Feuille d'activités de la leçon : Composants et fonctionnement des lasers Physique

Dans cette feuille d’activités, nous nous entraînerons à décrire les fonctions des différents composants d’un laser.

Q1:

Laquelle des affirmations suivantes décrit le mieux la qualité importante du milieu actif d’un laser pour sa capacité à produire des lasers?

  • AUn milieu actif contient des atomes avec des noyaux instables.
  • BUn milieu actif contient des atomes dans lesquels les électrons ont tendance à passer à des états détendus à une vitesse supérieure à celle à laquelle ils ont tendance à passer à des états excités.
  • CUn milieu actif contient des atomes complètement ionisés.
  • DUn milieu actif contient des atomes dans lesquels les électrons ont tendance à passer à des états excités au même rythme auquel ils ont tendance à passer à des états détendus.
  • EUn milieu actif contient des atomes dans lesquels les électrons ont tendance à passer aux états excités à une vitesse supérieure à celle à laquelle ils ont tendance à passer aux états détendus.

Q2:

Les figures représentent trois étapes successives de la production de photons dans un laser.

Sur quelle figure fournit-on de l'énergie au milieu excitable du laser?

  • AII
  • BIII
  • CI

L'énergie fournie au milieu excitable du laser est constituée de photons de plusieurs longueurs d'onde. Laquelle des fractions suivantes de photons sur la figure aurait pour résultat une émission stimulée dans le laser?

  • A33
  • B23
  • C13

Combien de photons sont produits par le procédé laser représenté sur les figures?

Q3:

Lequel des schémas suivants représente le mieux la relation entre le milieu actif et la cavité résonante d’un laser?

  • A
  • B
  • C
  • D

Q4:

Laquelle des affirmations suivantes décrit le plus correctement l'état métastable concernant l'énergie d'un électron dans un atome?

  • AL'état métastable d'un électron est l'état d'un électron qui est à un niveau d'énergie supérieur à l'énergie de l'état fondamental de cet électron, vers lequel l'électron ne peut passer qu'en absorbant et en émettant simultanément des photons.
  • BL'état métastable d'un électron est l'état dans lequel l'électron n'est pas complètement ionisé mais se déplace plus comme un électron libre qu'un électron lié.
  • CL'état métastable d'un électron est l'état d'un électron qui est à un niveau d'énergie plus élevé que l'énergie de l'état fondamental de cet électron, dans lequel l'électron aura tendance à rester beaucoup moins longtemps que la durée de vie typique d'un électron à l'état excité.
  • DL'état métastable d'un électron est l'état d'un électron qui est à un niveau d'énergie supérieur à l'énergie de l'état fondamental de cet électron, dans lequel l'électron aura tendance à rester beaucoup plus longtemps que la durée de vie typique d'un électron à l'état excité.
  • EL'état métastable d'un électron est l'état d'un électron qui est à un niveau d'énergie supérieur à l'énergie de l'état fondamental de cet électron, dans lequel un électron est plus susceptible d'absorber des photons que dans d'autres états excités.

Q5:

Lequel des diagrammes suivants représente le mieux la structure des niveaux énergétique des électrons des atomes du milieu amplificateur d'un laser?

  • A
  • B
  • C
  • D

Q6:

La figure représente des photons qui interagissent avec des atomes excités dans le milieu amplificateur d'un laser. Combien de photons passeront à travers la région en pointillés illustrée sur la figure? On suppose que tous les atomes restent dans des états excités jusqu'à ce qu'ils émettent un photon.

Q7:

Le milieu actif d'un laser contient des atomes qui ont des niveaux d'énergie correspondant à l'état fondamental, à l'état métastable et à l'état excité des électrons. Lorsque le milieu est à l'équilibre, et qu'aucune énergie ne lui est fournie par une source externe, lequel de ces états aura le taux d'occupation le plus élevée des électrons?

  • AÉtat excité
  • BÉtat métastable
  • CÉtat fondamental

Q8:

L'une des miroirs réfléchissantes de la cavité résonante d'un laser doit être partiellement transparent pour que le dispositif fonctionne. Laquelle des affirmations suivantes en explique la raison?

  • ASi toutes les faces de la cavité résonante sont également réfléchissantes, les ondes lumineuses qui se déplacent en sens opposés à travers la cavité s'annuleraient.
  • BL'énergie ne peut être émise par la cavité résonnante si toutes ses faces sont parfaitement réfléchissantes.
  • CL'énergie externe ne peut être fournie à la cavité résonnante si toutes ses faces sont parfaitement réfléchissantes.
  • DLa lumière cohérente ne peut être émise par la cavité résonante si toutes les faces sont parfaitement réfléchissantes.
  • EToutes les raisons données sont vraies.

Q9:

Le figure schématise les taux d'occupation par les électrons des états fondamental, excité et métastable d'énergie dans les atomes du milieu amplificateur d'un laser alimenté par de source externe d'énergie pour réaliser une inversion de population. L'intervalle de temps très courtΔ𝑡 correspond la plus courte des durées de vie de ces électrons avant de changer de niveau d'énergie. Lequel des figures suivantes représente le plus correctement les états d'énergie des électrons juste après un tel intervalle de temps? Sachant qu'aucune énergie externe n'est fournie au milieu actif pendant cet intervalle de temps.

  • A
  • B
  • C
  • D
  • E

Q10:

Les niveaux d'énergie dans les atomes du milieu amplificateur d'un laser sont indiqués sur la figure. La figure montre également des photons de trois différentes énergies accordées sur les transitions des électrons des atomes du milieu amplificateur.

Lorsque les électrons passent de l'état excité à l'état métastable, les photons qu'ils émettent sont-ils capables d'exciter des électrons à l'état fondamental vers des états d'énergie plus élevée?

  • ANon.
  • BOui.

La plus grande partie de l'énergie de rayonnement émis par le laser sera sous la forme de photons d'une énergie particulière. Quelle est cette énergie?

  • A𝐸p
  • B𝐸p
  • C𝐸p

Cette leçon comprend 18 questions additionnelles pour les abonnés.

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