FI 196 – Eletrônica Quântica: Lasers

Apresentação em tema: "FI 196 – Eletrônica Quântica: Lasers"— Transcrição da apresentação:

1 FI 196 – Eletrônica Quântica: Lasers
Ementa: Histórico e estágio atual da área de lasers; Cavidades ópticas (matrizes ABCD, cálculo de estabilidade, ressonância); Feixes Gaussianos e propagação em sistemas ópticos; Radiação emitida por átomos: emissão estimulada, inversão de população, absorção e ganho, perfis espectrais de emissão atômica; Amplificação e condições de oscilação laser; saturação do ganho; Mecanismos de excitação de lasers, lasers de 3 e 4 níveis, eficiência; Dinâmica de lasers: oscilações de relaxação, Q-switching, mode-locking; Lasers de pulsos curtos: geração e técnicas de caracterização; Geração de segundo harmônico e processos paramétricos; Efeitos eletro-óptico e acusto-óptico; Tipos de lasers (semicondutores, estado sólido, laser de fibras, gas lasers, contínuos, pulsos curtos, etc); Aplicações selecionadas de lasers.

2 FI 196 – Eletrônica Quântica: Lasers
Bibiografia: Joseph T. Verdeyen, “Laser electronics”, 3rd Ed., Prentice Hall Yariv, “Optical Electronics”, 4th Ed., Saunders College Publishing Jean-Claude Diels, Wolfgang Rudolph, “Ultrashort laser pulse phenomena”, 2006, 2nd Ed., Elsevier W. Koechner, “Solid state laser engineering”, Springer, 2006 Alguns Livros clássicos: A.E. Siegman, "Lasers'', University Science Books (1986); Oracio Svelto, "Principles of Lasers'', Plenum Press (1976); A.Yariv, "Quantum Electronics", John Wiley & Sons, NY, 3rd Edition (1989); M. Sargent III, M.O. Sculley, W.E. Lamb Jr, "Laser Physics", Addison-Wesley (1993). Outros livros (muito) úteis: Fowles, “Intoduction to Modern Optics”, Dover W. Demtroder, “Laser spectroscopy”, Springer, 2006 Born & Wolf, “Principles of Optics”, Pergamon J. H. Moore, Davis, M. A. Caplan, “Building Scientific Apparatus”, 2nd edition, 1989. Rick Trebino, “Frequency-Resolved Optical Gating: The Measurement of Ultrashort Laser Pulses”, Springer

3 Programa Março (7 aulas)
04 - programa, calendário, bibliografia, avaliação, histórico de lasers; o maser de amônia; tipos de lasers; 06 – revisão de eletromagnetismo e de óptica; eqs. de Mawell, eqs. Constitutivas, eq. de onda, eqs. de Fresnel, marizes de Jones, lista 1 11 – traçado de raios e matrizes ABCD; condição de estabilidade de cavidades ópticas (A+D)/2  [-1,1]; 13 - diagrama de estabilidade de cavidades ópticas; tipos de cavidades; traçado de raios em meios com índice de refração quadrático; lista 2 e 3 18 – feixes Gaussianos; modo TEM00; Matrizes ABCD para janelas de Brewster; astigmatismo; feixes Gaussianos; 20 - Feriado 25 - feixes Gaussianos de ordem mais alta (TEMpq); Lei ABCD; exemplos; feixes Gaussianos elípticos; fator M2; lei ABCD aplicada a cavidades ópticas; 27 - cavidades ópticas ressonantes; Etalons e cavidades de Fabry-Perot com e sem perdas; lista 4 Maio (6 aulas) 01 - Feriado; 06 – ENFMC; não haverá aula; 08 – ENFMC; não haverá aula; 13 – PROVA 15 – Eficiência; lasers de 3 e 4 níveis; o laser CW em anél; lista 9 20 – O laser cw em anél; acoplamento ótimo; 22 – Feriado 27 – dinâmica laser; oscilações de relaxação; 29 – chaveamento do fator de qualidade (Q-switching); Q-switching rápido e lento; lista 10 Abril (9 aulas) 01 - Visita a laboratório; 03 - cavidades ópticas ressonantes; Etalons e cavidades de Fabry-Perot com e sem perdas; cavidades ópticas ressonantes; Etalons e cavidades de Fabry-Perot com e sem perdas; lista 5 08 – Cavidade em anél com perdas; casamento de impedância; finesse; fator de qualidade; tempo de vida dos fótons; ressonância dos modos de Hermite-Gauss; 10 – cavidade com ganho; radiação atômica; coeficientes de Einstein; lista 6 15 – amplificação; alargamento de linhas espectrais; alargamento homogêneo e inomogêneo; 17 – amplificação; alargamento de linhas espectrais; alargamento homogêneo e inomogêneo; lista 7 22 – alargamento de linhas espectrais; alargamento homogêneo e inomogêneo ; 24 – oscilação laser e amplificação em meios com alargamento homogêneo; limiar (threshold) de oscilação; saturação do ganho em meio com alargamento homogêneo; condições favoráveis para criar inverção de população; lista 8 29 – saturação do ganho em meios com alargamento inomogêneo; ASE; oscilação laser; Junho (8 aulas) 03 - Mode-locking ativo e passivo; 05 – Mode-locked passivo: Kerr-lens mode-locking; automodulação de fase; prismas e chirped mirrors para compensação de GVD; chirp e fase espectral; medidas e compensação da fase espectral; métodos de análise: FROG, SPIDER, GRENOUILLE, MIIPS, fase temporal e controle; 10 – seminários – tipos de lasers e/ou aplicações ; 12 – seminários- tipos de lasers e/ou aplicações; 17 – seminários- tipos de lasers e/ou aplicações; 19 – seminários- tipos de lasers e/ou aplicações; 24 – Feriado (Corpus Christi); 26 – seminários- tipos de lasers e/ou aplicações; Fim do Curso 30 aulas ao todo

4 AULA 1 - Apresentação do curso Website do curso:
Google Group: Avaliação e conceitos: Média final: Lista de exercícios (40%) + 1 prova (30%) + paper e seminário (10min + 5 perguntas) (30%) Conceitos: A [10-9.0], B ]9-7.5], C ] ], D ]6.0-4,0], E Lista de exercícios: distribuição aos alunos toda Quinta; discussão em aula na terça, com resolução pelos alunos (por amostragem na primeira hora de aula); entrega pelos alunos toda Quarta. Avaliação baseada na data de entrega, resolução, número de problemas resolvidos completamente, e pela participação em aula. Seminários e papers Ver lista de tópicos sugerida na página do curso Visita a laboratórios (conhecer vários tipos de lasers): 01 de Abril Prova: 13 de Maio Seminários e papers: ao longo de Junho

5 História do laser; visão geral da área; algumas aplicações