Lição de casa da aula: Os Componentes e Operação dos Lasers Física

Nesta atividade, nós vamos praticar a como descrever as funções dos diferentes componentes de um laser.

Questão 1

Qual das alternativas a seguir descreve mais corretamente a qualidade do meio ativo de um laser que é relevante para sua capacidade de produzir lasing?

  • AUm meio ativo contém átomos com núcleos instáveis.
  • BUm meio ativo contém átomos nos quais os elétrons tendem a fazer a transição para estados relaxados em uma taxa maior do que tendem a fazer a transição para estados excitados.
  • CUm meio ativo contém átomos completamente ionizados.
  • DUm meio ativo contém átomos nos quais os elétrons tendem a fazer a transição para estados excitados na mesma taxa em que tendem a fazer a transição para estados relaxados.
  • EUm meio ativo contém átomos nos quais os elétrons tendem a fazer a transição para estados excitados em uma taxa maior do que tendem a fazer a transição para estados relaxados.

Questão 2

Os diagramas mostrados representam três estágios sucessivos da produção de fótons em um laser.

Em qual diagrama a energia está sendo fornecida ao meio ativo do laser?

  • AII
  • BIII
  • CI

A energia fornecida ao meio ativo do laser consiste em fótons com uma variedade de comprimentos de onda. Qual das seguintes frações dos fótons mostradas no diagrama resulta em emissão estimulada no laser?

  • A33
  • B23
  • C13

Quantos fótons são produzidos pelo processo de laser nos diagramas?

Questão 3

Qual dos diagramas mostrados mais corretamente representa como o meio ativo e a cavidade ressonante de um laser estão conectados um ao outro?

  • A
  • B
  • C
  • D

Questão 4

Qual das alternativas a seguir descreve mais corretamente um estado metaestável para a energia de um elétron em um átomo?

  • AUm estado de elétron metaestável é o estado de um elétron que está em um nível de energia maior do que a energia do estado fundamental desse elétron, para o qual o elétron só pode fazer a transição absorvendo e emitindo fótons simultaneamente.
  • BUm estado de elétron metaestável é o estado em que o elétron não está completamente ionizado, mas se move mais como um elétron livre do que como um elétron ligado.
  • CUm estado de elétron metaestável é o estado de um elétron que está em um nível de energia superior à energia do estado fundamental desse elétron, no qual o elétron tenderá a permanecer por muito menos tempo do que o tempo de vida típico de um elétron em um estado excitado.
  • DUm estado de elétron metaestável é o estado de um elétron que está em um nível de energia superior à energia do estado fundamental desse elétron, no qual o elétron tenderá a permanecer por muito mais tempo do que o tempo de vida típico de um elétron em um estado excitado.
  • EUm estado de elétron metaestável é o estado de um elétron que está em um nível de energia mais alto do que a energia do estado fundamental desse elétron, no qual um elétron tem mais probabilidade de absorver fótons do que em outros estados excitados.

Questão 5

Qual dos diagramas a seguir representa mais corretamente a estrutura dos níveis de energia do elétron nos átomos do meio ativo de um laser?

  • A
  • B
  • C
  • D

Questão 6

O diagrama representa fotões a interagir com átomos excitados no meio ativo de um laser. Quantos fotões passarão na região tracejada do diagrama? Assuma que todos os átomos permanecem em estados excitados até emitirem um fotão.

Questão 7

O meio ativo de um laser contém átomos que possuem níveis de energia correspondentes ao estado fundamental, estado metaestável e estado excitado dos elétrons. Quando o meio está em equilíbrio, sem energia sendo fornecida a ele de uma fonte externa, qual desses estados terá a maior densidade relativa de ocupação de elétrons?

  • AEstado de excitação
  • BEstado metaestável
  • CEstado Fundamental

Questão 8

Uma das faces refletoras da cavidade ressonante de um laser deve ser menos do que totalmente refletora para que o laser seja eficaz. Qual das opções seguintes explica porque é que isto acontece?

  • ASe todas as faces da cavidade ressonante forem igualmente refletoras, as ondas de luz que se propagam em sentidos opostos na cavidade interferem destrutivamente.
  • BEnergia não pode ser emitida da cavidade ressonante se todas as suas faces forem perfeitamente refletoras.
  • CEnergia exterior não pode ser fornecida à cavidade ressonante se todas as suas faces forem perfeitamente refletoras.
  • DLuz coerente não pode ser emitida de uma cavidade ressonante se todas as suas faces forem perfeitamente refletoras.
  • ETodas as razões dadas são verdadeiras.

Questão 9

O diagrama representa as densidades relativas da ocupação eletrónica dos estados relaxado, excitado e metaestável dos átomos no meio ativo de um laser ao qual é dada energia exterior para estabelecer uma inversão populacional. Um intervalo de tempo muito curto Δ𝑡 passa, correspondendo ao menor tempo no qual qualquer um dos eletrões pode variar em energia. Qual dos diagramas a seguir representa mais corretamente os estados de energia dos eletrões após o intervalo de tempo? Nenhuma energia exterior é dada ao meio ativo durante o intervalo de tempo.

  • A
  • B
  • C
  • D
  • E

Questão 10

Os níveis de energia nos átomos no meio ativo de um laser são mostrados no diagrama. O diagrama também mostra fótons de três energias diferentes que podem ser absorvidos pelos elétrons nos átomos do meio ativo.

Quando os elétrons passam do estado excitado para o estado metaestável, os fótons que eles emitem são capazes de excitar elétrons do estado fundamental para estados de energia mais elevados?

  • ANão
  • BSim

A maior parte da energia radiante emitida pelo laser estará na forma de fótons de uma determinada energia. Que energia é essa?

  • A𝐸p
  • B𝐸p
  • C𝐸p

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