příkladů: Polovodičové detektory fotonů (fotoodpor, fotodioda, lavinová fotodioda)- kvantová účinnost, citlivost, průletová doba, zisk, šum. fotodetektoru.
Experimentální úlohy s využitím argonového laseru, He-Ne laseru a Nd:YAG laseru.
Laboratorní úlohy a měření základních parametrů na experimentálním kitu Nd:YAG laseru buzeného laserovou diodou. Charakteristiky laserové diody a Nd:YAG laseru. Generace druhé harmonické.
Experimentální úlohy s dvoudutinovým Q-spínaným Nd:YAG laserem.
Literatura:Kopecký V.: Učební texty k předmětu Základy fotoniky. FM TU Liberec, 1999
Bahaa, E., A., SALEH, Malvin, C., T.: Základy fotoniky, svazek 1,2,3 a 4, MATFYZPRESS, Praha 1995
Prerekvizity: -Navazující: -
Datum poslední změny: 13. 12. 2001