ZAE 384/4 — Laser dan Penggunaannya - Februari - Mac 2003

UNIVERSITI

_SAINS

MALAYSIA Peperiksaan Semester

_Kedua

Sidang

Akademik 2002/2003 Februari

^— _Mac

2003

ZAE 384/4

^—

Laser dan Penggunaannya

Masa

^: 3

jam

Sila pastikan _bahawa kertas peperiksaan ini mengandungi

EMPAT

muka _{surat yang} bercetak sebelumandamemulakan peperiksaan ini.

Jawab

LIMA

soalan sahaja. Kesemuanyawajib dijawab dalam_Bahasa Malaysia.

Silagunakan

nilai-nilai

_{berikutdi dalam}soalan—soalandi bawah,

jika

perlu:

Pemalar Planck,_h = _{6.63 x} 103413 Cas elektron, e = 1.60 x 10‘19 C

Halaju _cahayadalam vakum, c = _{3.0 x 108} ms"

1. (a)

(b)

(C)

Berbantukan gambarajah-gambarajah yang sesuai, terangkan perkara—

perkara befikut:

(i)

Bahagian-bahagianpenting peranti _laseryang

tipikal.

(ii)

Proses—prosespancaran yangberlaku dalamoperasi suatulaser.

(50/100) Terangkan 5 sifat penting alur laser yang menjadikannya penting untuk kegunaan industri.

(25/100) Suatu laser He-Ne memancarkancahaya merah oren pada jarakgelombang 632.8 nm. Jika output Gaussian dan pinggang alur laser

itu

adalah 0.25 mm, cari capahanalur sudut penuh alur laser tersebut.

(25/100)

...2/—

[ZAE

_384]

- 2 ^_

(a) Berbantukan gambarajah yang sesuai,huraikan 3-paras skema pengepaman optik. Berikancontoh

jenis

_{laser untuk} skema pengepaman

optik

_tersebut.

(50/100) (b) Apakah hubungkaitankecekapan laserdengan pengepaman‘?

(10/100) (c) _dihasilkanGambarajah

di

bawah menunjukkan 3 contoh transisi _{laser yang}

mungkin

daripada 4-paras skema pengepaman optik. _Dengan membandingkan

kecekapan-kecekapan laser berasaskan kepada sistem 4- paras itu, nyatakan contoh mana yang paling cekap. Jelaskan jawapan anda.

(40/100)

Contoh

A

_{Contoh B}

ContohC

E3 E3

E—

E3 ^E2 E2

E:

:4

El

Bo —_

Bo E0

4

(25/100)

(21) Apakah hubungkaitan pengurungan alur _sinaran di dalam rongga _laser

0))

(C)

dengan syarat-syarat kestabilan da_n parameter-parameter-g _{bagi alat} resonator.

Berikanpersamaanuntuk

konfigurasi-konfigurasi

_berikut:

(i)

_{Cermin stabil.}

(ii)

_Cermin

hampir-hampir

stabil.

(iii)

_Cermintak stabil.

(15/100) Lakarkan

graf

g1 lawan g2 dan

tunjukkan

kawasan-kawasan kehilangan tertib pertama

tinggi

dan rendah untuk resonator—resonator umum _dengan cerrnin terlengkung. Huraikan

graf

_tersebut.

(20/100) ...3/-

96

(d)

(a)

(b)

(C)

((0

(ii)

faktor

kualiti

q

jika

jarak gelombangpusat adalah 500 nm.

[ZAE

384]

_ 3 ^_

Dua cermin hujung masing-masing _dengan

jejari

kelengkungan r1 = _{+25 cm}

dan _r2 = +50 cm digunakan untuk membentuk _suatu rongga laser. Cari

(i)

Jarak_{1tu boleh}pemisahan di _{antaxa dua}cennin 1tu yang mana cermin-cermin membentuk_suatukonfigurasi hampir-hampir_stabil.

(ii)

Julat pemisahan_1tu di _{antaxa dua} cermin

itu

yang mana cerrnin-cermin boleh membentuk_suatukonfigurasi _stabil.

(iii)

_{Julat pemisahan di}

antara dua cermin 1tu yang mana cermin-cermin

itu

bolehmembentuksuatukonfigurasitak stabil.

(40/100) Terangkanapakah yang dimaksudkan denganfaktor kuaJiti _{resonator q dan} apakah hubungkaitan_{q dengan}rongga

optik

laser?

(15/100) Berbantukan gambarajah yang sesuai, terangkan mengenai mod-mod paksian _laser. Nyatakan syarat dan persamaan untuk _{gelombang cahaya} direplikakan dalam ronggalaser.

(35/100) Lakarkan corak~corak alur untuk menunjukkan

cifi-ciri

_{melintang bagi}

mod-mod laserberikut:

(i)

_TEMOO

(ii)

_TEMOl

(iii)

_TEM10*

(iv)

_TEM}2

(20/100) Suatu gelombangcahaya merambat di _{antara dua} cermin hujungselari yang terpisah sejarak25 cm. Cari

(i)

pemisahan di antara frekuensi-frekuensi mod,_Av.

(30/100) Nyatakan pengkelasanjenis-jenis laser berdasarkan kepada medium

aktif

dan berikan2 contoh bagi setiap

jenis

laser tersebut.

(20/100) ...4/-

9

'7

(b)

(C)

(a)

(b)

(a)

(b)

(C)

[ZAE

_384]

- 4 ^_

Berbantukan gambarajah yang sesuai, terangkan mengenai mod-mod getaran yang terdapat pada sebarangmasatertentu molekul _C02.

(30/¹00) Berbantukan _gambarajah yang sesuai, terangkan bagaimanakah_{laser C02} dihasilkan.

(i)

_{laserNyatakan} paras-paras tenaga yang

terlibat

dan

julat

Spektrum bagi tersebut.

(ii)

_Nyatakan3 penggunaan laser C02 dalam industri.

(50/100) Nyatakanapakah yang dimaksudkandengan

LIDAR

dan terangkan 3 jenis

LIDAR

dankegunaan-kegunaannya.

(40/100) Berbantukan gambarajah yang sesuaj, perihalkan bagaimanakah

LIDAR

digunakan untuk _{memantau atau} mengawal pencemaran. Nyatakan jenis laser dan kuasa laser yang digunakan_dalampenggunaan

ini.

(60/100) Berbantukan gambarajah yang sesuai,

perihalkan

bagaimanakah _laser digunakan untuk _merakam hologram. _Jelaskan bagaimanakah imej

holografi itu

_bolehdiperhatikan.

(55/100)

Nyatakan_{3 bahanyang} lazim digunakan

untuk

merakamkan hologram.

(15/100)

Terangkan3 penggunaanholografi.

(30/100)

-

000 O 000

^-

98